相量法是分析研究正弦电流电路稳定状态的一种简单易行的方法。它是在 数学理论和电路理论的基础上建立起来的一种系统方法。 1、 问题的提出 在上图所示的电路中,根据KVL,列写微分方程如下 当激励u(t)是正弦量时,uC(t)及iL(t)均为同频率的正弦量。这一重要结论具有普遍意义,即线性非时变电路在正弦电源激励下,各支路电压、电流的特解都是与激励同频率的正弦量,当电路中存在有多个同频率的正弦激励时,该结论也成立。工程上将电路的这一特解状态称为正弦电流电路的稳定状态,简称正弦稳态。电路处于正弦稳态时,同频率的各正弦量之间仅在有效值(或幅值)、初相上存在差异和联系,这种"差异和联系"正是正弦稳态分析求解中的关键问题。 结论:同频的正弦量相加仍得到同频的正弦量,所以,只需确定初相位和有效值。因此采用 2、 正弦量的相量表示: 构造一个复函数,(无任何物理意义) 取该复函数的实部,,为一个正弦量,有物理意义。 结论:任意一个正弦时间函数都有唯一与其对应的复数函数。如 复函数F(t) 还可以写成,其中为复常数。F(t) 包含了正弦量的三要素:幅值(此处为有效值)I、 初相Y 、角频率w。有如下关系 同样可以建立正弦电压与相量的对应关系: 正弦量除可用上述的相量式表示以外,还可在复平面上用相量图形式表示。如图所示。 图 相量图
注意 相量的模表示正弦量的有效值; 相量的辐角表示正弦量的初相位。 例 已知,试用相量表示i和u。 解: 3、相量法的应用 ① 同频率正弦量的加减 所以相量关系为: 结论:同频正弦量的加减运算变为对应相量的加减运算。 同频率的正弦量相加减,还可以借助相量图进行计算。令,,下面用相量图求解。图(a)为平行四边形法则求解,图(b)为三角形法则求解。 (a) (b)
图 相量图进行相量的加法运算
② 正弦量的微分、积分运算 令 微分运算: 积分运算: 所以; 相量法的优点: ① 把时域问题变为复数问题; ② 把微积分方程的运算变为复数方程运算; ③ 可以把直流电路的分析方法直接用于交流电路。 注意 ①正弦量<=>相量 时域<=>频域 正弦波形图<=>相量图 ②相量法只适用于激励为同频正弦量的非时变线性电路; ③相量法用来分析正弦稳态电路。 |
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GMT+8, 2021-12-6 21:06