【电感专题2:电感的感抗、电路的阻抗、电流的滞后】

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一、感抗的计算

感抗计算:电感在频率越高时,阻抗越大,频率越低时,阻抗越小。

  • XL = 2πfL

感抗大了,阻碍电流变化能力强了,就导致交流时,电流的变化追不上了,所以才会导致电流减小。频率越高,阻抗越大,那我此时就是抵抗你变化的能力越高,体现出来的就是阻交流。

交流电的电压是时刻在变的。电压高时,电感拼命"拦着"不让电流涨太快;电压低时,电感又"拽着"不让电流跌太快。

结果就是------电流的峰值永远追不上电压的峰值。电压已经到顶了,电流还在慢慢爬;电压已经开始往下走了,电流才刚爬到最高点。

注意:这是电感的感抗

二、电路的总阻抗

那如果在回路中串联了一个电阻,那么总阻抗:

  • I=U/Z,U 为电源电压有效值

如图:

这里我们用了一个一伏有效值的交流电源,然后串联了一个 1 mA 的电感,以及一个 10 欧姆的电阻。
然后,电源的频率为 1000 Hz,那么我们就可以算出来电感的感抗
,

  • XL=2πfL=23.141000*0.001=6.28 Ω

然后算出来一个总阻抗。

  • Z=根号(1010+6.286.28)=11.81 Ω

然后,电路的一个电流的有效值就等于了电源的有效值除以一个总阻抗。

  • I有效值=U/Z=1/11.81=84.7mA,I峰值=84.7*1.414=119.8mA

我们用仿真来看一下结果:

电路仿真软件下载及安装可参考文章:Multisim 14.3 安装包及安装教程

  • 我们选择一个电流探针,然后连接到示波器上。然后电流探针的比例呢,选择一毫伏每毫安。这样的话,我们示波器显示出来的是电压,其实呢,也就对应我们的一个电流值了。可以看到在这个电路里面,它的一个电流的最大值有119.349mV,也就是119.349mA,和我们理论上计算的119.8其实是差不多的,有一点点的误差可以忽略不计。

三、感抗对电路电流的影响

在上面电路的基础上,我们可以选择提高电源的频率或者是增大电感的感量,这样的话,总阻抗就会变大,那么电路的整体电流肯定也就是会变小的,我们看仿真一下。

3.1 提高电感量

我们把电感的感量有 1 mH 改为了 10 mH,可以看到对应的一个电流的波形,它的一个峰最大值呢,现在只能达到22.2 mA了。

3.2 减小电源频率

这里保持原来电感 1 mH 的电感量不变,我们减小电源的频率,由 1000 Hz 改为到 100 Hz,也可以看到,现在的电流能够达到了 141.1 mA,是明显增大了的。

四、电流的滞后

  • 上面我们说过,交流电的电压是时刻在变的。电压高时,电感拼命"拦着"不让电流涨太快;电压低时,电感又"拽着"不让电流跌太快。

  • 结果就是------电流的峰值永远追不上电压的峰值。电压已经到顶了,电流还在慢慢爬;电压已经开始往下走了,电流才刚爬到最高点。

  • 如图,这里我们把电阻去掉了,更好观察一些,示波器的通道A连的是电流的探针,示波器的通道B连的就是电感两端那个电压,可以看到右边会显示两个波形啊,红色的对应的就是电流,然后绿色的对应的就是电压。

两个都是正弦波,但电压超前电流 90°(也就是四分之一个周期)。

具体表现:

• A 通道(电流):正弦波,从零开始上升

• B 通道(电压):余弦波形状,在电流为零时达到峰值,在电流最大时电压为零

关键特征:

  1. 当电流过零点(从正变负或从负变正)时,电压达到正或负的峰值

  2. ​当电流达到最大值或最小值时,电压刚好过零

  3. ​两个波形的频率完全一样,只是起点差了四分之一周期

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