汽車電工電子技術(shù)課件 任務(wù)3RLC串聯(lián)電路

2.3RLC串聯(lián)電路演講人2.3.1RLC串聯(lián)電路的分析在實(shí)際電路中，大部分電工設(shè)備可以看成至少兩種單一元件的組合，RLC串聯(lián)電路就是其中一種代表性的電路，例如日光燈電路就可等效成為一個(gè)RL串聯(lián)電路，相當(dāng)于是RLC串聯(lián)電路的一個(gè)特例。RLC串聯(lián)電路如圖2.5所示，RLC串聯(lián)電路的電壓電流滿足以下關(guān)系。圖2.5RLC串聯(lián)電路2.3.1RLC串聯(lián)電路的分析1.頻率關(guān)系該電路中所有的電壓與電流都是同頻率的正弦量。

2.大小關(guān)系定義阻抗，它是一個(gè)代表RLC串聯(lián)電路對(duì)交流電的總阻礙作用的參數(shù)，單位是，阻抗三角形如圖2.6所示。定義了阻抗后，可以得到在RLC串聯(lián)電路中，，即該電路中端電壓和電流在大小上符合歐姆定律。圖2.6阻抗三角形3.相位關(guān)系端電壓與電流之間的相位差，也可稱為負(fù)載的阻抗角。（1）當(dāng)時(shí)，即，此時(shí)電壓超前電流角，電路的性質(zhì)為感性，阻抗三角形為正三角形，此時(shí)相量圖如圖2.7所示。（2）當(dāng)時(shí)，即，此時(shí)電壓滯后電流角度，電路的性質(zhì)為容性，阻抗三角形為倒三角形。（3）當(dāng)時(shí)，即，此時(shí)電壓與電流同相，電路的性質(zhì)為阻性，此時(shí)阻抗三角形的斜邊與鄰邊重合。將這種含有L和C的電路中出現(xiàn)電壓、電流同相位的特殊現(xiàn)象稱為串聯(lián)諧振。若用相量表示端電壓與電流的關(guān)系可寫成：，即該電路中端電壓和電流在相量形式上也符合歐姆定律。圖2.7RLC串聯(lián)電路（感性）相量圖2.3.2RLC串聯(lián)諧振電路由前述可知，在正弦電源的作用下，RLC串聯(lián)電路出現(xiàn)了端口電壓與端口電流同相的現(xiàn)象，電路呈電阻性，通常把此時(shí)電路的工作狀態(tài)稱為串聯(lián)諧振。1.諧振頻率因諧振時(shí)，因此調(diào)節(jié)、L、C三個(gè)參數(shù)中的任意一個(gè)，都能使電路產(chǎn)生諧振，把這種調(diào)節(jié)過程稱為調(diào)諧。將電路諧振時(shí)的角頻率稱為諧振角頻率，用表示，對(duì)應(yīng)頻率叫諧振頻率，則諧振角頻率為所以諧振頻率為：可見，諧振頻率只與電路的L和C參數(shù)有關(guān)，而與電阻無關(guān)。2.3.2RLC串聯(lián)諧振電路2.串聯(lián)諧振的特點(diǎn)（1）串聯(lián)諧振時(shí)電路阻抗值最小，（2）串聯(lián)諧振時(shí)電路電流最大，電流為（3）由于，電源端電壓與電流同相，因此電路呈現(xiàn)純電阻性，電源供給電路的能量全部被電阻消耗掉，能量互換只發(fā)生在電感與電容之間。此時(shí)，電感和電容上的電壓大小相等，但相位相反，互相抵消，對(duì)整個(gè)電路不起作用，電源電壓，但電感和電容上的電壓和的作用不容忽視。若時(shí)，和將大大高于電源電壓，可能會(huì)擊穿電感和電容的絕緣，因此，在電力系統(tǒng)中一般要避免發(fā)生串聯(lián)諧振，而在無線電工程中則常利用串聯(lián)諧振。例如，收音機(jī)的調(diào)諧電路就是在調(diào)臺(tái)的過程中將信號(hào)調(diào)諧在某種頻率或頻帶上使其發(fā)生諧振，此時(shí)該頻率或頻帶內(nèi)的信號(hào)特別增強(qiáng)而獲得較好的收聽效果。2.3.2RLC串聯(lián)諧振電路圖2.8諧振電路的通頻帶3.諧振電路的選擇性

在諧振電路中，定義品質(zhì)因數(shù)，它的含義是表示在諧振時(shí)，電容或電感上的電壓是電源電壓的倍。諧振電路選擇性能的好壞通常用通頻帶來衡量。如圖2.8所示，當(dāng)電流I下降到最大值的70.7％時(shí)，對(duì)應(yīng)的上限頻率與下限頻率之間的寬度稱為諧振電路的通頻帶，用B表示，即

諧振曲線越尖銳，通頻帶越窄，表示電路的選擇性越好。諧振曲線的尖銳或平坦，與電路品質(zhì)因數(shù)值的大小有關(guān)，Q值越大，諧振曲線越尖銳，選擇性越好。2.3.3單相交流電路的功率1.單相交流電路各種功率的計(jì)算如圖2.9所示，對(duì)于單相交流電路中任意一個(gè)二端網(wǎng)絡(luò)N來說，可能是電阻、電感、電容三種元件的不同組合，因電阻是耗能元件，而電感和電容是儲(chǔ)能元件，功率問題比單一參數(shù)電路復(fù)雜得多。各種功率的概念及計(jì)算方法如下：（1）平均功率平均功率是指瞬時(shí)功率在一個(gè)周期內(nèi)的平均值，它代表了交流電路實(shí)際所消耗的功率，又叫有功功率，用符號(hào)P表示，單位為瓦特（W）。其中，是端口電壓與端口電流的相位差，也是負(fù)載的阻抗角。因?yàn)殡姼性碗娙菰莾?chǔ)能元件，不消耗能量，所以有功功率實(shí)際就是電阻元件上所消耗的功率。圖2.9單相交流電路中的二端網(wǎng)絡(luò)2.3.3單相交流電路的功率（2）無功功率無功功率代表了交流電路與電源之間能量交換的最大規(guī)模，用符號(hào)Q表示，單位為乏（var）。

雖然L和C都是儲(chǔ)能元件，它們都有無功功率，但感抗和容抗的作用是相互抵消的，在同一個(gè)電路中并不是同時(shí)吸收或釋放能量。當(dāng)電感吸收能量時(shí)，電容釋放能量；而當(dāng)電感釋放能量時(shí)，電容吸收能量，因此一個(gè)二端網(wǎng)絡(luò)的總無功功率實(shí)際是電感元件的無功功率與電容元件的無功功率之差。（3）視在功率視在功率代表了交流電源可以向電路提供的最大功率，又可稱為容量，用符號(hào)S表示，單位為伏安（VA）。2.功率因數(shù)

定義功率因數(shù)，表示電路的有功功率占電源容量的比例，它是衡量電氣設(shè)備效率高低的一個(gè)系數(shù)，是電力系統(tǒng)的一個(gè)重要的技術(shù)數(shù)據(jù)。其中，既是端口電壓與端口電流的相位差，又是負(fù)載的阻抗角，還可以稱為功率因數(shù)角。（1）功率因數(shù)偏低的危害功率因數(shù)的大小與電路的負(fù)載性質(zhì)有關(guān)，如白熾燈泡、電爐等電阻性負(fù)載的功率因數(shù)為1，而電動(dòng)機(jī)、日光燈這樣的電感性負(fù)載的功率因數(shù)偏低都小于1。功率因數(shù)低，第一說明電路用于與電源交換的無功功率大，從而降低了設(shè)備的利用率；第二，因?yàn)?，?dāng)功率因數(shù)偏低時(shí)，電路中的電流較大，從而增加了輸電線路的電壓損失和功率損失。按照供電規(guī)則，負(fù)載的功率因數(shù)不能太低，規(guī)定高壓供電的工業(yè)企業(yè)平均功率因數(shù)不得低于0.95，其他單位不得低于0.9。但是目前生產(chǎn)中廣泛使用的負(fù)載大多數(shù)是感性負(fù)載，功率因數(shù)偏低，如交流異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)約為0.7左右，日光燈的功率因數(shù)約為0.5左右，這些都不符合規(guī)定，所以要采取措施提高功率因數(shù)。2.3.3單相交流電路的功率圖2.10功率因數(shù)的提高（2）提高功率因數(shù)的措施提高感性負(fù)載功率因數(shù)的最簡(jiǎn)單方法就是給感性負(fù)載并聯(lián)一個(gè)適當(dāng)容量的電容器，如圖2.10所示，這樣電容可以與電感中的磁場(chǎng)能量進(jìn)行交換一部分，從而