詳解電壓電流的超前與滯后

電壓電流的超前與滯后這個(gè)概念是相對(duì)于電流和電壓之間的關(guān)系而說(shuō)的。也就是說(shuō)，比如是容性負(fù)載（電容器），那么他會(huì)導(dǎo)致最終電流超前90度，如果是電感則產(chǎn)生最終電流超前-90度（即滯后90度） 。

反過(guò)來(lái)說(shuō)，在平面直角坐標(biāo)系中，假設(shè)電壓為X軸水平方向，則是否超前則為Y軸垂直方向，當(dāng)為容性負(fù)載時(shí)為Y正半軸部分，感性負(fù)載為Y負(fù)半軸部分 無(wú)論是正超前還是負(fù)超前（滯后）都會(huì)導(dǎo)致功率因數(shù)下降，而純阻性負(fù)載其超前角是0度，這個(gè)時(shí)候功率因數(shù)為1 正因?yàn)槿菪院透行跃哂羞@種相反的性質(zhì)，那么當(dāng)使用電動(dòng)機(jī)等感性負(fù)載時(shí)，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的負(fù)超前，這個(gè)時(shí)候就應(yīng)當(dāng)使用足夠的電容器進(jìn)行補(bǔ)償，使其無(wú)限逼近0度，保證功率因數(shù)無(wú)限的逼近1。

總之，功率因數(shù)下降，無(wú)論是正超前還是負(fù)超前都回導(dǎo)致下降，只有為0時(shí)才是最高的，而感性負(fù)載一應(yīng)用就肯定是負(fù)的了。所以就要用電容補(bǔ)償讓他接近0。

如下圖，由于Sin[ωt]在求導(dǎo)或積分后會(huì)出現(xiàn)Sin[ωt±90°]，所以對(duì)于接上了正弦波的電感、電容，橫坐標(biāo)為ωt時(shí)可以觀察到波形超前滯后的現(xiàn)象，直接從靜態(tài)的函數(shù)圖上看不太容易理解，還是做成動(dòng)畫(huà)比較好。

下圖是電感的，用紅色表示電壓，藍(lán)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于電流，電流的變化滯后于電壓。時(shí)間增加時(shí)，縱坐標(biāo)軸及時(shí)間原點(diǎn)會(huì)隨著波形一起往左移動(dòng)。

如果把波形畫(huà)在矢量圖右方，就是下面這種動(dòng)畫(huà)，但橫坐標(biāo)右方是過(guò)去存在的波形，指向過(guò)去，是-ωt。雖然波形反過(guò)來(lái)了，但電壓的變化仍然超前于電流，電流的變化仍然滯后于電壓。時(shí)間原點(diǎn)一直隨著波形往右方移動(dòng)，函數(shù)圖中的縱坐標(biāo)軸并未與橫坐標(biāo)交于原點(diǎn)，交點(diǎn)所代表的時(shí)間一直在增加。如果不注意，超前滯后的判斷很容易出錯(cuò)。

理解超前滯后這一概念用相量圖是最好的，從測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)觀察或者從靜態(tài)波形上觀察都不太直觀而且容易出錯(cuò)。下圖是電容的。電壓的變化滯后于電流，電流的變化超前于電壓。坐標(biāo)系右方是未來(lái)，左方是過(guò)去。

橫坐標(biāo)是-ωt時(shí)，電容的電壓的變化仍然滯后于電流，電流的變化仍然超前于電壓。因?yàn)榇俗鴺?biāo)系左方是未來(lái)，而右方是過(guò)去。

下圖是電阻的。電壓函數(shù)電流函數(shù)同相。

下圖是三者串聯(lián)的情況，沒(méi)畫(huà)相量圖和波形圖。但從指針的變化可以判斷：電流相同時(shí)，電感和電容的電壓函數(shù)反相。

沒(méi)畫(huà)總電壓，因?yàn)榭傠妷河锌赡艹坝诳傠娏鳎灿锌赡軠笥诳傠娏?，也有可能兩者同相，同相時(shí)為諧振狀態(tài)。

以前還做過(guò)這種，元件右邊標(biāo)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(lán)色>黃色>紅色；用不同的粗細(xì)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(jìn)去了，電流最大時(shí)電感磁場(chǎng)能最大，電容電場(chǎng)能最小。

但是，就解釋超前滯后這一概念的話，指針表的動(dòng)畫(huà)更直觀。