《交流电路分析计算》课件

交流电路分析计算电路分析基础知识电路计算方法与应用课程简介交流电路基本概念掌握基础理论分析方法概述学习计算技巧课程目标交流电的基本概念交流电的定义正弦波形的特征频率、周期、相位大小和方向随时间周期变化的电流振幅、相位、周期性变化正弦交流电的表示方法时域表示相量表示复数表示i=Im·sinωt+φ箭头长度表示幅值I=Im∠φ直观显示随时间变化角度表示相位计算简便电路元件在交流电路中的特性电阻电感符合欧姆定律阻碍电流变化电压电流同相位电流滞后电压90°电容储存电荷电流超前电压90°电阻在交流电路中的特性电压与电流关系功率消耗相量图表示u=Ri P=I²R电压电流同相位电感在交流电路中的特性电压与电流关系1u=L·di/dt感抗概念2XL=ωL相量图表示3电流滞后电压90°电容在交流电路中的特性容抗概念XC=1/ωC电压与电流关系i=C·du/dt相量图表示电流超前电压90°阻抗和导纳阻抗的定义和计算导纳的定义和计算阻抗和导纳的关系Z=R+jX Y=G+jB Y=1/Z|Z|=√R²+X²|Y|=√G²+B²Z=1/Y基尔霍夫定律在交流电路中的应用复数形式的表示用相量表示电压电流电压定律（）KVL闭合回路电压和为零电流定律（）KCL节点电流代数和为零交流电路的功率瞬时功率有功功率p=ui=UIcosωtcosωt-φP=UIcosφ视在功率无功功率S=UI Q=UIsinφ功率因数定义和物理意义cosφ=P/S有功功率与视在功率比值功率因数的计算cosφ=R/Z电阻与阻抗的比值提高功率因数的方法并联电容器减少感性负载串联电路RLC电压与电流关系U=UR+UL+UC阻抗三角形Z=R+jXL-XC功率三角形S²=P²+Q²并联电路RLCφ1/Y等效阻抗相位角Y=YR+YL+YCφ=arctanBC-BL/GP功率计算P=U²G谐振电路串联谐振并联谐振12时发生时发生XL=XC BL=BC谐振频率的计算3₀f=1/2π√LC串联谐振特性谐振条件XL=XC品质因数Q₀Q=ωL/R频率特性曲线电流随频率变化并联谐振特性谐振条件:BL=BC品质因数₀:Q=ωC·R频率特性阻抗随频率变化:交流电路的等效变换串联到并联的转换并联到串联的转换等效电路的应用Rp=Rs1+Q²Rs=Rp/1+Q²简化电路分析Xp=Xs1+1/Q²Xs=Xp/1+1/Q²方便计算阻抗相量图分析法相量图的绘制原则1长度表示幅值角度表示相位串联电路的相量图2电流相同电压相加并联电路的相量图3电压相同电流相加复数计算在交流电路中的应用复数的表示形式复数的四则运算直角坐标加减法实部虚部分别运算:a+jb:极坐标∠乘除法极坐标形式简便:rθ:在电路分析中的应用相量计算阻抗计算网孔电流法基本原理选择独立闭合回路应用建立方程KVL计算步骤确定网孔电流方向列复数形式方程组求解线性方程组实例分析多网孔电路求解电流和电压关系节点电压法方程求解解个方程n-1列方程应用KCL选择参考节点通常接地端叠加定理定理内容适用条件12线性电路中每个激励单独作用线性电路多个独立源应用实例3多源电路分析分步求解叠加戴维宁定理原始电路等效电路应用实例复杂多支路电路电压源与阻抗串联简化分析诺顿定理定理内容等效电路的求解应用实例任意双端网络等效为电流源并联内阻短路电流法多源电路分析戴维宁转换法负载变化计算最大功率传输定理定理内容负载阻抗等于源内阻抗共轭匹配条件ZL=ZS*RL=RS,XL=-XS应用实例信号传输功率放大器设计互感电路互感系数₁₂M=k√L L互感的概念电磁感应现象互感电路的分析考虑感应电动势3耦合电感电路耦合系数k0≤k≤1电压方程u₁=L₁di₁/dt±Mdi₂/dt等效电路T型或π型电路理想变压器特性和原理电磁感应现象变压比₁₂₁₂₂₁n=N/N=U/U=I/I阻抗变换₁₂Z=n²·Z三相交流电路概述线电压和相电压星形UL=√3·UP三相电源1三个相位差的电源120°三相负载连接方式星形或三角形YΔ三相星形连接特点和应用相电压和线电压关系有中性点UL=√3·UP可提供两种电压UL超前UP30°功率计算P=√3·UL·IL·cosφ三相三角形连接特点和应用无中性点适合大电流负载相电流和线电流关系IL=√3·IP滞后IL IP30°功率计算P=√3·UL·IL·cosφ对称三相电路定义和特点1三相负载阻抗相等电源电压幅值相等计算简化2每相独立计算中性线无电流功率计算3P=3·UP·IP·cosφP=√3·UL·IL·cosφ不对称三相电路分析方法中性线电流计算功率计算分相计算IN=IA+IB+IC P=PA+PB+PC依据KCL和KVL相量和各相功率单独计算后相加三相电路的功率测量旋转磁场形成原理三相正弦电流产生旋转磁场旋转速度n=60f/p r/min应用实例异步电动机同步发电机非正弦周期交流电路傅里叶级数展开2分解为直流和正弦分量非正弦波的特点包含多种频率分量有效值计算各谐波有效值平方和的平方根非正弦周期电流的功率P Q有功功率无功功率各次谐波有功功率之和各次谐波无功功率之和D畸变功率不同频率分量间的功率电路的频率特性频率响应反映电路对不同频率的处理能力波特图显示增益和相位随频率变化滤波器设计基于频率特性低通滤波器原理和特性截止频率应用实例允许低频通过fc=1/2πRC音频处理高通滤波器应用实例噪声滤除截止频率fc=1/2πRC原理和特性允许高频通过带通滤波器带阻滤波器原理和特性阻带宽度阻止特定频段信号通过BW=f₂-f₁允许其余频率通过Q值影响带宽应用实例电源噪声滤除特定干扰抑制谐波分析谐波的概念谐波对电路的影响谐波抑制方法基波整数倍频率分量增加损耗滤波器使用非线性负载产生设备过热无源滤波干扰通信有源滤波电路暂态分析概述暂态过程的定义分析方法简介12电路从一稳态转变至另一稳态经典法的过程拉普拉斯变换法初始条件的确定电容上电压电感中电流一阶电路的暂态过程RC充电过程uc=E1-e^-t/RC放电过程uc=E·e^-t/RC时间常数τ=RC一阶电路的暂态过程RL接通过程i=E/R1-e^-Rt/L断开过程i=E/R·e^-Rt/L时间常数τ=L/R二阶电路的暂态过程RLC临界阻尼情况最快达到稳态欠阻尼情况振荡衰减过阻尼情况缓慢单调衰减3拉普拉斯变换在电路分析中的应用基本概念时域→s域转换常用变换对e^-at↔1/s+a电路方程的求解代数方程反变换→传输线理论基础分布参数电路电阻、电感、电容、电导分布在线上传输线方程∂V/∂z=-R+jωLI∂I/∂z=-G+jωCV特性阻抗₀Z=√R+jωL/G+jωC反射与驻波ΓVSWR Z₀=ZL反射系数驻波比阻抗匹配Γ=ZL-Z₀/ZL+Z₀VSWR=1+|Γ|/1-|Γ|无反射条件史密斯圆图基本原理复数阻抗映射:使用方法圆图上沿圆弧移动:阻抗匹配从负载到源的轨迹设计:双口网络分析参数参数参数Z YABCD阻抗参数矩阵导纳参数矩阵传输参数矩阵开路测量短路测量级联网络方便网络函数与传递函数定义和性质输出与输入比值极点和零点决定频率响应稳定性分析极点在左半平面交流电路仿真软件介绍简介使用基础仿真实例演示SPICE Multisim专业电路分析工具直观的图形界面频率响应分析交流电路测量技术电压表和电流表的使用示波器的应用有效值测量波形观察注意接线方式相位差测量功率测量方法功率表使用三相功率测量技术电磁兼容基础传导干扰和辐射干扰通过导线传播通过空间辐射电磁干扰的来源抑制方法开关电源滤波器使用电机运行屏蔽技术交流电路安全防护安全操作规程专业培训绝缘保护双重绝缘接地技术保护性接地交流电路在工程中的应用电力系统通信系统电子设备电源发电、输电、配电滤波与信号处理开关电源设计功率因数校正阻抗匹配逆变器应用课程总结与展望知识点回顾基本理论与分析方法学习方法建议理论结合实践未来发展趋势智能电网技术新能源系统。