Меню

Угол сдвига фаз переменного тока это

Сдвиг фаз переменного тока и напряжения

Мощность постоянного тока, как мы уже знаем, равна про­изведению напряжения на силу тока. Но при постоянном токе направления тока и напряжения всегда совпадают. При пере­менном же токе совпадение направлений тока и напряжения имеет место только в случае отсутствия в цепи тока конденса­торов и катушек индуктивности.

Для этого случая формула мощности

Мощность при отсутсвии сдвига фаз

На рисунке 1 представлена кривая изменения мгновенных значений мощности для этого случая (направление тока и напряжения совпадают). Обратим внимание на то обстоятельство, что направления векторов напряжения и тока в этом случае совпадают, то есть фазы тока и напряжения всегда одинаковы.

Нулевой сдвиг фаз

Рисунок 1. Сдвиг фаз тока и напряжения. Сдвига фаз нет, мощность все время положительная.

При наличии в цепи переменного тока конденсатора или катушки индуктивности, фазы тока и напряжения совпадать не будут.

О причинах этого несовпадения читайте в моем учебники для емкостной цепи и для индуктивной цепи, а сейчас установим, как будет оно влиять на величину мощности переменного тока.

Представим себе, что при начале вращения радиусы-век­торы тока и напряжения имеют различные направления. Так как оба вектора вращаются с одинаковой скоростью, то угол между ними будет оставаться неизменным во все время их вращения. На рисунке 2 изображен случай отставания вектора тока Im от вектора напряжения Um на угол в 45°.

Сдвиг фаз равен 45 градусов

Рисунок 2. Сдвиг фаз тока и напряжения. Фазы тока и напряжения сдвинуты на 45, мощность в некоторые периоды времени становиться отрицательной.

Рассмот­рим, как будут изменяйся при этом ток и напряжение. Из по­строенных синусоид тока и напряжения видно, что когда напряжение проходит через ноль, ток имеет отрицательное значение.

Затем напряжение достигает своей наибольшей ве­личины и начинает уже убывать, а ток хотя и становится по­ложительным, но еще не достигает наибольшей величины и продолжает возрастать. Напряжение изменило свое направле­ние, а ток все еще течет в прежнем направлении и т. д. Фаза тока все время запаздывает по сравнению с фазой напряже­ния. Между фазами напряжения и тока существует постоян­ный сдвиг, называемый сдвигом фаз.

Действительно, если мы посмотрим на рисунок 2, то заме­тим, что синусоида тока сдвинута вправо относительно сину­соиды напряжения. Так как по горизонтальной оси мы откла­дываем градусы поворота, то и сдвиг фаз можно измерять в градусах. Нетрудно заметить, что сдвиг фаз в точности равен углу между радиусами-векторами тока и напряжения.

Вследствие отставания фазы тока от фазы напряжения его направление в некоторые моменты не будет совпадать с на­правлением напряжения. В эти моменты мощность тока будет отрицательной, так как произведение положительной величи­ны на отрицательную величину всегда будет отрицательным. Эта значит, что внешняя электрическая цепь в эти моменты становится не потребителем электрической энергии, а источни­ком ее. Некоторое количество энергии, поступившей в цепь во время части периода, когда мощность была положительной, возвращается источнику энергии в ту часть периода, когда мощность отрицательна.

Чем больше сдвиг фаз, тем продолжительнее становятся части периода, в течение которых мощность делается отрица­тельной, тем, следовательно, меньше будет средняя мощность тока.

При сдвиге фаз в 90° мощность в течение одной четверти периода будет положительной, а в течение другой четверти периода — отрицательной. Следовательно, средняя мощность тока будет равна нулю, и ток не будет производить никакой работы (рисунок 3).

Сдвиг фаз 90 градусов

Рисунок 3. Сдвиг фаз тока и напряжения. Фазы тока и напряжения сдвинуты на 90, мощность в течении одной четвери периода положительна, а в течении другой отрицательна. В среднем мощьноть равна нулю.

Теперь ясно, что мощность переменного тока при наличии сдвига фаз будет меньше произведения эффективных значений тока и напряжения, т. е. формулы

moschnost-formula-no

в этом случае будут неверны

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Источник

Сдвиг фазы

Сдвиг фаз — разность начальных фаз переменных величин, изменяющихся по синусоидальному закону с одинаковой частотой. Сдвиг фаз измеряется в градусах, радианах или долях периода. В электротехнике большое практическое значение имеет сдвиг фаз между напряжением и током, определяющий коэффициент мощности в цепях переменного тока.

Читайте также:  Сварочный аппарат постоянного тока 500

В радиотехнике широко применяются RC-цепочки, сдвигающие фазу приблизительно на 60°. Чтобы сдвинуть фазу на 180° нужно включить последовательно три RC-цепочки. Применяется в RC-генераторах.

Наведенная во вторичных обмотках трансформатора ЭДС для любой формы тока совпадает по фазе и форме с ЭДС в первичной обмотке. При противофазном включении обмоток, трансформатор изменяет полярность мгновенного напряжения на противоположную, в случае синусоидального напряжения сдвигает фазу на 180° . Применяется в генераторе Мейснера и др.

См. также

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Сдвиг фазы» в других словарях:

сдвиг фазы — сдвиг по фазе Разность фаз двух сигналов, имеющих одинаковую частоту. Измеряется в градусах, радианах или долях периода гармонического колебания. [Л.М. Невдяев. Телекоммуникационные технологии. Англо русский толковый словарь справочник. Под… … Справочник технического переводчика

сдвиг фазы на 90° — — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом EN quadrature … Справочник технического переводчика

сдвиг фазы — fazės poslinkis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. phase displacement; phase shift vok. Phasenverschiebung, f rus. сдвиг фазы, m pranc. déphasage, m … Automatikos terminų žodynas

сдвиг фазы вибрации — (ротора турбины) [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN vibration phase lag … Справочник технического переводчика

сдвиг по фазе — фазовый сдвиг девиация фазы — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом Синонимы фазовый сдвигдевиация фазы EN phase shift … Справочник технического переводчика

сдвиг фаз между напряжением и током — Алгебраическая величина, определяемая вычитанием начальной фазы синусоидального электрического тока из начальной фазы синусоидального электрического напряжения. [ГОСТ Р 52002 2003] Тематики электротехника, основные понятия … Справочник технического переводчика

сдвиг фаз между напряжением и током — 244 сдвиг фаз между напряжением и током Алгебраическая величина, определяемая вычитанием начальной фазы синусоидального электрического тока из начальной фазы синусоидального электрического напряжения Источник: ГОСТ Р 52002 2003: Электротехника.… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Сдвиг полюсов — Стиль этой статьи неэнциклопедичен или нарушает нормы русского языка. Статью следует исправить согласно стилистическим правилам Википедии. Катастрофический сдвиг полюсов не признанная академической наукой теория, согласно которой при… … Википедия

Сдвиг фаз между напряжением и током — 1. Алгебраическая величина, определяемая вычитанием начальной фазы синусоидального электрического тока из начальной фазы синусоидального электрического напряжения Употребляется в документе: ГОСТ Р 52002 2003 Электротехника. Термины и определения… … Телекоммуникационный словарь

начальный фазовый сдвиг в фазовращателе ФАР — начальный фазовый сдвиг Сдвиг фазы радиосигнала на выходе фазовращателя ФАР по отношению к его входу, принятый за начало отсчета фаз. [ГОСТ 23066 78] Тематики антенны Обобщающие термины параметры, команды, контроль Синонимы начальный фазовый… … Справочник технического переводчика

Источник

Что такое фаза, фазовый угол и сдвиг фаз

Говоря о переменном токе, часто оперируют такими терминами как «фаза», «фазовый угол», «сдвиг фаз». Обычно это касается синусоидального переменного или пульсирующего тока (полученного путем выпрямления синусоидального тока).

Поскольку периодическое изменение ЭДС в сети или тока в цепи — это гармонический колебательный процесс, то и функция, описывающая данный процесс, — гармоническая, то есть синус или косинус, в зависимости от начального состояния колебательной системы.

Аргументом функции в данном случае является как раз фаза, то есть положение колеблющейся величины (тока или напряжения) в каждый рассматриваемый момент времени относительно момента начала колебаний. А сама функция принимает значение колеблющейся величины, в этот же момент времени.

Что такое фаза, фазовый угол и сдвиг фаз

Чтобы лучше понять значения термина «фаза», обратимся к графику зависимости напряжения в однофазной сети переменного тока от времени. Здесь мы видим что, напряжение изменяется от некоторого максимального значения Um до -Um, периодически проходя чрез ноль.

Читайте также:  Однофазные электрические цепи постоянного тока

Что такое фаза

Напряжение в однофазной сети

В процессе изменения, напряжение принимает множество значений в каждый момент времени, периодически (спустя период времени Т) возвращаясь к тому значению, с которого начиналось наблюдение за данным напряжением.

Можно сказать, что в любой момент времени напряжение находится в определенной фазе, которая зависит от нескольких факторов: от времени t, прошедшего от начала колебаний, от угловой частоты, и от начальной фазы. То что стоит в скобках — полная фаза колебаний в текущий момент времени t. Пси — начальная фаза.

Фазовый угол

Начальную фазу называют в электротехнике еще начальным фазовым углом, поскольку фаза измеряется в радианах или в градусах, как и все обычные геометрические углы. Пределы изменения фазы лежат в интервале от 0 до 360 градусов или от 0 до 2*пи радиан.

На приведенном выше рисунке видно, что в момент начала наблюдения за переменным напряжением U, его значение не было нулем, то есть фаза уже успела в данном примере отклониться от нуля на некоторый угол Пси, равный около 30 градусов или пи/6 радиан — это и есть начальный фазовый угол.

В составе аргумента синусоидальной функции, Пси является константной, поскольку данный угол определяется в начале наблюдения за изменяющимся напряжением, и потом уже в принципе не изменяется. Однако его наличие определяет общий сдвиг синусоидальной кривой относительно начала координат.

По ходу дальнейшего колебания напряжения, текущий фазовый угол изменяется, вместе с ним изменяется и напряжение.

Для синусоидальной функции, если полный фазовый угол (полная фаза с учетом начальной фазы) равен нулю, 180 градусам (пи радиан) или 360 градусам (2*пи радиан), то напряжение принимает нулевое значение, а если фазовый угол принимает значение 90 градусов (пи/2 радиан) или 270 градусов (3*пи/2 радиан) то в такие моменты напряжение максимально отклонено от нуля.

Фазовый сдвиг

Фазовый сдвиг

Обычно в ходе электротехнических измерений в цепях переменного синусоидального тока (напряжения), наблюдение ведут одновременно и за током и за напряжением в исследуемой цепи. Тогда графики тока и напряжения изображают на общей координатной плоскости.

В этом случае частота изменения тока и напряжения идентичны, но различны, если смотреть на графики, их начальные фазы. В этом случае говорят о фазовом сдвиге между током и напряжением, то есть о разности их начальных фазовых углов.

Фазовый сдвиг на осциллографе

Иными словами фазовый сдвиг определяет то, на сколько одна синусоида смещена во времени относительно другой. Фазовый сдвиг, как и фазовый угол, измеряется в градусах или радианах. По фазе опережает тот синус, период которого начинается раньше, а отстает по фазе тот, чей период начинается позже. Фазовый сдвиг обозначают обычно буквой Фи.

Фазовый сдвиг, например, между напряжениями на проводах трехфазной сети переменного тока относительно друг друга является константой и равен 120 градусов или 2*пи/3 радиан.

Источник



Активная, реактивная и полная и мощность переменного тока. Сдвиг фаз

Для этого, скажем так, почти идеального случая, формула мощности будет такой же как и в случае с постоянным током

На рисунке ниже нарисована кривая изменения мгновенных значений мощности для данного случая ( т.е направление тока и напряжения одинаковые). Таким образом, фазы тока и напряжения совпадают.

Мощность переменного тока. Сдвиг фаз I и U

Если в цепи переменного тока стоит конденсатор или катушки индуктивности, фазы тока и напряжения совпадать не будут.

Предположим, что в начальный момент радиусы-векторы тока и напряжения имеют различные направления. Так как оба вектора вращаются с постоянной скоростью, то угол между ними будет одинаковым во все время их вращения. На рисунке ниже изображен случай отставания вектора тока Im от вектора напряжения Um на угол в 45°.

Читайте также:  Что такое мощность в цепи постоянного тока определение

Как будут меняться при этом ток и напряжение. Из рисунка видно, что когда напряжение проходит через точку нуля, ток имеет отрицательное значение. когда напряжение достигает своего максимального значения и начинает уже убывать, а ток хоть и становится положительным, но еще не набирает максимального уровня и продолжает увеличиваться. Напряжение меняет свое направление, а ток все еще идет в прежнем и т. д. Фаза тока все время отстает от фазы напряжения, т.е между ними имеется существует постоянный сдвиг, который получил название сдвиг фаз.

Вследствие отставания фазы тока от фазы напряжения их направления в некоторые моменты не будут одинаковыми. В эти моменты мощность тока будет отрицательной. Это означает, что внешняя цепь в эти самые моменты становится источником электрической энергии и даже возвращает обратно некоторое количество энергии.

Чем сильне сдвиг фаз, тем длинее периоды, в течение которых мощность отрицательная, тем ниже будет средняя мощность переменного тока.

При сдвиге фаз в 90° мощность в течение первой четверти периода будет положительной, а в течение второй четверти периода — отрицательной. поэтому, средняя мощность переменного тока будет равна нулю, и ток не будет совершать никакой работы

Мощность переменного тока

Как же рассчитать мощность переменного тока, когда направления радиусов-векторов тока и напряжения не совпадают?

Предположим, что мы тянем тележку с грузом, по рельсам. Но мы тянем ее не вдоль рельсов, а под определенным углом к ним. Угол между направлением движения и направлением наших усилий обозначим буквой φ (фи).

Если мы знаем сколько полезной силы, потратили протащив определенный путь, то достаточно легко можно посчитать и работу

Теперь вернемся к нашим ба. радиусам-векторам тока и напряжения. И применим этот же способ. Мощность переменного тока при разности фаз φ = 0° равняется половине произведения вектора напряжения Um и вектора тока Im.

В случае, если мощность переменного тока, при разности фаз φ≠ 0 , будет равна половине произведения вектора напряжения Um и проекции вектора тока Im, проектируемого на вектор напряжения. Как нетрудно заметить, величина проекции зависит, от длины проектируемого вектора и от угла между ним и направлением, на которое он проектируется.

Если обозначить этот угол буквой φ, то длина проекции определяется длиной проектируемого вектора, умноженного на некоторый коэффициент, характеризующий этот угол, называемый косинусом угла (cos φ). Значения косинусов различных углов даны в таблице.

Тоесть, проекция радиуса-вектора равна длине радиуса-вектора, умноженной на cos φ.
Тогда мощность переменного тока рассчитывается по следующей формуле:

Мгновенной мощностью p(t) принято считать произведение приложенного к цепи мгновенного значения тока i(t) на мгновенное напряжения u(t).

График мгновенной мощности для этого случая показан на рисунке чуть ниже:

На рисунке мощность изображена заштрихованной областью. Знак мощности зависит толька от сдвига фаз между напряжением и током. Т.к в идеальном случае в цепи имеются только активные сопротивления, сдвиг фаз отсутствует, поэтому мощность со знаком поюс. Рассмотрим другой график, имеющий реактивную состовляющую.

На этои рисунке хороши видны области p(t) с минусовым знаком. Такой график соответствует схеме, в которой имется конденсатор или индуктивность, причем положительные участки — это мощность, которая ушла в цепь и рассеялась на сопротивлении, либо запаслась емкости или индуктивности, а отрицательные участки — был возврат обратно источнику питания.

Активная мощность – это электротехническая величина, характеризующая процесс преобразования элетроэнергии в другой вид энергии.

Реактивная мощность – это величина, характеризующая нагрузки создаваемые различными колебаниями электромагнитных полей, которые встречаются цепях с конденсаторами и индуктивностями. А по своей сути это энергия, которая переходит от источника питания к потребителю (нагрузке), а затем возвращается обратно этими реактивными компонентами в течении одного полупериода.

Полная мощность — электротехническая величина, равная произведению действующих значений периодического напряжения U и электрического тока I в цепи переменного тока на её зажимах.

Источник