电路分析基础 向量分析法
正弦交流电基本概念 向量分析法
图2-1
u Um 0 （a） ωt
Um
u
0
u Um
φ0 （b）
ωt
0
φ0 （c）
ωt
图（a）中，φ0=0，u=Umsinωt；
图（b）中，φ0>0，u=Umsin(ωt+φ0)；
图（c）中，φ0<0，u=Umsin(ωt－φ0)。 φ0的正、负问题。
－π<φ0<π
2.相位差
两同频率的正弦量之间的相位角之差或初相位之差。
则 u 与 I 的相位差为 ui= (30) ( 60) = 90，即 u 比 I 滞 后 90，或 I 比 u 超前90。 已知某正弦电压在t=0时为 110 2V ，初相角为30°，求其有效值
u Um sin(wt 30。 )
u(0) U m sin 30 U Um
u u1 u2 u3 u4
何谓反相？同 相？超前？滞 后？
不能！因为180V的正弦交流 电，其最大值≈255V >220V!
u1与u2反相，即相位差为180°； ωt
u3超前u190°，或说u1滞后u390°，
u1与u4同相，即相位差为零。
第3章
3.2 正弦量的表示法
1 9
3.2.1 复数
＋j b r A 复平面 上有向 线段
。
u(0) 110 2 Um V 220 2V 。 sin 30 0.5
220 2 V 220V 2 2
i
0
同相 O i2 i1
t
i
反相
O
i2 i1
t
相位差φ的大小与时间t、角频率ω无关，它仅取决于两 个同频正弦量的初相位。
第3章正弦交流电路的向量分析法ppt课件
电工与电子技术
RI2T
直流电流I流过电阻时， 在相同时间消耗的能量
R Ti2dt 0 周期电流i 流过电阻时， 在相同时间消耗的能量。
有效值的定义式： I 1 T i 2 dt
T0
资 金是运 动的价 值，资 金的价 值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
资 金是运 动的价 值，资 金的价 值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
电工与电子技术
第三章正弦交流电路的向量分析法
3.1 正弦交流电压电流的相量 3.2 电路基本定律的相量形式 3.3 RLC串并联交流电路的分析 3.4 正弦交流电路的功率和功率因数 3.5 电路的谐振
a
资 金是运 动的价 值，资 金的价 值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
复数四则运算回顾
电工与电子技术
（1）相等。任意一个复数 A 和B相等，则
A = B， a1 + j a2 = b1 + j b2 , a1 = b1 , a2 = b2 ,
资 金是运 动的价 值，资 金的价 值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
注意：
电工与电子技术
• 工业上所说的电压和电流的值一般是指有效值，如电 工设备铭牌额定值、电网的电压等级等。但绝缘水平 、耐压值指的是最大值
4. 视在功率
电路分析基础正弦量的相量向量法
X
1.基尔霍夫定律的相量形式
线性非时变电路在单一频率的正弦激励下（正弦电 源可以有多个，但频率完全相同）进入稳态时，各 处的电压、电流都为同频率的正弦量。 KCL的时域形式：
i
k 1
K
k
0
j t K k 1
ik
k 1
K
j t Re[ I e ] Re[ I e km km ] k 1
线性非时变电路在单一频率的正弦激励下正弦电源可以有多个但频率完全相同进入稳态时各处的电压电流都为同频率的正弦量
§7-2 正弦量的相量 相量法
北京邮电大学电子工程学院
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内容提要
变换方法的概念 正弦量的相量表示 相量的线性性质和微分性质 相量图
X
1.变换方法的概念
2.65 求解指数方程： x 5 两边取对数 2.65lg x lg 5
du d j t i (t ) C C {Re[ 2Ue ]} dt dt j t Re 2(j CU )e
I
U
1 j C
X
2.R、L、C元件VCR的相量形式
I I i j CU j CU u I CU CU u 90 i u 90
X
3.相量的线性性质和微分性质
若： f ( t ) F F
d f ( t ) 则 ：f ( t ) j F F 90 dt
'
推广到 n 阶导数：
n d f (t ) ( n) f (t ) dt n
(j ) F
n
X
例题2 已知 i1 (t ) 5 2 cos( t 53.1ห้องสมุดไป่ตู้)A ,
电路向量图的原理及应用
电路向量图的原理及应用1. 什么是电路向量图电路向量图是一种用于表示电路中各个元件之间关系的图形表示方法。
通过使用向量表示元件的连接关系，可以直观地表示电路的结构和工作方式。
2. 电路向量图的原理电路向量图的原理基于向量代数和电学原理。
在电路向量图中，电路中的每个元件都被表示为一个向量，向量的方向表示电流的方向，向量的长度表示电流的大小。
通过将各个元件的向量按照电路连接的方式进行叠加，可以得到整个电路的向量图。
3. 电路向量图的应用3.1 电路分析与设计电路向量图在电路分析和设计中起到了重要的作用。
通过电路向量图，可以直观地理解电路的结构和工作原理，便于分析和计算电路中的电流、电压和功率等参数。
同时，电路向量图也能够帮助设计者快速调整电路结构，实现电路性能的优化。
3.2 电路故障检测和诊断电路向量图还可以用于电路故障的检测和诊断。
通过比较实际电路的向量图和预期的向量图，可以发现电路中的故障元件或连接问题。
根据向量图的变化情况，可以判断哪些元件可能存在问题，并进行进一步的故障分析和修复。
3.3 电路教学和学习电路向量图在电路教学和学习中也有广泛的应用。
通过绘制电路向量图，可以帮助学生理解电路的工作原理和特性。
同时，学生也可以通过分析电路向量图，学习电路分析和设计的方法和技巧。
4. 电路向量图的绘制方法电路向量图可以用多种方法进行绘制，下面列举了几种常用的方法：•手工绘制：使用纸张和铅笔等传统工具进行绘制。
这种方法简单直观，适合小型电路和初学者使用。
•计算机绘图：使用专业的电路设计软件或绘图工具进行绘制。
这种方法可以实现电路向量图的自动绘制和编辑，并且可以进行更加复杂的电路分析和仿真。
•模型拼接：通过使用电路元件的模型进行拼接，形成电路向量图。
这种方法适合于进行复杂电路的物理模型实验和教学。
5. 电路向量图的注意事项在使用电路向量图时，需要注意以下几点：•元件的方向：在电路向量图中，电流的方向由向量的方向表示，需要正确标注元件的方向，以保证电路分析的准确性。
电路关于向量法的研究
内蒙古师范大学本科生学年论文题目：相量法在电路中的应用分析学号：20101106316姓名：王菲菲专业：电子信息科学与技术指导教师：张珏2011年5月15日物理与电子信息学院学年论文相量法在电路中的应用分析王菲菲（学号：20101106316）（物理与电子信息学院 10级电子信息科学与技术班,内蒙古呼和浩特 010022）指导老师：张珏摘要：在线性电路的分析中，有很多问题是求电路的稳态解。
相量分析法就是为了简化正弦稳态电路的分析计算而引入的一种电路求解方法。
相量分析法不仅适用于本章只有一种频率的正弦交流电路的分析与计算，同时，它也可推广应用于多个不同频率的正弦激励的线性电路。
关键词：相量分析法；欧姆定律；复功率；复数；正弦中图分类号：TM131.4相量分析法的数学基础是复数运算，因此在研究相量分析法之前，应简要复习复数的概念及其运算法则，并且熟练掌握复数的代数形式、极坐标形式、指数形式之间的变换关系，为应用相量法分析和计算正弦稳态电路打下坚实的基础。
1 复数的概念1.1虚数单位参见图1给出的直角坐标系复数平面。
在这个复数平面上定义虚数单位为虚数单位j又叫做90°旋转因子。
向量法在电路中的应用分析图1在复平面上显示复数1.2复数的表达式一个复数Z有以下四种表达式：1.2.1 直角坐标式(代数式)式中，a叫做复数Z的实部，b叫做复数Z的虚部。
在直角坐标系中，以横坐标为实数轴，纵坐标为虚数轴，这样构成的平面叫做复平面。
任意一个复数都可以在复平面上表示出来。
例如复数A=3+j2在复平面上的表示如图1所示。
1.2.2 三角函数式在图1中，复数Z与x轴的夹角为θ，因此可以写成式中|Z|叫做复数Z的模，又称为Z的绝对值，也可用r表示，即：θ叫作复数Z的辐角，从图1中可以看出复数Z的实部a、虚部b与模|Z|构成一个直角三角形。
1.2.3 指数式利用欧拉公式，可以把三角函数式的复数改写成指数式，即物理与电子信息学院学年论文1.2.4 极坐标式 (相量式)复数的指数式还可以改写成极坐标式，即以上这四种表达式是可以相互转换的，即可以从任一个式子导出其它三种式子。
《电路向量法》课件
相量图与波形图的转换
1 2
将相量图转换为波形图
根据相量图的长度和角度，绘制各元件的电压和 电流波形图。
将波形图转换为相量图
根据电压和电流的波形图，确定各元件的相量图 。
3
分析转换结果
比较相量图和波形图的计算结果，验证电路分析 的正确性。
06
习题与解答
习题一：向量法基础知识
题目
什么是向量？向量有哪些基本性质？
向量的基本概念
详细描述
向量可以用几何表示法和代数表 示法来表示，几何表示法包括有 向线段和向量模，代数表示法则 使用坐标和分量表示。
总结词：向量的定义、向量的表 示方法、向量的模。
向量定义为具有大小和方向的量 ，通常用有向线段表示，箭头表 示方向，长度表示大小。
向量的模是指向量的长度或大小 ，计算公式为$sqrt{x^2 + y^2}$ 。
标明向量长度和角度
根据电压和电流的实际值，标明向量图的长度和角度。
向量图的分析与计算
计算电压和电流
01
根据向量图的长度和角度，计算各元件的电压和电流。
分析功率
02
根据向量图，分析各元件的功率关系，判断是否符合能量守恒
定律。
判断电路状态
03
通过向量图的分析，判断电路的工作状态，如是否处于稳态或
暂态。
稳态工作状态。
相量法
将正弦波表示为复数形式，即 相量，用于简化分析和计算。
阻抗
正弦稳态下，电路中的元件对 电流的阻碍作用，用复数表示 。
功率
正弦稳态下，电路中元件吸收 或发出的功率，计算公式为 P
= I * V * cos(theta)。
功率计算与功率因数
功率因数
正弦稳态电路向量分析方法
•
U ab
•
Va
I sa Gaa
1
jX L 1
jX C 1
j5
j4 155.3 155.38 V
1 1 1
R jX L jX C
5 j5 j4
因为 •
•
•
•
•
•
U ab I1 . jX L U s1 I 2 .( jXC ) U s2 I 3 .R
则
•
•
•
I1
U s1 V a
1000
0
•
•
10090 I 3 .5 I 2 .( j4) 0 对以上方程求解得：
•
I1 49.94 74.98 A，
•
I 2 54.23139.4 A，
•
I 3 31.06 155.38 A。
（2）运用节点电位法求解
设b点为参考点，由弥尔曼定理可得
•
•
•
U s1 U s2
1000 10090
1．功率因数
由图5-54所示的功率三角形可知 cos P
S
式中 cos 称为功率因数，用 表示，即 cos ，而φ称为
功率因数角。功率因数表征了电能的利用率，当视在功率一定时，功 率因数越大，用电设备的有功功率越大，无功功率越小，电能利用率 越高。
2．提高功率因数的一般方法 实际应用中，功率因数不高的原因，主要是由于大量电感性负载
5-52所示。
设 u＝ 2U sin(t ) ， i＝ 2I sint ，则该无源网络的瞬时
功率为 p ui＝ 2U sin(t ). 2I sint
＝2UI sin(t ).sint ＝UI cos UI cos(2t )
电路课件 向量法
1 U= T
def
∫
T
0
u ( t )dt
2
i(t)=Imcos(ω t+Ψ
)
1 T 2 I= Im cos2 ( ω t +Ψ ) dt ∫0 T
∵
∫
T
0
cos ( ω t +Ψ ) dt = ∫
2
T
0
1+ cos 2(ω t +Ψ ) 1 dt = t 2 2
T 0
1 = T 2
1 2 T Im Im = ∴ I= = 0.707Im T 2 2
ω = 2π f = 2π T
单位: 单位: rad/s ,弧度 / 秒 i Im O T 2π π tωt
初相位(initial phase angle) ψ (3) 初相位 反映正弦量的计时起点. 反映正弦量的计时起点.
ψ/ω Ψ
同一个正弦量,计时起点不同,初相位不同. 同一个正弦量,计时起点不同,初相位不同.
直流I
R
交流i
R
W = RI T
2
W = ∫ Ri (t )dt
2 0
T
电流有效 值定义为
1 T 2 I= ∫0 i (t )dt T
def
有效值也称均方根值 root-meen(root-meen-square)
同样,可定义电压有效值: 同样,可定义电压有效值: 正弦电流, 正弦电流,电压的有效值 设
2. 正弦量的三要素
i(t)=Imcos(ω t+ψ)
(1) 幅值 (amplitude) (振幅, 最大值)Im 振幅, 最大值) 反映正弦量变化幅度的大小. 反映正弦量变化幅度的大小. 角频率(angular frequency)ω (2) 角频率 相位变化的速度, 反映正弦量变化快慢. 相位变化的速度, 反映正弦量变化快慢.
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利用相量图中的几何关系，可以简化同频率正 弦量之间的加、减运算及其电路分析。
u1 ? 2U 1 sin?? t ? ? 1 ?，u2 ? 2U 2 sin?? t ? ? 2 ?，求u ? u1 ? u2。
利用相量图辅助分析， 根据平行四边形法则， U 由相量图可以清楚地看出：
U2
? 2 ? U1
其最大值相量为： ?
I m ? 14.1/ 36.9?A
有效值相量为：
?
I ? 10/ 36.9?A
由于一个电路中各正弦量都是同频率的，所以相量
只需对应正弦量的两要素即可。即 模值对应正弦量
的有效值（或最大值）， 幅角对应正弦量的 初相。
按照各个正弦量的 大小和相位关系用初始位置的 有向线段画出的若干个相量的图形，称为 相量图。
A ? ?3 ? j4 ? 第? 三?象?限? A ? 5/? 126.9?(arctan 4 / 3 ? 180?)
代数形式中虚部数值前面的 j是旋转因子 ，一个复 数乘以j相当于在复平面上逆时针旋转 90°；除以j相 当于在复平面上顺时针旋转 90°（数学课程中旋转因 子是用i表示，电学中为了区别于电流而改为 j)。
例 已知 u1 ? 2U1 sin?? t ? ? 1 ?，u2 ? 2U 2 sin?? t ? ? 2 ?，
把它们表示为相量，并且画在相量图中。
用有效值相量表示，即： U1 = U1 ψ1
画在相量图中：
U2 = U2 ψ2
U2
也可以把复平面省略，直接画作
U2
? 2 U1
?1
虚线可以不画
? 2 U1
A ? 4 ? j5 ? 6.4/ 51.3? B ? 6 ? j2 ? 6.32/? 18.4? A? B ? 6.4? 6.32/51.3?? (?18.4?) ? 40.4/ 32.9?
A ? B ? 6.4 ? 6.32/ 51.3? ? (?18.4?) ? 1.01/ 69.7?
第2题自己练习。
1. 已知复数 A=4+j5，B=6-j2。试求A+B、 A-B、A×B、A÷B。
2. 已知复数 A=17/24°，B=6/-65°。试求 A+B、A-B、A×B、A÷B。
A ? B ? (4 ? 6) ? j(5 ? 2) ? 10? j3 ? 10.4/16.7?
A ? B ? (4 ? 6) ? j[5 ? (?2)]? ?2 ? j7 ? 7.28/106?
复数的几种表示方法可以相互转换。
已知复数 A的模a=5，幅角ψ =53.1 °，试写出 复数A的极坐标形式和代数形式表达式。
极坐标形式为 ：A=5/53.1°
a1 ? 5cos53.1? ? 3 代数表达形式 为：A=3+j4
a2 ? 5sin53.1? ? 4
4.1.2 复数运算法则
设有两个复数分别为： A ? a/? a ? a1 ? ja2
4.2.2 复阻抗
如果把正弦交流电路中各元件的电阻或电抗用 复数表示时，我们称之为复数形式的电阻电抗，简 称复阻抗 。各元件复阻抗的代数形式如下：
单一电阻元件的复阻抗 Z ? R，只有实部没有虚部；
第4章 相量分析法
4.1 复数 及其运算
4.4 复功率
4.2 相量 和复阻抗
4.3 相量 分析法
本章学习目的及要求
熟悉复数的几种表达方式及其加 减乘除运算规则；掌握正弦量的相量 表示法、相量的性能及其运算方法； 掌握复阻抗和复导纳的概念；学会用 相量图进行正弦量的辅助分析；正确 理解正弦交流电路中几种功率的分析。
?1
U1cosψ1+U2cosψ 2
U ? (U1 cos? 1 ? U2 cos? 2 )2 ? (U1 sin? 1 ? U2 sin? 2 )2
? ? arctanU1 sin? 1 ? U2 sin? 2 U1 cos? 1 ? U2 cos? 2
U1sinψ1+U2sinψ 2
利用相量图分析计算 同频率正弦量 之 间的加、减运算，显然能起到 化隐含 为浅显的目的， 根据相量与正弦量之 间的对应关系：u=Umsin (ωt +φ)
a?
a12 ? a 2 2，
?
? arctan
a2 a1
＋j
A 由图还可得出复数 A与模 a1 ? acos?
a2 0
a
a及幅角ψ之间的关系为 a2 ? asin?
?
又可得到复数 A的三角函数式 为：
＋1
A=acosψ +jasinψ
a1 复数还可以表示为 指数形式和极坐标形式 ：
A=ae jψ 或 A=a /ψ
在复数运算当中，一定要根据复数 所在象限正确写出幅角的值。如：
A ? 3 ? j4 ? 第? 一?象?限? A ? 5/ 53.1?(arctan 4 / 3)
A ? 3 ? j4 ? 第? 四?象?限? A ? 5/? 53.1?(? arctan 4 / 3)
A ? ?3 ? j4 ? 第? 二?象?限? A ? 5/126.9?(180? ? arctan 4 / 3)
4.2 相量和复阻抗
学习目标：了解相量的概念，熟练掌握正弦量的相
量表示法；初步了解相量图的画法；掌握复阻抗的概
念。
4.2.1 相量
与正弦量相对应的复电压和复电流称之为 相量。
为区别与一般复数，相量的头顶上一般加符号“ ·”。 例如 正弦量 i=14.1sin(ω t+36.9 °)A，若用相量表示，
B ? b/? b ? b1 ? jb2
A、B加、减、乘、除时的运算公式
A ? B ? (a1 ? b1 ) ? j(a2 ? b2 ) A ? B ? (a1 ? b1 ) ? j(a2 ? b2 )
A ? B ? ab/? a ? ? b
A B
?
a b
/?
a
??
b
显然，复数相加、减时用代数形式比较方便； 复数相乘、除时用极坐标形式比较方便。
4.1 复数及其运算
学习目标：复数的运算是相量分析的基础，了解复
数的代数式、三角式和极坐标式及其相互转换，理解
复数进行加减乘除运算的规则。
4.1.1 ห้องสมุดไป่ตู้数及其表示方法
＋j
A
复数 A在复平面上是一个点， 原点指向复数的箭头称为它的
模,
a2
模a与正向实轴之间的夹角称为复 数A的幅角；
0
a
?
a1
＋1
A在实轴上的投影是它的 实部； A在虚轴上的投影 称为其虚部。 复数A的代数表达式 为：A=a1+ja2 由图又可得出复数 A的模值a和幅角ψ分别为：