线性负载
定义:线性负载是指当施加于负载上的电压和电流之间的关系遵循欧姆定律(,其中是电流,是电压,是电阻),呈线性关系的负载。简单来说,就是电流与电压的变化是成比例的。
特性:
线性负载的电压和电流波形是相同的正弦波(在交流电路中)。例如,一个纯电阻负载(如普通的电阻器),当交流电压施加在它上面时,产生的电流波形和电压波形的频率相同,相位相同,并且它们的幅值之比是一个常数,这个常数就是电阻值。
功率因数是一个稳定的值。对于线性电阻负载,功率因数为 1,因为它只消耗有功功率,不产生无功功率。在计算功率时,可以使用公式,对于线性电阻负载,所以。
常见的线性负载例子:
普通的电阻加热设备,如电热水壶、电暖器中的加热丝。加热丝的电阻基本固定,根据欧姆定律,电压变化时,电流也会按比例变化。例如,一个电热水壶的加热丝电阻为,当施加电压时,根据,电流。如果电压变为,电流就变为,电压和电流始终保持线性关系。
白炽灯。白炽灯的灯丝可以看作是一个电阻,当电压变化时,电流也随之线性变化,并且它消耗的功率主要是用于发光发热的有功功率。
非线性负载
定义:非线性负载是指当施加电压时,负载电流与电压不成正比关系变化的负载。即其电流 – 电压特性曲线不是一条直线。
特性:
会产生谐波。在交流电路中,由于电流和电压不成线性关系,会使电流波形发生畸变,不再是单纯的正弦波,而是包含了基波频率整数倍的谐波成分。例如,计算机电源等非线性负载,会使电流波形产生尖峰或其他畸变,这些畸变的波形可以通过傅里叶分析分解为基波和一系列谐波。
功率因数可能较低且不是一个固定值。非线性负载可能会吸收无功功率,导致功率因数降低。而且由于其电流和电压的非线性关系,功率因数会随着负载的工作状态等因素而变化。
常见的非线性负载例子:
电子镇流器。在荧光灯照明系统中,电子镇流器用于启动和控制荧光灯。它是一个非线性负载,因为它的工作原理涉及到高频振荡和复杂的电子电路。当交流电压输入时,电子镇流器内部的电路会对电流进行调制,使得电流波形不再是简单的正弦波,从而产生谐波。
开关电源。如电脑、手机充电器等使用的开关电源。开关电源通过快速开关晶体管来调节输出电压,其输入电流是脉冲式的,与输入电压不成线性关系。在开关电源的工作过程中,会产生大量的高次谐波,这些谐波会对电网造成污染,影响电网的电能质量。