求解电路问题

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远上寒山有人家
2022-12-05 · 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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电路的激励源中,包含三个分量,可以使用叠加定理来求解。

1、各种谐波作用下,得到电压有效值:U=√(U0²+U1²+U2²+,,,),其中U0、U1、U2...分别为直流分量、基波、二次谐波...作用下的电压响应结果;和一般的叠加定理使用时,各电源激励下响应的结果相加,是有区别的。

2、在本题中,直流分量:Us0=50V单独作用时,由于电容C的存在(相当于阻抗为无穷大),对后续的求解不起作用,因此可以不考虑直流分量作用的响应。

3、计算电阻R:P=Ir²R=3²×R=360,R=40(Ω)。

U=Ir×R=3×40=120(V)。

4、基波分量单独作用时,Us1=U1mcos10³t,Z1=jωL1-j1/(ωC1)=j10-j40=-j30(Ω)。点入下映如下图:

5、二次谐波单独作用时,Us2=30√2cos(2×10³t),Us2(相量)=30∠0°V。

此时:Z1=j2ωL1-j1/(2ωC1)=j(2×10-40/2)=0,支路相当于短路。于是:U2(相量)=0,U2=0。

根据U=√(U1²+U2²),所以:U=U1=120V。

再回到基波单独作用的电路:

I11=|I11(相量)|=|U1(相量)/Z1|=U1/|Z1|=120/|-j30|=4(A)。

根据I1=√(I11²+I12²)=√(4²+I12²)=5,所以:I12=3(A)。也就是二次谐波作用时,L1C1支路的电流为:I12=3A。

再回到二次谐波单独作用的电路:此时由于R被短路,所以电容的C的电流也为:Ic=I12=3A。

因此:Ic=Us2/|-jXc|=30/Xc=3,Xc=1/(ωC)=30/3=10(Ω),C=1/(ωXc)=1/(10³×10)=0.0001(F)=100(μF)。

6、显然:Ir2=0,因此:Ir1=Ir=3A。回到基波电路。

设U1(相量)=120°∠α,则:Ir1(相量)=3∠α,I11(相量)=4∠(α+90°)。

KCL得到电容C的电流为:Ic1(相量)=Ir1(相量)+I11(相量)=5∠(α+53.13°)。

Uc1(相量)=Ic1(相量)×(-jXc)=5∠(α+53.13°)×10∠-90°=50∠(α-36.387°)(V)。

Us1(相量)=U1m∠0°=Uc1(相量)+U1(相量)=50∠(α-36.87°)+120∠α。

可求出Us1m的大小和α角的大小,这一小节是问题的延伸,你可以继续计算下去。

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