电路分析(二):交流电路:练习题和考试题

正弦稳态:阻抗、相量、谐振和交流功率,以及连接直流和交流特性的暂态过程。考试考察你能否熟练运用复数并准确把握相角。

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速成包(PDF)公式表、方法步骤和附完整解答的练习题,可直接打印。

本课程的主题

  1. 复数直角坐标形式的运算 · 极坐标形式与指数形式 · 棣莫弗定理、方根与方程计算
  2. 交流阻抗和相量串联 RL · 串联 RLC · 电容电压和谐振计算
  3. 交流功率和功率因数负载的 P 和 Q · 线路电流 · 功率因数校正计算
  4. LC 谐振、Q 因数与带宽固有频率、Q 与能量 · 串联与并联 RLC · 设计、损耗与衰减计算
  5. 三相电对称 Y 和 Δ 联结的电压与电流 · 三相功率 · 功率因数校正计算
  6. RC 和 RL 暂态RC 充电 · RL 电路 · 有初始电荷的电容计算
  7. 戴维南和诺顿分压网络 · 含串联电阻和负载 · 含电流源和负载计算
  8. 伯德图与裕度滤波器与渐近线 · 幅值与相位 · 稳定裕度计算

电路分析(二):交流电路 考试技巧

  • 计算任何电抗之前,先把频率换算成 ω = 2πf。
  • 所有角度使用同一单位,并检查计算器处于角度制还是弧度制。
  • 有功功率只消耗在电阻上;无功功率属于电感和电容。功率因数为 P/S。

例题详解

复数简单
ReIm55−5−5z₁z₂

对于 z₁ = −7 + j 和 z₂ = 4 + j2,求乘积 z₁·z₂ 的实部。

z₁ = −7 + jz₂ = 4 + j2

求: Re(z₁z₂)

显示提示
  1. 像 (a + b)(c + d) 那样展开括号,得到四项。
  2. 把 j² 换成 −1,使四项中的一项变成实数。
  3. (−7 + j)(4 + j2) = (−28) + j(−14) + j4 + j²·2
显示答案和分步解答

复数:z = a + jb 的实部为 a,虚部为 b,j² = −1(数学家写作 i)。加减法按部分分别进行;乘法把括号展开并把 j² 换成 −1;除法则把分子和分母同乘以分母的共轭 z̄ = a − jb,因为 z·z̄ = a² + b² 是实数。在阿尔冈图上,z 是点 (a, b):它到原点的距离是模 |z| = √(a² + b²),与正实轴的夹角是辐角 θ。

展开

(−7 + j)(4 + j2) = (−7)·4 + j·(−7)·2 + j·1·4 + j²·1·2

使用 j² = −1

Re = (−28) − 2 = −30
Im = (−14) + 4 = −10
z₁z₂ = −30 − j10
Re(z₁z₂) = −30

答案

Re(z₁z₂) = −30
交流阻抗和相量中等
Vf0​ = 1000 HzRL = 200 mHC = ?

一个 L = 200 mH 的 RLC 串联电路必须在 1000 Hz 发生谐振。求所需的电容 C。

f0 = 1000 HzL = 200 mH

求: C (µF)

显示提示
  1. 谐振时 XL = XC,由此得 f₀ = 1/(2π√(LC))。
  2. 变形:C = 1/((2πf₀)²·L)。
  3. (2πf₀)² = 3.948 × 10⁷ s⁻².
显示答案和分步解答

相量法分析交流电路:电阻、电感和电容的阻抗分别为 R、jωL 和 1/(jωC),其中 ω = 2πf。串联时阻抗像电阻一样相加,但按复数计算。电流和电压的有效值满足以 |Z| 表示的欧姆定律。

谐振条件

谐振时感抗与容抗相互抵消:ωL = 1/(ωC)。

ω₀ = 2π·1000 = 6283 rad/s
C = 1/(ω₀²·L) = 1/(6283²·0.2) = 0.1267 µF

答案

C = 0.1267 µF

练习方式

  • “练习本课程”会混合出该课程所有主题的题目,就像真正的考试一样。
  • 每道题的数值都不同,让你掌握方法,而不是记住答案。
  • 卡住了?先打开一个小提示,需要时再查看完整解析。
  • 模拟考试限时且没有提示,结束后你会得到分数和完整的回顾。

本课程的计算器

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