Co to jest faza, kąt fazowy i przesunięcie fazowe

Mówiąc o prądzie przemiennym, często używają takich terminów, jak „faza”, „kąt fazowy”, „przesunięcie fazowe”. Zwykle odnosi się to do sinusoidalnego prądu przemiennego lub pulsującego (uzyskanego przez rektyfikację prąd sinusoidalny).

Ponieważ okresowa zmiana pola elektromagnetycznego w sieci lub prądu w obwodzie jest harmoniczny proces oscylacyjny, to funkcja opisująca ten proces jest harmoniczna, czyli sinus lub cosinus, w zależności od stanu początkowego układu oscylacyjnego.

Argumentem funkcji w tym przypadku jest tylko faza, czyli położenie oscylującej wielkości (prądu lub napięcia) w każdym rozważanym momencie czasu względem momentu początku oscylacji. A sama funkcja przyjmuje wartość zmieniającej się wielkości w tym samym momencie.

Faza

Aby lepiej zrozumieć znaczenie terminu „faza”, przejdźmy do wykresu zależności napięcia w jednofazowej sieci prądu przemiennego od czasu. Widzimy tutaj, że napięcie zmienia się od określonej wartości maksymalnej Um do -Um, okresowo przechodząc przez zero.

W procesie zmiany napięcie przyjmuje w każdym momencie wiele wartości, okresowo (po czasie T) powraca do wartości, od której rozpoczęto monitorowanie tego napięcia.

Można powiedzieć, że w każdej chwili napięcie jest w określonej fazie, która zależy od kilku czynników: od czasu t, który upłynął od początku oscylacji, od częstotliwości kątowej i od fazy początkowej. W nawiasach podano pełną fazę oscylacji w bieżącym czasie t. Psi to faza początkowa.

Kąt fazowy

Faza początkowa jest również nazywana w elektrotechnice początkowy kąt fazowyponieważ faza jest mierzona w radianach lub stopniach, tak jak wszystkie normalne kąty geometryczne. Granice przesunięcia fazowego mieszczą się w zakresie od 0 do 360 stopni lub od 0 do 2 * pi radianów.

Na powyższym rysunku widać, że w momencie rozpoczęcia obserwacji napięcia przemiennego U jego wartość nie była zerowa, to znaczy faza zdążyła już odchylić się od zera w tym przykładzie pod pewnym kątem Psi równy około 30 stopni lub pi / 6 radianów — to jest i jest początkowy kąt fazowy.

Jako część argumentu funkcji sinusoidalnej, Psi jest stałe, ponieważ kąt ten jest określany na początku obserwacji zmieniającego się napięcia, a potem generalnie się nie zmienia. Jednak jego obecność determinuje całkowite przemieszczenie krzywej sinusoidalnej względem początku układu współrzędnych.

W miarę dalszych wahań napięcia zmienia się kąt fazowy prądu, a wraz z nim zmienia się napięcie.

Dla funkcji sinusoidalnej, jeśli całkowity kąt fazowy (pełna faza, z uwzględnieniem fazy początkowej) wynosi zero, 180 stopni (pi radianów) lub 360 stopni (2 * pi radianów), to napięcie przyjmuje zero i jeśli kąt fazowy przyjmuje wartość 90 stopni (pi/2 radiany) lub 270 stopni (3*pi/2 radiany), to w takich momentach napięcie odbiega maksymalnie od zera.

Przesunięcie fazowe

Zwykle podczas pomiarów elektrycznych w obwodach z przemiennym prądem sinusoidalnym (napięciem) obserwuje się jednocześnie prąd i napięcie w badanym obwodzie. Wykresy prądu i napięcia są następnie wykreślane na wspólnej płaszczyźnie współrzędnych.

W tym przypadku częstotliwość zmian prądu i napięcia jest identyczna, ale inna, jeśli spojrzysz na wykresy, ich początkowe fazy. W tym przypadku mówią dla przesunięcia fazowego między prądem a napięciem, to znaczy dla różnicy między ich początkowymi kątami fazowymi.

Innymi słowy, przesunięcie fazowe określa, o ile jedna fala sinusoidalna jest przesunięta w czasie od drugiej. Przesunięcie fazowe, podobnie jak kąt fazowy, jest mierzone w stopniach lub radianach. W fazie sinus, którego okres zaczyna się wcześniej, prowadzi, a ten, którego okres zaczyna się później w fazie, jest opóźniony. Przesunięcie fazowe jest zwykle oznaczane literą Phi.

Na przykład przesunięcie fazowe między napięciami na przewodach trójfazowej sieci prądu przemiennego względem siebie jest stałe i równe 120 stopni lub 2 * pi / 3 radianów.