电工基础12章非正弦周期电路

第十二章非正弦周期电路第十二章非正弦周期电路教学重点1．非正弦周期电流的是怎样产生的。2．一个非正弦周期量可以分解为其多次谐波的代数形式。3．非正弦周期电流、电压的有效值和平均功率的计算。教学难点谐波分量法表示非正弦信号。序号内容学时1第一节非正弦周期量的产生12第二节非正弦周期量的谐波分析13第三节非正弦周期量的有效值和平均功率14本章小结15本章总学时4学时分配第十二章非正弦周期电路第一节非正弦周期量的产生第二节非正弦周期量的谐波分析第三节非正弦周期量的有效值和平均功率本章小结第一节非正弦周期量的产生不按正弦规律做周期性变化的电流或电压，称为非正弦周期电流或电压。图12-1就是几种非正弦周期电流。图12-1几种常见的非正弦交流电非正弦周期电流产生的原因很多，通常有以下三种情况:1．采用非正弦交流电源。如方波发生器，锯齿波发生器等脉冲信号源，输出的电压就是非正弦周期电压。2．同电路中有不同频率的电源共同作用。3．电路中存在非线性元件。如图12-2所示的二极管整流电路就是这样。在通信技术中，由语音、音乐、图像等转换来的信号，自动控制及电子计算中大量使用的脉冲信号，都是非正弦信号。图12-2二极管整流电路第二节非正弦周期量的谐波分析一、非正弦波的合成二、非正弦波的分解一、非正弦波的合成一个非正弦波的周期信号，可以看作是由一些不同频率的正弦波信号叠加的结果，这一个过程称为谐波分析。将两个音频信号发生器串联，如图12-3(a)所示e1的频率调到100Hz，e2的频率调到300Hz，则e1和e2合成后的波形如图12-3(b)所示。图12-3两个正弦波的合成二、非正弦波的分解由上可知，两个频率不同的正弦波可以合成一个非正弦波。反之，一个非正弦波也可分解成几个不同频率的正弦波。由图12-3(b)可见e=e1+e2=E1msin(t)+E2msin(3t)e1和e2叫做非周期信号的谐波分量。e1的频率与非正弦波的频率相同，称为非正弦波的基波或一次谐波；e2的频率为基波的三倍，称为三次谐波。谐波分量的频率是基波的几倍，就称它为几次谐波。非正弦波含有的直流分量，可以看作是频率为零的正弦波叫零次谐波。)sin()2sin()sin()(m1m20m10kktkAtAtAAtf——基波（交流分量）)sin(01mtA)(1m22sintA——二次谐波(交流分量))sin(mkktkA——k次谐波(交流分量)谐波分析就是对一个已知的波形信号，求出它所包含的多次谐波分量，并用谐波分量的形式表示。式中A0——零次谐波(直流分量)非正弦波用谐波分量表示的一般形式为：以下给出了几个简单的非正弦波的谐波分量的表示式。)sin51sin31(sinπ4)(1.tttAtf矩形波：)5sin2519sin91(sinπ8)(2.2tttAtf等腰三角波：)3sin312sin21(sinπ-2)(3.tttAAtf锯齿波：)3cosπ3sin312cosπ2sin21cosπ(sinπ2)(4.tTtTtTATτAtf矩形波：)tcos4151-tcos231tcos4π21(π2)(5.Atf正弦整流半波：)tcos6351tcos4151-tcos23121(π4)(6.Atf正弦整流全波：第三节非正弦周期量的有效值和平均功率一、有效值二、平均功率一、有效值)2sin(2)sin(20220110tItIIi)2sin(2)sin(20220110tUtUUu222120IIII222120UUUU经数学推导得出它们的有效值计算公式为：非正弦周期信号的有效值定义与正弦波周期信号一样。如果一个非正弦周期电流流经电阻R时，电阻上产生的热量和一个直流电流I流经同一电阻R时，在同样时间内所产生的热量相同，这个直流电流的数值I，叫做该非正弦周期电流的有效值。设二、平均功率33322211100coscoscosIUIUIUIUP可见，非正弦周期电路的平均功率为各次谐波平均功率之和。在这里所指的平均功率只适用于同频率的非正弦电压和电流，电路消耗的平均功率为【例】某一非正弦电压为)V10sin(240)30sin(26050ttu)A50sin(23.0)20sin(25.01tti电流为求平均功率和电压、电流的有效值。解：平均功率22211100coscosIUIUIUP电压、电流的有效值V88V404050222222120UUUUΑ16.1Α3.05.01222222120IIIIW5.78W)5010cos(3.040)2030cos(5.060150本章小结)2sin(2)sin(20220110tItIIi)2sin(2)sin(20220110tUtUUu一、不按正弦规律变化的电流、电压、电动势，统称为非正弦交流电。使用非正弦交流电源，同电路中有不同频率的电源共同作用或电路中存在非线性元件都能产生非正弦信号。二、一个非正弦波，可以分解为其多次谐波的代数和形式，即33322211100coscoscosIUIUIUIUP222120IIII222120UUUU四、非正弦周期量的平均功率为多次谐波平均功率之和。三、非正弦周期量的有效值。