§11－6 電路設(shè)計(jì)，電路實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)分析電路實(shí)例

1、§11－6 電路設(shè)計(jì)，電路實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)分析電路實(shí)例,首先介紹用正弦穩(wěn)態(tài)分析程序ACAP來(lái)計(jì)算正弦穩(wěn)態(tài)電路的各種功率。再介紹LC匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。最后介紹提高功率因數(shù)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)。,一、計(jì)算機(jī)輔助電路分析,例11-10 用計(jì)算機(jī)程序計(jì)算例11－2電路中各元件的電壓 電流以及所吸收的功率。,解：電路如圖(a)所示，用ACAP程序分析該電路的數(shù)據(jù)如 圖(b)所示。運(yùn)行正弦穩(wěn)態(tài)分析程序ACA

2、P，讀入圖(b) 所示數(shù)據(jù)后， 選擇計(jì)算電壓電流和功率的菜單，計(jì)算 機(jī)屏幕上顯示以下計(jì)算結(jié)果。,圖11－18,----- 節(jié) 點(diǎn) 電 壓 相 量 ----- 實(shí)部 虛部 模 幅角 V 1=( 2.000 +j .0000 ) = 2.000 exp(j .00 )

3、 V 2=( 1.500 +j .5000 ) = 1.581 exp(j 18.43 ) V 3=( .0000 +j -1.000 ) = 1.000 exp(j -90.00 ) V 4=( -1.000 +j -1.000 ) = 1.414 exp(j-135.00 ) V 5=( -1.000

4、 +j -5.9605E-08) = 1.000 exp(j-180.00 ) ----- 支 路 電 壓 相 量 ----- U 1=( 2.000 +j .0000 ) = 2.000 exp(j .00 ) U 2=( .5000 +j -.5000 ) = .7071 exp(j -45.00 )

5、 U 3=( 1.500 +j 1.500 ) = 2.121 exp(j 45.00 ) U 4=( .0000 +j -1.000 ) = 1.000 exp(j -90.00 ) U 5=( 1.000 +j .0000 ) = 1.000 exp(j .00 ) U 6=( .0000

6、 +j -1.000 ) = 1.000 exp(j -90.00 ) U 7=( -1.000 +j -5.9605E-08) = 1.000 exp(j-180.00 ) ----- 支 路 電 流 相 量 ----- I 1=( -1.000 +j 1.000 ) = 1.414 exp(j 135.00 )

7、 I 2=( 1.000 +j -1.000 ) = 1.414 exp(j -45.00 ) I 3=( 1.000 +j -1.000 ) = 1.414 exp(j -45.00 ) I 4=( 1.000 +j .0000 ) = 1.000 exp(j .00 ) I 5=( 5.9605E

8、-08 +j -1.000 ) = 1.000 exp(j -90.00 ) I 6=( .0000 +j -1.000 ) = 1.000 exp(j -90.00 ) I 7=( .0000 +j -1.000 ) = 1.000 exp(j -90.00 ),----- 支 路 功 率 -----( 電壓電流用有效值 )

9、 有功功率 P 無(wú)功功率 Q 視在功率 S 1 V : -2.0000 -2.0000 2.8284 2 R : 1.0000 .00000 1.0000 3 L : .00000 3.0000

10、 3.0000 4 C : .00000 -1.0000 1.0000 5 L : 5.96046E-08 1.0000 1.0000 6 R : 1.0000 .00000 1.0000 7 C

11、 : 5.96046E-08 -1.0000 1.0000 功率之和: 5.96046E-08 .00000 10.828,從以上數(shù)據(jù)可見(jiàn)，計(jì)算機(jī)在計(jì)算各支路電壓電流相量的基礎(chǔ)上，計(jì)算出各二端元件吸收的有功功率，無(wú)功功率和視在功率。從這些計(jì)算結(jié)果來(lái)看，顯然整個(gè)電路的視在功率并不守恒；無(wú)功功率是守恒的；有功功率也應(yīng)該是守恒的，計(jì)算結(jié)果顯示電

12、感元件的有功功率并不完全為零，而有一個(gè)很小的數(shù)值，這是由于數(shù)字計(jì)算機(jī)二進(jìn)制數(shù)字的位數(shù)有限所造成的誤差，這也是數(shù)值分析程序的一個(gè)缺點(diǎn)，讀者應(yīng)該能夠理解和識(shí)別這種誤差。,例11-11 用計(jì)算機(jī)程序計(jì)算例11-3電路中各元件的電壓電 流以及所吸收的功率。,解：電路如圖(a)所示，用ACAP程序分析該電路的數(shù)據(jù)如 圖(b)所示。運(yùn)行正弦穩(wěn)態(tài)分析程序ACAP，讀入圖(b) 所示數(shù)據(jù)后

13、，計(jì)算結(jié)點(diǎn)3和結(jié)點(diǎn) 0之間單口網(wǎng)絡(luò)的等效 電路，計(jì)算機(jī)屏幕上顯示以下計(jì)算結(jié)果。,圖11－19,----- 任 兩 結(jié) 點(diǎn) 間 單 口 的 等 效 電 路 ----- 3 -> 0 實(shí)部 虛部 模 幅角 Uoc=( 100.0 +j -300.0 ) = 316.2 exp(j -71.57)

14、 Z0 =( 1000. +j .0000 ) = 1000. exp(j .00) Isc=( 1.0000E-01+j -.3000 ) = .3162 exp(j -71.57) Y0 =( 1.0000E-03+j .0000 ) = 1.0000E-03exp(j .00) Pmax= 25.00

15、(電源用有效值時(shí)) Pmax= 12.50 (電源用振幅值時(shí))***** 正 弦 穩(wěn) 態(tài) 分 析 程 序 (ACAP 2.11 ) 成電 七系--胡翔駿 *****,計(jì)算結(jié)果說(shuō)明LC匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)是正確的，它使RL=1000?負(fù)載上獲得25W的最大功率。,例11-12 圖(a)所示電路中的電壓源電壓波形如圖(b)所示， 試用計(jì)算機(jī)程序計(jì)算電路中各電壓電流的有效值 以及

16、電壓源和各電阻吸收的平均功率。,解：用ACAP程序分析圖(a)所示電路的數(shù)據(jù)，如圖(c)所示， 運(yùn)行ACAP程序，讀入上述數(shù)據(jù)后，選擇非正弦電流 電路分析的菜單，可以得到以下計(jì)算結(jié)果。,圖11－20,----- 電 壓 電 流 的 有 效 值 ----- V 1= 140. V 2= 48.5 U 1= 140. U 2= 112. U 3= 48.5

17、 U 4= 48.5 I 1= 2.24 I 2= 2.24 I 3= .969 I 4= 2.02 ----- 支 路 的 平 均 功 率 ----- 1 2 3 4 5 6 P1= -298. = -200. -83.1

18、 -9.03 -3.25 -1.66 -1.00 P2= 251. = 200. +43.5 +4.54 +1.63 +.828 +.501 P3= 47.0 = .000 +39.5 +4.49 +1.62 +.827 +.500 P4=-1.375E-07= .000 -

19、1.329E-07-5.138E-09+5.079E-10+4.748E-11-1.510E-11SUM: -.268E-04 +.000 -1.329E-07-4.820E-07+5.079E-10+4.748E-11+5.959E-08 ***** 正 弦 穩(wěn) 態(tài) 分 析 程 序 (ACAP 2.11 ) 成電 七系--胡翔駿 *****,計(jì)算結(jié)果表明，電壓源吸收的平均功率-298W等于前六次諧波吸收平均功率之和，即,電

20、阻R1吸收的平均功率251W等于前六次諧波吸收平均功率之和，即,電阻R1吸收的平均功率251W也等于電流有效值平方乘電阻或電壓有效值平方除以電阻，即,電阻 R2吸收平均功率47W也等于電流有效值平方乘電阻或電壓有效值平方除以電阻，即,電阻 R2吸收的平均功率47W等于前六次諧波吸收平均功率之和，即,解：電路如圖(a)所示，其電路數(shù)據(jù)如圖所示。運(yùn)行正弦穩(wěn)態(tài)分析程序ACAP，讀入圖(b)所示數(shù)據(jù)后，選擇計(jì)算電壓電流和功率的菜單，計(jì)算機(jī)屏幕上

21、顯示以下計(jì)算結(jié)果。,例11－13 圖11－21(a)所示電路與例11－8的圖11－16電路相同，已知試求相電流和線電流。,圖11－21,----- 支 路 電 壓 相 量 ----- 實(shí)部 虛部 模 輻角 U 1=( 110.0 +j -63.50 ) = 127.0 exp(j -30.00 )

22、 U 2=( -110.0 +j -63.50 ) = 127.0 exp(j-150.00 ) U 3=( 9.5882E-06 +j 127.0 ) = 127.0 exp(j 90.00 ) U 7=( 220.0 +j 3.8147E-06) = 220.0 exp(j .00 ) U 8=( -110.0

23、+j -190.5 ) = 220.0 exp(j-120.00 ) U 9=( -110.0 +j 190.5 ) = 220.0 exp(j 120.00 ) ----- 支 路 電 流 相 量 ----- I 1=( -4.8447E-04 +j 38.10 ) = 38.10 exp(j 90.00 )

24、 I 2=( 33.00 +j -19.05 ) = 38.10 exp(j -30.00 ) I 3=( -33.00 +j -19.05 ) = 38.10 exp(j-150.00 ) I 4=( 4.8447E-04 +j -38.10 ) = 38.10 exp(j -90.00 ) I 5=( -33.00

25、 +j 19.05 ) = 38.10 exp(j 150.00 ) I 6=( 33.00 +j 19.05 ) = 38.10 exp(j 30.00 ) I 7=( 11.00 +j -19.05 ) = 22.00 exp(j -60.00 ) I 8=( -22.00 +j -2.7931E-04) =

26、 22.00 exp(j-180.00 ) I 9=( 11.00 +j 19.05 ) = 22.00 exp(j 60.00 ),計(jì)算得到三個(gè)負(fù)載的相電流為,計(jì)算得到三個(gè)相線的線電流為,計(jì)算結(jié)果與例11－8筆算結(jié)果完全相同。,摘 要1．工作于正弦穩(wěn)態(tài)的單口網(wǎng)絡(luò)，電壓電流采用關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)吸收的瞬時(shí)功率為它由一個(gè)恒定分量和交變分量組成。2．工作于正弦穩(wěn)態(tài)的單口網(wǎng)絡(luò)，電

27、壓電流采用關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)吸收的平均功率為其中U,I是端口電壓和電流的有效值，cosφ是功率因數(shù)，功率因數(shù)角φ是端口電壓與電流的相位差。,對(duì)于電感和電容元件來(lái)說(shuō)，由于功率因數(shù)cosφ=0，其平均功率為零。對(duì)于無(wú)源單口網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，由于功率因數(shù)cosφ≥0,其平均功率為,對(duì)于電阻元件來(lái)說(shuō)，由于功率因數(shù)cosφ=1,其平均功率為,其中，功率因數(shù)角是阻抗角。當(dāng)無(wú)源單口網(wǎng)絡(luò)可以等效為一個(gè)電阻和電抗元件的串聯(lián)和一個(gè)電導(dǎo)和電納并聯(lián)時(shí)，其平均功率為,

28、復(fù)功率的實(shí)部是平均功率，稱(chēng)為有功功率；虛部稱(chēng)為無(wú)功功率。正弦穩(wěn)態(tài)電路的復(fù)功率是守恒的，即,3．復(fù)功率是電壓相量與電流相量共軛復(fù)數(shù)的乘積，即,由此得到正弦穩(wěn)態(tài)電路的有功功率和無(wú)功功率也是守恒的，即,對(duì)于一個(gè)不包含獨(dú)立電源的單口網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，它吸收的平均功率等于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)全部電阻元件吸收平均功率之和。,滿(mǎn)足共軛匹配的條件下，負(fù)載獲得的最大平均功率為,5．由幾個(gè)不同頻率正弦信號(hào)激勵(lì)的非正弦穩(wěn)態(tài)電路中，單口網(wǎng)絡(luò)吸收的平均功率等于每個(gè)頻率正弦信號(hào)單獨(dú)激

29、勵(lì)引起的平均功率之和，即,4．含獨(dú)立源單口網(wǎng)絡(luò)向可變負(fù)載傳輸最大平均功率的條件是負(fù)載阻抗等于含源單口輸出阻抗的共軛復(fù)數(shù)，即,其中U0，I0表示電壓電流的直流分量， Uk，Ik表示電壓電流k次諧波的有效值。已知周期性非正弦電壓電流的有效值，可以利用以下公式來(lái)計(jì)算電阻吸收的平均功率,6．周期性非正弦電壓電流信號(hào)的有效值為,8．對(duì)稱(chēng)Y－Y聯(lián)接的三相電路中，其線電壓和相電壓以及線電流和相電流的關(guān)系為,7．由三相電源供電的電路，稱(chēng)為三相電路。對(duì)