纯电感电路

纯电感电路
纯电感电路从最早的发明到现代，一直都是电子技术中重要的一部分。

它们是一系列简单的电路组件，用来处理信号、功率和能量，可以满足电子设备在信号传输、功率调节和能量转换方面的需求。

纯电感电路的结构极其简单，即由一个电感器和一个晶体管或继电器构成。

电感器的作用是根据频率和电源电压对信号进行过滤，使其满足电子设备的需求；晶体管或继电器则可以对信号进行放大或抑制，实现信号转换和控制。

纯电感电路可以用来解决很多电子技术中的问题，如滤波、调制、放大和抑制等。

其中，高通滤波和低通滤波是纯电感电路中最常用的应用。

高通滤波可以过滤掉低频信号，而低通滤波可以清除高频信号，从而使信号更加清晰。

此外，纯电感电路还被广泛应用于调制频率发生器和音频处理设备中。

它可以调节振荡器的频率和输出，并将信号转换为需要的格式，以达到音频处理的目的。

纯电感电路还可以用来实现放大和抑制，这是实现信号前后处理十分重要的技术。

它可以使输入信号变大，从而改善输出信号的质量；也可以使输入信号变小，从而减少输出信号的混响和失真。

纯电感电路是电子技术发展史上不可或缺的重要元素，也是当今广泛应用的先进技术之一。

它简单的结构可以非常有效地应用于滤波、调制、放大和抑制等多种电子技术领域，使得电子产品的设计更加方便、灵活、高效。

因此，纯电感电路定会在未来的电子技术发展中发
挥重要作用。

单相交流电路概述在直流电路中，电路的参数只有电阻R 。

而在交流电路中，电路的参数除了电阻R 以外，还有电感L 和电容C 。

它们不仅对电流有影响，而且还影响了电压与电流的相位关系。

因此，研究交流电路时，在确定电路中数量关系的同时，必须考虑电流与电压的相位关系，这是交流电路与直流电路的主要区别。

本节只简单介绍纯电阻、纯电感、纯电容电路。

一、纯电阻电路纯电阻电路是只有电阻而没有电感、电容的交流电路。

如白炽灯、电烙铁、电阻炉组成的交流电路都可以近似看成是纯电阻电路，如图3—7所示。

在这种电路中对电流起阻碍作用的主要是负载电阻。

加在电阻两端的正弦交流电压为u ，在电路中产生了交流电流i ，在纯电阻电路中，龟压和电流瞬时值之间的关系，符合欧姆定律，即：/i u R =由于电阻值不随时间变化，则电流与电压的变化是一致的。

就是说，电压为最大值时，电流也同时达到最大值；电压变化到零时，电流也变化到零。

如图3—8所示。

纯电阻电路中，电流与电压的这种关系称为“同相”。

通过电阻的电流有效值为：/I U R =公式3—14是纯电阻电路的有效值。

在纯电阻电路中，电流通过电阻所做的功与直流电路的计算方法相同，即：22P UI I R U R ===二、纯电感电路纯电感电路是只有电感而没有电阻和电容的电路。

如由电匪很小的电感线圈组成的交流电路，都可近似看成是纯电感电路，如图3—9所示。

在如图3—9所示的纯电感电路中；如果线圈两端加上正弦交流电压，则通过线圈的电流i 也要按正弦规律变化。

由于线圈中电流发生变化，在线圈中就产生自感电动势，它必然阻碍线圈电流变化。

经过理论分析证明，由于线圈中自感电动势的存在，使电流达到最大值的时间，要比电压滞后90︒，即四分之一周期。

也就是说，在纯电感电路中，虽然电压和电流都按正弦规律变化，但两者不是同相的，如图3—10所示，正弦电流比线圈两端正弦电压滞后90︒，或者说，电压超前电流90︒。

理论证明，纯电感电路中线圈端电压的有效值U ，与线圈通过电流的有效值之间的关系是：L //I U L U X ω==L ω是电感线圈对角频率为叫的交流电所呈现的阻力，称为感抗，用L X 表示，即： L 2X L fL ωπ==式中 L X ——感抗(Ω)；f ——频率(Hz)；L ——电感(H)。

纯电感电路中的电功率
瞬时功率：
纯电感电路的瞬时功率等于电压uL和电流iL瞬时值乘积。

设iL=ILmsinωt 则UL=ULmsin（ωt+90°）
P=ULILsinωt
做出瞬时功率曲线图，如右图所示。

有功功率：
由上右图瞬时功率波形图可见，瞬时功率在第一个和第三个1/4周期内为正值，它表示电感线圈从电源中获得电能，转换为磁能贮藏于先圈内；在其次个和第四个1/4周期内为负值，表示电感将贮藏的磁场能转换为电能，随电流送回电源。

由曲线图还可以看出，在一个周期内，正方向和负方向曲线所包围的面积相等。

它表示瞬时功率在一个周期内的平均值等于零，也就是说，在纯电感电路中，不消耗电能，而只与电源进行能量的交换。

所以在一个周期内的有功功率为零。

无功功率：
纯电感电路中瞬时功率的最大值叫做无功功率，它表示线圈与电源之间能量交换规模的大小，用字母QL表示。

上述公式中：
QL：表示电路的无功功率，单位为乏（Var）或Kvar；UL：表示线圈
两端电压的有效值（单位，伏特、V）IL：表示流过线圈电流的有效值（单位，安、A）XL：表示线圈的感抗（单位欧姆、Ω ）。

纯电感电路公开课教案第一章：纯电感电路的基本概念1.1 纯电感电路的定义1.2 电感元件的特性1.3 电感元件的单位1.4 电感元件的符号第二章：电感元件的测量2.1 电感量的测量方法2.2 电感量的测量工具2.3 测量误差及减小方法2.4 测量结果的表示及记录第三章：纯电感电路的分析3.1 电感元件的频率特性3.2 电感元件的阻抗特性3.3 纯电感电路的电压与电流关系3.4 纯电感电路的功率分析第四章：纯电感电路的应用4.1 滤波器的设计与应用4.2 振荡器的设计与应用4.3 电感元件在电源电路中的应用4.4 电感元件在信号传输电路中的应用第五章：纯电感电路的实验操作5.1 实验器材及实验步骤5.2 实验数据的采集与处理5.3 实验结果的分析与讨论第六章：电感元件在实际电路中的应用案例6.1 电感元件在照明电路中的应用6.2 电感元件在音频电路中的应用6.3 电感元件在通信电路中的应用6.4 电感元件在电力电子电路中的应用第七章：电路仿真软件的使用7.1 电路仿真软件的功能及优势7.2 常见电路仿真软件的介绍与比较7.3 纯电感电路的仿真分析7.4 仿真结果的解读与实测数据的对比第八章：电路优化设计8.1 电路优化设计的基本概念8.2 电感元件参数的优化选择8.3 电路布局的优化8.4 电路性能的优化方法及实例第九章：电感元件的故障诊断与维修9.1 电感元件的常见故障及原因9.2 电感元件的故障诊断方法9.3 电感元件的维修与保养9.4 故障案例分析与讨论第十章：课程总结与拓展学习10.1 纯电感电路的重点回顾10.2 纯电感电路在实际工程中的应用案例解析10.3 拓展学习建议与参考资料10.4 课程考核方式及评分标准第十一章：纯电感电路的频率响应分析11.1 频率响应的基本概念11.2 纯电感电路的频率特性11.3 频率响应的数学描述11.4 频率响应的实验测量与分析第十二章：纯电感电路在交流电路中的应用12.1 交流电路中电感元件的特性12.2 交流电路中电感元件的计算12.3 电感元件在交流电路中的实际应用12.4 交流电路中电感元件的优化设计第十三章：纯电感电路的噪声分析13.1 噪声的基本概念13.2 电感元件产生的噪声类型13.3 电感元件噪声的测量与评估13.4 降低电感元件噪声的方法与策略第十四章：纯电感电路的抗干扰设计14.1 抗干扰设计的意义与重要性14.2 电感元件在抗干扰设计中的应用14.3 电感元件的抗干扰性能评估14.4 提高电感元件抗干扰能力的措施第十五章：课程回顾与实践建议15.1 课程主要内容的回顾与总结15.2 纯电感电路在工程实践中的应用案例解析15.3 实践建议与参考资料推荐15.4 课程考核方式及评分标准说明重点和难点解析重点：1. 电感元件的特性和符号表示；2. 电感量的测量方法及工具；3. 纯电感电路的频率特性、阻抗特性以及电压与电流关系；4. 电感元件在实际电路中的应用案例；5. 电路仿真软件的使用及仿真结果分析；6. 电路优化设计的方法及实例；7. 电感元件的故障诊断与维修方法；8. 纯电感电路在交流电路中的应用及优化设计；9. 电感元件噪声的类型、测量与评估；10. 电感元件的抗干扰设计及性能评估。

纯电阻、纯电感、纯电容电路的功率及功率因数一、纯电阻电路纯电阻电路就是既没有电感，又没有电容，只包含有线性电阻的电路。

在实际生活中，由白炽灯、电烙铁、电阻炉或电阻器组成的交流电路都可以近似地看成是纯电阻交流电路。

1、纯电阻电路的功率在任一瞬间，电阻中的电流瞬时值与同一瞬间电阻两端电压的瞬时值的乘积，称为电阻获取的瞬时功率，用PR表示，即:PR=uRi=(URmsinωt)2/R由于瞬时功率时刻变动，不便计算，因而通常都是计算一个周期内取用功率的平均值，即平均功率。

平均功率又称有功功率，用P表示。

电流、电压用有效值表示时，其功率P的计算与直流电路相同，即:P=URI=I2R=UR2/R2、纯电阻电路的功率因数在交流电路中，电压与电流之间的相位差(φ)的余弦叫做功率因数，用符号cosφ表示。

负载为纯电阻时,电流和电压同相位，它们之间没有相位差, 即φ=0°因此纯电阻电路的功率因数cosφ=cos0°=1。

二、纯电感电路由电阻很小的电感线圈组成的交流电路，都可近似地看成是纯电感电路。

1、纯电感电路的功率纯电感线圈时而“吞进”功率，时而“吐出”功率，在一个周期内的平均功率为零，平均功率不能反映线圈能量交换的规模，因而就用瞬时功率的最大值来反映这种能量交换的规模，并把它叫做电路的无功功率。

无功功率用字母QL表示。

QL的大小为：QL=ULI=I2XL=UL2/XL为与有功功率相区别，无功功率的单位是乏。

在上式中，当各物理量的单位分别用伏特、安培、欧姆时，无功功率的单位是乏（var）。

必须指出，“无功”的含义是“交换”而不是“消耗”，它是相对“有功”而言的，绝不能理解为“无用”。

2、纯电感电路的功率因数在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosφ=P/S。

纯电感通过交流电时，只有无功功率QL，有功功率为零，即P=0。

因此纯电感电路的功率因数cosφ=P/S=0/S=0。

三、纯电容电路由介质损耗很小，绝缘电阻很大的电容器组成的交流电路，可近似看成纯电容电路。

江宁中等专业学校理论教学教案专业电子班次17中专电信班授课教师包佳佳课程电工技术基础与技能课题 4.4纯电感电路课型新授课时数2课时内容1、电流、电压间数量关系；2、电流、电压间相位关系；3、电路的功率。

教学程序看书、讲授、小结学情分析学生知道电感的基本知识，但对交流电路的运用不清楚。

教学方法手段讲授法黑板+粉笔重点难点1、电流、电压间数量关系；2、电流、电压间相位关系；3、电路的功率。

板书设计4.4纯电感电路一、电流、电压间数量关系三、电路的功率二、电流、电压间相位关系教学过程新课内容：一个忽略了电阻和分布电容的空心线圈，与交流电源联接组成的电路叫做纯电感电路，如图1所示。

纯电感电路是理想电路。

实际的电感线圈都有一定的电阻，当电阻很小，小到可以忽略不计时，电感线圈与交流电源联接成的电路可以视为纯电感电路。

根据纯电感电路计算出来的结果与实际电感线圈电路的结果近似。

一、纯电感电路电压与电流数量、相位关系演示实验一：如图1所示连接好电路，在保证电源频率一致的情况下，改变信号发生器的输出电压，观察、记录电流表和电压表的读数情况，研究电流、电压间的数量关系。

改变电源频率，重复之前的步骤。

注意分析电流电压关系是否受电源频率变化影响。

现象：分析实验现象可知，电压与电流的有效值成正比，且其比值随电源频率变化，电源频率越高，电压/电流比值越大。

规律及分析：电压与电流有效值之间关系如下式：式中U L——电感线圈两端的电压有效值，单位是伏[特]，符号为V；I——通过线圈的电流有效值，单位是安[培]，符号为A；X L——电感的电抗，简称感抗，单位是欧[姆]，，符号为Ω。

上式叫做纯电感电路的欧姆定律。

感抗是新引入的物理量，它表示线圈对通过的交流电所呈现出来的阻碍作用。

将上式两端同时乘以2，可得这表明在纯电感电路中，电压、电流的最大值也服从欧姆定律。

感抗：理论和实验证明，感抗的大小与电源频率成正比（演示实验一中可以观察到），与线圈的电感成正比。