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电源技术之RLC电路分析(一)

2020-9-21 09:14:52  222 电源 RLC 电阻
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在纯欧姆电阻器中,电压波形与电流“同相”。在纯电感中,电压波形将电流“领先”了90 o,从而得到以下表达式:ELI。在纯电容中,电压波形使电流“滞后” 90 o,从而得到以下表达式:ICE。

该相位差Φ取决于所用组件的电抗值,希望现在我们知道,如果电路元件为电阻性,则电抗(X)为零;如果电路元件为电感性,则电抗(X)为正;如果其为电容性,则为负。给出它们的最终阻抗为:
元素阻抗
电路元件电阻(R)电抗(X)阻抗(Z)
电阻器[R0
电感器0ωL
电容器类0
无需单独分析每个无源元件,我们可以将所有三个无源元件组合在一起形成串联RLC电路。串联RLC电路的分析与我们之前研究的双串联R L和R C电路的分析相同,只是这次我们需要考虑X L和X C的大小才能找到整个电路电抗。串联RLC电路被归类为第二级电路,因为它们包含两个能量存储元件,电感大号和电容C ^。考虑下面的RLC电路。
串联RLC电路

上面的串联RLC电路有一个回路,每个回路元件流过回路的瞬时电流是相同的。由于电感和电容电抗的X L和X C是电源频率的函数,因此串联RLC电路的正弦响应将随频率ƒ而变化。然后,跨R,L和C元件的每个电路元件的压降将彼此“异相”,定义如下:
  • I(t) =I最大 sin(ωt)
  •   纯电阻上的瞬时电压V R与电流“同相”
  •   纯电感上的瞬时电压V L将电流“领先” 90 o
  •   纯电容器上的瞬时电压V C使电流“滞后” 90 o
  •   因此,V L和V C为“异相” 180 o且彼此相反。
对于上面的串联RLC电路,可以显示为:

串联RLC电路中所有三个组件上的源电压幅度由三个单独的组件电压V R,V L和V C组成,所有三个组件共用电流。因此,矢量图将以电流矢量作为其参考,相对于此参考绘制了三个电压矢量,如下所示。
个别电压向量

这意味着我们不能简单地将V R,V L和V C相加,以找到所有三个分量之间的电源电压V S,因为所有三个电压矢量都相对于电流矢量指向不同的方向。因此,我们必须找到电源电压V S作为矢量组合在一起的三个分量电压的相量之和

基尔霍夫的环路和节点电路的电压定律(KVL)指出,在任何闭环周围,环路周围的压降之和等于EMF的总和。然后将这种规律在这三个电压会给我们的电源电压的幅值,V 小号的。
串联RLC电路的瞬时电压

串联RLC电路的相量图是通过将上面的三个相量组合在一起并矢量相加得到的。由于流过电路的电流是所有三个电路元件共有的,因此我们可以将其用作参考矢量,并以相应的角度相对于此绘制三个电压矢量。

将得到的矢量V 小号通过添加在一起的两个向量,所获得的V 大号和V C ^,然后加入此总和到其余矢量V - [R 。之间获得的所得角V 小号和我将是电路的相位角,如下所示。
串联RLC电路的相量图

从上方的相量图可以看出,电压矢量产生一个矩形三角形,由斜边V S,水平轴V R和垂直轴V L  – V C组成。   希望您会注意到,这形成了以前最喜欢电压三角形,因此我们可以在该电压三角形上使用毕达哥拉斯定理,以数学方式获得V S的值,如图所示。
串联RLC电路的电压三角

请注意,使用上式时,最终无功电压值必须始终为正值,也就是说,必须始终将最小电压与最大电压相去,我们不能在V R上加上负电压,因此正确的是有VL  - V c 或   V c  - VL。从最大值中减去最小值,否则将无法计算V S。

从上面我们知道,电流在串联RLC电路的所有组件中具有相同的幅度和相位。然后,还可以根据流过的电流和每个元件上的电压来数学描述每个元件上的电压。

通过将这些值代入上述毕达哥拉斯方程中的电压三角形,将得到:

因此,我们可以看到电源电压的幅度与流过电路的电流的幅度成正比。该比例常数称为电路的阻抗,该阻抗最终取决于电阻以及电感和电容电抗的大小。

然后,在上述的串联RLC电路,可以看出的是,反对电流流动是由三个部分组成,高达X 大号,X Ç和- [R与电抗,X Ť任何RLC串联电路被定义为:X Ť  = X L  – X C  或   X T  = X C  – X L   中较大的一个。因此,电路的总阻抗被认为是驱动电流通过它所需的电压源。

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