Dlaczego napięcie zawsze przewodzi prąd o 90 stopni w cewce?

24

Dowiedziałem się, że w cewce napięcie prowadzi prąd o 90 stopni. Jednak nie do końca rozumiem, dlaczego jest to 90 stopni.

Wszędzie szukałem dodatkowych informacji, dlaczego tak jest. Jednak wszystkie źródła, które znalazłem, po prostu określają regułę.

ac inductor lead

— Roo
źródło

47

To tak naprawdę, że prąd jest całką czasową napięcia lub napięcie jest pochodną prądu. Jeśli prąd jest sinus, wówczas napięcie jest cosinus, ponieważ jest to pochodna sinusa.

Sposób, w jaki działają pochodne i całki sinusoid, każdy to ¼ cyklu lub 90 °, przesunięcie fazowe od następnego.

— Olin Lathrop
źródło

12

@Roo, również zauważ: Działa tylko dla jednej częstotliwości fali sinusoidalnej. Cewki indukcyjne są urządzeniami liniowymi : analizujesz zachowanie arbitralnego okresowego sygnału sterującego, rozkładając sygnał na czyste komponenty sinusoidalne, a następnie analizując oddzielnie każdy komponent. Przesunięcie o 90 ° nie dotyczy całego sygnału, ale raczej każdego komponentu na określonej częstotliwości komponentu .

— Solomon Slow

Dowiedziałem się o opóźnieniu / przewodzeniu napięcia / przewodzeniu, gdy miałem 12 lat i „wpadłem” na pomysł sinusów i cosinusów, ale czy byłby sposób na wyjaśnienie tego 12-letniemu mniemu bez zakładania wiedzy o pochodnych i całkach, o którego nie miałem pojęcia?

— mickeyf_supports_Monica

@mickeyf Jestem przekonany, że przy akceptowalnej ilości machania ręką i kłamstwom dzieci mógłbym nauczyć 12-latka, który „zrozumiał” ideę sinusów i cosinusów i ich związku z obecnym / napięcie wystarczająco opóźnione względem pochodnych i całek, aby to wyjaśnić. Ja sam po raz pierwszy nauczyłem się ich (co prawda w wieku 16 lat) na kursie fizyki, gdzie nauczyciel dał 15-minutową przerwę na początku kursu, abyśmy mogli podążać za pochodnymi kinematyki opartymi na rachunku różniczkowym. Było jasne i znacznie ułatwiło zrozumienie prawdziwej rzeczy, gdy pojawiła się w moim kursie rachunku różniczkowego i całkowego.

— KRyan

5

+1. Doprowadza mnie do szaleństwa, gdy typy EE mówią o prowadzeniu / trailing o 90 °, kiedy to naprawdę mają na myśli. Jest to szczególnie mylące, gdy tak naprawdę nie ma fali sinusoidalnej o częstotliwości nominalnej, a 90 ° nieuchronnie myli się z przesunięciem czasowym o ćwierć okresu przy częstotliwości nominalnej (np. 50 lub 60 Hz), a nie w rzeczywistości.

— R ..

7

Najważniejsze jest to Podstawowe równanie dla cewki indukcyjnej i że równanie ma zastosowanie w każdej sytuacji elektrycznej: -

V. = L. \frac{re ja}{re t}

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

Więc jeśli prąd jest falą sinusoidalną, różnica sinusoidalna jest cosinus:

Stąd napięcie prowadzi prąd o 90 stopni. Pamiętaj jednak, że dotyczy to tylko analizy sygnału prądu przemiennego. Na przykład, jeśli przykładasz napięcie krokowe do cewki indukcyjnej, prąd rośnie liniowo z czasem, ponieważ:

\frac{re ja}{re t} = \frac{V.}{L.}

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

Podstawowe równanie opisuje zarówno zdarzenia przemienne, jak i przejściowe.

— Andy aka
źródło

6

Również idealny induktor z jwL ma pozytywną urojoną część bez dalszej realnej oporności. Kąt obróci się o 90 °.

— Hermelin
źródło

Zaskakująco prosty sposób na wizualizację.

— Szalony fizyk

6

Przesunięcie fazowe o 90 stopni (dla fal sinusoidalnych) obowiązuje tylko dla idealnej cewki bezstratnej. W praktyce zawsze występuje opór: rezystancja szeregowa drutu i efektu naskórka oraz rezystancja równoległa z powodu strat rdzenia i prądów wirowych w drucie i innych pobliskich przewodnikach. Przesunięcie fazowe będzie mniejsze niż 90 stopni. W skrajnym przypadku straty rdzeniowe specjalnych perełek ferrytowych są tak wysokie, że zachowują się jak rezystory dla wysokich częstotliwości.

Istnieje również pojemność równoległa, więc jeśli zwiększysz częstotliwość, wówczas kombinacja przechodzi przez rezonans równoległy (= wysoka impedancja) i staje się pojemnościowa z przesunięciem fazowym w kierunku -90 stopni. Aha, i wtedy następuje sprzężenie magnetyczne z innymi pobliskimi induktorami ...

Nigdy nie zakładaj, że cewka jest tylko cewką.

— StessenJ
źródło

2

Prąd i napięcie zaczynają się od tego samego zjawiska fizycznego, elektromagnetyzmu, ale są to zupełnie inne efekty.

W indukcyjności, będąc cewką, pole magnetyczne jest wytwarzane przez cyrkulację prądu przez nią. Prąd ten zostaje utrzymany, jeśli napięcie do cewki zostanie nagle zatrzymane.

Powoduje to, że prąd w indukcyjności jest stały przed nagłymi zmianami napięcia.

To jest powód, dla którego odpowiedź Olin Lathrop ma sens: dzięki całce funkcji zawierającej skok skończony uzyskuje się funkcję ciągłą, która dodaje składniki, które pozwalają wchłonąć skończone skoki.

Efekt fizyczny po tym zachowaniu można dokładnie sprawdzić na stronie : /physics/355140/magnetic-field-due-to-a-coco-of-n-turns-and-a-solenoid

To, co komentujesz o stopniach opóźnienia, jest widoczne tylko w fazorach, ale bez tego powodu twoja wiedza była kiepska.

Dodam: taki sam efekt występuje w kondensatorach, napięciach i prądach, ze względu na twierdzenie o wzajemności http://electrical-engineering-portal.com/resources/knowledge/theorems-and-laws/reciprocity-theorem

— José Manuel Ramos
źródło

1

ponieważ jest to międzynarodowa strona internetowa, odpowiedź w języku angielskim powinna wystarczyć.

— Sir Sy

Moim językiem ojczystym jest hiszpański, więc najpierw odpowiedziałem szybko i dokonałem edycji z większą ilością informacji. Również w języku hiszpańskim nie ma wymiany stosów elektronicznych.

— José Manuel Ramos,

1

Mam nadzieję, że ktokolwiek zlekceważył to, ponieważ znalazł winę za treść, a nie tylko dlatego, że zawierał on język inny niż angielski. Stwierdzenie, że „międzynarodowy ... angielski powinien wystarczyć” wydaje mi się dość aroganckie. Nie znalazłem tego wymogu w przewodniku po witrynie ani w często zadawanych pytaniach. (Angielski jest moim pierwszym i zdecydowanie najlepszym językiem.)

— mickeyf_supports_Monica

Studiowałem inżynierię elektroniczną i fizykę w Hiszpanii. Nie uważam za poprawne Nie umieszczam swojej wiedzy w moim ojczystym języku, jeśli zawiera ona poważne i poprawne informacje. Pośpieszyłem się kilka godzin temu, więc nie mogłem udostępnić tłumaczenia. Tłumacz Google wystarczy dla Ciebie? Mam nadzieję.

— José Manuel Ramos

0

Jeśli podłączysz cewkę do napięcia, zacznie płynąć prąd. Z powodu wewnętrznego przeciwnapięcia cewki indukcyjnej (co można zinterpretować jako pewną zależność od zmiany prądu) prąd będzie wzrastał powoli - więc prąd opóźnia się w porównaniu do nagłej zmiany napięcia po podłączeniu do Napięcie. Cewki indukcyjne gromadzą się w postaci rosnącego pola magnetycznego.

— WindFritz
źródło