电路分析,求电流源与电压源发出的功率问题。

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远上寒山有人家
2020-07-06 · 知道合伙人教育行家
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中南工业大学电气自动化专业,工程硕士,从事电力运行工作近30年

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解:使用叠加定理、非正弦周期电路分析的相关知识。

电路实际有三个激励源:交流电压源、交流电流源和直流电流源,分别进行计算。

1、电压源单独作用时,电流源开路。此时10Ω电阻无电流、无电压,因此u'就等于电感两端电压。Us(相量)=3/√2∠0°=2.1213∠0°V,ω=3rad/s。XL=3×0.5=1.5Ω,Xc=1/(ωC)=1/(3×0.1)=10/3(Ω)。

U'(相量)=Us(相量)×j1.5/j(1.5-10/3)=2.1213∠0°×(-9/11)=-1.7356=1.7356∠180°(V)。

2、交流电流源单独激励时,直流电流源断开、电压源短路。

此时,i1s=cos3t=cos(-3t)=sin[90°-(-3t)]=sin(3t+90°),即:I1s(相量)=1/√2∠90°=0.707∠90°(A)。

阻抗:Z=10+j1.5∥(-j10/3)=10+j2.7273=10.3652∠15.26°(Ω)。

所以:U"(相量)=I1s(相量)×Z=0.707∠90°×10.3652∠15.26°=7.3282∠105.26°=-1.9288+j7.0698(V)。

3、直流电流源单独作用时,交流电流源开路、电压源短路。同时电感短路、电容开路。

U'"=I2s×R=2×10=20(V)。

4、叠加:由于1、和2、中都是同频率的激励信号,所以相应可以进行相量相加:U12((相量)=U'(相量)+U"(相量)=-1.7356-1.9288+j7.0698=-3.6644+j7.0698=7.963∠117.4°(V)。对应于瞬时值表达式:u12(t)=7.963√2sin(3t+117.4°)  V。

所以:u(t)=20+7.963√2sin(3t+117.4°)  (V)。

电流源中包含直流分量:I2s=2A,响应U'"=20V,所以:P1=2×20=40W>0,且电压、电流为非关联正方向,直流分量提供功率40W;

电流源中的交流分量:I1s=1/√2=0.707A(有效值),φi=90°;U"=7.3282V(有效值),φu=105.26°。所以φ=φu-φi=105.26°-90°=15.26°。P2=U'"×I1s×cosφ=7.3282×0.707×cos15.26°=5(W)。同样由于非关联正方向,所以交流电流源提供功率5W。——(实际上,电路中小平均功率的只是电阻,而电流源与电阻串联,所以电流源交流分量提供功率可以简单的:P2=I1s²R=(1/√2)²×10=5W。)

因此电流源提供的平均功率为:P=P1+P2=40+5=45(W)。

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