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输入计算

数学公式

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结果

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

什么是RL串联电路?

RL串联电路是一种由电阻(R)和电感(L)首尾相连的电路,因此同一电流会同时流过这两个元件。当电路由频率为 \(f\) 的正弦信号源驱动时,电感会阻碍电流的变化,并产生随频率变化的感抗。本计算器可以求出电路的总阻抗模值 \(|Z|\),以及电压与电流之间的相位角

电阻和电感连接到交流电源的串联 RL 电路
串联 RL 电路:由交流电源驱动的电阻 (R) 和电感 (L)。

使用方法

输入电阻、电感和频率,并从各自的下拉菜单中选择对应的单位。在计算之前,所有数值都会先换算为国际单位制基本单位(欧姆、亨利、赫兹)。点击计算按钮,即可得到以欧姆为单位的阻抗、以度为单位的相位角、感抗以及角频率。

公式详解

首先求出角频率:\(\omega = 2\pi f\)。感抗为 \(X_L = \omega L\)。由于电阻电压与电感电压相差 90 度,因此阻抗是两者的矢量和:

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

源电压超前电流的相位角为

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

以度表示,取值范围在 0 到 90 之间。

显示电阻、感抗和总阻抗的阻抗三角形
阻抗三角形:R 与感抗 (2πfL) 合成阻抗大小 |Z|,相位角为 θ。

计算实例

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

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

于是

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

相位角

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

常见问题

在直流(\(f = 0\))时会怎样?此时感抗为零,因此 \(|Z| = R\),相位角为 \(0^{\circ}\)。

如果电阻为零(纯电感)会怎样?这时 \(|Z| = \omega L\),相位角恰好为 \(90^{\circ}\);计算器采用双参数反正切函数,可以稳妥地处理这种情况。

提高频率会增大阻抗吗?会的。频率越高,\(X_L\) 越大,从而使 \(|Z|\) 增大,并让相位角向 \(90^{\circ}\) 靠拢。

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