电阻、电感与电容是交流电的三个基本参数。当这些参数是不随电压、电流的大小和时间而改变的常量时,这一电路为线性电路。
一、纯电阻电路
1、在交流电路中,凡由电阻作为负载,如白炽灯、电炉、电烙铁等组成的电路都叫纯电阻电路。
2、纯电阻电路的电压和电流相位相同,电压、电流和电阻之间的关系符合欧姆定律。
3、交流电通过电阻时,总是从电源吸收电能转换成热能,电阻从电源吸收的能量用来做功而消耗掉。交流电通过电阻电路时的平均功率又称有功功率。p=ui=i2r=u2/r
二、纯电感电路
1、在纯电感电路中,由于交流电的大小和方向在不断地变化,因此在电感线圈中会产生自感电动势阻碍电流的变化,这种由电感对交流电产生的阻碍作用叫做感抗。用xl表示,单位为ω,感抗的大小与通过它的电流频率成正比。xl=ωl=2πfl。在直流路中,由于电流不变化,所以感抗为零,相当于短路。
2、交流纯电感电路中,电压瞬时值超前电流瞬时值90°,电压、电流和感抗之间的关系符合欧姆定律。
3、电感线圈中不消耗有功功率,电源与电感线圈之间不断进行能量交换,这部分功率称为无功功率,单位是var。
三、纯电容电路
1、xc=1/ωc=1/2πfc,xc叫容抗,单位为ω,在直流情况下f=0 ,xc为无穷大,说明电容有隔直流通交流,阻低频通高频的特性。
2、交流纯电容电路中,电流瞬时值超前电压瞬时值90°,电压、电流和容抗之间的关系符合欧姆定律。
3、纯电容电路中不消耗有功功率,电源与电容之间不断进行能量交换,这部分功率为无功功率,单位是var。
四、r、l、c串联电路
1、阻抗
感抗xl=ωl=2πfl
容抗xc=1/ωc=1/2πfc
电抗x=xl+xc
总阻抗z=√r2+x2
2、r、l、c分电压
电阻上电压u=ir,u与i同相。
电感上电压u=ixl,u超前电流90°。
电容上电压u=ixc,u滞后电流90°。
3、总电压、总电流关系
总电压与总电流有效值关系符合欧姆定律,i=u/z。
xl=xc时,电路呈纯阻性,电压与电流同相位。
xl>xc时,电路呈感性,电压超前电流。
xl<xc时,电路呈容性,电压滞后电流。
4、电路功率
1)瞬时功率
交流电路中任一瞬间的功率称为瞬时功率。瞬时功率大于零时,电路从外部吸取能量,瞬时功率小于零时,电路向外部送出能量。
2)有功功率
交流电路的瞬时功率在一个周期内的平均值称为平均功率,又称有功功率。
p=uicosφ,单位为w。
3)无功功率
电路中纯电感、纯电容为储能元件,只进行电能交换而不消耗电能,这部分功率称为无功功率。
q=uisinφ,单位为var。
4)视在功率
p=uicosφ中的ui不是线路实际消耗的功率,反映的是功率容量,称为视在功率。
s=ui,单位为v•a。
5、功率因数
1)总电压与总电流的相位差余弦值cosφ称为功率因数。功率因数反映了电路中有功功率与视在功率的比值,视在功率只有乘以功率因数之后才是电路的有功功率。
2)cosφ中的φ角称为功率因数角。它是电流滞后于电压的相位角,也就是阻抗角。
3)φ角的正负说明了电路阻抗的性质是容性还是感性。功率因数常注明滞后(φ>0)或超前(φ<0)。
6、功率三角形
在正弦交流电路中,视在功率、有功功率和无功功率三者关系为:s2=p2+q2。三种功率构成的直角三角形称为功率三角形。s与p的夹角就是功率因数角φ,且tanφ=q/p。
五、r、l与c并联电路
r与l串联后与c并联,该电路为电感性负载与电容性负载并联电路。
1、r-l支路
阻抗z=√r2+x2,电流i=u/z。
2、c支路
阻抗z=1/2πfc,电流i=u/z=2πfcu。3、线路总电流
总电流为r-l支路电流和c支路电流的相量之和。
4、电路功率
1)有功功率就是电感负载支路中电阻消耗的功率p=uicosφ。
2)无功功率为电容无功功率与电感无功功率之差,即总电流在虚轴上的分量与总电压之积q=uisinφ。
3)视在功率就是电压与总电流有效值之积s=ui。
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