交流電阻抗知識簡介

1、交流電及阻抗知識簡交流電及阻抗知識簡介介 目錄目錄一、直流電一、直流電交流電交流電二、正弦交流電二、正弦交流電三、三、電阻電感電容的電阻電感電容的區(qū)別區(qū)別四四、阻抗的介紹、阻抗的介紹一、直流電交流電的區(qū)別一、直流電交流電的區(qū)別1、直流電直流電簡稱DC，電流電壓方向不隨時間變化。直流電通常又分為穩(wěn)恒直流電和脈動直流電。穩(wěn)恒直流電是比較理想的，大小和方向都不變。脈動直流電是指方向（正負極）不變，但大小隨時間變化。直流電在直流電路中，電子從陰極、負極、負磁極形成，并向陽極、正極、正磁極移動。不過，物理學家定義直流電為從正極到負極的運動。2、交流電交流電簡稱AC，是指大小和方向都發(fā)生周期性變化的電流。

2、不同直流電，其方向都是一樣。通常波形為正弦曲線。交流電可以有效傳輸電力。但實際上還有應用其他的波形，例如三角形波、正方形波。為什么通常波形都是正弦波形？交流電是用交流發(fā)電機發(fā)出的，在發(fā)電過程中,多對磁極是按一定的角度均勻分布在一個圓周上,使得發(fā)電過程中,各個線圈就切割磁力線,由于具有多對磁極，每對磁極產(chǎn)生的磁力線被切割產(chǎn)生的電壓、電流都是按弦規(guī)律變化的，所以能夠不斷的產(chǎn)生穩(wěn)定的正弦波電流。如電子線路中有方波的、三角形的等，但這些波形的交流電不是導體切割磁力線產(chǎn)生的，而是電容充放電、開關晶體管工作時產(chǎn)生的。級數(shù)三相交流電機每組線圈都會產(chǎn)生N、S磁極，每個電機每相含有的磁極個數(shù)就是極數(shù)。由于磁極是

3、成對出現(xiàn)的，所以電機有2、4、6、8極之分。同步轉速n與磁場磁極對數(shù)p的關系:f為頻率,單位為Hz. 在中國，電源頻率為50赫茲，所以二極電機的同步轉速為3000轉/分，四極電機的同步轉速為1500轉/分，以此類推。另外，異步電機轉子的轉速總是低于或高于其旋轉磁場的轉速，異步之名由此而來。異步電機轉子轉速與旋轉磁場轉速之差（稱為轉差）通常在10以內。pfn60二、正弦交流電二、正弦交流電1、周期、頻率和角頻率正弦量變化一次所需要的時間（秒）稱為周期（T），每秒內變化的次數(shù)稱為頻率（f），單位是赫茲（Hz）。交流電一秒鐘內經(jīng)歷的電角度稱為角頻率，用表示。三者是從不同的角度反映的同一個問題：交流電

4、隨時間變化的快慢程度。頻率是周期的倒數(shù)：f=1/T正弦量變化的快慢也可用角頻率來表示：tT2T23Tt234T2uiOfT22角頻率具體是多少？2、瞬時值、最大值和有效值（1）瞬時值交流電隨時間按正弦規(guī)律變化，對應各個時刻的數(shù)值稱為瞬時值，瞬時值是用正弦解析式表示的，即： 瞬時值是變量，注意要用小寫英文字母表示。（2）最大值正弦量振蕩的最高點稱為最大值或峰值，用U Um m(或I Im m)表示。umtUu sinimtIi sin（3）有效值有效值是指與交流電熱效應相同的直流電數(shù)值。在t 時間內產(chǎn)生的熱量為Q 在t 時間內產(chǎn)生的熱量為Q兩電流熱效應相同，可理解為二者做功能力相等。我們把做功能

5、力相等的直流電的數(shù)值I I定義為相應交流電i i 的有效值。有效值可確切地反映正弦交流電的大小。有效值用大寫字母U或I表示。在工程應用中,一般所講的正弦交流電的大小，如交流電壓380V或220V，指的都是有效值。有效值和最大值的關系R Ri iR RI I 2mII 2mUU 3、相位、初相和相位差（1）相位顯然，相位反映了正弦量隨時間變化的整個進程。（2）初相初相確定了正弦量計時開始的位置，初相規(guī)定不得超過180。)sin(mutUu)sin(mutUu（3）相位差兩個同頻率的正弦量的相位之差或初相位之差稱為相位差。正弦交流電路中電壓和電流的頻率是相同的，但初相不一定相同，設電路中電壓和電流

6、為：則u和i的相位差為：當 時，u比i超前 角，i比u滯后 角。1tUum sin2tIim sintuiO 2121 tt21如何理解“超前”和“滯后”？4、正弦量的表示方法（1）三角函數(shù)法：（2）波形圖：（3）相量法：用復數(shù)的方法表示正弦量一個正弦量可以用旋轉的有向線段表示。有向線段的長度表示正弦量的幅值；有向線段(初始位置)與橫軸的夾角表示正弦量的初相位;有向線段旋轉的角速度表示正弦量的角頻率。正弦量的瞬時值由旋轉的有向線段在縱軸上的投影表示。tIim sin復數(shù)是實數(shù)和虛數(shù)的組合，實數(shù)又分為有理數(shù)和無理數(shù)正弦量可以用相量表示，見右圖。有向線段OA可用復數(shù)形式表示：直角坐標式：指數(shù)式：極

7、坐標式：sincosjrjbaAjreA rAj1OrabAab bararctan | 22sin| cos| r bra如圖所示為電壓相量 比電流相量 超前 角注意：1.相量只是表示正弦量，而不等于正弦量。 2.只有正弦周期量才能用相量表示。 3.只有同頻率的正弦量才能畫在一張相量圖上。畫相量圖步驟：1、選取參考相量 串聯(lián)選電流；并聯(lián)選電壓2、有元件和支路的電壓、電流相量關系，逐步畫相量3.依據(jù)KCL、KVL組合相量圖（要使用相量平移） UI元元件件R：電壓與電流同相L：電壓超前電流90 C：電流超前電壓90支支路路RL支路：電壓超前電流角RC支路：電流超前電壓角090 KCL和KVL是什

8、么意思？三、電阻電感電容的區(qū)別三、電阻電感電容的區(qū)別1、電阻對電阻元件，其電壓電流滿足歐姆定律：金屬導體的電阻值與其材料導電性及尺寸的關系為：其中：、l、S分別為導體的電阻率、長度、橫截面積。阻性負載：即和電源相比當負載電流負載電壓沒有相位差時負載為阻性(如負載為白熾燈、電爐等）。通俗一點的講，僅是通過電阻類的元件進行工作的純阻性負載稱為阻性負載。Ru+iiRuRui 或SlR對于電阻元件電壓電流同頻率同相位電阻元件的交流電路（1）電壓電流關系設圖中電流為：根據(jù)歐姆定律：電壓電流頻率相同，相位相同。從而：相量形式的歐姆定律：tIimsintUtRIiRummsinsin RIUIUiuRIUm

9、mmm IRU_uRi因為是正弦交流電所有可以寫成三角函數(shù)式因為是電阻元件，所以沒有初相角。無論瞬時值、最大值還是有效值，電壓電流電阻三者都是線性關系。（2）瞬時功率電壓和電流瞬時值的乘積就是瞬時功率：p0，總為正值，所以電阻元件消耗電能，轉換為熱能。（3）平均功率平均功率是一個周期內瞬時功率的平均值：tIUuipmm2sin TTRURIUIttUITpdtTP0220d2cos111 瞬時值要小寫消耗的是有功（4）電壓、電流、功率的波形uu2OOpP t t_uCIUiiip電壓電流頻率相同，相位相同。p02、電感電感是閉合回路的一種屬性。當線圈通過電流后，在線圈中形成磁場感應，感應磁場又

10、會產(chǎn)生感應電流來抵制通過線圈中的電流。這種電流與線圈的相互作用關系稱為電的感抗，也就是電感，用L表示，單位是“亨利（H）”。對于一個電感線圈，習慣上規(guī)定感 應電動勢的參考方向與磁通的參考 方向之間符合右手螺旋定則。如果磁通是由通過線圈的電流i產(chǎn)生的， 則： 其中， 為全磁通， 為線圈匝數(shù)， 為磁通， 為電感系數(shù)， 為電流。通過直流電和交流電有什么不同？ie+-LiN NLiL與線圈的尺寸、匝數(shù)及介質的磁導率有關變化中的電流會產(chǎn)生磁場，而變動的磁場會感應出電動勢，其線性關系的參數(shù)，我們稱為電感。理想的電感，不會產(chǎn)生或消耗能量，但由于電磁的互相轉換，卻擁有儲存和釋放能量的功能。當電感中通過直流電流

11、時，其周圍只呈現(xiàn)固定的磁力線，不隨時間而變化；可是當在線圈中通過交流電流時，其周圍將呈現(xiàn)出隨時間而變化的磁力線。根據(jù)法拉弟電磁感應定律磁生電來分析，變化的磁力線在線圈兩端會產(chǎn)生感應電勢，此感應電勢相當于一個“新電源”。當形成閉合回路時，此感應電勢就要產(chǎn)生感應電流。由楞次定律知道感應電流所產(chǎn)生的磁力線總量要力圖阻止原來磁力線的變化的。由于原來磁力線變化來源于外加交變電源的變化，故從客觀效果看，電感線圈有阻止交流電路中電流變化的特性。怎么理解“不會產(chǎn)生或消耗能量”？這里的“儲存和釋放能量”又是什么意思？當線圈中有電流通過時候，線圈的周圍就會產(chǎn)生磁場。當線圈中電流發(fā)生變化時，其周圍的磁場也產(chǎn)生相應的

12、變化，此變化的磁場可使線圈自身產(chǎn)生感應電動勢（感生電動勢）這就是自感。通俗點講就是，線圈流過電流，周圍產(chǎn)生磁場，電流變化，磁場也變化，由于磁場的變化使線圈自身產(chǎn)生感應電動勢，這就叫自感，就是自己感應。兩個電感線圈相互靠近時，一個電感線圈的磁場變化將影響另一個電感線圈，這種影響就是互感，就是互相感應?；ジ械拇笮∪Q于電感線圈的自感與兩個電感線圈耦合的程度，利用此原理制成的元件叫做互感器。耦合是指兩個或兩個以上的電路元件或電網(wǎng)絡等的輸入與輸出之間存在緊密配合與相互影響，并通過相互作用從一側向另一側傳輸能量的現(xiàn)象。對于互感器，變壓器來說，就是磁場能夠通過鐵芯從一個線圈傳遞到另一個線圈的現(xiàn)象。什么叫耦

13、合？電感元件的交流電路（1）電壓電流關系設一非鐵心電感線圈(線性電感元件，L為常數(shù)),假定電阻為零。根據(jù)基爾霍夫電壓定律：設電流為參考正弦量：電壓和電流頻率相同，電壓比電流相位超前90。tiLeuLdd tIimsin90sin90sincosdsind tUtLItLIttILummmm四字口訣：感壓超流從而：L 單位為歐姆。電壓 U 一定時 L 越大電流 I 越小，可見它對電流起阻礙作用, 定義為感抗：感抗 XL 與電感 L 、頻率 f 成正比。對于直流電f0，XL0，因此電感對直流電相當于短路。所以，電感有個特性就是通直流，阻交流；通低頻，阻高頻。這樣，電壓電流的關系可表示為相量形式：L

14、IUIULIUmmmm fLLXL2 ILjIjXULLXiu 注意（2）瞬時功率（3）平均功率（有功功率）平均功率衡量電路中所消耗的電能，也稱有功功率。P=0 表明電感元件不消耗能量，即不消耗有功。只有電源與電感元件間的能量互換。用無功功率來衡量這種能量互換的規(guī)模。tUItIUttIUttIUuipmmmmmm2sin2sin2cossin 90sinsin 0d2sin1d1 00TTttUITtpTP（4）無功功率電感元件的無功功率用來衡量電感與電源間能量互換的規(guī)模，規(guī)定電感元件的無功功率為瞬時功率的幅值（它并不等于單位時間內互換了多少能量）。它的單位是乏（var）。 答案：CLXIUI

15、Q2 無功功率是否與頻率有關？思考題（5）電壓、電流、功率的波形 說明：u2OOpttIUp_u_eL+_+_+_+_儲能儲能放 能放 能L+-iiiiii（1） p0，電感線圈吸取電能，并以磁能的方式儲存起來 （2） p0，電感線圈把儲存的磁能轉換為電能，還給電路電壓超前電流90度3、電容在實際生產(chǎn)中，電容器是必不可少的電子器件，其基本結構是由靠得較近的金屬片，中間隔以絕緣物質而組成，兩金屬片為電容的極板，中間的絕緣物質為介質。當在極板上加以電壓后，極板上分別聚集起等量的正、負電荷，并在介質中建立電場而具有電場能量。將電源移去后，電荷可繼續(xù)聚集在極板上，電場繼續(xù)存在。簡單來說，電容器就是一種

16、儲存電荷的容器，它不消耗能量。電容器通常簡稱為電容，用字母“C”表示。電容元件的電容C定義為電容上的電量與電壓的比值：電容的大小與電容元件的尺寸及介質的介電常數(shù)有關。平行板電容器的電容為： 單位為法拉（F）式中為介質的介電常數(shù)，S 為極板面積，d 為極板間距離。uqC kdSC4電容的充放電：一個極板接電源正極，另一個接負極，使電容器帶電的過程稱為充電。結果就是把從電源獲得的電能儲存在電容器中，兩極板之間有電壓。使充電后的電容器失去電荷的過程稱為放電。結果就是電容器放出電能，兩極板間不再存在電場，也沒有電壓?；拘再|簡單說就是隔直流通交流，即對直流呈現(xiàn)電阻無窮大，相當于開路；對交流呈現(xiàn)的阻力受

17、交流電頻率的影響。在現(xiàn)實中，純電容負載是不存在的，一般把帶電容參數(shù)的負載，即符合電壓滯后電流特性的負載稱為容性負載。充放電時，電壓不能突變。其對應的功率因數(shù)為負值。對應的感性負載的功率因數(shù)為正值。電容元件的交流電路（1）電壓電流關系對于電容電路：如果電容兩端加正弦電壓：則：電壓和電流頻率相同，電流超前電壓90。tuCtqiddddtUum sin90sin90sincossind tItCUtCUdttUCimmmm四字口訣：容流超壓從而： (1/C)單位為歐姆。電壓U 一定時(1/C)越大電流I越小,可見它對電流起阻礙作用, 定義為容抗：容抗XC 與電容C 、頻率f 成反比。對直流電f 0，

18、XC，因此電容對直流相當于開路，電容具有隔直通交的作用。這樣，電壓電流的關系可表示為相量形式：CIUIUUCImmmm1 fCCXC211 CjICIjIjXUC（2）瞬時功率（3）平均功率（有功功率）平均功率衡量電路中所消耗的電能，也稱有功功率。P=0表明電容元件不消耗能量。只有電源與電容元件間的能量互換。tUItIUttIUttIUuipmmmmmm2sin2sin2cossin 90sinsin 0d2sin11 00TTttUITpdtTP（4）無功功率為了同電感的無功功率相比較，設電流為參考正弦量，則：這樣，得出的瞬時功率為：由此，電容元件的無功功率為：電容性無功功率為負值，電感性無

19、功功率取正值。tIimsin90 sintUumtUIuip2sin CXIUIQ2（5）電壓、電流、功率的波形電流超前電壓90度4、電阻、電感、電容的區(qū)別 元 件 特 征 電阻電阻電感電感電容電容參數(shù)定義阻抗頻率特性相位關系電壓電流同相位電壓超前電流90電流超前電壓90特性對直流電和交流電都起阻流作用通直流阻交流通低頻阻高頻限制電流改變隔直流通交流限制電壓改變能量轉換情況消耗電能轉為熱能 電流增強時，電能轉為磁場能，電流減弱時，磁場能轉為電能送回電路，不消耗電能充電時電能變?yōu)殡娊橘|所貯存的電場能，放電時將電場能送回電路，不消耗電能iuR iNL uqC RfLLXL2 fCCXC211 四、阻抗的介紹（1）阻抗在具有電阻、電感和電容的電路里，對交流電所起的阻礙作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示。阻抗由電阻、感抗和容抗三者組成，電抗由感抗和容抗組成。阻抗的單位是歐姆。如圖所示：Z的模值阻抗模 幅角稱為阻抗角ZIUIUIUZiuiuIUZ iuZ又稱為復阻抗阻抗Z的代數(shù)形式可寫為： 實部，電阻 虛部，電抗 R 由感抗 和容抗 組成所以，電抗為：Z的模值是：ZXXjRjXRZCLLXCXfLLXL2 fCCXC211 CLXXXCL122221C