《安徽大學(xué)電路原理教學(xué)課件第8章相量法》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《安徽大學(xué)電路原理教學(xué)課件第8章相量法（55頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、2.2.正弦量的相量表示正弦量的相量表示3.3.電路定理的相量形式電路定理的相量形式l 重點(diǎn)：重點(diǎn)：1.1.正弦量的表示、相位差正弦量的表示、相位差返 回1.1.復(fù)數(shù)的表示形式復(fù)數(shù)的表示形式FbReImao|F|下 頁(yè)上 頁(yè)代數(shù)式代數(shù)式指數(shù)式指數(shù)式極坐標(biāo)式極坐標(biāo)式三角函數(shù)式三角函數(shù)式8.1 8.1 復(fù)數(shù)復(fù)數(shù)返 回幾種表示法的關(guān)系：幾種表示法的關(guān)系：或或2.2.復(fù)數(shù)運(yùn)算復(fù)數(shù)運(yùn)算加減運(yùn)算加減運(yùn)算 采用代數(shù)式采用代數(shù)式下 頁(yè)上 頁(yè)FbReImao|F|返 回則則 F1F2=(a1a2)+j(b1b2)若若 F1=a1+jb1，F(xiàn)2=a2+jb2圖解法圖解法下 頁(yè)上 頁(yè)F1F2ReImoF1+F2-F
2、2F1ReImoF1-F2F1+F2F2返 回乘除運(yùn)算乘除運(yùn)算 采用極坐標(biāo)式采用極坐標(biāo)式若若 F1=|F1|1 ，F(xiàn)2=|F2|2則則:下 頁(yè)上 頁(yè)模相乘模相乘角相加角相加模相除模相除角相減角相減返 回例例1 解解下 頁(yè)上 頁(yè)例例2解解返 回旋轉(zhuǎn)因子旋轉(zhuǎn)因子復(fù)數(shù)復(fù)數(shù) ej=cos+jsin =1F ejFReIm0F ej下 頁(yè)上 頁(yè)旋轉(zhuǎn)因子旋轉(zhuǎn)因子返 回 +j,j,-1 都可以看成旋轉(zhuǎn)因子。都可以看成旋轉(zhuǎn)因子。特殊特殊旋轉(zhuǎn)因子旋轉(zhuǎn)因子ReIm0下 頁(yè)上 頁(yè)注意返 回8.2 8.2 正弦量正弦量1.1.正弦量正弦量l瞬時(shí)值表達(dá)式瞬時(shí)值表達(dá)式i(t)=Imcos(t+)ti0Tl周期周期T 和頻
3、率和頻率f頻率頻率f：每秒重復(fù)變化的次數(shù)。：每秒重復(fù)變化的次數(shù)。周期周期T：重復(fù)變化一次所需的時(shí)間。：重復(fù)變化一次所需的時(shí)間。單位：赫單位：赫(茲茲)Hz單位：秒單位：秒s正弦量為周期函數(shù)正弦量為周期函數(shù) f(t)=f(t+kT)下 頁(yè)上 頁(yè)波形波形返 回l正弦電流電路正弦電流電路 激勵(lì)和響應(yīng)均為同頻率的正弦量的線性電路激勵(lì)和響應(yīng)均為同頻率的正弦量的線性電路（正弦穩(wěn)態(tài)電路）稱為正弦電路或交流電路。（正弦穩(wěn)態(tài)電路）稱為正弦電路或交流電路。1.1.正弦穩(wěn)態(tài)電路在電力系統(tǒng)和電子技術(shù)領(lǐng)域正弦穩(wěn)態(tài)電路在電力系統(tǒng)和電子技術(shù)領(lǐng)域占有十分重要的地位。占有十分重要的地位。l研究正弦電路的意義研究正弦電路的意義正
4、弦函數(shù)是周期函數(shù)，其加、減、求導(dǎo)、正弦函數(shù)是周期函數(shù)，其加、減、求導(dǎo)、積分運(yùn)算后仍是同頻率的正弦函數(shù)；積分運(yùn)算后仍是同頻率的正弦函數(shù)；正弦信號(hào)容易產(chǎn)生、傳送和使用。正弦信號(hào)容易產(chǎn)生、傳送和使用。下 頁(yè)上 頁(yè)優(yōu)點(diǎn)返 回2.2.正弦信號(hào)是一種基本信號(hào)，任何非正弦周期信正弦信號(hào)是一種基本信號(hào)，任何非正弦周期信號(hào)可以分解為按正弦規(guī)律變化的分量。號(hào)可以分解為按正弦規(guī)律變化的分量。對(duì)正弦電路的分析研究具有重要的理對(duì)正弦電路的分析研究具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。論價(jià)值和實(shí)際意義。下 頁(yè)上 頁(yè)結(jié)論返 回(1)(1)幅值幅值 (振幅、最大值振幅、最大值)Im(2)(2)角頻率角頻率2.2.正弦量的三要素正弦量
5、的三要素(3)(3)初相位初相位單位：?jiǎn)挝唬簉ad/s ，弧度弧度/秒秒反映正弦量變化幅度的大小。反映正弦量變化幅度的大小。相位變化的速度，反映正弦量變化快慢。相位變化的速度，反映正弦量變化快慢。反映正弦量的計(jì)時(shí)起點(diǎn)，常用角度表示。反映正弦量的計(jì)時(shí)起點(diǎn)，常用角度表示。i(t)=Imcos(t+)下 頁(yè)上 頁(yè)返 回同同一一個(gè)個(gè)正正弦弦量量，計(jì)計(jì)時(shí)時(shí)起起點(diǎn)點(diǎn)不不同同，初初相相位不同。位不同。一般規(guī)定一般規(guī)定：|。=0=/2=/2下 頁(yè)上 頁(yè)iot注意返 回例例已知正弦電流波形如圖，已知正弦電流波形如圖，103rad/s，1.1.寫出寫出 i(t)表達(dá)式；表達(dá)式；2.2.求最大值發(fā)生的時(shí)間求最大值發(fā)
6、生的時(shí)間t1 1tio10050t1解解由于最大值發(fā)生在計(jì)時(shí)起點(diǎn)右側(cè)由于最大值發(fā)生在計(jì)時(shí)起點(diǎn)右側(cè)下 頁(yè)上 頁(yè)返 回3.3.同頻率正弦量的相位差同頻率正弦量的相位差設(shè)設(shè) u(t)=Umcos(t+u),i(t)=Imcos(t+i)相位差相位差：=(t+u)-(t+i)=u-i規(guī)定規(guī)定：|(180)下 頁(yè)上 頁(yè)等于初相位之差等于初相位之差返 回l 0，u超超前前i 角角，或或i 滯滯后后 u 角角,(u 比比 i 先先到達(dá)最大值到達(dá)最大值)；l 0，i 超前超前 u 角，或角，或u 滯后滯后 i 角角,i 比比 u 先先 到達(dá)最大值）。到達(dá)最大值）。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回 tu,iu iuio 0，
7、同相同相 =(180o)，反反相相特殊相位關(guān)系特殊相位關(guān)系 tu io tu ioj=/2：u 領(lǐng)先領(lǐng)先 i/2 tu io同樣可比較兩個(gè)電壓或兩個(gè)電流的相位差。同樣可比較兩個(gè)電壓或兩個(gè)電流的相位差。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回例例計(jì)算下列兩正弦量的相位差。計(jì)算下列兩正弦量的相位差。下 頁(yè)上 頁(yè)解解不能比較相位差不能比較相位差兩個(gè)正弦量?jī)蓚€(gè)正弦量進(jìn)行相位比進(jìn)行相位比較時(shí)應(yīng)滿足較時(shí)應(yīng)滿足同頻率、同同頻率、同函數(shù)、同符函數(shù)、同符號(hào)，且在主號(hào)，且在主值范圍比較。值范圍比較。結(jié)論返 回4.4.周期性電流、電壓的有效值周期性電流、電壓的有效值 周期性電流、電壓的瞬時(shí)值隨時(shí)間而變，為周期性電流、電壓的瞬時(shí)值隨時(shí)間而
8、變，為了衡量其平均效果工程上采用有效值來表示。了衡量其平均效果工程上采用有效值來表示。l周期電流、電壓有效值定義周期電流、電壓有效值定義R直流直流IR交流交流 i物物理理意意義義下 頁(yè)上 頁(yè)返 回下 頁(yè)上 頁(yè)均方根值均方根值定義電壓有效值：定義電壓有效值：l 正弦電流、電壓的有效值正弦電流、電壓的有效值設(shè)設(shè) i(t)=Imcos(t+)返 回下 頁(yè)上 頁(yè)返 回同理，可得正弦電壓有效值與最大值的關(guān)系：同理，可得正弦電壓有效值與最大值的關(guān)系：若交流電壓有效值為若交流電壓有效值為 U=220V，U=380V 其最大值為其最大值為 Um311V Um537V下 頁(yè)上 頁(yè)注意工工程程上上說說的的正正弦弦
9、電電壓壓、電電流流一一般般指指有有效效值值，如如設(shè)設(shè)備備銘銘牌牌額額定定值值、電電網(wǎng)網(wǎng)的的電電壓壓等等級(jí)級(jí)等等。但但絕絕緣緣水水平平、耐耐壓壓值值指指的的是是最最大大值值。因因此此，在在考考慮慮電電器器設(shè)設(shè)備備的的耐耐壓水平時(shí)應(yīng)按最大值考慮。壓水平時(shí)應(yīng)按最大值考慮。返 回測(cè)量中，交流測(cè)量?jī)x表指示的電壓、電流讀測(cè)量中，交流測(cè)量?jī)x表指示的電壓、電流讀數(shù)一般為有效值。數(shù)一般為有效值。區(qū)分電壓、電流的瞬時(shí)值、最大值、有效值的符區(qū)分電壓、電流的瞬時(shí)值、最大值、有效值的符號(hào)。號(hào)。下 頁(yè)上 頁(yè)返 回8.3 8.3 相量法的基礎(chǔ)相量法的基礎(chǔ)1.1.問題的提出問題的提出電路方程是微分方程：電路方程是微分方程：兩
10、個(gè)正弦量的相加：如兩個(gè)正弦量的相加：如KCL、KVL方程運(yùn)算：方程運(yùn)算：下 頁(yè)上 頁(yè)RLC+-uCiLu+-返 回i1i1+i2 i3i2角頻率角頻率 同同頻頻的的正正弦弦量量相相加加仍仍得得到到同同頻頻的的正正弦弦量量，所以，只需確定初相位和有效值。因此采用所以，只需確定初相位和有效值。因此采用正弦量正弦量復(fù)數(shù)復(fù)數(shù)下 頁(yè)上 頁(yè)I1I2I3有效值有效值 1 2 3初相位初相位變換的思想變換的思想 tu,ii1 i2oi3結(jié)論返 回造一個(gè)復(fù)函數(shù)造一個(gè)復(fù)函數(shù)對(duì)對(duì) F(t)取實(shí)部取實(shí)部 任任意意一一個(gè)個(gè)正正弦弦時(shí)時(shí)間間函函數(shù)數(shù)都都有唯一與其對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)函數(shù)。有唯一與其對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)函數(shù)。無(wú)物理意義無(wú)物理意
11、義是一個(gè)正弦量是一個(gè)正弦量 有物理意義有物理意義3.3.正弦量的相量表示正弦量的相量表示下 頁(yè)上 頁(yè)結(jié)論返 回F(t)包含了三要素包含了三要素：I、，復(fù)常數(shù)包含了兩個(gè)要素：復(fù)常數(shù)包含了兩個(gè)要素：I,。F(t)還可以寫成還可以寫成復(fù)常數(shù)復(fù)常數(shù)下 頁(yè)上 頁(yè)正弦量對(duì)正弦量對(duì)應(yīng)的相量應(yīng)的相量相量的模表示正弦量的有效值相量的模表示正弦量的有效值相量的幅角表示正弦量的初相位相量的幅角表示正弦量的初相位注意返 回同樣可以建立正弦電壓與相量的對(duì)應(yīng)關(guān)系：同樣可以建立正弦電壓與相量的對(duì)應(yīng)關(guān)系：已知已知例例1 1試用相量表示試用相量表示i,u.解解下 頁(yè)上 頁(yè)例例2試寫出電流的瞬時(shí)值表達(dá)式。試寫出電流的瞬時(shí)值表達(dá)式
12、。解解返 回在復(fù)平面上用向量表示相量的圖在復(fù)平面上用向量表示相量的圖l 相量圖相量圖下 頁(yè)上 頁(yè)q+1+j返 回4.4.相量法的應(yīng)用相量法的應(yīng)用同頻率正弦量的加減同頻率正弦量的加減相量關(guān)系為：相量關(guān)系為：下 頁(yè)上 頁(yè)結(jié)論 同頻正弦量的加減運(yùn)算變?yōu)閷?duì)應(yīng)相量同頻正弦量的加減運(yùn)算變?yōu)閷?duì)應(yīng)相量的加減運(yùn)算。的加減運(yùn)算。返 回i1 i2=i3下 頁(yè)上 頁(yè)例例返 回借助相量圖計(jì)算借助相量圖計(jì)算+1+j首尾相接首尾相接下 頁(yè)上 頁(yè)+1+j返 回正弦量的微分、積分運(yùn)算正弦量的微分、積分運(yùn)算微分運(yùn)算微分運(yùn)算 積分運(yùn)算積分運(yùn)算下 頁(yè)上 頁(yè)返 回例例用相量運(yùn)算：用相量運(yùn)算：把時(shí)域問題變?yōu)閺?fù)數(shù)問題；把時(shí)域問題變?yōu)閺?fù)數(shù)問
13、題；把微積分方程的運(yùn)算變?yōu)閺?fù)數(shù)方程運(yùn)算；把微積分方程的運(yùn)算變?yōu)閺?fù)數(shù)方程運(yùn)算；可以把直流電路的分析方法直接用于交流電路?？梢园阎绷麟娐返姆治龇椒ㄖ苯佑糜诮涣麟娐?。下 頁(yè)上 頁(yè)Ri(t)u(t)L+-C相量法的優(yōu)點(diǎn)返 回 正弦量正弦量相量相量時(shí)域時(shí)域 頻域頻域相量法只適用于激勵(lì)為同頻正弦量的非時(shí)變相量法只適用于激勵(lì)為同頻正弦量的非時(shí)變線性電路。線性電路。相量法用來分析正弦穩(wěn)態(tài)電路。相量法用來分析正弦穩(wěn)態(tài)電路。正弦波形圖正弦波形圖相量圖相量圖下 頁(yè)上 頁(yè)注意不不適適用用線線性性線線性性12非非線性線性返 回8.4 8.4 電路定律的相量形式電路定律的相量形式1.1.電阻元件電阻元件VCR的相量形式的
14、相量形式時(shí)域形式：時(shí)域形式：相量形式：相量形式：相量模型相量模型uR(t)i(t)R+-有效值關(guān)系有效值關(guān)系相位關(guān)系相位關(guān)系R+-URu相量關(guān)系：相量關(guān)系：UR=RIu=i下 頁(yè)上 頁(yè)返 回瞬時(shí)功率瞬時(shí)功率 波形圖及相量圖波形圖及相量圖 i touRpRu=iURI 瞬時(shí)功率以瞬時(shí)功率以2交變，始終大于零，表交變，始終大于零，表明電阻始終吸收功率明電阻始終吸收功率同同相相位位下 頁(yè)上 頁(yè)返 回時(shí)域形式：時(shí)域形式：相量形式：相量形式：相量模型相量模型相量關(guān)系：相量關(guān)系：2.2.電感元件電感元件VCR的相量形式的相量形式下 頁(yè)上 頁(yè)有效值關(guān)系有效值關(guān)系：U=L I相位關(guān)系：相位關(guān)系：u=i+90
15、i(t)uL(t)L+-j L+-返 回感抗的性質(zhì)感抗的性質(zhì)表示限制電流的能力；表示限制電流的能力；感抗和頻率成正比。感抗和頻率成正比。XL相量表達(dá)式相量表達(dá)式XL=L=2fL，稱為感抗，單位為稱為感抗，單位為(歐姆歐姆)BL=-1/L=-1/2fL，稱為稱為感納，單位為感納，單位為 S 感抗和感納感抗和感納下 頁(yè)上 頁(yè)返 回功率功率 t iouLpL2 瞬時(shí)功率以瞬時(shí)功率以2交變，有正有負(fù)，一周期內(nèi)剛交變，有正有負(fù)，一周期內(nèi)剛好互相抵消，表明電感只儲(chǔ)能不耗能。好互相抵消，表明電感只儲(chǔ)能不耗能。i波形圖及相量圖波形圖及相量圖電壓超前電壓超前電流電流90900 0下 頁(yè)上 頁(yè)返 回時(shí)域形式：時(shí)域
16、形式：相量形式：相量形式：相量模型相量模型iC(t)u(t)C+-+-相量關(guān)系：相量關(guān)系：3.3.電容元件電容元件VCR的相量形式的相量形式下 頁(yè)上 頁(yè)有效值關(guān)系：有效值關(guān)系：IC=CU相位關(guān)系：相位關(guān)系：i=u+90 返 回XC=-1/C，稱為容抗，單位為稱為容抗，單位為 (歐姆歐姆)B C=C，稱為容納，單位為稱為容納，單位為 S 容抗和頻率成反比容抗和頻率成反比 0，|XC|直流開路直流開路(隔直隔直)，|XC|0 高頻短路高頻短路|XC|容抗與容納容抗與容納相量表達(dá)式相量表達(dá)式下 頁(yè)上 頁(yè)返 回功率功率 t iCoupC 瞬時(shí)功率以瞬時(shí)功率以2交變，有正有負(fù)，一周期交變，有正有負(fù)，一周
17、期內(nèi)剛好互相抵消，內(nèi)剛好互相抵消，表明電容只儲(chǔ)能不耗能。表明電容只儲(chǔ)能不耗能。u波形圖及相量圖波形圖及相量圖電流超前電流超前電壓電壓900下 頁(yè)上 頁(yè)2返 回4.4.基爾霍夫定律的相量形式基爾霍夫定律的相量形式同同頻頻率率的的正正弦弦量量加加減減可可以以用用對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)的的相相量量形形式式來來進(jìn)進(jìn)行行計(jì)計(jì)算算。因因此此，在在正正弦弦電電流流電電路路中中，KCL和和KVL可用相應(yīng)的相量形式表示：可用相應(yīng)的相量形式表示：流入某一結(jié)點(diǎn)的所有正弦電流用相量表示流入某一結(jié)點(diǎn)的所有正弦電流用相量表示時(shí)仍滿足時(shí)仍滿足KCL；而任一回路所有支路正弦電壓用；而任一回路所有支路正弦電壓用相量表示時(shí)仍滿足相量表示時(shí)仍滿
18、足KVL。下 頁(yè)上 頁(yè)表明返 回例例1 1試判斷下列表達(dá)式的正、誤。試判斷下列表達(dá)式的正、誤。L下 頁(yè)上 頁(yè)返 回例例2已知電流表讀數(shù)：已知電流表讀數(shù)：A18A下 頁(yè)上 頁(yè)6AA2A1A0Z1Z2A2A0?I0max=?A0A0I0min=?A2A0A1解解返 回例例3解解相量模型相量模型下 頁(yè)上 頁(yè)+_15u4H0.02Fij20-j10+_15返 回下 頁(yè)上 頁(yè)j20-j10+_15返 回例例4 4解解下 頁(yè)上 頁(yè)+_5uS0.2Fi相量模型相量模型+_5-j5返 回例例5解解下 頁(yè)上 頁(yè)j40jXL30CBA返 回例例6圖示電路圖示電路I1=I2=5A，U50V，總電壓與總電流總電壓與總電流同相位，求同相位，求I、R、XC、XL。解法解法1 1令等式兩邊實(shí)部等于實(shí)部，虛部等于虛部令等式兩邊實(shí)部等于實(shí)部，虛部等于虛部下 頁(yè)上 頁(yè)jXC+_RjXLUC+-返 回下 頁(yè)上 頁(yè)畫相量圖計(jì)算畫相量圖計(jì)算jXC+_RjXLUC+-解法解法2返 回例例7 圖示電路為阻容移項(xiàng)裝置，如要求電容電壓圖示電路為阻容移項(xiàng)裝置，如要求電容電壓滯后與電源電壓滯后與電源電壓/3，問，問R、C應(yīng)如何選擇應(yīng)如何選擇。解解1 1畫相量圖計(jì)算畫相量圖計(jì)算上 頁(yè)jXC+_R+-解解2返 回謝謝你的閱讀v知識(shí)就是財(cái)富v豐富你的人生
安徽大學(xué)電路原理教學(xué)課件第8章相量法
