第七章 非正弦周期电流电路的分析.doc

第七章 非正弦周期电流电路的分析 基本要求： 1．能将非正弦周期函数展开为付立叶级数，并作出其频谱图； 2．能分析计算非正弦周期电路中的电压，电流； 3．能计算非正弦周期电压，电流的有效值及计算非正弦周期电路中的平均功率； §7-1 周期函数的付立叶级数展开式 讲述要点： 1. 付立叶系数的计算； 2．周期函数的几种对称性 一、付立叶级数 周期函数: 设T为周期函数f(t)的周期，即f(t)= f(t+kT)，k=0，1，2，3… 如果f(t) 满足狄里赫利条件，即 （1）在一个周期内，如极大值和极小值的数目为有限个； （2）在一个周期内，如只有有限个不连续点; （3）在一个周期内，f(t)绝对值的积分为有限值，即 则f(t)可展开为一无穷级数。 1、付立叶级数的第一形式 n为正整数；， ， 称为付立叶系数 2、付立叶系数 ， ，的计算式： 求 ：对和式两端在一个周期内积分 是f(t)在T内的平均值，称为直流分量 求an： 用cos nt乘和式两端 两端在一周期内积分得： 积分出来之后，令 n=1.2.3.…便可求得a1. a2 …… 求 bn : 同理用sinnt乘和式两端，并就两端在一周期内积分，可得： 3、付立叶展开式的第二种形式 将和式中的同频率的正弦项和余弦出合并为一个同频率的正弦波（可用相量法） 7-1-2 奇函数的波形示例此式中 ； ； 7-1-2 奇函数的波形示例 二、周期函数的几种对称性 1、奇函数： f(t) = -f(-t) 特点：（1）图形对称于原点； （2）上下平移会破坏对称性， 所以平均值必为零； （3）左右平移可破坏对称性。 结论：不含cos项； = 0 ； =0 ；仅含sin项； ≠0 2、偶函数： f(t) = f(-t) 特点：（1）图形对于纵轴对称 （2）上下平移仍为偶函数， 可有非零平均值 (3)左右平移可破坏纵轴对称性 图7-1-3 偶函数的波形示例结论：不含sin项 ； =0 ； 图7-1-3 偶函数的波形示例 可不为零. 3、奇谐波函数： f(t) = -f(t+) (a) (b) 图7?1?4 奇谐波函数的波形示例 波形对称性：后半周反号重复前半周，或后半周左移半周与前半周成镜像。称为奇半波对称性。f(t)称为奇谐波函数。 特点：（1）左右平移不影响对称性；上下平移一定破坏对称性。 （2）只含有奇谐波函数；不含偶次谐波和直流分量 结论：=0 ，an和bn中n只取奇数。 本节小结：1、奇，偶函数的对称性可能因原点的移动而遭破坏，奇谐波函数的对称性不受原点移动的影响。 2、适当选择时间起点，可使有些函数具有一种以上的对称性。 3、对波形的对称性的判断可直观地判断哪些谐波存在，哪些谐波不存在。减少付立叶级数展开的工作量。 §7-2 线性电路对周期性激励的稳态响应 讲述要点：1. 直流分量作用时的等效电路； 2.正弦谐波激励作用时的相量电路，不同谐波的阻抗与导纳； 3. 叠加。 ·在电工程中常见的周期性激励信号一般都满足狄里赫利条件，都可展开为付氏级数。 ·由于付氏级数的收敛性，根据工程计算所允许的误差范围，一般只取前若干项来计算。（对周期电压信号可认为是若干谐波电压源相串联，对周期电流信号可认为是若干谐波电流源相并联） ·直流分量作用时按直流电路计算；各正弦谐波激励作用时可分别利用相量法计算电路的响应相量；返回时域再迭加，就得到电路对周期信号激励的稳态响应。但不能相量相加。 例7?2?2 在图7?2?3所示电路中，已知ω = 314 rad/s, R1 = R2 = 10 ?, L1 = 0.106 H，L2=0.0133H，C1=95.6μF，C2=159?F ，，求i1(t)及i2(t)。 解： ? 直流分量电压单独作用时，电容相当于开路，电感相当于短路 图 7 图 7?2?3 ? 基波分量电压单独作用时，L1与C1并联的等 效导纳为 相当于开路，因此 基波分量电压单独作用时响应的时域解为 ? 三次谐波分量电压单独作用时，L1与C1并联的等效阻抗为 ? 而电感L2在三次谐波频率下的阻抗为j 3?L2 = j12.5 ?，所以对三次谐波而言，L1与C1并联后再与L2串联，发生串联谐振，相当于短路。故 三次谐波分量电压单独作用时响应的时域解为 ? 将响应的直流分量和各次谐波分量单独作用时的正弦稳态响应叠加起来，即为电路的稳态解 §7-3 非正弦周期波的有效值·平均功率 讲述要点：1. 非正弦周期波的有效值的计算 2. 非正弦周期电路平均功