不同阻抗的電壓總和_問題篇

這個簡單的串聯問題如果放在交流電系統

可能會搞死人了~~

我們一般認知的阻抗(impedance)就是電阻

但實際上在電路中會產生阻抗的原因還有容抗和感抗(合稱電抗)

細節可以看這篇

因此在討論以上負載電壓總合的問題

尤其是在AC系統時，負載的種類就非常重要了

1.阻性負載

我們串聯兩個一般燈泡，分別量測兩端電壓與總電壓

黃燈泡電壓42.03V

紅燈泡電壓73.52V

總電壓115.5V

結果就如同我們預期(世界真美好)

42.03+73.52=115.55

2.容性負載

若將交流電容和燈泡串聯

電容電壓58.44V

燈泡電壓99.34V

總電壓115.1V

馬上就打回現實世界了~~

負載電壓相加比總電壓還大？

58.44+99.34=157.78

3.感性負載1

若將電感(線圈)和燈泡串聯

電感電壓2.557V

燈泡電壓114.1V

總電壓114.3V

結果和串聯電容一樣，都比總電壓還大

2.557+114.3=116.857

4.感性負載2

上面的實驗感覺上差距不大

也許有人會覺得是測量的誤差

我們再看看以下的組合

將安定器(電感)和LED燈管串聯

電感電壓26.24V

燈管電壓111.2V

總電壓114.7V

26.24+111.2=137.44

依舊比總電壓114.7V大了許多!!

這個結果有符合大家預期嗎？

電線裡的寄生電容_DC篇

我們的AC基本上就是從台電來的

台電在發電時就是以大地當作參考電位(零電位)

因此火線對地一定有電位差

詳細請參考AC篇

但如果是DC，情況就會複雜許多了

因為我們的DC至少可以有四種來源

1.隔離式：AC線性變壓(linear mode)轉DC

2.隔離式：AC開關變壓(switch mode)轉DC

3.非隔離式：容抗降壓轉DC

4.化學電池DC

先來看第3、4種比較簡單

3.非隔離式：容抗降壓轉DC

如下示意圖

基本上非隔離式整流出來的DC，能量來源還是"直接"從火線

所以用非隔離式的DC，不管是正極還是負極其實對地都還是有電位

以這個非隔離電源(已有電容濾波)來說

正負極電位差約161V

但實際上正極對地電位約109V

負極對地電位約-50V

這樣的DC雖然已經經過電容濾波

在示波器上的波形算是不錯的

但經過雙股長導線(有寄生電容)的過濾

對地的AC電壓還是現形出來了(電容的通交隔直)

連接正極

連接負極

我們再用一個335J的CBB電容來做對照

正極連接電容，測量另一端對地波形

負極連接電容，測量另一端對地波形

都是呈現明顯的AC

因此我們用氖燈檢測

不管是正極還是負極連接雙股導線的紅線端

黑線端的另一側依舊可以點亮氖燈

如同連接AC一樣，但亮度明顯下降許多

4.化學電池DC

了解電源參考電位的概念之後

化學電池經過雙股導線對地沒有電位就很容易可以理解了

因為化學電池必須在正負極同時產生化學反應才會產生電子的流動

因此以電子來說，參考電位就是正極

電流的參考電位就是負極

對電池來說，不管正極還是負極對地都不會有電位

因為這根本是兩個不同的系統

除非電池內部大量電子分布不均，但這種情況幾乎不可能發生

至於第1、2種隔離式的DC

複雜多了~~

以後再說吧(因為我也不會...)

電線裡的寄生電容_AC篇

回到如下圖的問題

為什麼將雙股導線其中一股(紅色)插入AC110V的火線端(或中性線端)

另外一股(黑色)的尾端會有電!!

這件事如果回到原點來看，就會比較簡單了

雙股導線的構造基本上和電容非常類似，就像兩面隔離的金屬

實際測量約有2.7nF的電容量

所以如果其中一股通入60Hz的電流

這條雙股導線(電容)就會導通(電容的通交隔直效應)

另一股導線當然就會有電了

示意圖如下

當然，還有一個可能的原因

那就是中性線產生的感應電

但實際測量黑線(可視為N)尾端對地的電壓約有112V

如果是感應電一般不會那麼高

所以應該還是電線產生的電容效應造成的可能性較大

那整捆線圈造成的電感效應呢？

我們將電線捲在一起，確實會產生極明顯的電感效應

實測紅線兩端的感值高達1.3mH

但電感效應必須在同一條電線上才會產生感抗

所以在這邊應該是可以忽略電感所造成的影響

電線裡的寄生電容_問題篇

去年差不多這個時候寫了電路中的寄生電感

前幾天FB跳了回顧給我

應該就是鞭策我，還有下一篇還沒寫吧...

先來看看以下這個有趣的實驗

我們拿了一條50公尺長的雙股導線

單股電阻約3.6歐

其中一端(紅色)插入AC110V的火線端(或中性線端)

另外一條(黑色)尾端會有電嗎？

如下圖示

我們利用氖燈接地來測試

會亮應該就表示有電

結果...

1. 連接L

2. 連接N

那如果改為連接市電整流濾波之後的高壓直流電(160V)正負極呢？

結果...

1. 連接正極

2. 連接負極

那如果連接電池的標準直流電(54V)正負極呢？

結果...

1. 連接正極

2. 連接負極

這三個實驗有符合大家的預期嗎?