2022-2023学年高二物理竞赛课件：正弦稳态电路的分析

正弦稳态电路的分析 单个元件 R：=0 p=UI(1+cos2t) 平均>0 耗能 L：=90o p=UIsin2t 平均=0 C：= -90o p= -UIsin2t 平均=0 储能， 周期性地“吞吐”能量 二．几种功率（正弦电流电路） 1．有功功率P：（平均功率P） （W） =cos ：一端口的功率因数 cos >0：吸收有功功率 cos <0：发出有功功率 P= W 的示数，反映电阻分量所消耗的平均功率。 2．无功功率Q： （var） sin >0：“吸收”无功功率 感性 cos <0：“发出”无功功率 容性 反映交换功率的幅值，反映端口内外往返交换能量的情况。 电流 电压 有功分量： Icos Ucos  无功分量： Isin Usin   Icos 3．视在功率S： （VA） 铭牌上的容量=额定电压有效值额定电流的有效值 4．关系： ch9s5-4 ch9s5-5 元件瞬时功率 并取u为参考正弦量 1.电阻： 平均功率： （耗能元件） 平均功率 --- 有功功率，功率 三．基本元件的功率与能量 以下讨论中，假定元件两端电压与电流取关联参考方向， 2.电感： 瞬时功率：p>0，吸收能量，建立磁场 平均功率： 无功功率：瞬时功率的最大值，用来衡量电感与外电路交换 能量的速率，单位为乏(Var) 储能： 平均储能： ch9s5-6 p<0，放出能量，磁能消失 储能元件 3.电容： 瞬时功率： 无功功率： 注：当电路L和C有同样电流或同样电压时，L和C瞬时功率反相， 一个吸收，另一放出，故规定QC<0 储能 ： 平均储能： ch9s5-7 例5-5-1 求图示一端口网络 的P、Q和cos 解： 复功率 ∴P=5（W） Q=5 （var） ch9s5-8 （滞后） ch9s6-2 定义复数 为复功率 可同时表征P、Q、S大小及，便于计算。 则 可利用相量直接求 一. 定义： 1、设端口上 ，进而示P、Q、cos。 二、计算： ch9s6-3 则 三、意义： 2、若一端口内部不含独立源，则： 引入它的目的是能直接应用电压相量、电流相量，使有功功率P、无功功率Q、视在功率S的计算和表达简化。 二、计算： 或 1、复功率 2、在正弦电流电路中，复功率守恒。有功功率、无功功率守恒， 视在功率不守恒。 电路总的有功功率是电路中各部分有功功率之和。 电路总的无功功率是电路中各部分无功功率之和。 不代表正弦量，也不直接反映时域范围的能量关系。 求额定电压U=220V，电流I=0.4A， 功率P=40W 的日光灯电路的S、Q 和cosφ。为提高功率因数，并联 电容如图中虚线所示。C=4.75μF， 求此时和cosφ’，电源频率为50Hz。 解： 并电容后： ch9s6-4 例5-5-2 （滞后） ch9s7-2 欲使P最大 1. 共轭匹配：负载电抗可独立变化，即模与幅角均可变 令 可变，由 可知，当 时，即 （共轭匹配）负载获最大功率 2. 模匹配：负载阻抗模可变，幅角不变。将 代入 可推导P最大条件为 即 此时负载功率小于共轭匹配时 Ns oc eq 图示电路左端为含源二 端网络，右端为负载，设 负载功率： $$