電路分析基礎(chǔ)-7正弦穩(wěn)態(tài)功率的計算.ppt

1 電路分析基礎(chǔ) Fundamental Circuits Analysis 楊飛 第七章 正弦穩(wěn)態(tài)功率的計算 2. 無功功率； 3. 視在功率； 重點 1. 有功功率； 4. 復(fù)功率 下 頁 7.1 正弦穩(wěn)態(tài)電路的瞬時功率 （instantaneous power） 無源一端口網(wǎng)絡(luò)吸收的功率( u, i 關(guān)聯(lián)) 無 源 + u i _ 第一種分解方法 第二種分解方法 下 頁上 頁 第一種分解方法： p 有時為正, 有時為負； p0, 電路吸收功率； p0, 0 , 感性，X 0 ，表示網(wǎng)絡(luò)吸收無功功率； Q 0 ，表示網(wǎng)絡(luò)發(fā)出無功功率。 Q 的大小反映網(wǎng)絡(luò)與外電路交換功率的大小。是由儲能元 件L、C的性質(zhì)決定的。 下 頁上 頁 有功，無功，視在功率的關(guān)系： S P Q 功率三角形 下 頁上 頁 有功功率: 單位：W 無功功率: 單位：var 視在功率: 單位：VA 7.2.4-6 R、L、C元件的有功功率和無功功率 u i R + - i u L + - i u C + - 下 頁上 頁 任意阻抗的功率計算 u i Z + - 下 頁上 頁 電壓、電流的有功分量和無功分量 (以感性負載為例) R X + _ + _ + _ G B + _ 下 頁上 頁 三表法測線圈參數(shù)。 已知 f =50Hz，且測得U=50V， I=1A，P=30W。 R L + _ Z V AW * * 方法一 下 頁上 頁 例 解 方法二 f =50Hz，U=50V， I=1A，P=30W。 R L + _ Z V AW * * 下 頁上 頁 方法三 f =50Hz，U=50V， I=1A，P=30W。 R L + _ Z V AW * * 下 頁上 頁 7.2.7 功率因數(shù) 下 頁上 頁 功率因數(shù)角。對無源網(wǎng)絡(luò)，為其等效阻抗的阻抗角。 功率因數(shù)。 純電阻純電抗 已知：電動機 PD=1000W， cos D=0.8（感性），U=220， f =50Hz，C =30F。 求電路總的功率因數(shù)。 + _ D C 例 解 下 頁上 頁 功率因數(shù)提高 設(shè)備容量 S (額定)向負載送多少有功功率要由負載的 阻抗角決定。 S 75kVA 負載 異步電機 空載 cos =0.20.3 滿載 cos =0.70.85 日光燈 cos =0.450.6 (1) 設(shè)備不能充分利用 功率因數(shù)低帶來的問題 下 頁上 頁 (2) 線路壓降損耗大 解決辦法： （1）高壓傳輸 （2）改進設(shè)備 （3）并聯(lián)電容，提高功率因數(shù) 。 當(dāng)輸出相同的有功功率時，線路上電流大。 下 頁上 頁 分析 1 2 L R + _ 并聯(lián)電容后，原負載的電壓和電流不變，吸收的 有功功率和無功功率不變，即：負載的工作狀態(tài)不變 。但電路的功率因數(shù)提高了。 特點 下 頁上 頁 C 1 補償容 量不同 全不要求(電容設(shè)備投資增加,經(jīng)濟效果不明顯) 欠 過使功率因數(shù)又由高變低(性質(zhì)不同) 1 2 下 頁上 頁 并聯(lián)電容的確定 1 2 P QC QL Q 并聯(lián)電容后，電源向負載輸送的有功功率UILcos1=UI cos2不變，但是電源向負載輸送的無功功率UIsin2減少了， 減少的這部分無功功率是由電容“產(chǎn)生”的無功功率來補償?shù)模?使感性負載吸收的無功功率不變，而功率因數(shù)得到改善。 下 頁上 頁 并聯(lián)電容也可以用功率三角形確定 從功率角度來看 已知：f =50Hz, U=220V, P=10kW, cos1=0.6，要使功率 因數(shù)提高到0.9 , 求并聯(lián)電容C，并聯(lián)前后電路的總電流 各為多大？ L R C + _ 未并電容時： 并聯(lián)電容后： 下 頁上 頁 例 解 若要使功率因數(shù)從0.9再提高到0.95 , 試問還應(yīng)增加多少 并聯(lián)電容，此時電路的總電流是多大？ 顯然功率因數(shù)提高后，線路上總電流減少，但繼續(xù) 提高功率因數(shù)所需電容很大，增加成本，總電流減小 卻不明顯。因此一般將功率因數(shù)提高到0.9即可。 下 頁上 頁 解 （2）能否用串聯(lián)電容的方法來提高功率因數(shù)cos ? 思考題 （1）是否并聯(lián)電容越大，功率因數(shù)越高？ 下 頁上 頁 負 載 + _ 定義： 復(fù)功率也可表示為： 下 頁上 頁 7.3 復(fù)功率 1. 復(fù)功率 （3）復(fù)功率滿足守恒定理：在正弦穩(wěn)態(tài)下，任一電路的所 有支路吸收的復(fù)功率之和為零。即 2.結(jié)論 （1） 是復(fù)數(shù)，而不是相量，它不對應(yīng)任意正弦量； （2） 把P、Q、S 聯(lián)系在一起，它的實部是平均功率，虛 部是無功功率，模是視在功率； 下 頁上 頁 電路如圖，求各支路的復(fù)功率。 + _100o A 10 j25 5 -j15 下 頁上 頁 例 解一 解二 下 頁上 頁 + _100o A 10 j25 5 -j15 7.4 最大功率傳輸 ZL Zi + - Zi= Ri + jXi， ZL= RL + jXL 負 載 有 源 網(wǎng) 絡(luò) 等效電路 下 頁上 頁 討論正弦交流電路中負載獲得最大功率Pmax的條件。 (1) ZL= RL + jXL可任意改變 (a) 先設(shè)RL不變，XL改變 顯然，當(dāng)Xi + XL=0，即XL =Xi 時，P 獲得最大值 (b) 再討論RL改變時，P的最大值 當(dāng) RL= Ri 時，P獲得最大值 綜合(a)、(b)，可得負載上獲得最大功率的條件是： ZL= Zi* RL= Ri XL =Xi 最佳 匹配 下 頁上 頁 (2) 若ZL= RL + jXL只允許XL改變 獲得最大功率的條件是：Xi + XL=0，即 XL =Xi 最大功率為 (3) 若ZL= RL為純電阻 負載獲得的功率為： 電路中的電流為： 模匹配 下 頁上 頁 電路如圖，求（1）RL=5時其消耗的功率； （2）RL=?能獲得最大功率，并求最大功率； （3）在RL兩端并聯(lián)一電容，問RL和C為多大時能與內(nèi)阻抗 最佳匹配，并求最大