电路分析 阻抗和容抗计算公式
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简介:1.电阻 大家知道导体是有电阻的,什么是电阻呢?电阻就是通电导体对电流的阻碍作用,通常用字母R表示。它是定向移动电荷与导体中离子间碰撞而产生的,对交、直流电流均有阻碍作用。其大小由公式R=确定,单位: 欧姆(),式中p是导体材料的电阻率(单位长度......
1.电阻
大家知道导体是有电阻的,什么是电阻呢?电阻就是通电导体对电流的阻碍作用,通常用字母“R”表示。它是定向移动电荷与导体中离子间碰撞而产生的,对交、直流电流均有阻碍作用。其大小由公式R=确定,单位:
“欧姆(Ω)”,式中p是导体材料的电阻率(单位长度所具有的电阻),它还与温度有关,多数导体p值随温度升高而增大。L是导体长度,单位:“米(m)”,S为导体的横截面积,单位:“米2(m2)”。由上式可知,一段导体长度越长,横截面积越小,其电阻值越大。
2.感抗
由于电感线圈在通过交流电时要产生自感电动势,由楞次定律可知,其产生的感应电流总是阻碍原电流的变化。于是把这种阻碍作用称为“感抗”,用字母Xl表示,其大小由公式xl=2πfL确定,式中“f”是交流电的频率,单位:“赫(Hz)”,L是通电线圈的自感系数,简称“电感”,单位:“亨利(H)”。L与线圈的长度、横截面积、匝数、绕法、线圈中是否有铁心(或磁心)和铁(磁)心的体积及磁导体均有关。一般线圈长度越长,横截面积越大,匝数越多,匝距越小,铁(磁)心越大,磁导率越高,L就越大。由此可见:电感线圈具有通直流(因直流电f=O,所以Xl=O)、阻交流,通低频、阻高频的特性。在上述公式中,当“L”单位是“H”。f单位是“Hz”时,Xl的单位就是“Ω”。
3.容抗。
将电容器接入交流电路时,由于电容器的不断充放电,所以电容器极板上所带电荷对定向移动的电荷具有阻碍作用。物理学上把这种阻碍作用称为“容抗”,用字母Xc表示,其大小由公式xc=确定。式中f为交流电频率。单位仍为“Hz”,C是电容器的容量,单位为“法(F)”,于是Xc单位也是“Ω”。由上式可知:交流电频率越高,电容器的容量越大,其容抗就越小,因此电容器具有通交流、隔直流,通高频、阻低频的特性,与电感线圈的特性正好相反,且感抗与容抗只存在于交流电路中。
4.阻抗
实际的交流电路通常是由电阻、电容、电感复合而成,既有电阻(因导体是有电阻的)又有容抗(比如两根彼此绝缘的导体之间就构成电容,当通入交流电时,就存在容抗)、还有感抗(即使是直导线在交流电频率较高时,其感抗也不能忽略)。那么对某一交流电路而言,对交流电的实际阻碍作用是什么?又如何计算呢?物理学中已规定:交流电路中电阻、容抗和感抗对交流电总的阻碍作用称为“阻抗”,用字母“Z”表示,其大小不是三者简单相加,而是它们的矢量和。假定电阻、电容、电感三者串联(见图1),由电工学知识知道:流过电阻上的电流与电压是同相的,即没有相位差;而流过电容上的电流比电压超前90。(假定逆时钟时针为超前),流过电感线圈上电流比电压滞后90。,则它们就有如图2所示的矢量关系(假设电感线圈上Ul大于电容两端电压Uc)。由图2可知:电路两端总电压U=、/UR2+(UI-Uc)2,由欧姆定律Z,可求得该串联电路的l阻抗为z=、/R24·exxc),因此,一般交流电路的阻抗是大于其直流电阻的(除非Xl恰好等于Xc),比如扬声器后面的铭牌上就注有阻抗8Ω或16Ω字样,但如果测它的直流电阻,会发现小于8Ω或16Ω。还有,你如果测交流电动机(比如电风扇、压缩机等)的直流电阻,发现只有几十欧(甚至更小),但它们却可以接在220V,甚至更高电压下工作。由此可见,它们的阻抗是很大的。最后必须强调的是:“阻抗”对于某一频率变化的交流电路来说是一个变化的值,但“电阻”是不变的,至于某交流电路在某一频率下的“阻抗”,可直接用该电路两端的电压除以电路通过的电流求得。