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系列电阻电感电路

第三章 - 电抗和阻抗 - 归纳

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在上一节中,我们探讨了仅限简单电阻和唯一的事情beplay体育下载不了电感器 - 仅限AC电路。现在我们将以串联形式将两个组件与探讨效果。

串联电阻电感电路示例

将此电路拍摄为示例进行使用:

串联电阻电感电路示例

串联电阻电感电路:电流滞后0O至90O。

电阻器无论频率如何,都将提供5Ω电阻,而电感器将为60 Hz的AC电流提供3.7699Ω电抗。

Because the resistor’s resistance is a real number (5 Ω ∠ 0°, or 5 + j0 Ω), and the inductor’s reactance is an imaginary number (3.7699 Ω ∠ 90°, or 0 + j3.7699 Ω), the combined effect of the two components will be an opposition to current equal to the complex sum of the two numbers.

这种组合的反对派将是抗性和电抗的载体组合。为了简洁地表达这一反对派,我们需要更全面的术语,以便超越抗性或仅仅是抗性或反应。

这个术语被称为阻抗,它的符号是z,它也以欧姆的单位表示,就像电阻和电抗一样。在上面的例子中,总电路阻抗是:

总电路阻抗

欧姆法中的抵抗力

阻抗与电压和电流类似,就像您期望的那样,以类似于欧姆法的抵抗:

阻抗与您可能期望的电压和电流相关

事实上,这是一个更全面的形式欧姆的法律而不是在直流电子(E = IR)中教授的,就像阻抗是相反的相反流量的更全面的表达,而不是抵抗。任何电阻和任何电抗,单独或组合(系列/并联)可以并且应该在AC电路中表示为单个阻抗。

为了计算上述电路中的电流,首先需要为电压源提供相位角参考,这通常被假定为零。(电阻和电感阻抗的相位角总是无论电压或电流的给定相角如何,分别为0°和+ 90°)。

计算上述电路中的电流

与纯电感电路一样,电流波滞后在电压波(源)后面滞后,虽然这次滞后不是那么大:只有37.016°,而不是完整的90°,就像纯电感电路一样。。

电流LAG电压在串联L-R电路中。

电流LAG电压在串联L-R电路中。

对于电阻和电感器,电压和电流之间的相位关系尚未改变。电阻器两端的电压与电流通过它的电流(0°偏移),电感器两端的电压与电流通过它的电流呈现出+ 90°。我们可以数学验证:

电压和电流之间的相位关系

电阻两端的电压具有与电流完全相同的相位角,告诉我们E和I仅用于电阻)。

相位角

电压横跨电感器的相角为52.984°,而通过电感器的电流具有-37.016°的相位角,两者之间的差异恰好90°。这告诉我们E和i仍然是90°(仅限电感)。

使用Kirchhoff的电压法

我们还可以在数学上证明这些复杂的值加上总电压,就像Kirchhoff的电压法预测一样:

总电压,正如Kirchhoff的电压法一样预测

计算使用香料

让我们用Spice检查我们计算的有效性:

香料电路:R-L。

香料电路:R-L。

V1 1 0 AC 10 SIN R1 1 2 5 L1 2 0 10M .C LIN 1 60 60。印刷AC V(1,2)V(2,0)I(V1)。印刷AC VP(1,2)VP(2,0)IP(v1).end
FREQ V(1,2)V(2)I(V1)6.000E + 01 7.985E + 00 6.020E + 00 1.597E + 00 FREQ VP(1,2)VP(2)IP(V1)6.000E + 01-3.702E + 01 5.298E + 01 1.430E + 0

请注意,与直流电路一样,Spice输出当前数字,好像它们具有负电源电压的负(180°)。而不是-37.016°的相位角,我们得到143°(-37°+ 180°)的电流相角。

这仅仅是香料的特质,并且在电路模拟本身中不代表任何重要的东西。注意电阻器和电感电压相位读数如何匹配我们的计算(分别为-37.02°和52.98°),就像我们预期的那样。

通过所有这些数字来跟踪甚至如此简单的电路,可以使用“表”方法是有益的。将表应用于此简单串联电阻电路电路将如此进行。

First, draw up a table for E/I/Z figures and insert all component values in these terms (in other words, don’t insert actual resistance or inductance values in ohms and henries, respectively, into the table; rather, convert them into complex figures of impedance and write those in):

虽然没有必要,但我发现它有助于写作两个都表中每种数量的矩形和极性形式。如果您使用的是具有执行复杂算法的计算器,而无需在矩形和极性形式之间转换,则此额外的文档是完全不必要的。

但是,如果您被迫执行复杂的算术“龙手”(以矩形形式添加和减法,并且以极性形式乘法和分割),则在两种形式中写入每个数量将是有用的。

既然我们的“给定”数字将插入表中的各自位置,我们可以与DC一样,确定总数阻抗来自个人阻碍。由于这是一个系列电路,我们知道对电流的反对(电阻或者阻抗)补充说,形成总体反对派:

现在我们知道总电压和总阻抗,我们可以应用欧姆的法律(i = e / z)来确定总电流:

就像DC一样,系列AC电路中的总电流由所有组件同等地共享。这仍然是真的,因为在串联电路中只有一个路径用于电流流量,因此它们的流量必须均匀。因此,我们可以将电流传输到电阻和电感的列中:

现在,所留下的所有这些都是电阻器和电感的电压降。这是通过使用欧姆法(e = Iz)来完成的,垂直应用在表的每列中:

与此同时,我们的桌子已完成。我们在DC电路分析中应用的完全相同的规则也适用于AC电路,其中警告必须以复杂而不是标量形式表示所有数量。

只要相移在我们的计算中正确地表示,我们如何对DC接近基本交流电路分析的基本差异。

现在是在电压和电流的实际仪器测量中审查这些计算的数字和读数之间的关系的好时机。

这里的图与现实生活测量直接相关的数字是那些极地符号,不是矩形!换句话说,如果要在该电路中通过电阻连接电压表,则表示7.9847伏特,不是6.3756(真正的矩形)或4.8071(虚构矩形)伏特。

为了以图形术语描述这一点,测量仪器简单地告诉您矢量用于该特定数量(电压或电流)的时间。

矩形表示法,而方便的算术添加和减法,是一种更抽象的符号形式,而不是与真实世界测量相比的极性。正如我之前的说明,我将简单地在我的交流电路表中指示每种数量的极性和矩形形式,即用于方便数学计算。

这不是绝对必要的,但对于在没有高级计算器的情况下,对以下人员可能会有所帮助。如果我们要限制自己只使用一种形式的符号,最好的选择将是极性的,因为它是唯一可以直接相关的才能与真实测量相关。

可以计算串联R-L电路的阻抗(Z),给出电阻(R)和电感抗电抗(XL)。由于E = IR,E = IXL和E = IZ,电阻,电抗和阻抗分别与电压成比例。因此,电压量程图可以由类似的阻抗图替换。

系列:R-L电路阻抗相位图。

系列:R-L电路阻抗相位图。

例子:给定:一个40Ω电阻系列,带有79.58万毫安电感。找到60赫兹的阻抗。

XL =2πFLXL =2π·60·79.58×10-3 XL =30Ωz = r + JXL Z = 40 + J30 | Z |= SQRT(402 + 302)=50Ω∠z= Arctangent(30/40)= 36.87°Z = 40 + J30 =50˚36.87°

审查:

  • 阻抗是对电流反对的总衡量标准,是(“真实”)电阻和(“虚构”)抵抗力的复合(向量)和。它由字母“Z”符号化,并以欧姆测量,就像电阻(R)和电抗(x)一样。
  • 阻抗(Z)在串联电路分析中类似于电阻(R):系列阻抗添加以形成总阻抗。只需务必在复杂(不是标量)表单中执行所有计算!Z.全部的= Z.1+ Z.2+。。。Z.N.
  • 纯电阻阻抗始终具有恰好0°的相位角(Zr =Rω≥0°)。
  • 纯电感阻抗将始终具有精确+ 90°(ZL =XLω≥90°)的相位角。
  • 欧姆的AC电路法律:E = IZ;i = e / z;z = e / i
  • 当电阻器和电感器在电路中混合在一起时,总阻抗将在0°和+ 90°之间的相位角。电路电流将在0°和-90°之间的位置处具有相位角。
  • 系列AC电路表现出与系列直流电路相同的基本特性:电流在整个电路中均匀,电压下降添加以形成总电压,并且阻抗添加到形成总阻抗。

相关工作表:

1条评论
  • F
    FASSI1. 2019年11月05日

    第二栏应在欧姆中具有XL电抗,而不是在亨利斯中阻抗

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