Чому напруга завжди призводить струм на 90 градусів в індукторі?

24

Я дізнався, що в індукторі напруга веде струм на 90 градусів. Однак я не повністю розумію, чому це 90 градусів.

Я шукав всюди більше інформації, чому це так. Однак у всіх джерелах, які я знайшов, саме зазначено правило.

ac inductor lead

— Роо
джерело

47

Дійсно, що струм є інтегралом часу напруги, або напруга є похідною від струму. Якщо струм є синусом, то напруга є косинусом, оскільки це похідне синуса.

Спосіб роботи похідних та інтегралів синусоїд - це each цикл, або 90 °, фаза зміщена від наступної.

— Олін Латроп
джерело

12

@ Роу, також зверніть увагу: Він працює лише для однієї чистої частоти синусоїди. Індуктори - це лінійні пристрої. Ви аналізуєте поведінку для довільного періодичного рушійного сигналу, розкладаючи сигнал на чисті синусоїдальні компоненти, а потім аналізуючи кожен компонент окремо. Зсув на 90 ° не стосується всього сигналу, а, скоріше, для кожного компонента з певною частотою компонента .

— Соломон повільно

Я дізнався про відставання струму / напруги / провідних, коли мені було 12, і я «зрозумів» синуси та косинуси, але чи існував би спосіб пояснити це мені до 12-річного віку, не припускаючи знань похідних та інтегралів, про який я був незрозумілий?

— mickeyf_supports_Monica

@mickeyf Я досить впевнений, що, маючи максимум ручного махання руками і брехні, про які розповідають дітям, я можу навчити 12-річного віку, який «отримав» уявлення про синуси та косинуси та їхнє відношення до поточного / напруга досить відстає щодо похідних та інтегралів, щоб пояснити це. Я сам вперше навчився їх (у 16 років, правда, в курсі фізики), коли вчитель на початку курсу дав 15 хвилин, щоб ми могли слідкувати за кінематичними похідними на основі числення. Це було зрозуміло, і зрозуміло реальну річ набагато простіше, коли вона з’явилася в моєму фактичному курсі числення.

— KRyan

5

+1. Це зводить мене з розуму, коли типи EE говорять про провідні / відсталі на 90 °, коли вони насправді це означають. Це особливо заплутано, коли у вас насправді немає номінальної частоти синусоїди, і 90 ° неминуче помиляється за чверть періоду часу на номінальну частоту (наприклад, 50 або 60 Гц), а не те, що є насправді.

— Р ..

7

Суть основне рівняння для індуктора і що рівняння можна застосувати в будь-якої електричної ситуації: -

V = L \frac{d i}{d t}

$V = L\dfrac{di}{dt}$

Отже, якщо струм є синусоїдою, диференціальний синус є косинусом:

Звідси напруга проводить струм на 90 градусів. Але пам’ятайте, що це стосується лише аналізу сигналів змінного струму. Наприклад, якщо ви застосували ступінчасту напругу через індуктор, струм лінійно зростає з часом, оскільки: -

\frac{г i}{г т} = \frac{V}{L}

$\dfrac{di}{dt} = \dfrac{V}{L}$

Основне рівняння описує і змінні, і перехідні події.

— Енді ака
джерело

6

Крім того, ідеальний індуктор з jwL має позитивну уявну частину без подальшого реального опору. Так кут повернеться на 90 °.

— Гермелін
джерело

Напрочуд простий спосіб його візуалізації.

— Божевільний фізик

6

Фазовий зсув 90 градусів (для синусоїд) справедливий лише для ідеальної котушки без втрат. На практиці завжди існує опір у грі: послідовний опір дроту та ефекту шкіри та паралельний опір через втрати сердечника та вихрові струми в дроті та інших сусідніх провідниках. Зсув фази буде менше 90 градусів. На крайній випадок, основні втрати спеціальних феритових кульок настільки великі, що вони ведуть себе як резистори для високих частот.

Існує також паралельна ємність, тому якщо ви збільшуєте частоту, то комбінація проходить через паралельно-резонансний (= високий опір) і стає ємнісною з фазовим зсувом, що йде до -90 градусів. О, а потім відбувається магнітна муфта з іншими сусідніми індукторами ...

Ніколи не вважайте, що котушка - це лише котушка.

— StessenJ
джерело

2

Струм і напруга починаються від одного і того ж фізичного явища, електромагнетизму, але вони є абсолютно різними наслідками.

В індуктивності, будучи котушкою, магнітне поле створюється шляхом циркуляції через неї струму. Цей струм підтримується, якщо напруга до котушки раптово припиняється.

Це породжує те, що струм в індуктивності постійний перед різкими змінами напруги.

Це причина, чому відповідь Оліна Летропа має сенс: З інтегралом функції, яка містить кінцевий стрибок, виходить безперервна функція, яка додає доданків, що дозволяють поглинати кінцеві стрибки.

Фізичний ефект після такої поведінки можна ретельно перевірити за посиланням: /physics/355140/magnetic-field-due-to-a-coil-of-n-turns-and-a-solenoid

Те, що ви коментуєте про ступінь відставання, спостерігається лише у фасорах, але без цього, ваші знання були кульгавими.

Додаю: такий же ефект відбувається з конденсаторами, напругами та струмами, завдяки теоремі про взаємність http://electrical-engineering-portal.com/resources/knowledge/theorems-and-laws/reciprocity-theorem

— Хосе Мануель Рамос
джерело

1

оскільки це міжнародний веб-сайт, відповіді англійською мовою має бути достатньо.

— Сер Сі

Моя рідна мова - іспанська, тому я спершу зробив швидку відповідь та відредагував більше інформації. Немає змін в електроніці на іспанській мові.

— Хосе Мануель Рамос

1

Я сподіваюсь, що хто б не спричинив це, він зробив це через те, що виявив помилку у вмісті, а не лише тому, що він містив іншу мову, ніж англійська. Сказати, що "міжнародне ... англійської повинно вистачити", мені здається досить зарозумілим. Я не знайшов цієї вимоги в путівнику по сайту чи FAQ. (Англійська мова - моя перша і на сьогодні найкраща мова.)

— mickeyf_supports_Monica

Я вивчав електронну техніку та фізику в Іспанії. Я не вважаю правильним, я не розміщую свої знання рідною мовою, якщо вона містить сувору та правильну інформацію. Я поспішив кілька годин тому, тому не зміг зробити доступний переклад. Вам достатньо перекладача google? Я так сподіваюся.

— Хосе Мануель Рамос

0

Якщо підключити індуктор до напруги, почне поступати струм. Через внутрішню протинапругу індуктора (що можна інтерпретувати як якусь небезпеку проти зміни струму) струм буде зростати лише повільно - настільки відстає струм порівняно з раптовою зміною напруги, коли ви підключаєте його до Напруга. Індуктор зберігає випромінювання у вигляді його зростаючого магнітного поля.

— WindFritz
джерело