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电容电感电阻在交流电路中相位关系的仿真和结论

在交流电路中,电容电感和电阻电压和电流的相位关系在很多中学可能、大学课本中出现过。但是并不能像图片那么直观,所以本经验通过仿真简介的呈现三种元器件之间的相位关系。
工具/原料

simulink

1、基本电路设定
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笔者将电阻 电感 电容和一个电流源串联,并且在每个元器件周边都添加了电压表和电流表,作为一种检测手段。

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然后将电阻(红框1)设定为:50欧姆(红框2);注:其他元器件默认,不做修改。

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为了显示电压表电流表的参数变化,添加一个显示窗口(红框2);因为周期是0.02s,所以讲仿真时间设定为0.04s(红框1);也就是两个周期的时间。

2、仿真结果分析
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打开显示窗口,点击:开始(红框1);因为本例子结构简单,一般直接就有结果显示(红框2);注:图中显示的波形是3个电压表和3个电流表的示数变化。

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分析电流表的窗口,可以发现电流的波形是一模一样的(红框1)(红框2);并且周期是:0.02s(红框3);这说明电流就是笔者设定的交变电流源提供的。注:符合串联电路的电流特性;

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下面分析电阻两端的电压和电流的关系:上面的曲线代表电阻两端的电压(红框1);下面的曲线代表电路中的电流曲线(红框2);可以看出从t=0开始,两端曲线频率一样(红框3)(红框4);注:电阻两端电压最大值250V左右,这是对的(因为设定的电流5A,电阻50欧姆。所以电压=250V);

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下面对电感两端的电压电流相位做了分析:1、上面是电感两端的电压变化(红框1);2、下面是电路中电流的变化曲线(红框2);从上面的电感曲线0点位置(红框3)可以看出,电感两端的电压不会突变,是经过短暂的电压拉升的。并且通过时间轴的对比,可以看出:3、电压电流的周期是一样的(相同的角频率);4、下面的曲线0点时候落后于上面的0点;5、上面的0点相当于下面的0.005s时刻(1/4周期)(红框0);总结:理想情况下:交流电路中,电感两端电压相位超前其电流相位1/4周期;

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下面对电容两端的电压电流相位做了分析:1、上面是电容两端的电压变化(红框1);2、下面是电路中电流的变化曲线(红框2);通过时间轴的对比,可以看出:3、电压电流的周期是一样的(相同的角频率);4、下面的曲线0点时候超前于上面的0点;5、下面的0点相当于上面的0.005s时刻(1/4周期)(红框0);总结:理想情况下:交流电路中,电容两端电压相位落后其电流相位1/4周期;

注意事项
1

本经验仅供交流学习

2

本经验关于simulink的原理图是简图,真是的仿真电路并不是这样。

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