§11－6 電路設計，電路實驗和計算機分析電路實例

1、§11－6 電路設計，電路實驗和計算機分析電路實例,首先介紹用正弦穩(wěn)態(tài)分析程序ACAP來計算正弦穩(wěn)態(tài)電路的各種功率。再介紹LC匹配網絡的設計。最后介紹提高功率因數(shù)的一個實驗。,一、計算機輔助電路分析,例11-10 用計算機程序計算例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， 選擇計算電壓電流和功率的菜單，計算 機屏幕上顯示以下計算結果。,圖11－18,----- 節(jié) 點 電 壓 相 量 ----- 實部 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，計算機在計算各支路電壓電流相量的基礎上，計算出各二端元件吸收的有功功率，無功功率和視在功率。從這些計算結果來看，顯然整個電路的視在功率并不守恒；無功功率是守恒的；有功功率也應該是守恒的，計算結果顯示電

12、感元件的有功功率并不完全為零，而有一個很小的數(shù)值，這是由于數(shù)字計算機二進制數(shù)字的位數(shù)有限所造成的誤差，這也是數(shù)值分析程序的一個缺點，讀者應該能夠理解和識別這種誤差。,例11-11 用計算機程序計算例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、，計算結點3和結點 0之間單口網絡的等效 電路，計算機屏幕上顯示以下計算結果。,圖11－19,----- 任 兩 結 點 間 單 口 的 等 效 電 路 ----- 3 -> 0 實部 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) Pmax= 12.50 (電源用振幅值時)***** 正 弦 穩(wěn) 態(tài) 分 析 程 序 (ACAP 2.11 ) 成電 七系--胡翔駿 *****,計算結果說明LC匹配網絡設計是正確的，它使RL=1000?負載上獲得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， 試用計算機程序計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，可以得到以下計算結果。,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 *****,計算結果表明，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，選擇計算電壓電流和功率的菜單，計算機屏幕上

21、顯示以下計算結果。,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 ),計算得到三個負載的相電流為,計算得到三個相線的線電流為,計算結果與例11－8筆算結果完全相同。,摘 要1．工作于正弦穩(wěn)態(tài)的單口網絡，電壓電流采用關聯(lián)參考方向時吸收的瞬時功率為它由一個恒定分量和交變分量組成。2．工作于正弦穩(wěn)態(tài)的單口網絡，電

27、壓電流采用關聯(lián)參考方向時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。,對于電感和電容元件來說，由于功率因數(shù)cosφ=0，其平均功率為零。對于無源單口網絡來說，由于功率因數(shù)cosφ≥0,其平均功率為,對于電阻元件來說，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。當無源單口網絡可以等效為一個電阻和電抗元件的串聯(lián)和一個電導和電納并聯(lián)時，其平均功率為,

28、復功率的實部是平均功率，稱為有功功率；虛部稱為無功功率。正弦穩(wěn)態(tài)電路的復功率是守恒的，即,3．復功率是電壓相量與電流相量共軛復數(shù)的乘積，即,由此得到正弦穩(wěn)態(tài)電路的有功功率和無功功率也是守恒的，即,對于一個不包含獨立電源的單口網絡來說，它吸收的平均功率等于網絡內全部電阻元件吸收平均功率之和。,滿足共軛匹配的條件下，負載獲得的最大平均功率為,5．由幾個不同頻率正弦信號激勵的非正弦穩(wěn)態(tài)電路中，單口網絡吸收的平均功率等于每個頻率正弦信號單獨激

29、勵引起的平均功率之和，即,4．含獨立源單口網絡向可變負載傳輸最大平均功率的條件是負載阻抗等于含源單口輸出阻抗的共軛復數(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計算電阻吸收的平均功率,6．周期性非正弦電壓電流信號的有效值為,8．對稱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系為,7．由三相電源供電的電路，稱為三相電路。對