阻抗的串联与并联
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简述串联电抗器和并联电抗器的作用
串联电抗器通常用于限制合闸涌流和抑制高次谐波,它可以与电容器组或密集型电容器串联,限制电容器的合闸涌流,同时也能削减不装设串联电抗器时电力电抗器组对系统谐波的放大作用。
并联电抗器则主要用于改善电力系统的稳定性,降低电力损耗。
它可以补偿电源端的电感,减小线路阻抗,提高电源质量,同时改善负载侧的功率因数,降低线路和设备的损耗,提高能源利用效率。
以上信息仅供参考,如有需要,建议咨询专业技术人员。
实验九 阻抗的串联、并联和混联一、实验目的(1)研究阻抗的串联、并联和混联的特点。
(2)加深对复阻抗、阻抗角、相位差等概念的理解。
二、实验原理1.阻抗的串联两个元件串联后的总阻抗为两个元件的复阻抗之和:12Z Z Z =+总2.阻抗的并联两个元件并联后的总导纳为两个元件的导纳之和:12Y Y Y =+总3.阻抗的混联两个元件先并联,再与第三个元件串联,混联电路总的阻抗:()12123312//Z Z Z Z Z Z Z Z Z =+=++总4.测量阻抗的方法测量阻抗除用三表法外,还可以用示波器法,即用双踪示波器测量电压与电流的相位差,加上用电压表、电流表测量元件两端的电压和流过的电流,就可以计算出元件的阻抗。
测量元件的电压与电流的相位差,示波器接法如图9-1所示。
其中通道A 接电路的输入端,显示的是电压信号,示波器不能直接测量电流信号,需要在电路中串联一小电阻r ,将流过电阻r 的电流转化为电压信号,示波器的通道B 接电阻r 的两端,因为电阻两端的电压与流过的电流是同相的,所以通道A 和通道B 的相位差就是电压与电流的相位差。
电压与电流的相位关系如图9-2所示,可以看到,电压信号超前电流信号,元件为感性,否则元件为容性。
电压与电流的相位差为:360360tt f Tj D D =窗=D 创则元件的阻抗为:cos sin U Z Z j Z Ij j j =?图9-1 测量元件的电压与电流的相位差三、实验仪器与设备(1)交流电压表、交流电流表、双踪示波器和功率表各1台。
(2)元件:电阻(20W ,2mH )1个,电感线圈(25mH ,3W )1个,电容(100uF,1W )1个。
(3)可调交流电源1台。
四、实验内容1.用示波器法测量电阻与电感线圈串联的阻抗Z 总,并把实验数据记录在表9-1中。
验证12Z Z Z =+总是否成立。
2. 用三表法测量电阻与电感线圈并联的总导纳Y 总,自行设计电路图,并把实验数据记录在表9-2中,验证12Y Y Y=+总是否成立。
单元电路的网络参量,可以直接根据未归一化网络参量的 定义求得。
也可以根据网络参量间的互换关系,由另一组网络参量转推得到。
一、串联阻抗图 1 串联阻抗由图 1,根据基尔霍夫定律,有:12121I I U U ZI =-⎧⎨=+⎩ (1-1) 1.1 Y 矩阵根据导纳矩阵定义:11111222211222I Y U Y U I Y U Y U =+⎧⎨=+⎩ (1.1-1)将式(1-1)代入,有2111011U I Y U Z ===,1112021U I Y U Z ===-,2221011U I Y U Z===-,1222021U I Y U Z===则[]11122122111=11Y Y Y Y Y Z -⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦(1.1-2)1.2 A 矩阵根据转移矩阵定义:11121221212222U A U A I I A U A I =-⎧⎨=-⎩ (1.2-1)将式(1-1)代入,有2111021I U A U ===,211202-U U A Z I ===,2121020I I A U ===,2122021U I A I ===-则[]111221221=01A A Z A A A ⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦ (1.2-2)1.3 S矩阵根据S矩阵和a矩阵的转换关系:[]11121112212211221221212211122122111221222()12()21=12221111S S a a a a a a a aSS S a a a aa a a aZZ ZZZR ZR Z Z R+---⎡⎤⎡⎤==⎢⎥⎢⎥--+-+++⎣⎦⎣⎦⎤⎥⎥⎢⎥⎢⎢⎣⎡⎤⎥⎥=⎥⎢⎢⎣⎡⎤+-=⎢⎥++-+⎢⎥⎣⎦(1.3-1)考虑Z01=Z02情况,此时R=1,则[]2122ZSZ Z⎡⎤=⎢⎥+⎢⎥⎣⎦(1.3-2) 1.4 T矩阵根据S矩阵和T矩阵的转换关系:[]2211212111111(1)(1)41(1)1111STS SSZ RZ R ZR Z R Z Z R RR Z R ZR Z R ZR Z R Z-⎡⎤=⎢⎥-⎣⎦⎡⎤-+-⎢⎥++⎥=⎥+--+--++⎥++++⎢⎥⎣⎦⎡⎤++--=⎥+--+⎥⎦(1.4-1)考虑Z01=Z02情况,此时R=1,则[]2122Z ZTZ Z⎡⎤+-=⎢⎥-⎢⎥⎣⎦(1.4-2)二、并联导纳图 2 并联导纳由图 2,根据基尔霍夫定律,有:12121U U I I YU =⎧⎨+=⎩ (2-1) 2.1 Z 矩阵根据阻抗矩阵定义,有:11111222211222U Z I Z I U Z I Z I =+⎧⎨=+⎩ (2.1-1) 将式(2-1)代入,有2111011I U Z I Y===,1112021I U Z I Y ===,2221011I U Z I Y ===,1222021I U Z I Y===(2.1-2)即[]1112212211111ZZ Z Z Z Y ⎡⎤⎡⎤==⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦(2.1-3)2.2 A 矩阵根据转移矩阵定义:11121221212222U A U A I I A U A I =-⎧⎨=-⎩ (2.2-1)将式(1-1)代入,有2111021I U A U ===,2112020-U U A I ===,212102I I A Y U ===,2122021U I A I ===-则[]1112212210=1AA A A A Y ⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦ (2.2-2)2.3 S矩阵根据S矩阵和a矩阵的转换关系:[]11121112212211221221212211122122111221222()12()21=12221111S S a a a a a a a aSS Sa a a aa a a aYRYRR YRR YR R YR+---⎡⎤⎡⎤==⎢⎥⎢⎥--+-+++⎣⎦⎣⎦⎤⎥⎢⎥⎢⎢⎣⎡⎤⎥⎥=⎥⎢⎢⎣⎡⎤--=⎢++--⎢⎣⎦⎥⎥(2.3-1)考虑Y01=Y02情况,此时R=1,则[]2122YSY Y⎡⎤-=⎢⎥+-⎢⎥⎣⎦(2.3-2) 2.4 T矩阵根据S矩阵和T矩阵的转换关系:[]2211212111111(1)(1)41(1)1111STS SSYR RYR R YRR YR R YR YR R RR YR R YRR YR R YRR YR R YR-⎡⎤=⎢⎥-⎣⎦⎡⎤+-⎢⎥++⎥=⎥------+--⎢⎥++++⎢⎥⎣⎦⎡⎤+++-=⎥---+⎥⎦(2.4-1)考虑Y01=Y02情况,此时R=1,则[]2122Y YTY Y⎡⎤+=⎢⎥--⎢⎥⎣⎦(2.4-2)三、无耗传输线段图 3 无耗传输线段根据传输线方程的解:00()cos sin ()cos sin L L L L U z U z jI Z z U I z I z j z Z ββββ=+⎧⎪⎨=+⎪⎩(3-1)根据传输线方程的关系,22,,L L z U U I I θβ===-,则12202120cos sin sin cos U U jI Z U I j I Z θθθθ=-⎧⎪⎨=-⎪⎩(3-2) 3.1 Z 矩阵根据阻抗矩阵定义,有:11111222211222U Z I Z I U Z I Z I =+⎧⎨=+⎩ (3.1-1)将式(3-2)代入有:212110021cos cot sin I U U Z jZ U I j Z θθθ====- (3.1-2)11120csc I U Z jZ I θ===- (3.1-3)2221001csc I U Z jZI θ===-(3.1-6) 1222002cot I U Z jZ I θ===- (3.1-7)即[]001112002122cot csc csc cot jZ jZ ZZ Z jZ jZ Z Z θθθθ--⎡⎤⎡⎤==⎢⎥⎢⎥--⎣⎦⎣⎦(3.1-8)3.2 Y 矩阵根据导纳矩阵定义:11111222211222I Y U Y U I Y U Y U =+⎧⎨=+⎩ (3.2-1)将式(3-2)代入,根据定义,U 2=0时,将式(3-2)两式相除,有2121101200cos 1cot sin U I I Y j U jI Z Z θθθ====- (3.2-2)根据定义,U 1=0时,由式(3-2_1)有22200cos 1cot sin U I j j U Z Z θθθ=-=-,代入式(3-2_2)有221200011sin (cot )cos sin U U I j j U j Z Z Z θθθθ=--=,进而1112021csc U I Y jU Z θ=== (3.2-3) 根据定义,U 2=0时,由式(3-2_1)有 2221011csc U I Y jU Z θ=== (3.2-4) 根据定义,U 1=0时,由式(3-2_1)有12220200cos 1cot sin U I Y j U jZ Z θθθ====- (3.2-5)由式(3.2-2)-式(3.2-5)有:[]00111221220011cot csc =11csc cot j j Z Z Y Y Y Y Y j j Z Zθθθθ⎡⎤-⎢⎥⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦-⎢⎥(3.2-6)将式(3.1-8)和式(3.2-6)相乘,有 [][]00000000222211cot csc cot csc csc cot 11csc cot 10csc cot 0010csc cot j jZ Z jZ jZ Z Y jZ jZ j j Z Z θθθθθθθθθθθθ⎡⎤-⎢⎥--⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥--⎣⎦-⎢⎥⎣⎦⎡⎤-⎡⎤==⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦ (3.2-14)根据式(3-2)以及A 矩阵定义,有211102cos I U A U θ===,2112002sin -U U A jZ I θ===,21210201sin I I A jU Z θ===,212202cos U I A I θ===-。