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。
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。
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
$$|Z| = \sqrt{100^{2} + 314.159^{2}} = \sqrt{108696.04} = 329.691\ \Omega$$而
$$\varphi = \arctan(3.14159) = 72.343^{\circ}$$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 \(90^{\circ}\)。