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            博客專欄

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            電路基礎(chǔ)系列:交流電路篇-10 并聯(lián)RLC電路分析

            發(fā)布人:電子資料庫(kù) 時(shí)間:2023-02-13 來源:工程師 發(fā)布文章

            這個(gè)并聯(lián)RLC電路與我們?cè)谏弦粋€(gè)教程中看到的串聯(lián)電路完全相反,盡管前面的一些概念和方程仍然適用。


            然而,分析并聯(lián)RLC電路在數(shù)學(xué)上可能比串聯(lián)RLC電路要難一些,所以在本教程中關(guān)于并聯(lián)RLC電路的教程中,為了保持簡(jiǎn)單,只假設(shè)了純?cè)?/span>

            這一次,與電路元件共用的電流不同,施加的電壓現(xiàn)在對(duì)所有元件都是共用的,所以我們需要找出通過每個(gè)元件的單獨(dú)支路電流。并聯(lián)RLC電路的總阻抗Z是用與直流并聯(lián)電路相似的電路電流來計(jì)算的,這次的區(qū)別是用導(dǎo)納代替了阻抗??紤]下面的并聯(lián)RLC電路。

            并聯(lián)RLC電路


            在上述并聯(lián)RLC電路中,我們可以看到電源電壓,VS當(dāng)電源電流IS由三部分組成。流過電阻器的電流R,流過感應(yīng)器的電流,I我通過電容器的電流C .

            但是流過每個(gè)支路的電流,因此每個(gè)元件的電流,彼此不同,對(duì)電源電流,IS. 從電源引出的總電流不是三個(gè)支路電流的數(shù)學(xué)和,而是它們的矢量和。

            與串聯(lián)RLC電路一樣,我們可以用相量或矢量法來解決這個(gè)電路,但這次矢量圖將以電壓為基準(zhǔn),繪制三個(gè)相對(duì)于電壓的電流矢量。并聯(lián)RLC電路的相量圖是通過將每個(gè)元件的三個(gè)相量組合在一起并以矢量方式添加電流來生成的。

            由于電路上的電壓對(duì)所有三個(gè)電路元件都是公共的,我們可以將其用作參考矢量,并在相應(yīng)的角度繪制三個(gè)電流矢量。產(chǎn)生的矢量電流我S通過將兩個(gè)向量相加得到,我我我C然后把這個(gè)和加到剩下的向量上我R. 得到的角度我S為電路相角,如下所示。

            并聯(lián)RLC電路的相量圖


            從上面右手邊的相量圖可以看出,電流矢量產(chǎn)生一個(gè)矩形三角形,由斜邊組成我S,水平軸我R和垂直軸我我–我C希望你會(huì)注意到,這形成了一個(gè)當(dāng)前三角形. 因此,我們可以利用這個(gè)電流三角形上的畢達(dá)哥拉斯定理,從數(shù)學(xué)上得到沿x軸和y軸的支路電流的各個(gè)大小,從而確定總的供電電流IS如圖所示

            并聯(lián)RLC電路的電流三角形


            由于電路上的電壓對(duì)所有三個(gè)電路元件都是公用的,因此可以使用基爾霍夫電流定律(KCL)來計(jì)算通過每個(gè)支路的電流。請(qǐng)記住,基爾霍夫電流定律或結(jié)點(diǎn)定律指出,“進(jìn)入結(jié)或結(jié)節(jié)點(diǎn)的總電流完全等于離開該結(jié)點(diǎn)的電流”。因此,上述進(jìn)入和離開節(jié)點(diǎn)“A”的電流如下所示:


            取導(dǎo)數(shù),將上述方程除以C然后重新排列給出了電路電流的二階方程。由于電路中有兩個(gè)無功元件,即電感器和電容器,它就變成了一個(gè)二階方程。


            在這種類型的交流電路中,電流的反作用由三個(gè)部分組成:XL XCR這三個(gè)值的組合給出了電路阻抗,Z. 從上面我們知道,在并聯(lián)RLC電路的所有元件中,電壓具有相同的振幅和相位。然后,通過每個(gè)元件的阻抗也可以根據(jù)流過的電流和通過每個(gè)元件的電壓進(jìn)行數(shù)學(xué)描述。

            并聯(lián)RLC電路的阻抗


            你會(huì)注意到,當(dāng)每個(gè)元件都變成阻抗的倒數(shù)時(shí),并聯(lián)RLC電路的最后一個(gè)方程式會(huì)產(chǎn)生復(fù)阻抗(1/Z型). 阻抗的倒數(shù)通常稱為導(dǎo)納,符號(hào)(是的 ).

            在并聯(lián)交流電路中,用導(dǎo)納法求解復(fù)雜支路阻抗通常更為方便,尤其是當(dāng)涉及兩個(gè)或多個(gè)并聯(lián)支路阻抗時(shí)(有助于數(shù)學(xué)計(jì)算)。電路的總導(dǎo)納可以簡(jiǎn)單地用并聯(lián)導(dǎo)納的加法求出。然后是總阻抗,ZT因此,電路的1/年T西門子如圖所示

            并聯(lián)RLC電路的導(dǎo)納


            現(xiàn)在常用的導(dǎo)納測(cè)量單位是西門子,縮寫為S(舊單位mho'S?,歐姆的倒數(shù))。導(dǎo)納在并聯(lián)支路中相加,而阻抗在串聯(lián)支路中相加。但是如果我們可以有阻抗的倒數(shù),我們也可以有電阻和電抗的倒數(shù),因?yàn)樽杩褂蓛蓚€(gè)分量R和X組成,那么電阻的倒數(shù)叫做導(dǎo)體,電抗的倒數(shù)叫做靈敏度。

            電導(dǎo)、導(dǎo)納和電納

            用于電導(dǎo) ,導(dǎo)納電納都是一樣的,即西門子(S),也可以認(rèn)為是歐姆或歐姆的倒數(shù) -1,但用于每個(gè)元素的符號(hào)是不同的,在純組件中,該符號(hào)表示為:

            導(dǎo)納(Y):

            導(dǎo)納是阻抗的倒數(shù),Z并被賦予符號(hào)是的. 在交流電路中,導(dǎo)納被定義為當(dāng)施加電壓時(shí),考慮到電壓和電流之間的相位差,由電阻和電抗組成的電路允許電流流動(dòng)的程度。

            并聯(lián)電路的導(dǎo)納是相量電流與相量電壓之比,導(dǎo)納角與阻抗角為負(fù)。


            電導(dǎo)(G):

            電導(dǎo)是電阻的倒數(shù),R并被賦予符號(hào)G. 電導(dǎo)的定義是當(dāng)施加電壓(交流或直流)時(shí),電阻(或一組電阻)允許電流流動(dòng)的容易程度。


            電納(B):

            電納是純電抗的倒數(shù),并被賦予符號(hào)B. 在交流電路中,電納被定義為當(dāng)施加給定頻率的電壓時(shí),電抗(或一組電抗)允許交流電流流動(dòng)的程度。

            電納與電抗的符號(hào)相反,所以電容電納BC是正的,(ve)值,而感應(yīng)電納B我為負(fù),(-ve)值


            因此,我們可以將電感和電容電納定義為:


            在交流串聯(lián)電路中,與電流流動(dòng)相反的是阻抗,Z它有兩個(gè)組成部分,電阻R還有電抗,從這兩個(gè)分量我們可以構(gòu)造一個(gè)阻抗三角形。類似地,在并聯(lián)RLC電路中,導(dǎo)納,是的還有兩個(gè)成分,電導(dǎo),G以及電納,B. 這樣就可以構(gòu)造一個(gè)導(dǎo)納三角形它有一個(gè)水平的傳導(dǎo)軸,G垂直電納軸, jB如圖所示

            并聯(lián)RLC電路的導(dǎo)納三角形


            現(xiàn)在我們有了一個(gè)導(dǎo)納三角形,我們可以使用畢達(dá)哥拉斯來計(jì)算所有三個(gè)邊的大小以及相位角,如圖所示。

            來自畢達(dá)哥拉斯


            然后,我們可以定義電路的導(dǎo)納和關(guān)于導(dǎo)納的阻抗為:


            給我們一個(gè)功率因數(shù)角:


            作為入場(chǎng)券,是的RLC并聯(lián)電路是一個(gè)復(fù)量,其導(dǎo)納與阻抗的一般形式相對(duì)應(yīng)Z = R + jX對(duì)于串聯(lián)電路,將寫為Y = G – jB對(duì)于并聯(lián)電路G是電導(dǎo)和虛部 jB是電納。在極坐標(biāo)形式下,這將表示為:


            并聯(lián)RLC電路示例1

            一個(gè)1kΩ電阻器、一個(gè)142mH線圈和一個(gè)160uF電容器都并聯(lián)在一個(gè)240V、60Hz電源上。計(jì)算并聯(lián)RLC電路的阻抗和從電源吸取的電流。

            并聯(lián)RLC電路的阻抗


            在交流電路中,電阻不受頻率的影響R = 1kΩ

            感應(yīng)電抗(XL ):


            電容電抗(XC ):


            阻抗(Z ):


            電源電流(IS ):


            并聯(lián)RLC電路示例2

            一個(gè)50Ω電阻器、一個(gè)20mH線圈和一個(gè)5uF電容器都并聯(lián)在一個(gè)50V、100Hz電源上。計(jì)算電源的總電流、每個(gè)支路的電流、電路的總阻抗和相角。同時(shí)構(gòu)造了表示電路的電流三角形和導(dǎo)納三角形。

            并聯(lián)RLC電路


            1) 感應(yīng)電抗(XL ):


            2) 電容電抗(XC ):


            3) 阻抗(Z ):


            4) 電流通過電阻R(IR ):


            5) 通過電感器的電流L(IL ):


            6) 通過電容器的電流C(XC ):


            7) 總供電電流(IS ):


            8) 電導(dǎo)(G ):


            9) 感應(yīng)電納(BL ):


            10) 電容電納(BC ):


            11) 導(dǎo)納(Y ):


            12) 相角( f)在合成電流和電源電壓之間:


            電流和導(dǎo)納三角形


            并聯(lián)RLC電路概述

            在一個(gè)并聯(lián)RLC電路包含一個(gè)電阻,一個(gè)電感和一個(gè)電容電路電流我S相量和由三個(gè)分量組成,我R ,我我我C三者共用電源電壓。由于電源電壓對(duì)所有三個(gè)元件都是公共的,所以在構(gòu)建電流三角形時(shí),它被用作水平參考。

            并行RLC網(wǎng)絡(luò)可以用向量圖分析,就像串聯(lián)RLC電路一樣。然而,當(dāng)并聯(lián)RLC電路包含兩個(gè)或多個(gè)電流支路時(shí),其分析在數(shù)學(xué)上比串聯(lián)RLC電路要困難一些。所以交流并聯(lián)電路可以很容易地用阻抗的倒數(shù)來分析導(dǎo)納 .

            導(dǎo)納是給定符號(hào)的阻抗的倒數(shù),是的. 和阻抗一樣,它是由實(shí)部和虛部組成的復(fù)量。真正的部分是阻力的倒數(shù),叫做電導(dǎo),符號(hào)是的虛部是電抗的倒數(shù),稱為電納,符號(hào)B以復(fù)數(shù)形式表示為:Y = G + jB兩個(gè)復(fù)阻抗之間的對(duì)偶性定義為:

            串聯(lián)電路

            并聯(lián)電路

            電壓(V)

            電流(I)

            電阻(R)

            電導(dǎo)(G)

            電抗,(X)

            電納(B)

            阻抗,(Z)

            導(dǎo)納(Y)

            由于電納是電抗的倒數(shù),在電感電路中,電感電納BL為負(fù)值,而在電容電路中,電容電納BC為正值。與XL和XC完全相反。

            到目前為止,我們已經(jīng)看到串聯(lián)和并聯(lián)RLC電路在同一個(gè)電路中同時(shí)包含容性電抗和感性電抗。如果我們改變這些電路的頻率,一定會(huì)有一個(gè)點(diǎn),電容電抗值等于電感電抗值,因此,XC=XL。

            發(fā)生這種情況的頻率點(diǎn)稱為共振,在下一個(gè)教程中,我們將研究串聯(lián)諧振以及它的存在如何改變電路的特性。


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