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1、第三章第四部分功率因数的提高1第1页，本讲稿共73页负载iu说明：由负载性质决定。与电路的参数和频率有关，与电路的电压、电流无关。功率因数 和电路参数的关系RZ第2页，本讲稿共73页例40W白炽灯白炽灯 40W日光灯日光灯 发电与供电设备的容量要求较大 供电局一般要求用户的 ，否则受处罚。第3页，本讲稿共73页纯电阻电路R-L-C串联电路纯电感电路或纯电容电路电动机 空载 满载 日光灯（R-L-C串联电路）常用电路的功率因数第4页，本讲稿共73页提高功率因数的原则：必须保证原负载的工作状态不变。即：加至负必须保证原负载的工作状态不变。即：加至负载上的电压和负载的有功功率不变。载上的电压和负载的
2、有功功率不变。提高功率因数的措施提高功率因数的措施:uiRL并电容并电容C第5页，本讲稿共73页并联电容值的计算uiRLC 设原电路的功率因数为 cos L，要求补偿到cos 须并联多大电容？（设 U、P 为已知）第6页，本讲稿共73页分析依据：补偿前后 P、U 不变。由相量图可知：（图见教材144）第7页，本讲稿共73页iuRLC第8页，本讲稿共73页呈电容性。呈电感性问题与讨论 功率因数补偿到什么程度功率因数补偿到什么程度？理论上可以补偿成？理论上可以补偿成以下三种情况以下三种情况:功率因素补偿问题（一）功率因素补偿问题（一）呈电阻性第9页，本讲稿共73页结论：在 角相同的情况下，补偿成容
3、性要求使用的电容容量更大，经济上不合算，所以一般工作在欠补偿状态。感性（较小）容性（较大）功率因数补偿成感性好，还是容性好？一般情况下很难做到完全补偿（即：）过过补补偿偿欠欠补补偿偿 C 较大第10页，本讲稿共73页功率因素补偿问题（二）并联电容补偿后，总电路的有功功率是否改变？并联电容补偿后，总电路的有功功率是否改变？问题与讨论R 定性说明：电路中电阻没有变，所以消耗的功率定性说明：电路中电阻没有变，所以消耗的功率也不变。也不变。通过计算可知总功率不变。I、其中第11页，本讲稿共73页功率因数补偿问题（三）提高功率因数除并电容外，用其他方法行不行？补偿后RL串电容行否补偿前RLC问题与讨论第
4、12页，本讲稿共73页 串电容功率因数可以提高，甚至可以补偿到串电容功率因数可以提高，甚至可以补偿到1，但但不可以这样做！不可以这样做！原因是：在外加电压不变的情况下，原因是：在外加电压不变的情况下，负载得不到所负载得不到所需的额定工作电压及电流。需的额定工作电压及电流。同样，电路中串、并电感或电阻也不能用于功率因数的提高。其请自行分析。RLC第13页，本讲稿共73页3.4 正弦交流电路的频率特性正弦交流电路的频率特性3.4.1 谐振现象3.4.2 网络的频率特性 第14页，本讲稿共73页 含有电感和电容的电路，如果无功功率得到完全含有电感和电容的电路，如果无功功率得到完全补偿，使电路的功率因
5、数等于补偿，使电路的功率因数等于1，即：，即：u、i 同相，同相，便称此电路处于谐振状态。便称此电路处于谐振状态。谐振串联谐振：L 与 C 串联时 u、i 同相并联谐振：L 与 C 并联时 u、i 同相 谐振电路在无线电工程、电子测量技术等许多电路中应用谐振电路在无线电工程、电子测量技术等许多电路中应用非常广泛。非常广泛。谐振概念谐振概念：3.4.1 谐振现象第15页，本讲稿共73页一、串联谐振串联谐振的条件串联谐振的条件RLC串联谐振电路串联谐振电路、同相若令：则：谐振串联谐振的条件是：第16页，本讲稿共73页当 时，谐振时：、该系数该系数设为设为Q则则UC=UL=QU第17页，本讲稿共73
6、页谐振频率：第18页，本讲稿共73页串联谐振的特点U、I 同相当时当电源电压一定时：UC 、UL将大于电源电压U,为Q倍U=QUL=QUC第19页，本讲稿共73页品质因数品质因数 Q 值值 定义：定义：电路处于串联谐振时，电感或电容上的电路处于串联谐振时，电感或电容上的电压和总电压之比。电压和总电压之比。谐振时:Q的物理意义为谐振时电路中储能与耗能之比。的物理意义为谐振时电路中储能与耗能之比。注意区别于无功功率注意区别于无功功率Q。第20页，本讲稿共73页串联谐振特性曲线I谐振电流谐振频率下限截止频率上限截止频率通频带第21页，本讲稿共73页关于谐振曲线的讨论(a)不变，变化。(b)不变，变化
7、。分以下两种情况：分以下两种情况：第22页，本讲稿共73页谐振曲线讨论（之一）结论：R的变化引起 变化 R愈大 愈小（选择性差）R愈小 愈大（选择性好）R小R大不变，变化。（1）不变 即LC不变R改变改变（2），U不变不变第23页，本讲稿共73页分析：（1）不变 即U、R不变（2）改变结论：LC 的变化引起 变化 L 变小或 C 变小 变大 L 变大或 C 变大 变小谐振曲线讨论（之二）不变，变化。第24页，本讲稿共73页串联谐振时的阻抗特性感性容性第25页，本讲稿共73页串联谐振应用举例收音机接收电路接收天线与 C：组成谐振电路将选择的信号送 接收电路第26页，本讲稿共73页 组成谐振电路，
8、选出所需的电台。为来自3个不同电台（不同频率）的电动势信号；第27页，本讲稿共73页已知：解：如果要收听 节目，C 应配多大？问题（一）：结论：当 C 调到 150 pF 时，可收听到 的节目。第28页，本讲稿共73页 问题（二）：信号在电路中产生的电流 有多大？在 C 上 产生的电压是多少？已知：解答：所希望的信号所希望的信号被被“放大放大”了了64倍。倍。第29页，本讲稿共73页二、并联谐振当 时 领先于 (容性)谐振当 时 理想情况：纯电感和纯电容 并联。当 时 落后于 (感性)第30页，本讲稿共73页或理想情况下并联谐振条件第31页，本讲稿共73页非理想情况下的并联谐振同相时则谐振第3
9、2页，本讲稿共73页虚部实部则 、同相 虚部=0。谐振条件：一、非理想情况下并联谐振条件第33页，本讲稿共73页由上式虚部并联谐振频率得：或当 时 第34页，本讲稿共73页并联谐振的特点同相。、电路的总阻抗最大。定性分析:Z理想情况下谐振时：第35页，本讲稿共73页总阻抗：得：代入并联谐振电路总阻抗的大小（见教材P139）谐振时虚部为零,即:什么性质?第36页，本讲稿共73页并联谐振电路总阻抗：当时所以，纯电感和纯电容并联谐振时，相当于断路。所以，纯电感和纯电容并联谐振时，相当于断路。第37页，本讲稿共73页外加电压一定时，总电流最小。Z外加电流为恒定电流 时，输出电压最大。第38页，本讲稿共
10、73页并联支路中的电流可能比总电流大。支路电流可能大于总电流电流谐振电流谐振第39页，本讲稿共73页则若品质因素-Q:Q为支路电流和总电流之比。当 时,第40页，本讲稿共73页并联谐振特性曲线容性感性思考：时为什么是感性？第41页，本讲稿共73页消除噪声消除噪声 三、谐振滤波器利用谐振进行选频、滤波。令滤波器工作在噪声频率下，即可消除噪声。-信号源-噪声源已知：C接收网络谐振滤波器L第42页，本讲稿共73页提取信号令滤波器工作在 频率下，信号即可顺利地到达接收网络。-信号源-噪声源已知：接收网络谐振滤波器LC第43页，本讲稿共73页分析（一）：抑制噪声分析（一）：抑制噪声信号被滤掉了令：消除噪
11、声提取信号接收网络谐振滤波器第44页，本讲稿共73页分析（二）：提取信号接收网络谐振滤波器则信号全部降落在接收网络上。若在下第45页，本讲稿共73页谐振滤波器接收网络如果 ，网络应如何设计？?思考题：用上页类似的形式，设计消除噪声、提取信号的电路。第46页，本讲稿共73页3.4.2 网络的频率特性概念：网络的频率特性是研究正弦交流电路中电压、电流随频率变化的关系（即频域分析）。网网 络络传递函数：第47页，本讲稿共73页一、低通滤波器网络的传递函数：滤掉输入信号的高频成分，通过低频成分。滤掉输入信号的高频成分，通过低频成分。第48页，本讲稿共73页低通滤波器的传递函数第49页，本讲稿共73页-
12、幅频特性：输出与输入有效值 之比与频率的关系。其中：相频特性：输出与输入相位差与频率的关系。-第50页，本讲稿共73页相频特性幅频特性低通滤波器的频率特性1 00 ：带宽：截止频率因因Uo总是落后总是落后Ui,故又称为相位滞后网络故又称为相位滞后网络第51页，本讲稿共73页分贝数定义：半功率点：当 时，幅频特性上时，叫 3 分贝点或半功率点。1三分贝点第52页，本讲稿共73页二、高通滤波器滤掉输入信号的低频成分，通过高频成分。滤掉输入信号的低频成分，通过高频成分。高通滤波器的传递函数第53页，本讲稿共73页高通滤波器的频率特性幅频特性相频特性1因因Uo总是超前总是超前Ui,故又称为相位超前网络
13、故又称为相位超前网络高通和低通又称为移相网络高通和低通又称为移相网络第54页，本讲稿共73页三、带通滤波器RC 串并联网络RRRCRC令：则：（文氏电桥）第55页，本讲稿共73页第56页，本讲稿共73页幅频特性令虚部为零，则令虚部为零，则Uo与与Ui同相，此时有：同相，此时有：o=1/RC第57页，本讲稿共73页四、带阻滤波器双T网络RRR2CC2C1第58页，本讲稿共73页1/10 1 10 100 .-1 0 1 2 .0.001 0.01 0.1 0.707 1 10 100 -60 -40 -20 -3 0 20 40 对于变化范围较宽的频率特性，为展对于变化范围较宽的频率特性，为展
14、宽视野，其宽视野，其特性横坐标改用特性横坐标改用对数坐标，表示归一对数坐标，表示归一 化频率化频率；纵坐；纵坐标用（标用（分贝分贝）表示，便构成波特图。）表示，便构成波特图。波特图第59页，本讲稿共73页用归一化频率表示的低通滤波器传递函数令：则：知：第60页，本讲稿共73页低通波特图-20dB/十倍频幅频特性（分贝）第61页，本讲稿共73页相频特性第62页，本讲稿共73页传递函数典型的网络函数低通高通带通带阻电路举例第63页，本讲稿共73页关于滤波器质量的评价以低通滤波器为例:要求：通带内尽可能平坦，要求：通带内尽可能平坦，过渡带尽可能窄。过渡带尽可能窄。通带阻带过渡带3分贝点第64页，本讲
15、稿共73页改进方法举例（二阶电路）（一阶电路）（有源滤波器）-+第65页，本讲稿共73页正弦交流电路综合举例例1、移相电路RR1RC已知：当 R1由 0 变化时，的有效值不变，和 之间的相位差由 变化 180 o 0 o证明：第66页，本讲稿共73页解法2画相量图已知：当：当：R1=0 时时 =180R1=时时 =0（2）的幅度为圆的半径，其值为（1）RR1RC第69页，本讲稿共73页例2、选频电路LC1C2R已知：若使第70页，本讲稿共73页解：LC1C2R已知：被滤掉代入 和 L 值得：，L、C1 应在 3 下 产生并联谐振，3 的信号才能被滤掉。（1）若使第71页，本讲稿共73页（2）电路总阻抗在 频率下应等于零，才能使代入 、L、C1 得：第72页，本讲稿共73页第三章结 束第73页，本讲稿共73页