电气新手必知:电阻电感电容串联交流电路(专业电气学姐带你学三十三)

时间:2023-06-27作者:佚名

  在上一次的学习中,我们知道了电阻元件(本文的电阻元件均指线性电阻元件)、电感元件(本文的电感元件均指线性电感元件)与电容元件(本文的电容元件均指线性电容元件)在直流电路和交流电路中的区别,还知道了三种元件的单一参数交流电路特性。


举一反三,如果交流电路中同时含有电阻、电感和电容或含有其中两种参数,那么该交流电路的特性又是怎样的呢?这就是我们这次的学习内容:“电阻电感电容串联交流电路”,也就是我们(píng)时所说的“RLC串联交流电路”。


  下图33-1的(1)所示为简单RLC串联交流电路。若给该电路通以直流电,由于电容元件的隔断直流的作用,该电路中是没有电流流过的。但给它通以正弦交流电时,根据我们上次所学的内容,该电路除了会有电阻外,还会有感抗和容抗的存在。这里的电阻、电感和电容之间的关系又是怎样的呢?



电气新手必知:电阻电感电容串联交流电路(专业电气学姐带你学三十三)

图33-1


首先,在同一交流电路中,各电气量的角频率ω(频率f)都是相同的,这在之前我们学习正弦量的时候已经提过。回顾上一次的学习内容,在R、L、C的各个单一参数交流电路中,流过电阻元件的电流与电阻元件两端的电压同相;流过电感元件的电流滞后于电感元件两端的电压90°;流过电容元件的电流超前于电容元件两端的电压90°,感抗XL=ωL,即U =IXL,且容抗XC=1/ωC,即U =IXC,结合已知条件:电流的瞬时值表达式和相量式,我们就可以推理出RLC串联交流电路的电压和电流关系。


  如上图33-1的(2)瞬时值表达式和(3)相量式。在图33-1的(2)式中,计算变换过程大家看看即可,由电压u的瞬时值表达式中,我们可以看到,RLC串联交流电路的电压等于各个元件两端电压瞬时值的代数之和,而不是有效值的简单相加,还要考虑相位关系。


同理,图33-1的(3)相量式更为直观,从电压的相量式中,我们可以看到,其虚部(即乘以90°旋转因子部分)是感抗和容抗的差,这是因为感抗和容抗两者上的电压方向相反,一个滞后电流90°,一个超前电流90°,相互抵消。


根据图33-1(3)的电压相量式,即电压相量等于电流相量乘以某定值(频率不变)的这种表达式,定义阻抗Z(又称复阻抗),如下图33-2所示,它是由电路参数决定。


电气新手必知:电阻电感电容串联交流电路(专业电气学姐带你学三十三)

图33-2


  图33-2(2)所示的阻抗,定义为电压与电流的比值,常用Z表示,单位是欧姆(Ω)。阻抗也是一个复数,其实部称为电阻R,虚部称为电抗X,这在上一次的学习中也有所提及。这里要提醒的一点是,阻抗不是相量,这是因为相量是正弦量的表示形式,而阻抗不是正弦量,所以阻抗符号Z上面不能像电压相量、电流相量那样在上面加点。


  根据阻抗的定义,从电压相量除以电流相量的值中,可以发现,阻抗的模(大小)为电压有效值U与电流有效值I的比值,而辐角为电压u与电流i的相位差。根据感抗与容抗的定义、角频率与频率的关系,可得阻抗的集中表达式,如图33-2(3)所示,这几种表达式在电路分析中都比较常用,所有大家很有必要熟记。



电气新手必知:电阻电感电容串联交流电路(专业电气学姐带你学三十三)

图33-3


阻抗由电阻和感抗、容抗组成,当电路中没有电感元件时,显然,电路中也就不会有感抗,即此时阻抗中只有电阻和容抗;同理,当电路中没有电容元件时,显然,电路中也就不会有容抗,即此时阻抗中只有电阻和感抗。


另外,阻抗既然是一个复数,那么它显然可以在复(píng)面上表示,如图33-3所示。根据阻抗在复(píng)面上的表示,可以看到,其电阻、电抗与阻抗组成一个三角形,这就是大家(píng)常所说的阻抗三角形,图示的阻抗三角形中感抗大于容抗,即X=XL-XC>0,此时的辐角大于零。阻抗模就是上文所说的电压有效值U与电流有效值I的比值,阻抗角为电压u与电流i的相位差。


显然,阻抗、电阻、电抗和阻抗角之间可以用三角函数进行转化和计算,例如阻抗角可以用电阻和电抗的反正切函数关系求得,已知阻抗值的情况下用余弦函数和正弦函数求得电阻和电抗,如图33-3所示。


电抗为感抗与容抗的差,即X=XL-XC,结合阻抗三角形,可以得到以下电路参数与电路性质的关系如图33-4所示。



电气新手必知:电阻电感电容串联交流电路(专业电气学姐带你学三十三)

图33-4


  根据图33-4中内容,当感抗与容抗的差不同时,电路会呈现不同的性质,相角也会随之变化。当感抗大于容抗时,电路呈感性,此时阻抗角大于零,即电路中电压超前电流;当容抗大于感抗时,电路呈容性,此时阻抗角小于零,即电路中电压滞后电流;而当感抗等于容抗时,两者大小相等方向相反,电抗为零,此时电路呈阻性,电压与电流同相。


  实际工作中的电容补偿,其依据其实就是电路中感抗和容抗的不同关系,例如在感性负载(如交流电动机)的交流电路中,此时电压超前电流,为了减小电压与电流之间的相角(即功率因数角),可以在电路中适当接入电容器,以抵消电路中的部分感抗,使得阻抗角变小,提高有功功率。


当补偿后电路依然呈感性,这种补偿方式称为欠补偿;当完全补偿时,即补偿后电路依然呈阻性,这种补偿方式称为全补偿;当补偿后电路依然呈容性,这种补偿方式称为过补偿。


  在RLC串联交流电路中,当以电流相量为参考相量时,各元件的电压是由该元件的参数(电阻、电感、电容)所决定的,包括其数值和相角。所以,结合阻抗三角形和电压电流关系,可以画出电压三角形如下图33-5所示。



电气新手必知:电阻电感电容串联交流电路(专业电气学姐带你学三十三)

图33-5


  根据图33-5所示可以发现,电压三角形的相角其实和阻抗角相等,这是因为在交流电路中,根据图33-2中阻抗的定义,电流相角已知的情况下,电压相角就是由电路参数(即电阻、电感和电容)所决定。


相关阅读

电源设计细节大全(200个电源电路图)

资料包括干电池、蓄电池及微型电池的原理,应急电源、逆变电源、充电器、开关电源实例分析,UPS电源及常用电路和实例。附录包含了常用各种类型电池型号规格表,稳压电源中常用...
2023-06-06
电源设计细节大全(200个电源电路图)

抛砖引玉,简单说说什么是数字逻辑?后续持续更新

数字电子技术已经广泛地应用在众多的电子系统中,诸如,电子计算机、通信系统、自动控制系统、电子测量技术、影视音响系统等,数字化已成为当今电子技术的发展潮流。数字电路是数...
2023-06-16
抛砖引玉,简单说说什么是数字逻辑?后续持续更新

电动机绕组接错的原因及处理方法

当电动机绕组接错时会造成不完整的旋转磁场,导致启动困难、三相电流不(píng)衡、噪声大等症状,严重时若不及时处理会烧坏绕组,以下总结了电动机绕组接错的原因及检修处理方法...
2023-06-26
电动机绕组接错的原因及处理方法

电气主要设备、材料、成品和半成品报验

1、主要设备、材料、成品和半成品进场检验结论应有记录,确认符合本规范规定,才能在施工中应用,这是必须要保证的前提条件。 2、因有异议送有资质试验室进行抽样检测,试验室...
2023-04-17
电气主要设备、材料、成品和半成品报验

在带电的电压互感器二次回路上工作安全措施

电压互感器 二次回路高阻抗的特点,决定了在其上进行工作时安全措施的主要内容,就是要严格防止二次回路短路和接地 ,工作时必须遵守以下规定。 (1)短接工作部分电压接线时的操...
2023-03-21

热销商品

广东珠江电线电缆阻燃国标定制BYJBV BVR YJV YJY RVV RVS RV KVV

广东珠江电线电缆,专注于阻燃国标定制,产品涵盖BYJBVBVRYJVYJYRVVRVSRVKVV等多种规格。我们采用先进生产技术,严格遵循国家标准,确保产品质量可靠、性能稳定。产品适...
¥ 1

可换头防静电塑胶镊子ESD-7A/242/249/259防划伤夹IC硅晶片陶瓷头

ESD-7A/242/249/259是一款专为半导体行业设计的防静电塑胶镊子,有效防止静电对敏感电子元件的损害。其独特之处在于可更换的镊子头,包括专为夹持IC硅晶片和陶瓷元件...
¥ 2

公牛官方旗舰店开关插座空调16A插座五孔10A面板暗装多孔G12白灰

公牛官方旗舰店提供一系列高质量的开关插座和空调配件。这款16A插座五孔面板采用暗装设计,适用于多种安装环境,如墙面、天花板等。它具有10A的电流容量,可以满足家庭...
¥ 5.55

86型开关超薄自粘贴式防水罩浴霸开关家用防水盒浴室插座防溅盒子

86型开关超薄自粘贴式防水罩浴霸开关,是一种专为家用浴室设计的创新产品。其采用超薄设计,无需复杂布线,自粘贴式安装方式简洁高效,有效节省空间。防水罩有效阻挡水汽...
¥ 3.9

L型套筒扳手铣口烟斗双头弯头7字穿孔机修六角汽修轮胎工具6-19mm

L型套筒扳手是一款常用于工业领域的多功能工具,具备双头设计,可高效完成铣口、烟斗等多种工件孔位加工,适用六角汽修、轮胎等场景。其套筒尺寸为6-19mm,精准适配各类...
¥ 3.5

网站栏目