He aprendido que en un inductor el voltaje conduce la corriente en 90 grados. Sin embargo, no entiendo completamente por qué son 90 grados.
He estado buscando en todas partes más información sobre por qué esto es así. Sin embargo, todas las fuentes que encontré solo establecen la regla.
Respuestas:
Es realmente que la corriente es la integral de tiempo del voltaje, o el voltaje es la derivada de la corriente. Si la corriente es un seno, entonces el voltaje es un coseno, ya que es la derivada de un seno.
La forma en que funcionan las derivadas y las integrales de las sinusoides, cada una es de ¼ de ciclo, o 90 °, fase desplazada de la siguiente.
La conclusión es la ecuación básica para un inductor y esa ecuación se aplica en cualquier situación eléctrica:
Entonces, si la corriente es una onda sinusoidal, el diferencial del seno es coseno:
Por lo tanto, el voltaje conduce a la corriente en 90 grados. Pero recuerde que esto solo se aplica al análisis de señal de CA. Por ejemplo, si aplicó un voltaje escalonado a través de un inductor, la corriente aumenta linealmente con el tiempo porque:
La ecuación básica describe eventos AC y transitorios.
Además, un inductor ideal con jwL tiene una parte imaginaria positiva sin mayor resistencia real. Entonces el ángulo girará 90 °.
El cambio de fase de 90 grados (para ondas sinusoidales) solo es válido para una bobina sin pérdidas ideal. En la práctica siempre hay resistencia en juego: resistencia en serie del cable y efecto de piel, y resistencia paralela debido a pérdidas en el núcleo y corrientes de Foucault en el cable y otros conductores cercanos. El cambio de fase será inferior a 90 grados. En el caso extremo, las pérdidas centrales de las perlas de ferrita especiales son tan altas que se comportan como resistencias para altas frecuencias.
También hay capacitancia paralela, por lo que si aumenta la frecuencia, la combinación pasa por resonancia paralela (= alta impedancia) y se vuelve capacitiva con un cambio de fase hacia -90 grados. Ah, y luego hay un acoplamiento magnético con otros inductores cercanos ...
Nunca suponga que una bobina es solo una bobina.
La corriente y el voltaje comienzan con el mismo fenómeno físico, el electromagnetismo, pero son efectos totalmente diferentes.
En la inductancia, al ser una bobina, se genera un campo magnético haciendo circular una corriente a través de ella. Esta corriente se mantiene si el voltaje a la bobina se detiene repentinamente.
Esto genera que la corriente, en la inductancia, sea constante antes de cambios repentinos en el voltaje.
Esta es la razón por la cual la respuesta de Olin Lathrop tiene sentido: con una integral de una función que contiene un salto finito, se obtiene una función continua que agrega términos que permiten absorber los saltos finitos.
El efecto físico después de este comportamiento se puede verificar cuidadosamente en: /physics/355140/magnetic-field-due-to-a-coil-of-n-turns-and-a-solenoid
Lo que comenta sobre los grados de retraso solo se observa en fasores, pero sin el por qué, su conocimiento ha sido poco convincente.
Agrego: el mismo efecto ocurre con condensadores, voltajes y corrientes, debido al teorema de reciprocidad http://electrical-engineering-portal.com/resources/knowledge/theorems-and-laws/reciprocity-theorem
Si conecta un inductor a un voltaje, la corriente comenzará a fluir. Debido al contravoltaje interno del inductor (que podría interpretarse como una especie de aumento contra el cambio de la corriente), la corriente solo crecerá lentamente, por lo que la corriente se retrasa en comparación con el cambio repentino de voltaje cuando lo conecta al voltaje. El inductor almacena la energía en forma de su creciente campo magnético.