电容和电感正弦稳态电抗的研究

武 鹏

神华国神集团(神东电力)郭家湾电厂 陕西 榆林 719000

引言

立足于电感器充放磁链以及储能原理角度出发，将RL电路当成目标对象，采取一阶电路解析方法，在正负交替方波激励稳态条件下，掌握电感电流被抑制条件下的频率和强弱关系，利用仿真实验进行验证。针对电感于直流动态电路暂态中所体现出来的性质和表现，以及其在正弦交流稳态电路中所呈现出来的性质和表现，给出以物理本质为基础的储能、充放电的基础解释，帮助深入掌握正弦稳态电抗。

一、电容、电感、电抗相关理论分析

(一)电容。电容主要是能够准确表示电容器承载电荷容量的物理量。通常会在电容器两极板之间电势差适当增加一伏所需电量，即电容器电容。电容也是对电荷进行容纳和释放的主要电子元器件。电容的基础运行原理为充放电，电容类型通常是绝缘介质以及电极决定的。电容在实际操作中具有多样化用途，具体如下。第一是隔直流，主要作用是防止直流通过，允许交流顺利通过。第二是旁路即去偶，能够为交流电路内的部分并联元件创造低阻抗的传输通道。第三是耦合，属于两种电路之间衔接模块，可以帮助交流信号顺利通过，顺利传送到下一级电路内。第四是滤波，其对于DIY具有重要作用，显卡中的电容普遍也是发挥出相关作用。第五是温度补偿，主要是对其他元件无法有效适应温度所形成的影响，从而补偿优化电路运行稳定性。第六是计时，电阻器和电容器两者进行搭配利用，从而明确电路时间常数。第七是调谐，主要是针对频率相关电路实施系统性调谐工作，包括电视机、收音机以及手机等。第八是整流，在预定时间阶段对导体元件实施开闭操作。第九是储能，可以对电能进行合理储存，同时在需要的条件下将电能全面释放出来。比如加热装置以及相机闪光灯等。电容于电路中针对交流电所形成的阻碍作用便是容抗，频率和容抗两者属于反比关系[1]。

(二)电感。电抗器便是电感，其在电力系统内主要作用如下，线路并联电抗器能够对线路容性充电电流进行合理补偿，有效控制系统电压升高以及操作电压的形成，促进线路维持稳定运行。站内并联电抗器能够吸收无功，减少电压，属于无功补偿的重要手段之一。母线串联电抗器能够对短路电流形成合理限制，促进母线维持较高残压。至于电容器组串联电抗器能够针对高次谐波进行合理控制，减少电抗。

电路内，电流流经导体过程中便会形成相应的磁场，而电磁场的范围大小除以电流的数值所得最终结果便是电感。电感也是对线圈形成电磁感应能力进行准确衡量的物理量，针对某一线圈正常接入电流，则线圈周围便会形成某种磁场，线圈中会出现磁通量经过。随着线圈连接电源的不断扩大，则其磁场能力相继增强，经过线圈的磁通量也进一步扩大。相关实验证明，线圈中经过的磁通量以及通入电流属于正比关系，两者比值为自感系数，同时也可以将其称作为电感。电感的基础单位是亨，同时还有微亨以及毫亨单位。电感仅能针对非稳恒定电流发挥作用，其主要特征是两端电压正比在经过不同电流时所形成的瞬时变化率，其自感便是其比例系数。电感能够发挥出自身功能作用主要原因是其在经过非稳恒电流过程中所产生的磁场变化，该种磁场同样还会对电流产生某种影响，因此能够看出，任意导体，只要其流经非稳恒电流，便会出现磁场变化，从而对电流产生某种影响，而所有导体都不可避免会产生自感现象。在主板中还能够发现较多铜线缠绕而成的线圈，而该种线圈便是电感，电感具体可以分成空心电感以及磁心电感两种形式。而磁心电感相关电感量普遍会应用到滤波电路内，空心电感的相关电感量较小，普遍应用到高频电路内。电感和电容两者特性正好相反，其具备防控交流电通过，允许直流电顺利流通的特征。电感特性即阻交流，通直流，随着频率的不断提升，线圈内部阻抗进一步扩大。而电路中的电感器普遍是和电容共同工作运行，组成了IC振荡器、LC滤波器等。除此之外，人们还进一步借助电感特性，创造出继电器、变压器和阻流圈等。电路中电感面向交流电时所发挥出来的阻碍作用便是感抗，而频率和感抗两者属于正比关系。

(三)电抗。电抗主要是电感、电容对于交流电所形成的阻力，直流电路内电容属于开路状态，电感在不结合线圈电阻进行综合考虑的条件下，不会对直流电形成任何阻力。交流电路内，电容器存在传导电流流经，而对交流电所形成的阻力便是容抗。电感面向交流电的阻力则是感抗。容抗以及感抗两者组合在一起共同称作为电抗。因为处于电感和电容中，相位中的交流电压以及交流电流存在滞后或超前九十度的关系。电路中电感和电流面向交流电所形成的阻碍作用综合便是电抗结果[2]。

二、电容、电感的正弦稳态电抗

(一)正弦稳态电抗。电感器以及电容器相关正弦交流稳态电抗主要是利用数学方法得到的。而一开始阻抗理念的提出便被确定为传输线路内外加电容势趋势、的电动振势幅以及电流振幅之比。对于学习者来说，电感和电容的正弦稳态电抗概念在具体深入理解方面存在较大难度。电容电感相关正弦稳态电抗基础理念缺少直观有效的物理意义支撑，同时也是产生问题的原因之一。于此构成反差的是，电容器和电感器基础属性、储能水平以及基础运行方式，电的充放等具有直观物理意义。假如可以抓住电容器和电感器充放电和储能，证明正弦稳态交流电路中，储能元件的具体表现和性质，以及其在动态直流电路内的表现和性质，拥有较大的相似性，且都是以相同物理现象为基础，对于揭露正弦稳态电抗本质具有重要作用，能够帮助学生充分掌握、接受学习正弦稳态电抗。

将正负交替方波下电流抑制现象，结合仿真实验以及数学推导，准确分析电感电流整体表现和周期之间的联系。在周期稳态下针对储能元件形成感性认识，深入感悟电压和电流表现以及周期大小之间的关系。合理选择软件实施仿真实验，而对应结论以及过程按照对偶原理能够应用到电容器内。将正负交替方波当成电路对应激励，进行系统研究分析，正负交替的方波与正弦波存在较大的相似处，同时还和正负阶跃波存在相似直流性质，满足本文立足于直流电对交流现象进行解释的思路特征。正负交替方波属于多样化频率正弦波叠加，借助正负交替方波形成最终结论，对正弦波激励现象进行准确解释，保证基础逻辑的科学性与合理性。在正负交替方波激励电压充放电时间以及翻转周期出现相对大小不同条件下，电感电流对应波形特征也会产生某种变化。假如调整激励电压周期，则电感电流波形在维持指数规律基础上，相关峰值会随周期扩大而扩大，随周期减少而缩小。

(二)继电保护分析。电力系统内部某个元件出现异常故障的条件下，可以有选择地迅速在系统中断开各种异常故障元件，同时促进其他设备维持正常有序运转的装置便是继电保护装置，比如高频保护、零序保护、距离保护以及电流保护等。结合故障电路中电流突然扩大特点形成电流保护装置，在线路故障电流到达保护整定值的条件下，电流保护装置便会立刻动作。而进入时间整定值后，线路断路器便会自动跳闸[3]。

结语

综上所述，电容器和电感器为代表的相关能量储存元件于正弦稳态条件下所形成的电抗，其本质属于基础性充放磁、充放电属性于周期信号激励下电压变化以及电流抑制的表现，换而言之，电磁充放属于正弦稳态电抗的物理本质。