交流電路供電

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交流電路中有幾種不同的電源定義。 但是,所有的尺寸都為V * A或W(瓦)。

1. 瞬時功率: P(T) 是權力的時間函數, p(t)= u(t)* i(t)。 它是電壓和電流的時間函數的乘積。 瞬時功率的定義適用於任何波形的信號。 的單位 瞬時功率 是VA。

2. 複數功率: S

複數功率是複數有效電壓和復數有效共軛電流的乘積。 在這裡,我們用一個星號(*)表示共軛。也可以使用複數電壓和電流的峰值來計算複數功率,但是結果必須除以2。請注意,複數僅適用由於存在復數有效值或峰值,並且僅針對正弦信號定義,因此無法使用正弦激勵電路。 的單位 複雜的力量 是VA。

3. 真實 or 平均功率: P 可以用兩種方式定義:作為複數冪的實部或作為 瞬時功率。 第二個定義比較籠統,因為我們可以用它來定義 瞬時功率 適用於任何信號波形,而不僅僅是正弦波。 在以下表達式中明確給出

單位為 or 平均功率 是瓦(W),就像直流電路中的功率一樣。 有功功率通過電阻的熱量散發。

4. 無功功率: Q 是複雜力量的虛構部分。 單位為 伏安無功 (VAR)。 無功功率 積極感應的 電路電容電路。 該功率僅限於正弦激勵。 無功功率不做任何有用的工作或發熱量, 是電路的電抗組件(電感器,電容器)返回電源的功率

5. 視在功率: S 是電壓和電流均方根值的乘積,S = U * I。 視在功率的單位是VA。 的 視在功率 是絕對值 複雜的力量,因此僅定義為正弦激勵。

強大能力 因子 (COS φ)

功率因數在電源系統中非常重要,因為它表明有效功率與視在功率的接近程度。 功率因數接近XNUMX是可取的。 定義:

TINA的功率測量儀器還可以測量功率因數。

在第一個示例中,我們在一個簡單的電路中計算功率。

例如1

求出電阻器和電容器的平均(耗散)功率和無功功率。


找出源提供的平均和無功功率。

檢查源提供的功率是否與組件中的功率相等。

首先計算網絡電流。

= 3.9 ej38.7BмmA

PR= I2* R =(3.052+ 2.442)* 2 / 2 = 15.2 mW

QC = -I2/wC = -15.2 / 1.256 = -12.1mVAR

在看到除以2的位置時,請記住,在將峰值用於電源電壓和功率定義的地方,功率計算需要均方根值。

檢查結果,您可以看到所有三個功率的總和為零,從而確認來自電源的功率出現在兩個組件上。

電壓源的瞬時功率:

pV(t)= - vS(t)* i(t)= -10 cosωt* 3.9 cos(ωt + 38.7 м)= -39cosωt *(cosωt cos 38.7 м-sinωt sin 38.7 м )= -30.45 cosωt + 24.4 sinωtVA

接下來,我們演示使用TINA中的示意圖和儀器輕鬆獲得這些結果。 請注意,在TINA原理圖中,我們使用TINAӳ跳線連接功率計。

您可以通過從菜單中選擇分析/交流分析/計算節點電壓,然後單擊帶有探頭的功率計來獲得以上表格。

我們可以使用TINAӳ解釋器方便地確定電壓源的視在功率:

S = V.S* I = 10 * 3.9 / 2 = 19.5 VA

{TINA口譯員的解決方案}
OM:= 2 * PI * 1000;
五:= 10;
I:= V /(R + 1 /(j * OM * C));
IAQ:= SQR(ABS(I));
PR:= IAQ * R / 2;
PR = [15.3068m]
QC:= IAQ /(OM * C * 2);
QC = [12.1808m]
IC:=的Re(I)-j * IM(I);
SV:= - V * IC / 2;
SV = [ - + 15.3068m * 12.1808m j]的
#Python解決方案
將數學導入為 m
將 cmath 導入為 c
#讓我們簡化複雜的打印
#numbers 提高透明度:
cp= lambda Z : “{:.4f}”.format(Z)
om=2000*c.pi
V=10
I=V/(R+1/1j/om/C)
laq=abs(I)**2
PR=laq*R/2
打印(“PR =”,cp(PR))
QC=laq/om/C/2
打印(“QC =”,cp(QC))
Ic=I.共軛()
Sv=-V*Ic/2
打印(“Sv =”,cp(Sv))

您會看到,除了定義本身以外,還有其他方法可以計算兩極網絡中的功率。 下表對此進行了總結:

PQS
Z = R + jXR * I2X *我2½Z½* I2Z*I2
Y = G + jBg ^ * V2-B * V2½Y½* V2V2

在此表中,我們有一些以阻抗或導納為特徵的電路行。 使用公式時要小心。 考慮阻抗形式時,請考慮 阻抗 代表一個 串聯電路, 您需要當前的。 在考慮接納形式時,請考慮 准入 代表一個 並聯電路 為此您需要電壓。 而且不要忘了,儘管Y = 1 / Z,但通常G≠1 / R。 除特殊情況X = 0(純電阻)外,G = R /(R2+ X.2 ).

例如2

求出平均功率,無功功率p(t)和連接到電流源的兩極網絡的功率因數。


單擊/點擊上面的電路以在線分析,或單擊此鏈接以在Windows下保存

iS(t)=(100 * cosωt)mA w = 1 krad / s

請參閱上表,由於兩極網絡是並聯電路,因此對於導納情況,請使用行中的方程式。

處理導納時,我們必須首先找到導納本身。 幸運的是,我們的兩極網絡是一個完全並行的網絡。

Yeq= 1 / R + jωC + 1 / jωL = 1/5 + j250 * 10-6103 + 1 /(j * 20 * 10-3103)= 0.2 + j0.2 S.

我們需要電壓的絕對值:

½V ½= ½Z ½* I = I / ½Y ½= 0.1 / ê(0.2 + j0.2) ê= 0.3535 V.

權力:
P = V.2* G = 0.125 * 0.2 / 2 = 0.0125 W.

Q = -V2* B = – 0.125 * 0.2 / 2 = – 0.0125 var

= V.2* = 0.125 *(0.2-j0.2)/ 2 =(12.5 – j 12.5)mVA

S = V.2* Y = 0.125 * ê0.2 + j0.2 ê/ 2 = 0.01768 VA

cosφ= P / S = 0.707


{TINA口譯員的解決方案}
OM:= 1000;
方法是:= 0.1;
五:= IS *(1 /(1 / R + J * OM * C + 1 /(j * OM * L)));
V = [250m-250m * j]的
S:= V *是/ 2;
S = [12.5m-12.5m * j]的
警:=的Re(S);
問:= IM(S);
P = [12.5m]
Q = [ - 12.5m]
ABS(S)= [17.6777m]
#Python解決方案
#讓我們簡化複雜的打印
#numbers 提高透明度:
cp= lambda Z : “{:.4f}”.format(Z)
奧姆=1000
是=0.1
V=Is*(1/(1/R+1j*om*C+1/1j/om/L))
打印(“V =”,cp(V))
S=V*Is/2
P=S.實數
Q=S.imag
打印(“P =”,cp(P))
打印(“Q =”,cp(Q))
print(“abs(S)=”,cp(abs(S)))

例如3


找到連接到電壓發生器的兩極網絡的平均和無功功率。

對於此示例,我們將免除手動解決方案,並展示如何使用TINAӳ測量儀器和解釋器來獲得答案。

從菜單中選擇分析/交流分析/計算節點電壓,然後用探頭單擊功率計。 下表將出現:


{TINA口譯員的解決方案!}
VS:= 100;
OM:= 1E8 * 2 * PI;
Ie:=Vs/(R2+1/j/om/C2+replus(replus(R1,j*om*L),1/j/om/C1));
Ze:=(R2+1/j/om/C2+replus(replus(R1,j*om*L),1/j/om/C1));
警:= SQR(ABS(IE))*的Re(ZE)/ 2;
問:= SQR(ABS(IE))* IM(ZE)/ 2;
P = [14.6104]
Q = [ - 58.7055]
#Python解決方案
將 cmath 導入為 c
#讓我們簡化複雜的打印
#numbers 提高透明度:
cp= lambda Z : “{:.4f}”.format(Z)
#使用 lambda 定義 replus:
Replus= 拉姆達 R1, R2 : R1*R2/(R1+R2)
VS=100
om=200000000*c.pi
Ie=Vs/(R2+1/1j/om/C2+Replus(Replus(R1,1j*om*L),1/1j/om/C1))
Ze=R2+1/1j/om/C2+Replus(Replus(R1,1j*om*L),1/1j/om/C1)
p=abs(Ie)**2*Ze.real/2
打印(“p =”,cp(p))


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