Przesunięcie fazowe dla prądów przemiennych

Prądy przemienne ta sama częstotliwość mogą różnić się od siebie nie tylko amplitudą, ale także fazą, to znaczy mogą być przesunięte fazowo.

Jeśli dwa prądy przemienne jednocześnie osiągają wartości szczytowe i jednocześnie przechodzą przez wartości zerowe, wówczas prądy te są w fazie. W tym przypadku przesunięcie fazowe między prądami wynosi zero (ryc. 1, a).

Istnieją jednak przypadki, gdy wartości amplitudy (i zera) tych prądów nie pokrywają się ze sobą w czasie, to znaczy istnieje jedno lub drugie przesunięcie fazowe, które nie jest równe zeru. na ryc. 1b pokazuje prądy, które są przesunięte w fazie o jedną czwartą okresu (T / 4).

Przesunięcie fazowe jest zwykle oznaczane grecką literą φ i często wyrażane w stopniach, przy założeniu, że cały okres wynosi 360°, tak jak jeden pełny obrót odpowiada 360°. Zatem przesunięcie fazowe o jedną czwartą okresu jest oznaczone przez φ = 90 °, a gdy fazy są przesunięte o połowę okresu, piszą φ = 180e.

Ryż. 1. Różne przesunięcia fazowe między dwoma prądami przemiennymi

Zależność między okresem prądu przemiennego T a kątem 360 ° można ustalić na podstawie eksperymentu, w którym uzyskuje się przemienną sinusoidalną siłę elektromotoryczną przy równomiernym obrocie cewki (lub cewki) w jednolitym polu magnetycznym. W tym przypadku na jeden obrót cewki, tj. podczas obrotu o kąt 360 ° EMF wykonuje jedną pełną oscylację sinusoidalną. Tak więc w rzeczywistości okres T odpowiada kątowi 360 °.

To samo wynika z matematycznego wyrażenia dla prądu przemiennego, to znaczy z jego równania. Jeśli prąd przemienny rozpoczął swoją zmianę od fazy zerowej, gdy t = 0, ωt = 0 i sin ωt = 0, po jednym okresie okaże się

W tym momencie kąt fazowy wynosi 2π radianów lub 360 °, a zatem sin ωt = sin 2π = sin 360 ° = 0. Kiedy kąt zmienia się od 0 do 2π radianów lub 360 °, sinus wykonuje pełny cykl swoich zmian. W związku z tym prąd przemienny wykonuje jedną pełną oscylację.

Należy pamiętać, że tylko prądy o tej samej częstotliwości mogą mieć dobrze zdefiniowane przesunięcie fazowe. Przy różnych częstotliwościach prądów przesunięcie fazowe między nimi nie jest stałe, ale cały czas się zmienia. Na przykład dla prądów i1 i i2 pokazanych na ryc. 2 i przy częstotliwościach, które różnią się od siebie dwukrotnie, przesunięcie fazowe w chwilach czasowych przedstawionych przez punkty 0, 1, 2, 3, 4 wynosi odpowiednio 0; 90; 180; 270; 360°, czyli w jednym okresie prądu i1 wartość φ zmienia się od 0 do 360°.

Ryż. 2. Zmienne przesunięcie fazowe między prądami o różnych częstotliwościach

Wszystko, co powiedziano o przesunięciu fazowym między prądami, odnosi się również do napięć i sił elektromotorycznych. Poniżej rozważymy przypadki, w których nastąpi przesunięcie fazowe między napięciem a prądem.