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動圖:秒懂什么是電壓電流的超前與滯后


由于Sin[ωt]在求導(dǎo)或積分后會出現(xiàn)Sin[ωt±90°],所以對于接上了正弦波的電感、電容,橫坐標(biāo)為ωt時可以觀察到波形超前滯后的現(xiàn)象,直接從靜態(tài)的函數(shù)圖上看不太容易理解,還是做成動畫比較好。


下圖是電感的,用紅色表示電壓,藍(lán)色表示電流。如果接上理想的直流電壓表、直流電流表,可以觀察到電壓的變化超前于電流,電流的變化滯后于電壓。時間增加時,縱坐標(biāo)軸及時間原點會隨著波形一起往左移動。



如果把波形畫在矢量圖右方,就是下面這種動畫,但橫坐標(biāo)右方是過去存在的波形,指向過去,是-ωt。雖然波形反過來了,但電壓的變化仍然超前于電流,電流的變化仍然滯后于電壓。時間原點一直隨著波形往右方移動,函數(shù)圖中的縱坐標(biāo)軸并未與橫坐標(biāo)交于原點,交點所代表的時間一直在增加。如果不注意,超前滯后的判斷很容易出錯。



理解超前滯后這一概念用相量圖是最好的,從測量數(shù)據(jù)來觀察或者從靜態(tài)波形上觀察都不太直觀而且容易出錯。下圖是電容的。電壓的變化滯后于電流,電流的變化超前于電壓。坐標(biāo)系右方是未來,左方是過去。



橫坐標(biāo)是-ωt時,電容的電壓的變化仍然滯后于電流,電流的變化仍然超前于電壓。因為此坐標(biāo)系左方是未來,而右方是過去。



下圖是電阻的。電壓函數(shù)電流函數(shù)同相。



下圖是三者串聯(lián)的情況,沒畫相量圖和波形圖。但從指針的變化可以判斷:電流相同時,電感和電容的電壓函數(shù)反相。


沒畫總電壓,因為總電壓有可能超前于總電流,也有可能滯后于總電流,也有可能兩者同相,同相時為諧振狀態(tài)。



以前還做過這種,元件右邊標(biāo)的是電壓電流的參考方向。用不同的顏色描述電壓的大小,藍(lán)色>黃色>紅色;用不同的粗細(xì)和箭頭描述電流的大小和方向,而且把電感、電容充能的效果也做進去了,電流最大時電感磁場能最大,電容電場能最小。


但是,就解釋超前滯后這一概念的話,指針表的動畫更直觀。




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