序言
在先前的文章中,我曾多次對二階系統非常是RLC電路進行估算,對RLC諧振電路熟悉的電路愛好者應當都曉得在諧振時系統的電壓或則電流會達到最大,然而卻比較少關注器件的功率,以及RLC在串聯或并聯以及使用電流激勵或電壓激勵等不憐憫況下的區別。
在本文中,主要估算RLC電路在RLC串聯余弦電流激勵、RLC并聯余弦電流激勵和RLC并聯余弦電壓激勵共三種情況的穩態時,各個器件的電流U、電流I、視在功率S隨頻度的變化。為防止重復工作,本文在估算時會參照先前文章早已得出的推論和公式。
前文導航:
[1]:RLC串聯電路電壓響應:
[2]:二階常系數線性微分等式解:
正文
1、正弦電流源驅動的RLC串聯電路
圖1.1:電流源驅動的RLC串聯電路
1.1公式
為便捷后續討論,先定義以下符號,符號意義可參考先前的文章
圖1.2:符號定義
串聯電路所有器件電壓相等,因而先解算電壓有效值(Irms)(器件已達到穩態)
圖1.3:RLC串聯電路余弦電流激勵器件電壓
按照RLC三種器件的電流與電壓的關系,可得三種器件的電流有效值(Urms)為
圖1.4:RLC串聯電路余弦電流激勵器件電流
功率=電流×電流,因而RLC三種器件和激勵源的視在功率(S)為
圖1.5:RLC串聯電路余弦電流激勵器件視在功率
1.2圖象
將以上公式勾畫成圖象,因為ζ的不同會造成圖象個別部份差別巨大,因而分別選定ζ={0.088,0.250,0.500,0.707,1.414,4.000}進行畫圖。以下為器件電壓(Irms)圖象
圖1.6:RLC串聯電路余弦電流激勵器件電壓圖象
以下為器件電流(Urms)圖象
圖1.7:RLC串聯電路余弦電流激勵器件電流圖象(ζ=0.088)
圖1.8:RLC串聯電路余弦電流激勵器件電流圖象(ζ=0.250)
圖1.9:RLC串聯電路余弦電流激勵器件電流圖象(ζ=0.500)
圖1.10:RLC串聯電路余弦電流激勵器件電流圖象(ζ=0.707)
圖1.11:RLC串聯電路余弦電流激勵器件電流圖象(ζ=1.414)
圖1.12:RLC串聯電路余弦電流激勵器件電流圖象(ζ=4.000)
以下為器件功率(S)圖象
圖1.13:RLC串聯電路余弦電流激勵器件功率圖象(ζ=0.088)
圖1.14:RLC串聯電路余弦電流激勵器件功率圖象(ζ=0.250)
圖1.15:RLC串聯電路余弦電流激勵器件功率圖象(ζ=0.500)
圖1.16:RLC串聯電路余弦電流激勵器件功率圖象(ζ=0.707)
圖1.17:RLC串聯電路余弦電流激勵器件功率圖象(ζ=1.414)
圖1.18:RLC串聯電路余弦電流激勵器件功率圖象(ζ=4.000)
1.3規律總結
(1)內阻、電感、電容三個器件的電壓變化規律一致。在Ω1時則以-20dB/dec的速度減緩。
(2)內阻的電流變化規律與電壓一致。
(3)電感的電流變化規律會在電壓基礎上+20dB。Ω<1時,電流以+40dB/dec降低;Ω>1則弄成±0dB/dec保持穩定;Ω=1附近會隨ζ的不同有不同行為。
(4)電容的電流變化規律會在電壓基礎上-20dB。Ω1則以-40dB/dec降低;Ω=1附近會隨ζ的不同有不同行為。
(5)內阻的功率在Ω1時以-40dB/dec減??;Ω=1時達到最大。
(6)電感的功率在Ω<1時以+60dB/dec降低;Ω>1時以-20dB/dec減小;Ω=1時取決于ζ。
(7)電容的功率在Ω<1時以+20dB/dec降低;Ω>1時以-60dB/dec減小;Ω=1時取決于ζ。
(8)電源的功率在Ω<1時以+20dB/dec降低;Ω>1時以-20dB/dec減?。沪?1時達到最大。
(9)電源的電流和功率在Ω<1時幾乎由電容全部承受,此時Us=UC>>UR>>UL,Ss=SC>>SR>>SL;Ω=1時由內阻全部承受;Ω>1時幾乎由電感全部承受電壓串聯和并聯的區別,此時Us=UL>>UR>>UC,Ss=SL>>SR>>SC。
(10)ζ的值會急劇影響Ω=1附近各器件的行為。當ζ≥0.707時系統不會發生諧振,此時UL和UC均≤Us,SL和SC均≤Ss;當ζUR而且≥Us,SL和SC均>SR而且≥Ss。
將以上部份規律總結為表格
圖1.19:RLC串聯電路余弦電流激勵部份規律
2、正弦電流源驅動的RLC并聯電路
圖2.1:電流源驅動的RLC并聯電路
2.1公式
符號定義同前章
圖2.2:符號定義
該電路擁有兩個節點和兩個環路電壓串聯和并聯的區別,共擁有三個拓撲約束:uS=uC=uR+uL,iR=iL,ius=iL+iC,經估算得各器件電壓有效值(Irms)(器件已達到穩態)
圖2.3:RLC并聯電路余弦電流激勵器件電壓
三種器件的電流有效值(Urms)為
圖2.4:RLC并聯電路余弦電流激勵器件電流
最終RLC三種器件和激勵源的視在功率(S)為
圖2.5:RLC并聯電路余弦電流激勵器件視在功率
2.2圖象
將以上公式勾畫成圖象,因為ζ的不同會造成圖象個別部份差別巨大,因而分別選定ζ={0.088,0.250,0.500,0.707,1.414,4.000}進行畫圖。以下為器件電壓(Irms)圖象
圖2.6:RLC并聯電路余弦電流激勵器件電壓圖象(ζ=0.088)
圖2.7:RLC并聯電路余弦電流激勵器件電壓圖象(ζ=0.250)
圖2.8:RLC并聯電路余弦電流激勵器件電壓圖象(ζ=0.500)
圖2.9:RLC并聯電路余弦電流激勵器件電壓圖象(ζ=0.707)
圖2.10:RLC并聯電路余弦電流激勵器件電壓圖象(ζ=1.414)
圖2.11:RLC并聯電路余弦電流激勵器件電壓圖象(ζ=4.000)
以下為器件電流(Urms)圖象
圖2.12:RLC并聯電路余弦電流激勵器件電流圖象(ζ=0.088)
圖2.13:RLC并聯電路余弦電流激勵器件電流圖象(ζ=0.250)
圖2.14:RLC并聯電路余弦電流激勵器件電流圖象(ζ=0.500)
圖2.15:RLC并聯電路余弦電流激勵器件電流圖象(ζ=0.707)
圖2.16:RLC并聯電路余弦電流激勵器件電流圖象(ζ=1.414)
圖2.17:RLC并聯電路余弦電流激勵器件電流圖象(ζ=4.000)
以下為器件功率(S)圖象
圖2.18:RLC并聯電路余弦電流激勵器件功率圖象(ζ=0.088)
圖2.19:RLC并聯電路余弦電流激勵器件功率圖象(ζ=0.250)
圖2.20:RLC并聯電路余弦電流激勵器件功率圖象(ζ=0.500)
圖2.21:RLC并聯電路余弦電流激勵器件功率圖象(ζ=0.707)
圖2.22:RLC并聯電路余弦電流激勵器件功率圖象(ζ=1.414)
圖2.23:RLC并聯電路余弦電流激勵器件功率圖象(ζ=4.000)
2.3規律總結
(1)內阻和電感的電壓是同一個,其轉折頻度與R/L值有關。在Ω2ζ時則以-20dB/dec的速度減緩。
(2)電容的電壓在全頻度內均為+20dB/dec。
(3)電源的電壓為IR和IL與IC二者中的最大值;但在Ω=1且ζ2ζ時以-20dB/dec減慢。
(9)電容的功率在全頻度內均為+20dB/dec。
(10)電源的功率為SR、SL與SC兩者中的最大值;但在Ω=1且ζ