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怎么理解純電感電流滯后電壓90°

發(fā)布時間:2022-11-15 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】電感元件的電流滯后電壓90°,電容元件的電流超前電壓90°,好的學(xué)過的人可能都感覺不好理解,以至于對于交流電其他內(nèi)容的學(xué)習(xí)產(chǎn)生了影響,怎么解釋這個問題?D老師有答案!


最近在玩電感,好文章給大家分享下。


電感元件的電流滯后電壓90°,電容元件的電流超前電壓90°,好的學(xué)過的人可能都感覺不好理解,以至于對于交流電其他內(nèi)容的學(xué)習(xí)產(chǎn)生了影響,怎么解釋這個問題?D老師有答案!


一、電感的特別之處


電感說白了就是一個絕緣銅導(dǎo)線做的線圈,這個線圈通過電流i就會產(chǎn)生磁場,如圖1所示,這個磁場同樣會交鏈線圈本身。如果電流是增加的,磁場會增強(qiáng),就會在線圈產(chǎn)生感應(yīng)電勢(想一想楞次定律吧),稱為自感電勢。自感電勢的方向看圖1a,它相當(dāng)于一個電壓降,吃掉了一塊電源電壓,阻礙電流增加。


反過來,如果電流i是減少的,磁場會減弱,同樣產(chǎn)生自感電勢,方向看圖1b,它相當(dāng)于給電路增加了一個電源,阻礙電流減少。電感就是對電流的風(fēng)吹草動有感知力的器件,有點鋤強(qiáng)扶弱的感覺。


怎么理解純電感電流滯后電壓90°

圖1 自感電勢對電路的影響


我們得到結(jié)論:流過電感的電流有變化,就有自感電勢,電流變化率i/t越大,或者說i(t)曲線斜率越大,自感電勢e越大,與電流大小沒關(guān)系,且阻礙電流變化。有高人證明了下面的公式:


e=-L*(di/dt) ;“-”代表感應(yīng)電勢總是阻礙電流變化


實際上,自感電勢可以看成電感電壓U,且由于電壓與電勢規(guī)定方向相反,電勢方向從負(fù)指向正,電壓方向從正指向負(fù),本質(zhì)上是一個東西:


U=-e=L*(di/dt) ;di/dt就是i(t)曲線的斜率


二、怎么理解純電感電流滯后電壓90°(π/2)


1、電流變化率與自感電勢、電感電壓


現(xiàn)在有一個正弦電流i=1.414Isinωt,如圖2紅色曲線所示。我們知道,曲線陡峭的地方變化率(斜率)大,平坦的地方變化率(斜率)小。


從ωt=0到π/2,i(t)曲線斜率從最大逐漸減小為0,電感電壓從正峰值逐漸減小到0。同時電流從0逐漸增大到正峰值,完成磁場能量儲存;


從ωt=π/2到π,i(t)曲線斜率從0逐漸增大為反向最大(數(shù)學(xué)意義上是負(fù)值最?。?,電感電壓從0逐漸增大到反向最大。同時電流從正峰值逐漸減小到0,儲存磁場能量向電源釋放;


從ωt=π到3π/2,i(t)曲線斜率從反向最大逐漸減小為0,電感電壓從反向最大逐漸減小到0。同時電流從0逐漸增大到反向峰值,完成磁場能量儲存;


從ωt=3π/2到2π,i(t)曲線斜率從0逐漸增大為最大,電感電壓從0逐漸增大到最大。同時電流從反向峰值逐漸減小到0,儲存磁場能量向電源釋放;


以此循環(huán)往復(fù)。


怎么理解純電感電流滯后電壓90°

圖2 電流變化率與電感電壓


2、電感上的電壓與電流的關(guān)系


根據(jù)上述電感電流變化率與電感電壓討論,我們可以得到了電感電壓的波形,還有電感電壓UL和電流I相位關(guān)系,如圖2所示,電感電流滯后電壓π/2,就是說,電感電壓到達(dá)正峰值以后,過了1/4周期,電流到達(dá)正峰值。


電感的電壓電流,畫成向量形式如圖3a所示。關(guān)于向量對正弦量的表達(dá),可以參考我的另一篇文字:“相電壓與線電壓,這樣理解更容易”。


而實際的電感都有電阻,可以把電感看成電阻與純電感串聯(lián)的形式,如圖3 b,流過電阻和電感的電流I與電阻電壓Ur同相,與純電感電壓UL相位差π/2,實際的電感電流滯后電感總電壓小于π/2,如圖3c所示。


怎么理解純電感電流滯后電壓90°

圖3 電感的電壓電流相位關(guān)系


最后總結(jié)一下,電感的電壓電流相位關(guān)系,要看電流變化率,它越大,電感電壓就越大,其電壓電流波形有90度相位差,就是因為這兩個波形出現(xiàn)相同特征值(如正峰值)的時間,差了1/4周期。


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