5.4认识多个元件的正弦交流电路(课件）-高二《电工技术基础与技能》同步教学（电子工业版）

任务四　认识多个元件的正弦交流电路 　 　 /// /// 任务分析 由电阻、电感和电容单个元件组成的正弦交流电路是最简单的交流电路，实际电路中没有纯电阻、电感、电容元件，电容有泄漏电阻，线圈有一定的电阻，因此，实际电路是多元件组成的电路，那么，这些电路一般用在什么地方？对电子系统能起到什么作用？ 相关知识 电阻、电感和电容的串、并联电路，包含了三个不同的电路参数，是在实际工作中常常遇到的典型电路，如供电系统中的补偿电路和电子技术中常用的串联谐振电路都属于这种电路。 　 　 /// /// 图5-24 RLC串联电路 一、RLC串联电路 电阻、电感、电容串联组成的电路称为RLC串联电路，如图5-24所示。 1．电流与电压关系 因为在串联电路中，各元件上流过同一电流，故以电流为参考正弦量，即初相为0的正弦量。设电路中的电流为 因电阻上的电压 uR 与电流同相，则 电感上的电压 uL 比电流超前90°，即 电感上的电压 uC 比电流超前90°，即 根据基尔霍夫电压定律，电路总电压的瞬时值等于各个电压瞬时值之和，即 总电压与电流间的相位差为 　 　 /// /// 2．阻抗 电路各电压与总电压有效值之间的关系满足式5-22 　　　　　　　　　　（5-22） 将 、 、 代入式5-22，可得 　　　（5-22） 其中，X = XL - XC，X 称为电抗，电抗是电容和电感共同作用的结果。 在RLC串联电路中，阻抗、电阻、容抗、感抗间的关系为 可见，阻抗 、电阻R和电抗X可以组成一个直角三角形，如图5-25（a）所示。 　 　 /// /// 图5-25　RLC串联电路的阻抗、功率三角形 3．RLC串联电路的功率 在RLC串联电路中，既有耗能元件电阻R，又有储能元件电感L和电容C，存在着有功功率P、无功功率QL和QC。它们分别为 除此之外还有视在功率，视在功率是指电源的容量，用字母S表示，单位为伏安（VA），对于大容量电源可以用千伏安（kVA）表示，即 　 　 /// /// 4．RLC串联谐振电路 在RLC串联电路中，ω为某一值，恰好使感抗XL和容抗XC相等时，X = 0，此时电路中的电流和电压同相位，电路的阻抗最小，且等于电阻（Z = R）。电路的这种状态称为谐振。由于是在RLC串联电路中发生的谐振，故又称串联谐振，此时的频率称为谐振频率f0。 串联谐振条件是电路的感抗等于容抗，即 或 ω为谐振角频率，用ω0表示，则 电路发生谐振的频率称为谐振频率，即 谐振频率f0仅由电路参数L和C决定，与电阻R的大小无关，它反映电路本身的固有频率。因此，f0又称电路的固有频率。电路发生谐振时，外加电源的频率必须等于电路的固有频率。在实际应用中，常利用改变电路参数L或C的办法来使电路在某一频率下发生谐振。 　 　 /// /// 5．RLC串联谐振的特点 （1）串联谐振时， ，电路的复阻抗为Z = R，呈电阻性，其阻抗值最小。 （2）因阻抗值最小，所以在电压一定时，电路中谐振电流最大，即 （3）串联谐振时，电感和电容的端电压大小相等，相位相反，并且等于总电压的Q倍，因此，串联谐振又称电压谐振，即 （4）串联谐振时，电路的无功功率为零，电源只提供能量给电阻元件消耗，而电路内部电感的磁场能和电容的电场能正好完全相互转换。 （5）谐振时，电路的电抗为零，但感抗和容抗都不为零，此时的感抗或容抗称为电路的特性阻抗，用字母ρ表示，单位是Ω。 特性阻抗其实就是电路谐振时的感抗或容抗。 　 　 /// /// （6）通常把谐振电路的特性阻抗与电路中电阻的比值称为品质因数，用字母 表示。用品质因数能够说明谐振电路的性能。 6．RLC串联谐振电路在工程中的应用 研究谐振的目的，一方面在生产上充分利用谐振的特点，如在无线电工程、电子测量技术等许多电路中的应用；另一方面又要预防它所产生的危害。 一般串联谐振电路的R值很小，因此，品质因数 Q 的值总大于1，其值一般为几十至几百。串联谐振时，电感和电容元件两端的电压达到电源电压的 Q 倍，即UL、UC都远大于电源电压U。如果电压过高可能损坏线圈或电容器，因此，电力工程上要避免发生串联谐振。 某收音机的接收电路如图5-26所示。L1为接收天线，LC组成串联谐振电路；天线接收到的各种频率信号都会在RLC串联电路中感应出电动势，分别是e1、e2、e3，图5-26中的R是线圈的电阻。 　 　 /// /// （a）电路图　　　　　　　　　 （b）等效电路 图5-26　收音机的接收电路 7．RLC串联谐振电路对工程设备的不良影响