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电压与电流关系你真的掌握了(电压和电流的关系式)

导语:电压与电流关系,你真的掌握了吗?

.1.1什么是电压、电流

电压,也称作电势差或电位差,符号U,单位用V(伏)表示。

电源即在电路中提供电压的装置。

电流,是指电荷的定向移动,符号I,单位用A(安培)表示。电源的电动势形成了电压,继而产生了电场力,在电场力的作用下,处于电场内的电荷发生定向移动,形成了电流。

1.2交流电与直流电的区别

直流电(Direct Current,简称DC),是指方向和时间不作周期性变化的电流,但电流大小可能不固定,又称恒定电流。所通过的电路称直流电路,是由直流电源和电阻构成的闭合导电回路。

在弱电直流电路中,最常用到的电压是24V DC,其他的还有12V DC、5V DC等。

例如,在PLC的输入输出端常用到24V直流电。

交流电(简称AC)也称“交变电流”,简称“交流”。一般指大小和方向随时间作周期性变化的电压或电流。它的最基本的形式是正弦电流。我国交流电供电的标准频率规定为50赫兹,日本等国家为60赫兹。

在我国,家庭用电一般采用的是单相220V AC交流电,工业用电采用三相380V AC交流电。

典型的家庭用电电路

火线常用红色线,代号L;零线用蓝色线,代号N;地线用黄绿色线,代号PE。

1.3三相交流电压、电流

三相交流电是以三根每个相角互成120°的火线、一个零线、一个地线组合而成的交流电源系统。

在我国的三相交流电中,两个火线之间的电压为380V,单根火线与零线之间的电压为220V。这里的电压值均是指有效值。

在三相交流电中某一时刻电压、电流可以表达为:

t时刻电压: U=UmSin(ωt+θ)

其中:Um为电压峰值; ω =2 πf; f是频率;θ为相位角

t时刻电流:I=ImSin(ωt+θ)

其中:Im为电流峰值; θ为相位角

电压有效值:u=Um/1.414

电流有效值:i=Im/1.414

假设某时刻A相电压Ua的相位角θ值为0°,则B相电压Ub的相位角值为-120°,C相电压Uc的相位角值为-240°。即电压的表达式为:

A相t时刻电压:Ua=UmSin(ωt)

B相t时刻电压:Ub=UmSin(ωt-120)

C相t时刻电压:Uc=UmSin(ωt-240)= UmSin(ωt+120)

在A、B、C三相线路,A相用黄色标识,B相用绿色标识,C相用红色标识。

三相正弦交流电压波形图

1.4电压与电流的关系

电流电压关系图

——复数形式的欧姆定律

Z为阻抗,是一个复数。阻抗包括电阻(R)和电抗(X)两个部分。

电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗,用X表示。电容所产生的电抗叫容抗,电感所产生的电抗叫感抗

在RCL串联电路中有表达式: Z=R+j(XL-XC)

其中,Z 即阻抗,单位为欧姆 Ω

R 为电阻,单位为欧姆 Ω

X 为电抗,单位为欧姆 Ω,XL为感抗,XC为容抗

j 是虚数单位

下图显示的是在不同负载类型下电压与电流的关系:

R、C、L电路的电流电压关系

当表达式中的虚部为零时有Z=R,即电路中没有电感和电容而只有电阻,为纯电阻电路。此时电压与电流的关系为:

U=IR ——纯电阻电路欧姆定律

关系式U=IR仅在纯电阻电路(纯电阻电路是指电路中只含有电阻元件的电路)中适用,如电路照明中的钨丝灯泡。

1.5总结

1、电压与电流的关系不是简单的U=IR,而是要看电路中的负载性质。

2、电压与电流的关系应是:U=IZ

3、电路中如果有感性负载或容性负载将会降低功率因数,影响电路品质。

下一讲,将讨论三相交流电的电压、电流与功率的关系(分享自己的心得)。欢迎大家的指正和评论。

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