解:电压源可以看做三个电源u's(t)=10V、u"(t)=50√2cos(ωt)和us'"(t)=30√2cos(3ωt+30°)叠加作用,所以可以使用叠加定理来计算。
1、直流分量作用时,电感短路、电容开路,等效电路如下:
I0=i'(t)=us'(t)/R=10/10=1(A)。U0=u'(t)=0。
2、基波作用时,等效电路如下(采用余弦相量):
U1s(相量)=50∠0°V,Z1=R+jXL1=10+j30(Ω),Z2=jXL2∥(-jXc)=j10∥(-j90)=j11.25(Ω)。
I1(相量)=U1s(相量)/(Z1+Z2)=50∠0°/(10+j30+j11.25)=50∠0°/42.4448∠76.37°=1.178∠-76.37°(A),即:i"(t)=1.178√2cos(ωt-76.37°) (A)。
U1(相量)=I1(相量)×Z2=1.178∠-76.37°×j11.25=13.253∠13.63°(V)。
u"(t)=13.253√2cos(ωt+13.63°) (V)。
(3)三次谐波作用时,L1的电抗为XL1=3ωL1=90Ω,L2的电抗为XL2=3ωL2=30Ω,电容的容抗为Xc=(1/ωC)/3=30Ω,等效电路如下:
Us2(相量)=30∠30°。Z1=R+jXL1=10+j90(Ω),Z2=jXL2∥(-jXc)=j30∥(-j30)=∞,Z2相当于开路。
所以:I2(相量)=0,U2(相量)=Us2(相量)=30∠30°。
即:i'"(t)=0,u'"(t)=30√2cos(3ωt+30°)。
4、叠加定理:
i(t)=i'(t)+i"(t)+i'"(t)=1+1.178√2cos(ωt-76.37°)+0=1+1.178√2cos(ωt-76.37°)(A)。
u(t)=u'(t)+u"(t)+u'"(t)=0+13.253√2cos(ωt+13.63°)+30√2cos(3ωt+30°)=13.253√2cos(ωt+13.63°)+30√2cos(3ωt+30°)(V)。
回路电流有效值为:I=√(I0²+I1²+I2²)=√(1²+1.178²)=1.545(A)。
因为电压源发出的有功功率全部被电阻所消耗,所以:P=I²R=1.545²×10=23.87(W)。
————注意:原答案中u(t)表达式中,基波作用时的初相角漏写了。