非正弦周期信号电路的稳态核算
关于非正弦周期信号鼓励的稳态电路,无法用直流电路或正弦沟通电路的核算办法来剖析核算,而有必要先把非正弦周期信号鼓励用傅里叶级数分化为不一样频率的正弦重量之和,然后再别离核算各个频率重量鼓励下的电路呼应。终究用叠加定理把各呼应重量进行叠加取得稳态呼应。其核算进程的首要进程可分为三步:
(1)把给定的非正弦周期鼓励源分化为傅里叶级数表达式,即分化为直流重量与各次谐波重量之和,依据翻开式各项收敛性及所需精度断定所需谐波项数;
(2)别离核算直流重量和各频率谐波重量鼓励下的电路呼应。直流重量用直流电路剖析办法,此刻电感短路、电容开路;关于不一样频率的正弦重量,选用正弦电路相量剖析核算办法,这时需留意电路的阻抗随频率而改动,各重量独自核算时应作出对应电路图;
(3)运用叠加定理把输出呼应的各谐波重量相加得到总的呼应值,留意叠加前应把各谐波呼应表达到时域瞬时式(因为不一样频率的相量式相加是无含义的)。
下面用详细比方来阐明线性电路的周期非正弦稳态剖析。
例1 电路如图1所示,已知,
,
,电源电压
,基波角频率
,试求流过电阻的电流
及电感两头电压
。
图 1
解:本题的鼓励电压源已分化成各次谐波重量,因而可直接进行各次谐波的核算。关于直流重量的核算,可用通常直流电路的解题办法,画出对应直流电路如图2a所示,已知,则得
关于基波重量,其对应电路如2b所示,
,ab端入端阻抗:
图 2
电感两头电压:
即有:
,
关于三次谐波重量,其等效电路如图6-2-2c所示,,其入端阻抗为:
电感两头电压:
即有:
,
关于五次谐波,等效电路如图6-2-2d所示,有,ab端入端阻抗为:
电感两头电压:
即有:
,
终究得到流经电阻的电流值为:
从核算成果可看出,电路对不一样频率的重量出现不一样的特性。当三次谐波鼓励时,入端阻抗分外大,因而发作的电流重量较小,这是因为挨近电路谐振频率点的原因。
下面谈论非正弦周期信号的有用值和功率疑问。前面已界说了周期信号的有用值为:
关于非正弦周期信号电流,可展为傅里叶级数:
代入有用值表达式有:
把根号内的平方翻开,可得两类表达式,一类是同频率电流重量的平方,可核算得:
第二类为不一样频率的电流乘积,由三角函数的正交性可知,不一样频率的二个正弦函数乘积在上积分为零,即有:
![](http://www.591dg.com/uploads/allimg/blog/hsvwzc4dzzh.gif)
所以可得周期非正弦沟通电流的有用值为:
(6-2-1)
式中,Ik为各次谐波的有用值。同理可推得非正弦周期电压有用值为:
(6-2-2)
非正弦周期信号的功率:
,
式中,
,
均匀功率为:
将、
翻开式代入,其乘积的表达式由同频率正弦量与不一样频率正弦量乘积构成,思考到三角函数在
上的正交性,可推得:
(3)
式中,为k次谐波电压与电流相位差。由式可知,非正弦信号的均匀功率等于各谐波信号均匀功率之和。
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