第四章电工学交流电路.ppt

第4章 正弦交流电路 4.1.1 频率与周期 4.1.2 幅值与有效值 4.2 正弦量的相量表示法 2.功率关系 4.5 阻抗的串联与并联 4.7.3 并联谐振 1. 谐振条件 4.8 功率因数的提高 2. 功率因数cos ?低的原因 3.功率因数的提高 (2) 提高功率因数的措施 结论 1．阻抗的定义 定义：无源二端网络端口电压相量和端口电流相量的比值为该无源二端网络的阻抗，并用符号Z表示，即： 或 或 称为欧姆定律的相量形式。 电阻、电感、电容的阻抗： 相量模型 将所有元件以相量形式表示： 2．阻抗的性质 电阻 电抗 阻抗模 阻抗角 电压超前电流，感性 电压滞后电流，容性 电压电流同相，阻性 3．阻抗的串联与并联 4.7 交流电路的频率特性 前面几节讨论电压与电流都是时间的函数, 在时间领域内对电路进行分析,称为时域分析。本节主要讨论电压与电流是频率的函数；在频率领域内对电路进行分析, 称为频域分析。 相频特性: 电压或电流的相位与频率的关系。 幅频特性: 电压或电流的大小与频率的关系。 当电源电压或电流（激励）的频率改变时，容抗和感抗随之改变，从而使电路中产生的电压和电流（响应）的大小和相位也随之改变。 频率特性或频率响应： 研究响应与频率的关系 滤波电路主要有： 低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。 4.7.1 RC滤波电路的频率特性 滤波：即利用容抗或感抗随频率而改变的特性, 对不同频率的输入信号产生不同的响应, 让需要的某一频带的信号通过, 抑制不需要的其它频率的信号。 1. 低通滤波电路 C R 如图为RC串联电路， 是输入电压， 是输出电压，现在讨论它们的数值之比和它们的相位差与频率的关系。即 由电路理论，电容两端的输出电压为 定义输出电压与输入电压的比值为电路传递函数，用T( j?)表示，即 其中 分别称为幅频特性和相频特性。 频率特性曲线 ?0 ? 0 0.707 ? 0 ?0 1 C + – + – R 当? ?0时,|T(j? )| 变化不大接近等于1； 当? ?0时,|T(j? )| 明显下降,信号衰减较大。 一阶RC低通滤波器具有低通滤波特性 通频带： 0 ? ??0 截止频率: ?0=1/RC 通频带： 把 0 ? ??0的频率范围称为低通滤波电路的通 频带。?0称为截止频率(或半功率点频率、3dB频率)。 当 ??0 时，T(? )变化不大，接近于 1 ； 当 ??0 时，T(? )明显下降。此电路具有易于通过低频信号而抑制高频信号的作用，常称之为低通滤波器。 C R 低通滤波器 2. RC高通滤波电路 C R 高通滤波器 由此得传递函数为 其中 ?0 ? 0 0.707 ? 0 ?0 1 频率特性曲线 通频带： ?0??? 截止频率: ?0=1/RC 当? ?0时,|T(j? )| 较小，信号衰减较大； 当? ?0时, |T(j? )| 变化不大，接近等于1。 一阶RC高通滤波器具有高通滤波特性 4.7.2 谐振电路 同相 由定义，谐振时： 或： 即 谐振条件： 谐振时的角频率 串联谐振电路 (1) 谐振条件 1. 串联谐振 R L C + _ + _ + _ + _ (2) 谐振频率 根据谐振条件： 电路发生谐振的方法： (1)电源频率 f 一定，调参数L、C 使 fo= f； (2)电路参数LC 一定，调电源频率 f，使 f = fo 令： 表征串联谐振电路的谐振质量 品质因数， 所以串联谐振又称为电压谐振。 注意 谐振时: 与 相互抵消，但其本 身不为零，而是电源电压的Q倍。 所以电力系统应避免发生串联谐振。 4. 谐振曲线 电流随频率变化的关系曲线。 Q值越大，曲线越尖锐，选择性越好。 Q大 Q小 分析： 谐振电流 电路具有选择最接近谐振频率附近的电流的能力 ——称为选择性。 R ? f O 通频带： 谐振频率 上限截止频率 下限截止频率 Q大 通频带宽度越小(Q值越大)，选择性越好，抗干扰能力 越强。 Q小 △?= ?2－?1 当电流下降到0.707Io时所对应的上下限频率之差，称通频带。即： + - 可得出： 2.谐振频率 在直流电路中，功率仅与电流和电压的乘积有关；即 上式中的cos ?是电路中的功率因数。其大小决定于电路（负载）的参数。对纯阻负载功率因数为1。对其他负载来说，其功率因数均介于0和1之间。 1、提高功率因数的意义 在交流电路中，功率不仅与电流和电压的乘积有关，而且还与电压与电流