实际的电感元器件、电容元器件均含有一定的电阻值,所以在分析时,必须考虑电阻因素,而将它们等效为电阻器与电感器、电容器的串联或并联。
在实际电路中,电阻R与电感L串联在交流电源上,就组成了RL串联电路,如图4-9所示。
图4-9 电阻与电感串联电路
当交流电通过电阻时,电流的相位与电阻两端的电压相位一致;通过电感时,其两端电压的相位比电流超前90°。因此,计算串联电路的总电压不能简单地将各部分电压的数值相加,要通过矢量叠加的方式获得。
图4-10 串联电路矢量图
如图4-10所示,表示电阻两端电压有效值矢量,它与电流矢量同相位。表示电感两端电压有效值矢量,它比电流矢量超前90°。表示电源电压,是与的矢量和。
将平移到末端就构成了电压相量三角形。
将端电压有效值与电流有效值的比值定义为交流电路的阻抗
(4-9)
阻抗的基本单位是Ω(欧姆),根据上式、、之间的关系可用一个直角三角形表示,这个直角三角形称为阻抗三角形。
在串联电路中既有耗能的元器件(电阻),又有储能元器件(电感),因此电源提供的功率一部分为有功功率,另一部分为无功功率。将电压三角形的三边、与分别乘以电流,就可以得到有功功率、无功功率、视在功率组成的三角形,如图4-11所示。
图4-11 电压三角形与功率三角形
(1)有功功率
有功功率是电阻消耗的功率,数值上等于电阻两端电压与电路中电流的乘积。
串联电路中,有功功率的大小不仅取决于电压与电流的乘积,还取决于阻抗角的余弦的大小。当电源供给同样大小的电压和电流时,余弦值越大,有功功率越大。
(2)无功功率
电路中的电感不消耗能量,它与电源之间不停地进行能量交换。
(3)视在功率
视在功率表示电源提供总功率的能力,即交流电源的容量。视在功率用表示,它等于总电压的有效值与电流有效值的乘积,即
(4-10)
式中,一总电压的有效值,单位是V(伏特);
一电流有效值,单位是A(安培;
一视在功率,单位是V·A(伏·安)。
从功率三角形还可以得到有功功率、无功功率和视在功率间的关系,即
(4-11)
有功功率和视在功率的比值叫作功率因数,用符号λ表示,即
(4-12)
功率因数的大小与电路的负荷性质有关,白炽灯、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1,一般电感或电容性负载的电路功率因数都小于1。
知识点词条:RL串联电路