动态分析电压电流的超前滞后现象

一路上

描述

超前与滞后都是相对概念,比如电压超前电流,电流滞后电压是一个意思；没有对比就没有超前也没有滞后。

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。

电感电路电流超前电压:

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，但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用相量图是最好的，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。

电容电路电流超前电压:

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。 因为此坐标系左方是未来，而右方是过去。

电阻电路电流超前电压:

下图是电阻的，电压函数电流函数同相。

RLC电路电流超前电压:

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。