电阻和分布电容可以忽略不计的电感线圈作为交流负载的电路.称为纯电感电路。实际的电感线圈都有一定的电阻,只是电阻很小,与电感量比较可以忽略不计,可视为纯电感电路。
如图4-5所示为纯电感交流电路电压与电流波形,从波形图中可以得出以下结论。
图4-5 纯电感交流电路电压与电流波形
(1)相位关系
在纯电感交流电路中,电压与电流是同频率的正弦交流电,电压超前电流90°,或者说电流滞后电压90°。
若设电感线圈中通过的电流为
则
(2)数值关系
根据电磁感应定律,当电感线圈中的电流发生变化时,线圈中将产生感应电动势反抗电流的变化。在电工技术中,通常用感抗表征电感线圈对电流的阻力,记为,单位是Ω(欧姆)。实验表明,感抗与电感以及电源频率成正比,用公式表示为
(4-6)
从式(4-6)中可以看出,频率越高,越大;频率越低,越小。对直流电而言,由于=0,则=0,电感相当于短路,因此,在电感电路中,有“通直流,阻交流”或“通低频,阻高频”的特性。感抗与频率成正比的特性在电工电子技术中有着广泛的应用。
可以证明,在纯电感电路中,线圈电压和电流的最大值和有效值之间的关系也符合欧姆定律,即
(1)瞬时功率
电感上的电压与电流的瞬时值的乘积称为瞬时功率,即
如图4-6所示为纯电感电路的瞬时功率曲线。
图4-6 纯电感电路的瞬时功率曲线
(2)有功功率
从图4-6中可以看出:瞬时功率以电流或电压的2倍频率变化。
当=0时,电感从电源吸收电能转化成磁场能储存在电感中,当<0时,电感中储存的磁场能转换成电能送回电源;瞬时功率的波形在横轴上、下的面积是相等的,所以电感不消耗能量,是个储能元器件。因此有功功率为0,即=0。
(3)无功功率
电感与电源之间有能量的往返交换,在一段时间内从电源吸收能量储存在磁场中,而在另一段时间内则将储存的能量又送回电源,不停地进行能量交换,这部分功率没有消耗掉,把纯电感电路中瞬时功率的最大值称为无功功率。无功功率反映了电感元器件与电源之间交换能量的数量大小,用表示,无功功率的单位是var(乏尔),表达式为
(4-8)
知识点词条:纯电感电路