理论教育 正弦稳态电路相量图分析方法

正弦稳态电路相量图分析方法

时间:2023-07-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:相量图不仅可以反映电压、电流的大小,还可以直观地表明电路中各电压、电流相量间的相位关系,借助相量图有时还能方便定性地分析电路的某些特性,因而相量图分析法也是分析和计算正弦稳态电路的重要手段。画相量图时首先得确定参考相量及其计时起点。例5-13图5-23所示电路,已知,,定性作出相量图。图5-23例5-13图解取为参考相量,并设各元件的电压与电流为关联参考方向,作相量图步骤下如。

正弦稳态电路相量图分析方法

由正弦稳态电路分析和计算可知,在相量域模型电路中应用基尔霍夫定律和元件伏安关系所列出的电路方程为复数代数方程,显然,这些方程所表示的各电压相量及电流相量在复平面上必定构成一个具有确定几何关系的图形,这种图形就是反映电路中各相量之间关系的相量图(Phasor Diagram)。相量图不仅可以反映电压、电流的大小,还可以直观地表明电路中各电压、电流相量间的相位关系,借助相量图有时还能方便定性地分析电路的某些特性,因而相量图分析法也是分析和计算正弦稳态电路的重要手段。

画相量图时首先得确定参考相量及其计时起点。由于在相量图上最为关心的是电路中各个相量的相位关系,而各相量的相位差与计时起点无关,所以画相量图时,先要在电路中选定某一电压或电流相量作为参考相量,其他相量就可以根据它们与参考相量之间由电路连接所约束的关系加以确定。参考相量的初相可任意假定,可取零,也可取其他值。由于初相的选择不同不会影响各相量之间的相位关系,因此,为了方便,选参考相量的初相位为零。在画相量图时,对于串联电路,一般取流过所有元件的电流相量为参考相量;对于并联电路,一般取元件两端的电压相量为参考相量;对于混联电路,一般可以选取离电源所在端口最远支路上公共的电压或电流为参考相量或视具体电路的解题方便来选定。一旦选取好参考相量,即可按KCL、KVL方程,根据单个R、L、C元件上电压相量和电流相量的关系即伏安关系,逐一画出对应的相量。最后用矢量平行四边形法则或多边形法则画出电路的相量图。根据相量图中各相量所对应的线段和角度的几何关系,利用初等几何、代数和三角知识计算所需要求解的电压、电流相量或电路参数。

例5-13 图5-23(a)所示电路,已知,定性作出相量图。

图5-23 例5-13图

解 取为参考相量,并设各元件的电压与电流为关联参考方向,作相量图步骤下如。

(1)作同相;

(2)作超前

(3)作滞后

(4)作

(5)作电感L2电流,它滞后电感L2电压

(6)作

(7)作电阻R3电压,它与同相位;

(8)作为电感L2电压,它超前

(9)作为电容C3电压,它滞后

(10)作

所以,如图5-23(b)所示。(www.daowen.com)

例5-14 图5-24(a)所示电路,电流表A1的读数为10A,电压表V1的读数为100V,求电流表A0及电压表V0的读数。

图5-24 例5-14图

解 设离输入端最远处的电压为参考相量,即,由R=XC=5Ω可知,电流,即电流超前电压的角度为45°,又已知电感电流滞后电压90°,所以有,根据KCL有,于是可画出电路的相量图如图5-24(b)所示。由相量图可以得出,即电流表的读数为10A。

由KVL可得

即电压表V0的读数为

例5-15 图5-25(a)所示电路中,已知U=115V,U1=55.4V,U2=80V,R1=32Ω,f=50Hz,求线圈的电阻R2和电感L2

图5-25 例5-15图

解 已知的都是有效值,以电流˙I为参考相量,根据电阻、电感元件的伏安关系,可画相量图如5-25(b)所示。由相量可知

U2=++2U1U2cosφ2

可解得φ2=64.9°

所以

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