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动图秒懂超前滞后

已有 36087 次阅读 2017-11-3 12:59 |个人分类:电子电工技术|系统分类:教学心得| 正弦信号, 动画, 超前, 滞后, 电容

由于Sin[ωt]在求导或积分后会出现Sin[ωt±90°],所以对于接上了正弦波的电感、电容,横坐标为ωt时可以观察到波形超前滞后的现象,直接从静态的函数图上看不太容易理解,还是做成动画比较好。

下图是电感的,用红色表示电压,蓝色表示电流。如果接上理想的直流电压表、直流电流表,可以观察到电压的变化超前于电流电流的变化滞后于电压。时间增加时,纵坐标轴及时间原点会随着波形一起往左移动。


如果把波形画在矢量图右方,就是下面这种动画,但横坐标右方是过去存在的波形,指向过去,是-ωt。虽然波形反过来了,电压的变化仍然超前于电流电流的变化仍然滞后于电压时间原点一直随着波形往右方移动,函数图中的纵坐标轴并未与横坐标交于原点,交点所代表的时间一直在增加。如果不注意,超前滞后的判断很容易出错。


理解超前滞后这一概念相量图是最好的,从测量数据来观察或者从静态波形上观察都不太直观而且容易出错。下图是电容的。电压的变化滞后于电流电流的变化超前于电压。坐标系右方是未来,左方是过去。


横坐标是-ωt时,电容的电压的变化仍然滞后于电流电流的变化仍然超前于电压因为坐标系左方是未来,而右方是过去。


下图是电阻的。电压函数电流函数同相。



下图是三者串联的情况,没画相量图和波形图。但从指针的变化可以判断:电流相同时,电感和电容的电压函数反相。

没画总电压,因为总电压有可能超前于总电流,也有可能滞后于总电流,也有可能两者同相,同相时为谐振状态。



以前还做过这种,元件右边标的是电压电流的参考方向。用不同的颜色描述电压的大小,蓝色>黄色>红色;用不同的粗细和箭头描述电流的大小和方向,而且把电感、电容充能的效果也做进去了,电流最大时电感磁场能最大,电容电场能最小。

但是,就解释超前滞后这一概念的话,指针表的动画更直观。




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