正弦电源的交流电感

时间:2024-11-12
  然而,在包含交流电感的交流电路中,流过电感器的电流的行为与稳态直流电压的行为非常不同。现在,在交流电路中,流过线圈绕组的电流的阻力不仅取决于线圈的电感,还取决于所施加的电压波形从正值到负值变化的频率。
  交流电路中流经线圈的电流的实际阻力由线圈的交流电阻决定,该交流电阻由复数表示。但为了区分直流电阻值和交流电阻值(也称为阻抗),使用术语电抗。
  与电阻一样,电抗以欧姆为单位测量,但用符号“X”来区分它与纯电阻“R”值,并且由于所讨论的组件是电感器,因此电感器的电抗称为感抗,(  X L  )并以欧姆为单位测量。其值可由公式求得。
  感抗
  感抗
  在哪里:
  X L = 感抗,单位为欧姆 (Ω)
  π (pi) = 数字常数 3.142
  f = 频率(以赫兹为单位),(Hz)
  L = 电感,单位为亨利,(H)
  我们还可以以弧度定义感抗,其中 Omega, ω等于2πific。
  交流电感值
  因此,每当将正弦电压施加到电感线圈时,反电动势就会阻止流过线圈的电流的上升和下降,并且在电阻或损耗为零的纯电感线圈中,该阻抗(可以是复数)等于其感抗。电抗也由矢量表示,因为它既有大小又有方向(角度)。考虑下面的电路。

  正弦电源的交流电感

  交流电感
  上面这个简单的电路由L亨利 (  H )的纯电感组成 ,连接在由表达式V(t) = V max  sin ωt给出的正弦电压上。当开关闭合时,该正弦电压将导致电流流动并从零上升到值。电流的上升或变化将在线圈内感应出磁场,该磁场反过来会反对或限制电流的这种变化。
  但在电流达到直流电路中的值之前,电压会改变极性,导致电流改变方向。另一个方向的变化再次被线圈中的自感反电动势延迟,并且在仅包含纯电感的电路中,电流被延迟 90 °。
  所施加的电压比电流达到其正值早四分之一个周期 (  1/4f  ) 达到其正值,换句话说,施加到纯电感电路的电压“”电流四分之一个周期。循环或 90 o如下所示。

  交流电感的正弦波形

  交流电感波形
  这种效应也可以用相量图来表示,在纯电感电路中,电压“”电流 90 °。但通过使用电压作为参考,我们也可以说电流“滞后”了电压四分之一周期或 90 ° ,如下面的矢量图所示。

  

  交流电感相量图
  因此,对于纯粹的无损耗电感器,V L “” IL L 90 o,或者我们可以说I L “滞后” V L 90 o。
  有许多不同的方法来记住流经纯电感电路的电压和电流之间的相位关系,但一种非常简单且易于记住的方法是使用助记词“ELI”(发音为女孩名字中的Ellie )。
  ELI代表交流电感中的电动势优先,L在电流I之前。换句话说,电感器中的电流之前的电压E、L、I等于“ELI”,并且无论电压从哪个相角开始,该表达式对于纯电感器电路始终成立。
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