將正弦交流電路中的電壓、電流用相量表示,元件參數(shù)用阻抗來(lái)代替。運(yùn)用基爾霍夫定律的相量形式和元件歐姆定律的相量形式來(lái)求解正弦交流電路的方法稱(chēng)為相量法。運(yùn)用相量法分析正弦交流電路時(shí),直流電路中的結(jié)論、定理和分析方法同樣適用于正弦交流電路
1、rlc串聯(lián)交流電路
rlc串聯(lián)交流電路如圖4-21(a)所示
令。
根據(jù)基爾霍夫電壓定理
用相量表示電流與電壓的關(guān)系:
其中
z稱(chēng)為復(fù)阻抗,復(fù)阻抗也可寫(xiě)成極坐標(biāo)形式, 即
式中|z|和分別稱(chēng)為阻抗模和阻抗角,x稱(chēng)電抗。
阻抗模
幅角
而 稱(chēng)為相量形式的基爾霍夫電壓定理。
選電流為參考相量,和同相,超前90°,滯后90°,相量圖如圖4-22所示。需要注意的是阻抗角是電壓相量與電流相量之間的夾角,且當(dāng)超前時(shí)取正,反之取負(fù)。
由圖4-22可得一電壓有效值三角形如圖4-23(a)所示,則總電壓
電壓三角形每邊除以電流i可得一與電壓三角形相似的阻抗三角形,如圖4-23(b)所示。
例1 rlc串聯(lián)電路。已知r=5kω,l=6mh,c=0.001μf,u=5sin106tv。(1) 求電流i和各元件上的電壓,畫(huà)出相量圖;(2)當(dāng)角頻率變?yōu)?×105rad/s時(shí),電路的性質(zhì)有無(wú)改變。
解:(1) kω
kω
kω
由,得電壓相量為:
相量圖如圖4-24所示
(2)當(dāng)角頻率變?yōu)?×105rad/s時(shí),電路阻抗為:
2、rlc并聯(lián)電路
rlc并聯(lián)交流電路如圖4-25(a)所示,根據(jù)此電路,可得圖4-25(b)所示的相量模型。
,,
若已知電壓,便可求出各個(gè)電流。同樣已知電流如果就可以求出電壓。
例2 rlc并聯(lián)電路中。已知r=5ω,l=5μh,c=0.4μf,電壓有效值u=10v,ω=106rad/s,求總電流i,并說(shuō)明電路的性質(zhì)。
解:
設(shè)
因?yàn)殡娏鞯南辔怀半妷海噪娐烦嗜菪浴?br>
4.4.3 阻抗的串聯(lián)和并聯(lián)
兩個(gè)阻抗z1和z2串聯(lián)電路如圖4-26所示,根據(jù)基爾霍夫電壓定理
式中z稱(chēng)為串聯(lián)電路等效阻抗,設(shè)阻抗z1=r1+jx1,z2=r2+jx2,則當(dāng)兩個(gè)阻抗z1和z2串聯(lián)時(shí),等效阻抗
z=z1+z2=(r1+r2)+j(x1+x2)
兩個(gè)阻抗z1和z2并聯(lián)電路如圖4-26所示,根據(jù)基爾霍夫電壓定理
所以當(dāng)兩個(gè)阻抗z1、z2相并聯(lián)時(shí),它的等效阻抗z為
即:
例3如圖4-28所示正弦交流電路中,已知r=wl=16w,=14w,求復(fù)阻抗z。
解:z==8-j6=w
例4如圖4-29所示正弦交流電路,已知 v,=18.75w,=25w,=12w,=16w,
求:(1)電流i;(2)電源電壓u。
解:v
a a
a
v
a
v
例5如圖4-30所示正弦交流電路,已知r=12w,=9w,=25w,=5a,求u、i。
解: a
a
a
v
u=75v i=4a