Μετατόπιση φάσης για εναλλασσόμενα ρεύματα
Εναλλασσόμενα ρεύματα την ίδια συχνότητα μπορούν να διαφέρουν μεταξύ τους όχι μόνο ως προς το πλάτος, αλλά και στη φάση, δηλαδή, μπορούν να μετατοπιστούν φάση.
Εάν δύο εναλλασσόμενα ρεύματα φτάσουν ταυτόχρονα τις μέγιστες τιμές και ταυτόχρονα περάσουν από μηδενικές τιμές, τότε αυτά τα ρεύματα είναι σε φάση. Σε αυτή την περίπτωση, η μετατόπιση φάσης μεταξύ των ρευμάτων είναι μηδέν (Εικ. 1, α).
Ωστόσο, υπάρχουν περιπτώσεις όπου οι τιμές του πλάτους (και του μηδέν) αυτών των ρευμάτων δεν συμπίπτουν χρονικά μεταξύ τους, δηλαδή, υπάρχει μία ή η άλλη μετατόπιση φάσης που δεν είναι ίση με μηδέν. Στο σχ. Το 1b δείχνει ρεύματα που μετατοπίζονται φάση κατά το ένα τέταρτο της περιόδου (T / 4).
Η μετατόπιση φάσης συνήθως υποδηλώνεται με το ελληνικό γράμμα φ και συχνά εκφράζεται σε μοίρες, υποθέτοντας ότι ολόκληρη η περίοδος είναι 360°, ακριβώς όπως μια πλήρης περιστροφή αντιστοιχεί σε 360°. Έτσι, η μετατόπιση φάσης κατά το ένα τέταρτο της περιόδου συμβολίζεται με φ = 90 °, και όταν οι φάσεις μετατοπίζονται κατά το ήμισυ της περιόδου, γράφουν φ = 180e.
Ρύζι. 1. Διαφορετικές μετατοπίσεις φάσης μεταξύ δύο εναλλασσόμενων ρευμάτων
Η σχέση μεταξύ της περιόδου του εναλλασσόμενου ρεύματος T και της γωνίας 360 ° μπορεί να καθοριστεί από το πείραμα στο οποίο λαμβάνεται ένα εναλλασσόμενο ημιτονοειδές EMF με ομοιόμορφη περιστροφή του πηνίου (ή του πηνίου) σε ένα ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο. Σε αυτή την περίπτωση, για μια στροφή του πηνίου, δηλ. κατά την περιστροφή του σε γωνία 360 °, το EMF κάνει μια πλήρη ημιτονοειδή ταλάντωση. Έτσι, στην πραγματικότητα, η περίοδος T αντιστοιχεί σε γωνία 360 °.
Το ίδιο προκύπτει από τη μαθηματική έκφραση για το εναλλασσόμενο ρεύμα, δηλαδή από την εξίσωσή του. Αν εναλλασσόμενο ρεύμα ξεκίνησε την αλλαγή του από τη φάση μηδέν όταν t = 0, ωt = 0 και sin ωt = 0, μετά από μια περίοδο θα αποδειχθεί
Σε αυτό το σημείο η γωνία φάσης είναι 2π ακτίνια ή 360 ° και επομένως sin ωt = sin 2π = sin 360 ° = 0. Όταν η γωνία αλλάζει από 0 σε 2π ακτίνια ή 360 °, το ημίτονο κάνει έναν πλήρη κύκλο των αλλαγών του. Αντίστοιχα, το εναλλασσόμενο ρεύμα κάνει μια πλήρη ταλάντωση.
Πρέπει να θυμόμαστε ότι μόνο τα ρεύματα της ίδιας συχνότητας μπορούν να έχουν μια καλά καθορισμένη μετατόπιση φάσης. Σε διαφορετικές συχνότητες των ρευμάτων, η μετατόπιση φάσης μεταξύ τους δεν είναι σταθερή, αλλά αλλάζει συνεχώς. Για παράδειγμα, για τα ρεύματα i1 και i2 που φαίνονται στο Σχ. 2 και με συχνότητες που διαφέρουν μεταξύ τους κατά δύο, η μετατόπιση φάσης τις χρονικές στιγμές που απεικονίζονται από τα σημεία 0, 1, 2, 3, 4 είναι 0, αντίστοιχα. 90; 180; 270; 360 °, δηλαδή κατά τη διάρκεια μιας περιόδου του τρέχοντος i1, η τιμή του φ ποικίλλει από 0 έως 360 °.
Ρύζι. 2. Μεταβλητή μετατόπιση φάσης μεταξύ ρευμάτων διαφορετικών συχνοτήτων
Όλα όσα λέγονται για τη μετατόπιση φάσης μεταξύ των ρευμάτων ισχύουν επίσης για τάσεις και ηλεκτροκινητικές δυνάμεις. Παρακάτω θα εξετάσουμε περιπτώσεις όπου θα υπάρξει μετατόπιση φάσης μεταξύ τάσης και ρεύματος.