Τι είναι φάση, γωνία φάσης και μετατόπιση φάσης

Όταν μιλούν για εναλλασσόμενο ρεύμα, συχνά εργάζονται με όρους όπως "φάση", "γωνία φάσης", "μετατόπιση φάσης". Αυτό συνήθως αναφέρεται σε ένα ημιτονοειδές εναλλασσόμενο ή παλμικό ρεύμα (που λαμβάνεται με ανόρθωση ημιτονοειδές ρεύμα).

Δεδομένου ότι η περιοδική μεταβολή του EMF στο δίκτυο ή του ρεύματος στο κύκλωμα είναι αρμονική ταλαντωτική διαδικασία, τότε η συνάρτηση που περιγράφει αυτή τη διαδικασία είναι αρμονική, δηλαδή ημιτονοειδές ή συνημίτονο, ανάλογα με την αρχική κατάσταση του ταλαντούμενου συστήματος.

Το όρισμα της συνάρτησης σε αυτή την περίπτωση είναι μόνο η φάση, δηλαδή η θέση της ταλαντούμενης ποσότητας (ρεύμα ή τάση) σε κάθε εξεταζόμενη χρονική στιγμή σε σχέση με τη στιγμή της έναρξης των ταλαντώσεων. Και η ίδια η συνάρτηση παίρνει την τιμή της κυμαινόμενης ποσότητας την ίδια χρονική στιγμή.

Φάση

Για να κατανοήσουμε καλύτερα την έννοια του όρου «φάση», ας στραφούμε στο γράφημα της εξάρτησης της τάσης σε ένα μονοφασικό δίκτυο AC με την ώρα. Εδώ βλέπουμε ότι η τάση αλλάζει από μια ορισμένη μέγιστη τιμή Um σε -Um, περνώντας περιοδικά από το μηδέν.

Στη διαδικασία αλλαγής, η τάση λαμβάνει πολλές τιμές σε κάθε χρονική στιγμή, περιοδικά (μετά από ένα χρονικό διάστημα T) επιστρέφει στην τιμή από την οποία ξεκίνησε η παρακολούθηση αυτής της τάσης.

Μπορούμε να πούμε ότι ανά πάσα στιγμή η τάση βρίσκεται σε μια συγκεκριμένη φάση, η οποία εξαρτάται από διάφορους παράγοντες: από το χρόνο t που έχει περάσει από την έναρξη των ταλαντώσεων, από τη γωνιακή συχνότητα και από την αρχική φάση. Σε παρένθεση είναι η φάση πλήρους ταλάντωσης την τρέχουσα χρονική στιγμή t. Το Psi είναι η αρχική φάση.

Γωνία φάσης

Η αρχική φάση ονομάζεται επίσης στην ηλεκτρική μηχανική γωνία αρχικής φάσηςαφού η φάση μετριέται σε ακτίνια ή μοίρες, όπως όλες οι κανονικές γεωμετρικές γωνίες. Τα όρια μετατόπισης φάσης κυμαίνονται από 0 έως 360 μοίρες ή 0 έως 2 * ακτίνια pi.

Στο παραπάνω σχήμα, φαίνεται ότι τη στιγμή της έναρξης της παρατήρησης της εναλλασσόμενης τάσης U, η τιμή της δεν ήταν μηδέν, δηλαδή, η φάση είχε ήδη καταφέρει να αποκλίνει από το μηδέν σε αυτό το παράδειγμα σε μια ορισμένη γωνία Psi ίσο με περίπου 30 μοίρες ή pi / 6 ακτίνια — αυτή είναι και είναι η αρχική γωνία φάσης.

Ως μέρος του ορίσματος μιας ημιτονοειδούς συνάρτησης, το Psi είναι σταθερό επειδή αυτή η γωνία καθορίζεται στην αρχή της παρατήρησης της μεταβαλλόμενης τάσης και στη συνέχεια γενικά δεν αλλάζει. Ωστόσο, η παρουσία του καθορίζει τη συνολική μετατόπιση της ημιτονοειδούς καμπύλης σε σχέση με την αρχή.

Καθώς η τάση αυξομειώνεται περαιτέρω, η γωνία της τρέχουσας φάσης αλλάζει και η τάση αλλάζει μαζί της.

Για μια ημιτονοειδή συνάρτηση, εάν η συνολική γωνία φάσης (πλήρης φάση, λαμβάνοντας υπόψη την αρχική φάση) είναι μηδέν, 180 μοίρες (ακτίνια pi) ή 360 μοίρες (2 * ακτίνια pi), τότε η τάση λαμβάνει μηδέν και εάν η γωνία φάσης παίρνει μια τιμή 90 μοιρών (pi / 2 ακτίνια) ή 270 μοιρών (3 * pi / 2 ακτίνια), τότε σε τέτοιες στιγμές η τάση αποκλίνει στο μέγιστο από το μηδέν.

Αλλαγή φάσης

Συνήθως, κατά τη διάρκεια των ηλεκτρικών μετρήσεων σε κυκλώματα με εναλλασσόμενο ημιτονοειδές ρεύμα (τάση), τόσο το ρεύμα όσο και η τάση στο κύκλωμα που ερευνάται παρατηρούνται ταυτόχρονα. Στη συνέχεια, τα γραφήματα ρεύματος και τάσης σχεδιάζονται σε ένα κοινό επίπεδο συντεταγμένων.

Σε αυτή την περίπτωση, η συχνότητα αλλαγής του ρεύματος και της τάσης είναι πανομοιότυπη, αλλά διαφορετική, αν κοιτάξετε τα γραφήματα, τις αρχικές τους φάσεις. Σε αυτή την περίπτωση λένε για τη μετατόπιση φάσης μεταξύ ρεύματος και τάσης, δηλαδή για τη διαφορά μεταξύ των αρχικών γωνιών φάσης τους.

Με άλλα λόγια, η μετατόπιση φάσης καθορίζει πόσο μετατοπίζεται το ένα ημιτονοειδές κύμα χρονικά από το άλλο. Η μετατόπιση φάσης, όπως και η γωνία φάσης, μετράται σε μοίρες ή ακτίνια. Σε φάση, το ημίτονο του οποίου η περίοδος αρχίζει νωρίτερα προηγείται και εκείνο του οποίου η περίοδος αρχίζει αργότερα στη φάση καθυστερεί. Η μετατόπιση φάσης συνήθως υποδηλώνεται με το γράμμα Phi.

Η μετατόπιση φάσης, για παράδειγμα, μεταξύ των τάσεων στους αγωγούς ενός τριφασικού δικτύου AC σε σχέση μεταξύ τους είναι σταθερή και ίση με 120 μοίρες ή 2 * pi / 3 ακτίνια.