西門子以太網(wǎng)電纜供應(yīng)代理商

時(shí)間：2023-04-19作者：潯之漫智控技術(shù)（上海）有限公司瀏覽：180

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電感與電容作為儲(chǔ)能元件和動(dòng)態(tài)元件，在工程技術(shù)中的應(yīng)用非常廣泛，如在電子電路中的濾波、諧振，在電力系統(tǒng)中的補(bǔ)償、功率傳輸?shù)取?/p>







電感和電容在直流電路中的特性非常簡單，簡單來說，忽略電阻的情況下，電感在直流電路中相當(dāng)于短路，而電容在直流電路中相當(dāng)于開路，如下圖1-1所示。




圖1-1

當(dāng)然，實(shí)際上的電感線圈和電容器多多少少都會(huì)有損耗，即存在電阻，例如電動(dòng)機(jī)線圈的電阻有幾歐到幾十歐不等，電容的電阻相對較小。

總的來說，電感和電容在直流電路中的應(yīng)用相對較少，例如電感線圈可以用于電磁鐵的勵(lì)磁，電容器可以用于隔直或儲(chǔ)能。它們更多的是應(yīng)用于交流電路。

那么，電感和電容在交流電路中又有著怎樣的表現(xiàn)呢?答案就讓我來給大家揭曉吧!

一、正弦交流電路

所謂交流電路，是指電路中的電壓和電流隨時(shí)間作周期性變化的電路，如下圖1-2所示。而上文所提及的交流電路，都是指的正弦交流電路。正弦交流電路的電壓和電流隨時(shí)間做正弦規(guī)律變化。這里的“正弦規(guī)律”可以是正弦函數(shù)，也可以是余弦函數(shù)，這是因?yàn)檎液瘮?shù)和余弦函數(shù)的變化規(guī)律相同，它們兩者間的區(qū)別僅在于相角差。另外，正弦交流電路也是我們?nèi)粘Ｉ罟ぷ髦兴佑|的電路。




圖1-2

顯然，正弦交流電路中電壓、電流的大小和方向都隨時(shí)間變化，而在電路中，往往需要標(biāo)定兩者的方向，所以這里就涉及到了參考方向和實(shí)際方向的問題。如圖1-3所示，定交流電壓源的電壓參考方向?yàn)樯险仑?fù)，電流的參考方向?yàn)閺淖蟮接摇?/p>




圖1-3

結(jié)合電壓電流波形，當(dāng)電壓、電流波形為正半周時(shí)，表明其實(shí)際方向和參考方向一致;當(dāng)波形處于負(fù)半周時(shí)，表明電壓和電流實(shí)際方向和參考方向相反，圖1-3中的藍(lán)色圖形為實(shí)際方向，黑色為參考方向。

大概了解正弦交流電路后，我們進(jìn)入這次分享的主要內(nèi)容。

二、交流電路中的電感和電容

對于電阻而言，流過電阻的電流與電阻兩端的電壓同步變化，所以不管是大小還是方向，都保持一致的趨勢，如圖1-4所示。換言之，其電壓和電流之間之間的區(qū)別僅在于一個(gè)比例系數(shù)，這個(gè)比例系數(shù)就是電阻值。




圖1-4

但電感和電容比較特別，它們兩者的電壓和電流都不是同步變化的，而是有一個(gè)相位差。所謂相位差，可以理解為電壓和電流的變化趨勢差，例如在電感元件中，當(dāng)電流在計(jì)時(shí)零點(diǎn)的值為零，且隨時(shí)間變大時(shí)，電壓在計(jì)時(shí)零點(diǎn)的值卻為較大值，且隨時(shí)間變小，如下圖1-5所示。




圖1-5

圖1-5所示的電感電壓電流波形圖，表示了電感的電壓**前電流90°，因?yàn)槠查_時(shí)間，僅從波形圖來看，兩個(gè)波形的零點(diǎn)(都是正斜率或負(fù)斜率)間較小角度為90°。為什么電感的電壓和電流不同步呢?這是因?yàn)殡姼械碾妷汉碗娏鞑皇钦壤P(guān)系，而是成微分關(guān)系，所以不像電阻那樣簡單。

類似的，電容的電壓和電流也有一個(gè)相位差。但區(qū)別于電感，在電容元件中，當(dāng)電流在計(jì)時(shí)零點(diǎn)的值為零，且隨時(shí)間變大時(shí)，電壓在計(jì)時(shí)零點(diǎn)的值卻為較小值(負(fù)值)，且隨時(shí)間變大，如下圖1-6所示。




圖1-6

電容的電壓與電流存在相位差的原因與電感一樣，都是因?yàn)槠潆妷汉碗娏鞑皇钦壤P(guān)系，但電容的電壓與電流成積分關(guān)系，所以電感和電容兩種的電壓電流關(guān)系也有區(qū)別。為了讓大家能夠直觀看出這個(gè)區(qū)別，我們以電感和電容的串并聯(lián)電路為例。

1、電感和電容串聯(lián)時(shí)的電壓電流關(guān)系

如圖1-7所示，電感和電容串聯(lián)，所以它們流過同一個(gè)電流。但它們不會(huì)因?yàn)榇?lián)而導(dǎo)致各自電壓電流關(guān)系變化，所以依然是如圖1-5和圖1-6所示的關(guān)系。顯然，基于同一電流的情況下，電感的電壓和電容的電壓處于反相關(guān)系。




圖1-7

簡單來說，就是在LC串聯(lián)的正弦交流電路中，任一時(shí)刻，電感電壓和電容電壓方向相反，如圖1-8所示。另外，大家可以舉一反三，思考一下，是否存在電感電壓與電容電壓方向相反、大小相等的情況呢?




圖1-8

顯然是存在的，且當(dāng)電感電壓和電容電壓大小相等、方向相反時(shí)，電感電容的串聯(lián)組合對外就相當(dāng)于短路，因?yàn)槠浣M合兩端的電位相等，大家可以自行賦值舉例進(jìn)行理解。就好比拿兩個(gè)電壓相等的干電池以正極接正極的方式串聯(lián)，對外沒有電壓。LC串聯(lián)電壓反相，那并聯(lián)會(huì)怎樣呢?我們接著往下看。

2、電感和電容并聯(lián)時(shí)的電壓電流關(guān)系

電感和電容并聯(lián)，所以它們承受同一個(gè)電壓。同樣的，它們并不會(huì)因?yàn)椴⒙?lián)而導(dǎo)致各自電壓電流關(guān)系變化，所以依然是如圖1-5和圖1-6所示的關(guān)系。顯然，基于同一電壓的情況下，電感的電流和電容的電流處于反相關(guān)系，如圖1-8所示。




圖1-9

簡單來說，就是在LC并聯(lián)的正弦交流電路中，任一時(shí)刻，電感電流和電容電流方向相反，如圖1-10所示。另外，大家仍然可以舉一反三，思考一下，是否存在電感電流與電容電流方向相反、大小相等的情況呢?




圖1-10

顯然也是存在的，且當(dāng)電感電流和電容電流大小相等、方向相反時(shí)，電感電容的并聯(lián)組合對外就相當(dāng)于開路，因?yàn)樗鼈兊碾娏骱蜑榱?，對外沒有電流。為了便于理解，大家可以自行賦值舉例，在此我就不再過多闡述。就好比拿兩個(gè)電壓相等的干電池以首尾相連的方式并聯(lián)，對外沒有電流。

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