什么是阻抗?如何求阻抗?

电阻、电感和电容串联的电路如图1所示。

阻抗

式中,X称为电抗,单位为欧姆。阻抗值为



式中,

 三者之间符合直角三角形的关系,如图2所示,称其为阻抗三角形。三角形中的


 称为阻抗角


图2 阻抗三角形

由式(4)表明:当电流的频率一定时,电路的性质(电压与电流的相位差

 )由电路的参数R、L、C决定。


(1)当X>0时,即

 时,此时


 ,表明电压超前电流

 角,如表1(a)所示。电感电压

 补偿电容电压

 后尚有余量,即电感的作用大于电容的作用,此时电路呈电感性。


(2)当X<0时,即

 时,此时


 ,表明电压滞后电流

 角。电容电压

 补偿电感电压

 后尚有余量,即电容的作用大于电感的作用,此时电路呈电容性。


(3)当X=0时,即

 时,此时

 ,表明电压与电流同相,此时电路呈电阻性。

对应的电流电压有效值相量表达式为


由式(4)可见,将阻抗三角形的各个边乘以电流

 就可得到串联的电压关系图,如图3所示 [1]  。


表1 电压关系图


(a)电压向量图

   

(b)相量三角形

   

(c) 电压三角形

   


电压与电流之间的相位差,数值上与阻抗角相等。图(b)为电压相量三角形,图(c)是电压有效值三角形,简称电压三角形,有效值之间的关系为



将电压三角形的各个边乘以电流,就可得到功率三角形,如图3所示。

图3中P为有功功率,即电阻所消耗的功率,单位是瓦[特](W),则

图3中Q为总的无功功率,是L和C串联后与电源之间的互换功率,单位是乏(var),则

上式说明L和C两种储能元件同时接在电路中,两者之间可进行存储能量之间的互换,减少了与电源之间能量的互换。

图3中S称为视在功率,是电源所提供的功率,单位为伏安(V·A),则

图3中的

 称为功率因数角,在数值上功率因数角、阻抗角和总电压与电流之间的相位差,三者之间是相等的。

总体来说,用下图表示:

所以功率因数就是cos阻抗角,只要阻抗角减小,功率因数就可以提高。方法很多,比如增大电阻,减小电抗等等。

建议你系统学习一下《电路》,西交大版本。



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