第9章 阻抗与导纳B.ppt

单击以编辑,母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,8,章 阻抗和导纳,8-1,变换方法的概念,8-4,相量的线性性质和微分性质,8-5,基尔霍夫定律的相量形式,8-7 VCR,相量形式的统一,阻抗和导纳的引入,8-8,正弦电路与电阻电路的类比,相量模型的引入,8-6,三种基本电路元件,VCR,的相量形式,8-9,正弦稳态混联电路的分析,8-11,相量模型的等效,8-12,有效值 有效值相量,8-13,两类特殊问题 相量图法,8-2,复数,8-3,相量,8-10,相量模型的网孔分析法和节点分析法,正弦交流电路是指含有正弦电源,(,激励,),而且电路各部分所产生的电压和电流,(,稳态响应,),均按正弦规律变化的电路。,正弦交流电路,(,正弦稳态电路,),的基本概念,在生产和生活中普遍应用正弦交流电，特别是三相电路应用更为广泛。,本章和下一章将介绍正弦稳态电路的一些基本概念、基本理论和基本分析方法。,交流电路具有用直流电路的概念无法理解和分析的物理现象，因此在学习时注意建立交流的概念，以免引起错误。,正弦电压与电流,直流电路在稳定状态下电流、电压的大,小和方向是不随时间变化的，如图所示。,t,I,U,0,正弦电压和电流是按正弦规律周期性,变化的，其波形如图所示。,t,u i,0,+,u,i,R,+,u,i,R,正半周,负半周,电路图上所标的方向是指它们的参考,方向，即代表正半周的方向。,负半周时，由于电压（或电流）为负值，,所以其实际方向与参考方向相反。,+,实,际,方,向,一,.,周期电压和电流,按周期变化，即经过相等的时间重复出现的电压和电流。,u,(,t,),=U,m,cos,(,t,),u,(,t,),=U,m,sin,(,t+,/2),U,m,振幅,角频率,i,(t)=,I,m,cos(,t+),i,0,t,(,rad,),2,t,(,s,),T,/2,T,正弦交流电的三要素：,（,1,）幅值,I,m,（,2,）角频率,（,3,）初相位,u,0,t,(,rad,),U,m,2,t,(,s,),T,/2,T,二,.,正弦电压和电流,随时间按正弦（余弦）规律变化的电压和电流。,1.,频率与周期,T,周期,T,：正弦量变化一周所需要的时间；,角频率,:,t,2,例我国和大多数国家的电力标准频率是,50Hz,，试求其,周期和角频率。,解,=,2,f,=2,3.1450=,314rad/s,I,m,t,i,0,频率,f,：正弦量每秒内变化的次数；,I,m,交流电每交变一个周期便变化了,2,弧度，即 ,T,=2,2.,幅值与有效值,瞬时值,是交流电任一时刻的值。,用小写字母表示,。,如,i,、,u,、,e,分别表,示电流、电压、电动势的瞬时值。,幅值,是交流电的,最大值,。用大,写字母加下标表示。如,I,m,、,U,m,、,E,m,。,有效值,是从电流的热效应来规,定的。,如果,交流电流通过一个电阻时在一个周期内消耗的电能与某直流电流通过同一电阻在相同时间内消耗的电能相等,就将这一直流电流的数值定义为交流电流的有效值。,t,2,I,m,t,i,0,I,m,同理可得,根据上述定义，有,有效值,当电流为正弦量时,:,Ri,2,d,t=RI,2,T,0,T,i,(t)=,I,m,cos(,t+,i,),3.,初相位,对于正弦量而言，所取计时起点不同，其初始值,(,t,=0,时的值,),就不同，到达某一特定值,（如,0,值）,所需的时间也就不同。,例如,:,t=0,时的相位角,称为,初相位角,或,初相位。,(,t+),称为正弦量的,相位角,或,相位。,它反映出正弦量变化的进程。,若所取计时起点不同，则正弦量,初相位不同。,i,(t)=,I,m,cos,t,i,(t)=,I,m,cos(,t+),t,=0,时，,i,(0)=,I,m,i,(0)=,I,m,cos,i,t,0,i,0,t,i,0,I,m,相位差,i,1,=,I,1m,cos(,t+,i1,),i,2,=,I,2 m,cos(,t+,i2,),的相位差,和,=,(,t+,i1,)-,(,t+,i2,)=,i1,-,i2,i,2,超前,i,1,i,2,滞后,i,1,t,i,1,0,t,i,1,0,t,i,1,0,t,i,1,0,t,i,1,0,i,2,i,2,i,2,i,1,与,i,2,反相,i,2,i,1,与,i,2,同相,i,2,i,1,与,i,2,正交,在一个交流电路中，通常各支路电流的频率相同，,而相位常不相同。,9.1,变换方法的概念,正弦电量（时间函数）,正弦量运算,所求正弦量,变换,相量,（复数）,相量结果,反变换,相量运算,（复数运算,),正弦量具有幅值、频率和初相位三个要素，它们除了用三角,函数式和正弦波形表示外，还可用,相量,来表示同频率的正弦量。,正弦量的,相量表示法,就是用,复数,来表示正弦量。,相量法,是一种用来表示和计算同频率正弦量的数学工具，,应用相量法可以使正弦量的计算变得很简单。,例如：已知两个支路电流,i,1,=,I,1 m,cos(,t+,i1,),i,2,=,I,2 m,cos(,t+,i2,),若求：,i,1,+,i,2,a,A,0,b,+1,+j,r,模,辐角,a=rcos,b=rsin,r=,a,2,+b,2,=arctan,b,a,cos,+jsin,=,e,j,欧拉公式,A=a+jb,=,r(cos,+jsin,),=,re,j,=,r,代数式,指数式,极坐标式,复数在进行加减运算时应采用代数式，,实部与实部相加减，虚部与虚部相加减。,复数在进行乘运算时宜采用指数式或极坐标式，模与模相乘，辐角与辐角相加。,有向线段可用复数表示,复数,可用几种形式表示,复数在进行除运算时宜采用指数式或极坐标式，模与模相除，辐角与辐角相减。,9.2,复数,8-3,相量,由欧拉恒等式，,e,j,=,cos,+jsin,令 ,=t+,I,m,e,j(t+),=,I,m,cos,(t+)+j,I,m,sin(t+),设,i,(t)=,I,m,cos,(t+),Re,I,m,e,j(t+),=,I,m,cos,(t+)=,i,(t),Im,I,m,e,j(t+),=,I,m,sin,(t+),Re(e,j,)=,cos,Im(e,j,)=,sin,8-3,相量,I,m,e,j(t+),=,I,m,cos,(t+)+j,I,m,sin(t+),设,i,(t)=,I,m,cos,(t+),i,(t)=,I,m,cos,(t+)=Re,I,m,e,j(t+),=Re,I,m,e,j,e,jt,由欧拉恒等式，,e,j,=,cos,+jsin,=Re,I,m,e,jt,=,I,m,e,j,=,I,m,/,=,I,m,cos,+j,I,m,sin,I,m,式中,称为正弦电流,i,(t),的,幅值相量,I,m,I,=,2,=,I,e,j,=,I,/,=,I,cos,+j,I,sin,称为正弦电流,i,(t),的,有效值相量,+1,+j,0,t,1,+,I,m,t,i,0,t,1,A,t,2,A,i,=,I,m,sin(,t+),i,t,t,1,有向线段长度是,I,m,，,t=0,时，与横轴的夹角是,，,以,角速度,逆时针方向旋转，它在,实轴上的投影，,即为正弦电流的,瞬时值,i,=,I,m,cos(,t+),t=t,1,时，,i,(t,1,)=,I,m,cos(,t,1,+),9.3,相 量,由以上分析可知，一个复数由模和辐角两个特征量确定。,而正弦量具有幅值、初相位角和频率三个要素。但在分析线性电路时，电路中各部分电压和电流都是与电源同频率的正弦量，,因此，频率是已知的，可不必考虑。故一个正弦量可以由幅值,和初相位两个特征量来确定。,比照复数和正弦量，正弦量可用复数来表示。复数的模即为,正弦量的幅值（或有效值），复数的辐角即为正弦量的初相位。,为与一般复数相区别，把表示正弦量的复数称为相量。并用在大写字母上打一“,”,的符号表示。,I=I,=,Ie,j,=I(cos,+jsin,),(,有效值相量,),I,m,=I,m,=,I,m,e,j,=I,m,(cos,+jsin,),(,最大值相量,),的相量为,例如,i,(t)=,I,m,cos(,t+,),=I,a,+,j,I,b,=I,cos,+,j,I,sin,=I,e,j,=I,最大,值相量,有效,值相量,0,I,m,+1,+j,I,I,a,I,b,I,=I,am,+,j,I,bm,=I,m,cos,+,j,I,m,sin,=I,m,e,j,=I,m,I,m,相,量,图,相量是,表示,正弦交流电的复数，正弦交流,电是时间的函数，所以二者之间并,不,相等,。,正弦量,用,旋转有向线段表示,用复函数表示。,同频率正弦量,可以用,复数,来表示，称之为,相量,。,用大写字母上打“,”,表示。,I,U,m,i,=,I,m,cos(,t,+,),例：已知某正弦电压,U,m,=311V,，,f,=50Hz,，,u,=30,，试写出此电压的瞬时值表达式、最大值相量和有效值相量，画出此电压的相量图，求出,t=0,.,01S,时电压的瞬 时值。,解：,瞬时值,u,=311cos(100,t+30,),=,311,30,V,U,m,u,(,0,.,01),=311cos(100,0,.,01,+30,),=,269.3V,U,30,=220V,U=,2,U,m,=,2,311,=,220,30,V,U,有效值相量,最大值相量,有效值,相量是,表示,正弦交流电的复数，正弦交流电是,时间的函数，二者之间并,不相等,。,按照正弦量的大小和相位关系画出的若干个相量的图形，称为,相量图,。,注意,只有正弦量才能用相量表示；,只有同频率的正弦量才能画在同一相量图上；,相,量,图,1,j,0,i1,i2,I,1,m,I,2,m,例,若,i,1,=,I,1 m,cos(,t+,i1,),i,2,=,I,2 m,cos(,t+,i2,),，,已知,i1,=30,，,i2,=65,，,I,1m,=2,I,1m,试画出相量图。,i,1,(,t,),=,5,cos,(314,t+,60),A,i,2,(,t,),=,10,sin,(314,t+,60),A,i,3,(,t,),=,7,cos,(314,t+,60),A,写出相量，绘相量图,i,2,(t),=10,sin,(314,t,+60),=10,cos,(314,t,30),=7,cos,(314,t,120),A,例,:,i,3,(,t,),=,7,cos,(314,t+,60),I,1,m,=5,/,60,A,I,3,m,=7,/,120,A,I,2,m,=10,/,30,A,解：,+,j,+1,60,I,1m,-30,-120,I,2m,I,3m,8-4,相量的线性性质和微分性质,1.,相量的线性性质,表示若干个同频率正弦量（可带有实系数）线性组合的相量等于表示各个正弦量的相量的同一线性组合。亦即,如设两个正弦量分别为：,i,1,(t)=,I,m1,cos,(t+,1,),=Re,I,m1,e,jt,设,k,1,和,k,2,为两个实数，则正弦量,i,(t)=,k,1,i,1,(t),+,k,2,i,2,(t),可用相量,=Re,I,m2,e,jt,i,2,(t)=,I,m2,cos,(t+,2,),I,m,=,k,1,I,m1,+,k,2,I,m2,表示。,例,若已知,i,1,=,I,1m,cos(,t+,1,)=,100cos(,t+45)A,，,i,2,=,I,2m,cos(,t+,2,)=,60cos(,t30)A,，试,求,i,=,i,1,+,i,2,。,解,于是得,i,2,=,129cos(,t+18.33)A,正弦电量的运算可按,下列步骤,进行,正弦电量（时间函数）,正弦量运算,所求正弦量,变换,相量,（复数）,相量结果,反变换,相量运算,（复数运算,),例,若已知,i,1,=,I,1 m,cos(,t,+,i1,),、,i,2,=,I,2 m,cos(,t,+,i2,),，,用,相量图求解,i,1,+,i,2,解：用相量图求解,1,j,0,i1,i2,I,m,I,m1,I,m2,i,i,=,I,m,cos(,t,+,i,),8-4,相量的线性性质和微分性质,2.,相量的微分性质,这一性质包含两个内容：,若,A,m,为给定正弦量,A,m,cos,(t+),的相量，则,j,A,m,为该正弦量的导数的相量。亦即,Re,A,m,e,jt,=Re,A,m,e,jt,=Re,j,A,m,e,jt,d,d,dt,dt,取实部和求导数的运算是可交换的（,Re,和,可交换）；,dt,d,复值函数,A,m,e,jt,对,t,的导数等于该函数与,j,的乘积。,A,i,1,i,3,i,2,i,1,=,I,1 m,cos(,t,+,1,),i,2,=,I,2 m,cos(,t,+,2,),i,3,=,I,3 m,cos(,t,+,3,),由,基尔霍夫电流定律,，,节点,A,的电流方程为,i,1,+,i,2,-,i,3,=0,节点,A,的电流方程相量表达式为,A,I,1,I,2,I,3,I,2,I,3,I,1,+,=0,基尔霍夫定律的相量形式,I,=,0,U,=,0,8-4,基尔霍夫定律的相量形式,根据相量的线性性质,电路分析是确定电路中,电压与电流,关系及,能量的转换,问题。,电阻元件的交流电路,本节从电阻、电容、电感两端电压与电流一般关系式入手，介绍在正弦交流电路中这些理想元件的,电压,与,电流,之间的关系，为分析交流电路奠定基础。下章再讨论,功率,和,能量转换,问题。,R,+,u,i,电压与电流的关系,在电阻元件的交流电路中，电压、电流参考方向如图所示。,根据欧姆定律,设,则,式中,或,可见，,R,等于电压与电流有效值或最大值之比。,8-4,三种基本电路元件,VCR,的相量形式,i,(t)=,I,m,cos(,t+),u,(t)=,RI,m,cos(,t+)=,U,m,cos(,t+),电压与电流同频率、同相位；,电压与电流的关系,电压与电流大小关系,U,I,电压与电流相量表达式,相量图,+1,+j,0,电阻元件的交流电路,R,+,u,i,U=U,I=I,i,(t)=,I,m,cos(,t+),u,(t)=,RI,m,cos(,t+)=,U,m,cos(,t+),i,u,波形图,t,0,设,=0,设,0,f,X,L,感抗,电压与电流的关系,由,，有,感抗与频率,f,和,L,成正比。因此，电,感线圈对高频电流的阻碍作用很大，而,对直流可视为短路。,电感元件的交流电路,设在电感元件的交流电路中，电压、电流取关联参考方向。,+,u,i,L,X,L,与,f,的关系,i,=,I,m,cos,t,u,=,L,I,m,sin,t,=,U,m,cos(,t+90),（,1,）,u,和,i,的频率相同；,（,2,）,u,在相位上超前于,i,90,；,（,3,）,u,和,i,的最大值和有效值之间的关系为：,U,m,=,X,L,I,m,U,=,X,L,I,用相量法可以把电感的电压和电流的上面三方面,的关系的,(2),和,(3),统一用相量表示：,U,m,=j,X,L,I,m,U,=j,X,L,I,即,:j,I,=,I,e,j90,=,I,e,j,e,j90,=,I,e,j(,+90),因,j,I,相当于将相量,I,逆时针转了,90,U,+1,+j,0,I,相量图,由上面的分析可知电感的电压和电流的关系为,依据“相量的微分性质”,重新审视,这一性质包含两个内容：,若,A,m,为给定正弦量,A,m,cos,(t+),的相量，则,j,A,m,为该正弦量的导数的相量。亦即,Re,A,m,e,jt,=Re,A,m,e,jt,=Re,j,A,m,e,jt,d,d,dt,dt,取实部和求导数的运算是可交换的（,Re,和,可交换）；,dt,d,复值函数,A,m,e,jt,对,t,的导数等于该函数与,j,的乘积。,U=,j,L,I,U,+1,+j,0,电压与电流的关系,电压超前电流,90,；,相量图,电压与电流大小关系,+,u,i,L,电感元件的交流电路,I,i,=,I,m,cos,t,u,=,U,m,cos(,t+90),i,波形图,t,0,u,U,I,电压与电流相量式,=j,X,L,解：,X,L2,=2,f,2,L,=31,40,10,30,j,31,.4,=0.,318,60,A,10,30,j,31,40,=,=0.,00318,60,A,X,L1,=2,f,1,L,=31.,4,U,.,U,j,X,L1,.,=,I,1,=,.,U,j,X,L2,.,I,2,=,.,.,I,2,I,1,.,30,60,+1,例,:,已知,L,=0,.1H,，,u,=10,2cos,（,t+30,）,V,，,当,f,1,=50Hz,，,f,2,=5000Hz,时，求,X,L,及,I,，并画出,U,、,I,相量图。,.,.,.,0,f,X,c,容抗,设,电压与电流的关系,得,由,电容元件的交流电路,fC,X,2,1,C,=,C,+,u,i,X,C,与,f,的关系,设在电容元件的交流电路中，电压、电流取关联参考方向。,式中,容抗与频率,f,，,电容,C,成反比。因,此，电容元件对高频电流所呈现的容抗,很小，而对直流所呈现的容抗趋于无穷,大，故可视为开路。,u,=,U,m,cos,t,i,=,C,U,m,sin,t=,I,m,cos(,t+90),（,1,）,u,和,i,的频率相同；,（,2,）,i,在相位上超前于,u,90,；,（,3,）,u,和,i,的最大值或有效值之间的关系为：,U,m,=,X,c,I,m,U,=,X,c,I,用相量法可以把电容的电压和电流的上面三方面的关系的,(2),和,(3),统一用相量式表示：,U,m,=,j,X,c,I,m,U,=,j,X,c,I,相量图,I,U,+1,+j,0,即,:,j,I,=,I,e,j90,=,I,e,j,e,j90,=,I,e,j(,90),因,j,I,相当于将相量,I,顺时针转了,90,由上面的分析可知电容的电压和电流的关系为,u,波形图,t,0,i,U,+1,+j,0,电流超前电压,90,相量图,I,电压与电流大小关系,电压与电流的关系,电容元件的交流电路,C,+,u,i,u,=,U,m,cos,t,i,=,C,U,m,cos(,t+90),电压与电流相量式,=,X,C,U,j,I,例,:,下图中电容,C,=23,.,5,F,，,接在电源电压,U,=220V,、,频率为,50Hz,、初相为零的交流电源上，求电路中的电流,i,。,该电容的额定电压最少应为多少伏？,额定电压,解,:,容抗,W,=,=,=,5,.,135,2,1,1,C,fC,C,X,w,C,+,u,i,i,=,I,m,cos(,t+90),=2.3cos(314,t+90),(,一,),纯电阻元件交流电路,u=iR,电压与电流,同频率、同相位,电压与电流大小关系,U,=,R I,或,U,m,=,R I,m,电压与电流相量表达式,U=R,I,电压超前电流,90,d,i,d,t,u=L,电压与电流大小关系,U,=,I X,L,，,X,L,=,L,U,I,电压与电流相量式,=j,X,L,(,二,),纯电感元件交流电路,电流超前电压,90,电压与电流大小关系,U,=,I X,C,，,X,C,=1/,C,d,u,d,t,i=C,(,三,),纯电容元件交流电路,电压与电流相量式,=,X,C,U,j,I,单一参数的交流电路,(,一,),纯电阻元件交流电路,电压与电流相量表达式,电压与电流相量式,(,二,),纯电感元件交流电路,(,三,),纯电容元件交流电路,U,I,=j,X,L,=,Z,L,=,I,I,Y,L,1,U,I,=,R,=,Z,R,=,I,I,Y,R,1,8-6 VCR,相量形式的统一,阻抗和导纳的引入,电压与电流相量式,U,I,=,j,X,C,=,Z,C,=,I,I,Y,C,1,U,=,Z,=,I,I,Y,1,欧姆定律的相量形式,U,Z,=,I,称为复数阻抗，简称,阻抗,，单位为欧姆（,）。,称为复数导纳，简称,导纳,，单位为西门子（,S,）。,Y,=,Z,1,相量模型：,电压、电流用相量表示，电路参数用复数阻抗表示。,U=R,I,U=,j,L,I,U=,j,I,C,1,R,U,I,I,U,j,L,I,U,j,C,1,R,u,i,u,i,L,C,u,i,8-7,正弦电路与电阻电路的类比,相量模型的引入,根据,KVL,可列出,已知,u,，求,i,.,例：电阻、电感与电容元件串联的交流电路,+,L,+,u,C,R,i,u,L,u,C,u,R,+,+,在,R,、,L,、,C,串联交流电路中，电流电压参考方向如图所示。,如用相量表示电压与电流关系，,可把电路模型改画为相量模型。,+,+,+,+,j,X,C,R,j,X,L,电路的阻抗，用,Z,表示。,Z,KVL,相量表示式为,电压电流关系,Z,=,R,2,+,X,2,=arc tan,Z,=,R,+j(,X,L,-,X,C,),X,L,-,X,C,=,X,电抗,阻抗模,阻抗角,X,R,复数阻抗,阻抗三角形,X,R,Z,Z,=,R,+j,X=,Z,+,L,+,u,C,R,i,u,L,u,C,u,R,+,+,+,+,+,+,j,X,C,R,j,X,L,电压电流关系,Z,=,R,2,+,X,2,阻抗模,阻抗角,=arc tan,X,R,Z,=,U,I,=,U,u,I,i,=,U,I,u,-,i,=,u,-,i,阻抗,Z,=,R,+j,X=,Z,当,X,L,X,C,时,X,0,，,为正，电路中电压超前电流,电路呈电感性；,当,X,L,X,C,时,X,0,，,为负，则电流超前电压，电路呈电容性；,当,X,L,=,X,C,X,=0,，,=0,，则电流与电压同相，电路呈电阻性。,+,+,+,+,j,X,C,R,j,X,L,设电流,为参考正弦量,i,=,I,m,cos,t,则电压,u,=,U,m,cos(,t+,),电压电流关系,的大小和正负由,电路参数决定。,为正,时,电路,中电压,电流相,量图,I,U,U,R,U,L,U,c,U,L,U,c,阻抗,三角形,X,L,-,X,c,R,Z,+,+,+,+,j,X,C,R,j,X,L,U=,U,2,R,+(U,L,-,U,c,),2,各部分电压有效值之间关系,U,R,X,Z,阻,抗,三,角,形,电,压,三,角,形,电压、阻抗三角形,X,=,X,L,-,X,C,U,X,U,L,U,C,=,+,U,X,U,R,例题：,已知下图所示电路中，,U,L,=,U,R,=40V,，,U,C,=80V,，画出该电路的相量图，并计算总电压,U,。,C,R,L,u,R,u,L,u,c,i,u,+,+,+,+,例题图,U,R,U,L,U,C,I,U,解：根据基尔霍夫定律的相量形式及各元,件电压、电流的相量关系，可得相量图,由相量图可知,2,U,=40 V,解：,1.,感抗,X,L,=,L,=314127 10,-3,=40,容抗,X,C,=,C,1,=,31440 10,-6,1,=80,Z,=,R,2,+,(,X,L,X,c,),2,=50,Z,=,30,2,+,(40 80),2,复阻抗模,例,:,R,、,L,、,C,串联电路如图所示，已知,R,=30,、,L,=,127mH,、,C,=40F,，电源电压,u=,220,cos(314,t+,45,）,V,求：,1.,感抗、容抗及复阻抗的模,;2.,电流的有效值和瞬时,值表达式；,3.,各元件两端电压的瞬时值表达式。,2,C,R,L,u,R,u,L,u,c,i,u,+,+,+,+,解：,1.,X,L,=40,X,C,=80,=50,Z,2.,=,22045,V,U,电压相量,I,=,U,Z,=,22045,30+j(40-80),=,22045,5053,=,4.498,A,I,=4.4 A,i,=4.4,cos(314,t,+98,),A,电流有效值,瞬时值,2,I,j,L,R,+,+,+,+,U,U,R,U,C,U,L,u,R,=,132,2cos(314,t,+98,),V,3.,=R,I,=132 98,V,U,R,=,I,j,X,L,=176 172,V,U,L,u,L,=,176,cos(314,t,172,),V,2,U,C,=,j,X,C,I,=352 8,V,u,C,=,352,cos(314,t,+,8,),V,2,C,1,j,解：,1,、,X,C,=8,I,=12V,3 =,4 A,例,:,电路如图,已知,R,=3,电源电压,u=,17,cos314,t,V,j,X,L,=,j 4,。求：,1,容抗为何值（容抗不等于零）开关,S,闭合前后，电流,I,的有效值不变，这时的电流是多少？,2,容抗为何值，开关,S,闭合前电流,I,最大，这时的电流是,多少？,Z,=,5,U=,17,1.414=12V,I,=12V,5 =2.4A,2,、,Z,的值最小时,I,值最大,X,C,=4,=,R,2,+,(,X,L,X,C,),2,Z,=,R,2,+,X,L,2,I,R,U,j,X,C,j,X,L,S,+,I,C,I,I,L,I,R,=,+,+,i,R,i,L,i,C,C,R,L,i,u,+,U,R,1,=,+,j,X,L,1,j,X,C,1,（,+,）,U,R,1,=,+,X,C,1,X,L,1,）,j,（,U,=,G,+j,（,B,C,B,L,）,容纳,电导,感纳,Y,=,G,+j,（,B,C,B,L,）,R,、,L,、,C,并联电路的导纳：,=,Y,I,U,U,Y,=,I,（,1,）导纳,Z=,1,Y,看另一个特例：,R,、,L,、,C,并联电路,设,u,=,U,m,cos,t,I,R,相量图,I,I,c,I,L,I,c,I,L,U,1,、,R,、,L,、,C,并联电路,u,C,R,L,i,i,R,i,c,i,L,U,j,L,I,L,I,c,I,R,I,R,j,C,1,（,2,）相量图,i,R,i,L,i,C,C,R,L,i,u,+,U,I,I,R,I,C,I,L,I,C,I,L,I=,I,R,2,+,(,I,L,I,C,),2,（,2,）相量图,I,I,R,I,L,I,C,电流三角形,例,已知,I,L,=,5A,，,I,C,=2A,，,I,R,=4A,求电流的有效值,I,。,解：,I,=,4,2,+(5,2),2,=5A,1,、,R,、,L,、,C,并联电路,和计算复杂直流电路一样，正弦稳态混联电路也可应用支路电流法、回路分析法、节点分析法、叠加原理和戴维南定理等方法来分析与计算。所不同的是电压、电流应以,相量,表示，电阻、电感和电容及其组成的电路应以,复数,阻抗,或,复数,导纳,来表示。即正弦稳态混联电路用其,相量模型,表示。,8-8,正弦稳态混联电路的分析,基尔霍夫定律的相量形式,I,=,0,U,=,0,U,=,Z,=,I,I,Y,1,欧姆定律的相量形式,例子,设,u,=,U,m,cos,t,相,量,图,I,I,c,U,U,R,U,L,I,RL,u,i,i,RL,i,c,u,R,u,L,C,L,+,+,+,R,U,j,L,I,RL,I,c,I,R,U,R,U,L,+,+,+,j,C,1,8-9,正弦稳态混联电路的分析,8-9,相量模型的网孔分析法 和节点分析法,一,.,网孔分析法,电阻电路,正弦稳态电路相量模型,R,11,I,1,+R,12,I,2,+,+,R,1n,I,n,=U,s11,R,21,I,1,+R,22,I,2,+,+,R,2n,I,n,=U,s21,R,n1,I,1,+R,n2,I,2,+,+,R,nn,I,n,=U,snn,Z,11,I,1,+Z,12,I,2,+,+,Z,1n,I,n,=U,s11,Z,21,I,1,+Z,22,I,2,+,+,Z,2n,I,n,=U,s21,Z,n1,I,1,+Z,n2,I,2,+,+,Z,nn,I,n,=U,snn,6,5,3,6,4,),(,C,B,A,i,R,R,R,i,R,i,R,S4,S3,u,u,+,=,+,+,+,+,-,6,5,2,5,),(,A,B,i,R,R,R,i,R,S2,6,C,u,i,R,=,+,+,+,+,5,4,1,),(,S4,u,S1,u,5,B,i,R,A,i,R,R,R,-,=,4,c,i,R,-,+,+,+,+,U,S2,-,R,1,R,2,R,4,R,6,R,3,i,C,i,A,i,B,R,5,+,U,S,1,-,+,U,S3,-,-,U,S4,+,令,R,11,=,R,1,+,R,4,+,R,5,为第一网孔的,自电阻,令,R,12,=R,21,=R,5,为一、二两网孔中,互电阻,令,R,13,=R,31,=,R,4,为一、三两网孔中,互电阻,令,u,S,11,=,u,S,1,-u,S,4,为第一网孔中电压源电压升之和,R,11,i,A,+,R,12,i,B,+,R,13,i,C,=,u,S11,R,21,i,A,+,R,22,i,B,+,R,23,i,C,=,u,S22,R,31,i,A,+,R,32,i,B,+,R,33,i,C,=,u,S33,1,自电阻*网孔电流,+,互电阻*相邻网孔电流,=,网孔中电压源电压升之和,2,自电阻,总,为正,值。,互电阻,则,有正有负，两网孔电流流过互电阻时,，,方向相同,则,取正,方向相反取负,电阻电路的网孔分析法,例：试列出图示电路的网孔方程组。,网孔方程组,(3,+j,3),I,1,-j,3,I,2,=,10,/30,-j,3,I,1,+,(2,+j,3,-j,2),I,2,-,2,I,3,=,0,-,2,I,2,+,(2,-j,),I,3,=,-5,I,I=I,1,-I,2,辅助方程,解：,3,I,1,-j,2,-j,I,2,I,3,j,3,2,1,2,5,I,10,/,30,I,二,.,节点分析法,电阻电路,G,11,U,1,+G,12,U,2,+,+,G,1n,U,n,=I,s11,G,21,U,1,+G,22,U,2,+,+,G,2n,U,n,=I,s21,G,n1,U,1,+G,n2,U,2,+,+,G,nn,U,n,=I,snn,正弦稳态电路相量模型,Y,11,U,1,+Y,12,U,2,+,+,Y,1n,U,n,=I,s11,Y,21,U,1,+Y,22,U,2,+,+,Y,2n,U,n,=I,s21,Y,n1,U,1,+Y,n2,U,2,+,+,Y,nn,U,n,=I,snn,等号左端为通过各电导流出,的全部电流之和，右端为流,进该节点电流源之和。,0,),(,3,5,4,3,2,3,1,5,=,+,+,+,-,-,u,G,G,G,u,G,u,G,0,),(,3,3,2,3,2,1,1,1,=,-,+,+,+,-,u,G,u,G,G,G,u,G,),(,3,5,2,1,1,5,1,=,-,-,+,i,u,G,u,G,u,G,G,s,nn,s,n,nn,n,n,s,n,n,s,n,n,i,u,G,u,G,u,G,i,u,G,u,G,u,G,i,u,G,u,G,u,G,=,+,+,+,=,+,+,+,=,+,+,+,K,K,K,2,2,1,1,22,2,2,22,1,21,11,1,2,12,1,11,.,.,.,G,5,G,1,G,3,G,2,G,4,i,s,i,1,i,2,i,5,i,4,1,2,3,4,选,4,为参考点,i,3,s,3,s,3,i,u,G,u,G,u,G,i,u,G,u,G,u,G,=,+,+,=,+,+,22,23,2,22,1,21,11,13,2,12,1,11,s,3,i,u,G,u,G,u,G,=,+,+,33,33,2,32,1,31,1.,自电导,节点电位,+,互电导,相邻节点电位,=,流进该节点的电流源电流,2.,自电导均为正值,(,相对,),，互电导均为负值。,电阻电路的节点分析法,例：试列出图示电路的节点方程组。,节点方程组,3,j,U,2,I,=,U,1,=10,/30,U,j,j,U,j,=,-,+,-,+,+,-,-,3,),1,2,1,2,1,(,2,2,1,-,U,j,-,4,1,0,辅助方程,0,3,2,1,2,),2,1,3,1,3,1,(,=,-,-,-,+,+,U,j,U,j,j,+,U,1,3,1,-,解：,3,-j,2,-j,j,3,2,1,2,3,4,5,I,10,/,30,I,U,4,=5,I,一,.,无源单口网络的等效,2.,正弦稳态电路,a,b,R,Z,ab,(,j,),=R,(,),+jX,(,),Y,ab,(,j,),=G,(,),+jB,(,),9-10,相量模型的等效,1.,电阻电路,R,jX,jB,G,a,b,G,N,0,w,a,b,N,0,a,b,Z=R+jX,两种等效电路的关系,串联 并联,Y=G+jB,Z=R+jX,2,2,1,1,X,R,jX,R,jX,R,Z,Y,+,-,=,+,=,=,2,2,X,R,j,R,+,-,=,2,2,X,R,X,+,=G+jB,-,2,2,X,R,X,+,B=,2,2,X,R,R,+,G=,R,jX,jB,G,并联 串联,Y=G+jB,2,2,1,1,B,G,jB,G,jB,G,Y,Z,+,-,=,+,=,=,jX,R,B,G,B,j,B,G,G,+,=,+,-,+,=,2,2,2,2,B,X,1,G,R,1,阻抗与导纳互为倒数,X,B,G,B,=,+,-,2,2,R,B,G,G,+,=,2,2,正弦稳态电路,Z,ab,(,j,),=R,(,),+jX,(,),Y,ab,(,j,),=G,(,),+jB,(,),N,0,w,a,b,R,jX,jB,G,二,.,含源单口网络的等效,1.,电阻电路,2.,正弦稳态含源单口网络,戴维南,等效电路,诺顿,等效电路,诺顿,等效电路,N,N,戴维南,等效电路,U,oc,R,o,I,sc,R,o,U,oc,Z,o,I,sc,Z,o,例：图示电路中,i,(,t,),=cos,(3,t+,45),A,求,u,(,t,),。,解：,(1),作出相量模型,a,b,i,(,t,),u,(,t,),2,3,1,H,6,5,H,3,1,F,a,b,I,U,2,-,j,j,2,5,j,解：,(1),作相量模型：,(2),求,U,5,5,2,3,2,5,2,2,5,),2,(,2,),2,(,j,j,j,j,j,j,j,j,ab,Z,+,+,+,=,+,-,-,+,=,j,j,j,j,j,+,+,=,+,+,+,=,2,3,4,10,5,=,+,=,45,W,2,2,2,2,j,例：图示电路中,i,(,t,),=cos,(3,t+,45),A,求,u,(,t,),。,I,ab,Z,U,90V,2,45=,2,1,45,2,2,=,=,u,(,t,),=cos,(3,t+,90),V,2,2,A,I,45,2,1,=,a,b,I,U,2,-,j,j,2,5,j,例：在图示移相电路中,已知,R,=10k,C,=0.01F,输入信号电压,U,1,=,10,V,，其频率,f,=1000Hz,，求,输出电压,U,2,。,U,1,R,+,R,U,2,+,C,C,解：,+,U,0,=R,U,1,U,0,R+,1,j,C,=,0.5357.87,V,Z,0,Z,0,=,R Z,C,R+Z,C,=,R,j,C,R+,j,C,1,=,1,+,j,RC,R,=,10,4,(0.715j0.45),应用戴维南定理求解,例：在图示移相电路中，已知,R,=10k,，,C,=0.01F,输入信号电压,U,1,=,10,V,，其频率,f,=1000Hz,，求,输出电压,U,2,。,R,+,R,U,2,+,C,C,解：,U,0,=,0.5357.87,V,U,0,Z,0,=,10,4,(0.715j0.45),Z=Z,0,+,R,j,1,C,Z=,2.66 10,4,49.96,Z,U,0,U,2,=,R=,0.2,107.83V,=,1.5910,4,1,C,Z,0,8-12,两类特殊问题 相量图法,工程实践中的两种情况,