Komplexe Impedanzen von Kondensatoren/Induktivitäten im Zeigerbereich

Ich versuche, die komplexen Impedanzen passiver Komponenten im Phasor-Bereich (nicht im S-Bereich) zu überprüfen. Nehmen Sie zum Beispiel den Induktor, dessen Elementgesetz ist v = L D ich D T . Unter der Annahme eines komplexen exponentiellen Stromantriebs, wo ich = ICH e J ω T (Wo ICH ein Zeiger ist) dann erhalten wir: v = L ICH ( J ω ) e J ω T . Daraus sehen wir, dass die Spannung auch ein komplexes Exponential mit einem Zeiger sein wird v = ( J ω ) L ICH , und so ist die komplexe Impedanz J ω L wie erwartet. Das funktioniert gut.

Ich versuche dasselbe zu tun, indem ich eine komplexe exponentielle Spannung annehme, anstatt einen komplexen exponentiellen Strom anzunehmen, was bedeutet, dass ich stattdessen ein Integral machen muss: ich ( T ) = 1 L 0 T v ( τ ) D τ + ich ( 0 ) . Einstecken v ( T ) = v e J ω T und Auswertung des Integrals erhalte ich: ich ( T ) = v J ω L e J ω T + ( ich ( 0 ) v J ω L ) . Ohne den Begriff in Klammern wäre dies das erwartete Ergebnis. Wenn ich davon ausgehe ich ( 0 ) = v J ω L dann klappt es. Ist diese Berechnung und Annahme über den Anfangsstrom richtig, und wenn ja, ist es nur eine mathematische Forderung ohne konzeptionellen Grund? Habe ich irgendwo einen Fehler gemacht?

Nebenbemerkungen: Mein Verständnis ist, dass Kondensatoren und Induktivitäten im Zeitbereich typischerweise eine Null-Anfangsbedingung haben müssen, sonst sind sie technisch keine linearen Komponenten (zum Beispiel kann ein Null-Eingang Ihnen einen Nicht-Null-Ausgang geben, was lineare Systeme per Definition können ' nicht; und ja, ich weiß, dass Sie die Anfangsbedingung als separate abhängige Quelle modellieren könnten). Hier sieht es so aus, als müssten Sie annehmen, dass die Anfangsbedingung ein bestimmter Wert ungleich Null ist, damit die Komponente im Zeigerbereich linear ist.

Es ist interessant, dass Sie in der S-Domäne davon ausgehen, dass der Anfangszustand Null ist, um lineare S-Domänen-Komponenten zu erhalten (oder alternativ die Anfangsbedingung als separate unabhängige Quelle modellieren). Siehe hier als Referenz.

Antworten (1)

Der Kern deiner Frage ist

ist es nur eine mathematische Anforderung ohne konzeptionellen Grund?

Denken Sie daran, dass die Exponentialschreibweise für den stationären Fall gilt. Mit anderen Worten, es wird angenommen, dass die Spannungsoszillation für eine unendliche Zeitdauer vor t = 0 angelegt worden ist. Praktisch ist diese Annahme erfüllt, wenn eventuelle Einschwingvorgänge, nach einem Start zB mit v(0)=V und I(0)=0, weit vor t=0 abgeklungen sind und bei t> nur noch eine reine und konstante Sinusschwingung übrig bleibt 0.

Sie können auch in t = 0 schneiden und eine reine und konstante Sinusschwingung starten, indem Sie die entsprechenden Anfangsbedingungen anwenden, als ob sich die Transienten beruhigt hätten. In Ihrem Fall bedeutet dies, mit v (0) = V und i (0) zu beginnen, wie in Ihrer Frage mathematisch berechnet, und das System danach mit v (t) oszillieren zu lassen.

Dies ist ein echtes physikalisches Konzept. In linearen Systemen können Transienten vollständig eliminiert werden, indem das System mit geeigneten Anfangsbedingungen initialisiert wird, wie Sie es getan haben.

Vielen Dank für die Antwort, ich denke, das macht konzeptionell Sinn für mich. Ist es also der Fall, dass die Anfangsbedingung auf dem Induktor "gezwungen" wird, V / j𝜔L zu sein, oder muss ich als die Person, die das Problem angibt, "die Anfangsbedingung auf dem Induktor angeben (der Strom i (0) ist so, dass Es gibt keine Übergangseffekte während des gesamten Stromsignals"? Ich hoffe, diese Frage ist sinnvoll.
Nachdem ich zur Mathematik zurückgekehrt bin und auch einige Simulationen gemacht habe, denke ich, dass ich sie beantwortet habe. Abhängig von der Anfangsbedingung, die man dem Induktor auferlegt, kann er ein Übergangsverhalten zeigen oder nicht. Durch die Auswahl eines anfänglichen komplexen Stromwerts wird auch ein anfänglicher echter Stromwert ausgewählt, den Sie erhalten können, indem Sie den Realteil des komplexen Anfangsstroms nehmen. Es scheint, dass das Ergebnis all dessen ist, dass wir bei der stationären Zeigeranalyse, indem wir darauf bestehen, dass wir immer eine komplexe Impedanz so definieren können, dass V = I * Z, den Anfangsstrom implizit auf diesen Wert zwingen.
(Wahrscheinlich) letzter Kommentar: Es scheint also der Fall zu sein, dass im Gegensatz zu S-Domänen-Schaltungsmodellen, bei denen Sie die Anfangsbedingung auf der Schaltung als 0 wählen, damit die Schaltungskomponente selbst in dieser Domäne linear ist, Damit die Schaltungskomponente im Phasor-Domain-Schaltungsmodell linear ist, wählen Sie die Anfangsbedingung, die mit dem Fehlen einer transienten Antwort übereinstimmt.