相量的运算区别于简单的自然数运算,一般通过相量图的形式加以分析。例如三相电压,每相220V,但它们的差即线电压的值却不是等于440V,而是等于380V。这是为什么呢?其实很简单,因为相量的大小指的是正弦量的有效值或幅值,但正弦量实际上是交变的,它们在初始时刻的值(即t=0时的值)却不一定是幅值,所以不能直接用相量的大小直接相加减。不过乘除却可以直接用大小乘除呢。
①相量的加运算
相量的相加类似于数学中的向量相加,运用平行四边形定则,然后结合三角函数进行计算。例如两个电压相量的相加,如下图1-5所示,以两个电压为平行四边形的两条边,然后画出平行四边形,对角线长度就是两个电压的和大小,方向如图所示。
图1-5
相量的相加如何理解?我们可以类比与位移,在运动学中,速度和位移都是矢量,特别是位移,它的大小与路径无关,方向由起点指向终点。例如某人向北前进10米,然后又向东前进10米,算这个人在整个过程中的位移,就直接从起点连到终点即可。相量的相加也是同理,可以直接首尾相连。
②相量的减运算
相量的相减如下图1-6所示,我们以三相电压为例。AB两相之间的线电压等于A相电压减去B相电压。
图1-6
相量的相减,直接将它们的尾端相连,长度就是线电压的大小。方向由减数指向被减数,如图1-6,由于是A相减去B相,所以线电压的方向由B相指向A相。
对应相量相减的理解,也可以类比位移,例如甲和乙同时从一点出发沿不同方向前进,最后算他俩之间的位移,就直接连接甲和乙的终点。相量的相减也是同理。
相量的相加减时的和与差,不管是大小还是方向,都宜采用三角函数的知识进行求解,比较复杂。但相量的乘除比较简单。
③相量的相乘与相除
两个相量的相乘,直接大小相乘,角度相加,如下图1-7所示。
图1-7
例如两个电压相乘,它们的积,大小为两个电压有效值的积,方向为两个电压初相位之和。或者有两个电压,大小都是10V,一个初相位为30° ,另一个初相位为45°,那么它们的积,大小就为100,角度为75°。
两个相量的相除,直接大小相除,角度相减,如下图1-8所示。
图1-8
两个电压相除,商的大小直接为两个电压有效值的商,角度为两个电压初相位的差。或者有两个电压,大小都是10V,一个初相位为60° ,另一个初相位为45°,那么它们的商,大小就为1,角度为15°。
相量的运算在交流电路分析中很常用,所以大家如果想学习电工基础的话,这个是必不可少的。