图示正弦交流电路中,已知,当负载Zl为下列哪项数值时,它能获得最大功率? ()
A 、C4+j13)Ω
B 、(8+j26)Ω
C 、(9+j5)Ω
D 、(3+j10)Ω
【正确答案:B】
基本概念,当负载阻抗与去掉负载阻抗后的 戴维南等效电路中的内阻抗为共轭关系时,负载中可获得最大功率,实际等同于求电路内阻抗。如解图所示。
因此,负载阻抗取其共轭值:
解:将ZL从电路中断开,上图。
电流源两端的阻抗为:
Z=j10∥(-j4-j2)=j10×(-j6)/(j10-j6)=-j15(Ω)。
端电压为:Is(相量)×Z=5∠30°×(-j15)=75∠-60°(V)。
ZL开路,(3+j7)支路无电流、无电压,因此:
Uoc(相量)=Uab(相量)=75∠-60°×(-j2)/(-j4-j2)=75∠-60°/3=25∠-60°(V)。
将电流源开路,从a、b端口看进去的等效阻抗为:
Zeq=(3+j7)+(-j2)∥(j10-j4)=(3+j7)+(-j2)×j6/(j6-j2)=(3+j7)-j3=3+j4(Ω)=R+jX。
最大功率传输定理:当ZL等于Zeq的共轭复数时,ZL可以获得最大功率;所以:ZL=R-jX=3-j4(Ω)时,ZL功率最大:
PLmax=Uoc²/(4R)=25²/(4×3)=625/12=52.0833(W)。
解:将负载ZL从电路中断开。
电路中只有一个回路,设电流为I(相量),则:I(相量)=-U1(相量)/2=-0.5U1(相量),所以:U1(相量)=-2I(相量)。
KVL:I(相量)×j4=U1(相量)+10∠30°+U1(相量)。
(-2-j2)U1(相量)=10∠30°,U1(相量)=10∠30°/2√2∠225°=5/√2∠165°=-3.415+j0.915(V)。
Uoc(相量)=Uab(相量)=Umb(相量)=-U1(相量)-10∠30°=3.415-j0.915-8.66-j5=-5.245-j5.915=7.906∠228.44°(V)。
或者:Uoc(相量)=-j4I(相量)+U1(相量)=-j4×(-0.5)×(-3.415+j0.915)+(-3.415+j0.915)=-5.245-j5.915=7.906∠228.44°(V)。
将电压源短路,从a、b端口外加电压U(相量),设流入电流I(相量)。
——对于含有受控源的题目,主要是在求等效阻抗(电阻)时,采用加压求流法。
受控源支路两端电压为U1(相量),则j4Ω的电流为:2U1(相量)/j4=-j0.5U1(相量),方向向右。
2Ω电阻电流为:U1(相量)/2=0.5U1(相量),方向向上。
KCL:0.5U1(相量)-j0.5U1(相量)+I(相量)=0,所以:U1(相量)=I(相量)/0.5√2∠135°=√2I(相量)∠-135°=(-1-j1)I(相量)。
U(相量)=(-j2)×I(相量)-U1(相量)=-j2I(相量)+(1+j1)I(相量)=(1-j1)I(相量)。
所以:Zeq=U(相量)/I(相量)=1-j1=R-jX。则:Zeq*=R+jX=1+j1(Ω)(共轭复数)。
最大功率传输定理:当ZL=Zeq*=1+j1(Ω)时,ZL获得最大功率,最大功率为:PLmax=Uoc²/(4R)=7.906²/(4×1)=15.63(W)。
先将左边电路进行戴维南等效
开路电压
Uo=Ism*(-j10)+Usm (V)
等效内阻抗
zr=10-j10 (Ω)
因此,在ZL*n^2=Zr时,其上可获得最大功率
或者
ZL=Zr/n^2
=(10-j10)/4
=2.5-j2.5 (Ω)
时,ZL上可获得最大功率,这个最大功率为:
P=[Uo/(2*Zr)]^2*Zr
=Uo^2/(4Zr)
=(Ism*(-j10)+Usm)^2 / (10-j10) (W)