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輸入計算

數學公式

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結果

阻抗 |Z|
329.690831
歐姆
Phase angle φ 72.343213 degrees
Inductive reactance XL 314.159265 ohms
Angular frequency ω 31,415.926536 rad/s

什麼是 RL 串聯電路?

RL 串聯電路是由電阻(R)與電感(L)首尾相接所組成的電路,因此流經兩者的電流完全相同。當以頻率為 \(f\) 的正弦波電源驅動時,電感會抵抗電流的變化,並產生隨頻率而變的電抗。這個計算器可求出電路的阻抗大小 \(|Z|\),以及電壓與電流之間的相位角

電阻和電感連接到交流電源的串聯 RL 電路
串聯 RL 電路:由交流電源驅動的電阻 (R) 和電感 (L)。

使用方式

分別輸入電阻、電感與頻率,並從各自的下拉選單中選擇對應單位。系統會先把所有數值換算成 SI 基本單位(歐姆、亨利、赫茲)再進行運算。按下計算後,即可看到以歐姆表示的阻抗、以度數表示的相位角、感抗,以及角頻率。

公式說明

首先求角頻率:\(\omega = 2\pi f\)。感抗為 \(X_L = \omega L\)。由於電阻電壓與電感電壓相差 90 度,因此阻抗是兩者的向量和:

$$|Z| = \sqrt{R^{2} + X_L^{2}}$$

電源電壓領先電流的相位角為

$$\varphi = \arctan\!\left(\frac{X_L}{R}\right)$$

以度數表示,落在 0 到 90 度之間。

顯示電阻、感抗和總阻抗的阻抗三角形
阻抗三角形:R 與感抗 (2πfL) 合成阻抗大小 |Z|,相位角為 θ。

實例演算

假設 \(R = 100\ \Omega\)、\(L = 10\ \text{mH}\)(\(0.01\ \text{H}\))、\(f = 5\ \text{kHz}\)(\(5000\ \text{Hz}\)):

$$\omega = 2\pi \times 5000 = 31415.93\ \text{rad/s}$$$$X_L = 31415.93 \times 0.01 = 314.159\ \Omega$$

接著

$$|Z| = \sqrt{100^{2} + 314.159^{2}} = \sqrt{108696.04} = 329.691\ \Omega$$

$$\varphi = \arctan(3.14159) = 72.343^{\circ}$$

常見問題

在直流(\(f = 0\))時會如何?此時電抗為零,因此 \(|Z| = R\),相位角為 \(0^{\circ}\)。

若電阻為零(純電感)會如何?此時 \(|Z| = \omega L\),相位角剛好是 \(90^{\circ}\);計算器會以雙引數反正切函數安全處理這種情況。

提高頻率會使阻抗增加嗎?會。頻率越高,\(X_L\) 越大,使 \(|Z|\) 隨之增加,並讓相位角逐漸趨近 \(90^{\circ}\)。

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