動圖秒懂什麼是電壓電流的超前與滯後

2021-02-18 機械自動化前沿

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由於Sin[ωt]在求導或積分後會出現Sin[ωt±90°]，所以對於接上了正弦波的電感、電容，橫坐標為ωt時可以觀察到波形超前滯後的現象，直接從靜態的函數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於電流，電流的變化滯後於電壓。時間增加時，縱坐標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於電流，電流的變化仍然滯後於電壓。時間原點一直隨著波形往右方移動，函數圖中的縱坐標軸並未與橫坐標交於原點，交點所代表的時間一直在增加。如果不注意，超前滯後的判斷很容易出錯。

理解超前滯後這一概念用相量圖是最好的，從測量數據來觀察或者從靜態波形上觀察都不太直觀而且容易出錯。下圖是電容的。電壓的變化滯後於電流，電流的變化超前於電壓。坐標系右方是未來，左方是過去。

橫坐標是-ωt時，電容的電壓的變化仍然滯後於電流，電流的變化仍然超前於電壓。因為此坐標系左方是未來，而右方是過去。

下圖是電阻的。電壓函數電流函數同相。

下圖是三者串聯的情況，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反相。

沒畫總電壓，因為總電壓有可能超前於總電流，也有可能滯後於總電流，也有可能兩者同相，同相時為諧振狀態。

以前還做過這種，元件右邊標的是電壓電流的參考方向。用不同的顏色描述電壓的大小，藍色>黃色>紅色；用不同的粗細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，就解釋超前滯後這一概念的話，指針表的動畫更直觀。

來源：網絡

編輯：蘇小喵

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