Что такое начальная фаза переменного тока
Содержание
Распределение электроэнергии в современном мире основывается на переменном токе. Так называют ток, значения которого повторяются через одинаковые временные промежутки и с одинаковой последовательностью. Переменный ток находит более широкое применение по сравнению с постоянным, поскольку его легче транспортировать на значительные расстояния. Но в цепях при использовании такого тока происходят довольно сложные физические процессы. Для управления ими необходимо знать, что собой представляют такие понятия, как фаза, сдвиг фазы, фазовый угол и прочие.
Что является начальной фазой
Переменный ток отличается от постоянного своими изменениями ориентированности в электроцепи. Если эти изменения происходят по закону синусоиды, то ток называется синусоидальным.
Фазой называют угол поворота радиус-вектора, то есть, его отклонение от точки отсчета или начального положения. Завершенный оборот радиус-вектора вокруг оси равен одному периоду. С каждым его витком фазы будут повторяться (каждые 360 градусов).
Понятие фаза переменного тока связано с тем, что напряжение на разных участках графика разное. Оно то увеличивается, то падает, пересекая нулевой показатель. Перемены напряжения повторяются через равномерные, одинаковые отрезки времени — периоды. Поэтому, в тот или иной момент времени напряжение находится в той или иной фазе.
Фаза выражает величину ЭДС или тока в определенный момент времени. Это одномоментный показатель, который может иметь разное значение и изменяться по убывающей и нарастающей. Показатели мгновенного значения ЭДС в одной и той же фазе, но в разных циклах будут одинаковыми. С помощью измерений фазы, можно определить, повышается ЭДС или уменьшается.
Начальная фаза синусоидального тока — это определенная зона на графике или окружности, очерчиваемой радиус-вектором. Она всегда отсчитывается от точки, соответствующей нулевому значению синусоиды до точки нулевого значения времени (начала координат). Начальная фаза переменного тока может иметь, как положительное, так отрицательное значение. Все зависит от точки отсчета на графике. При положительном значении фазы начало графика тока будет сдвинуто влево от начала координат, а при отрицательном — вправо.
Другие показатели колебаний тока
Наилучшим образом течение тока в замкнутой цепи характеризует график.
Изменения переменного тока имеют циклический характер. Цикл или период — это временной промежуток, на протяжении которого ток проходит все фазы от начальной точки до повторного достижения максимального показателя. Измеряется этот параметр в секундах. Для удобства и точного его определения используются и такие единицы измерения, как миллисекунды и микросекунды.
Важной характеристикой также является частота переменного тока. Ее обозначают буквой f, а измеряют в герцах. Частота отражает количество периодов в единицу времени. Период и частота имеют обратно пропорциональную зависимость друг от друга. Чем меньше уходит времени на один период, тем выше частота, а чем ниже она, тем больше длится одно колебание.
Угловая или циклическая частота показывает угол перемещения радиус-вектора за одну секунду. Обозначается этот показатель буквой греческого алфавита омега, а измеряется в радианах.
Радиан представляет собой длину круга, которая равна радиусу ее очерчивающему. Круг, как известно, имеет 360 градусов. В радианах это составляет 6.28 или 2π.
Наивысшее значение, которое может достичь электродвижущая сила (ЭДС) или ток при прохождении одного периода — это амплитуда. Она равняется длине радиус-вектора.
Начальную фазу в электротехнике называют также начальным фазовым углом, поскольку она подобно углам измеряется в градусах или радианах. Изменения фазового угла могут происходить от 0 до 360 градусов, а в радианах его значение составит от 0 до 2π. Эти изменения происходят вместе с колебаниями напряжения.
При проведении измерений токовых характеристик определяют показатели как тока, так и напряжения. Их графически отображают на одной плоскости координат. Если частота изменения каждой из составляющей одинакова, но их стартовые фазы отличаются друг от друга, то это является фазовым смещением или сдвигом. Он указывает, насколько синусоиды сдвинуты во времени.
Сдвиг фаз — это разность фаз, которая равняется разности начальных фаз. Если синусоидальные функции одинаковой частоты имеют одинаковые начальные фазы, то считают, что они совпадают по фазе. Когда разность фаз равняется ±π, то функции являются противоположными по фазе, а если эта разность составляет ±π/2, то они находятся в квадратуре.
Как определяется
Мгновенное значение синусоидального тока определяется по формуле:
Начальная фаза определяет значение силы тока в нулевой момент времени:
Если начальная фаза тока i равняется нулю, ее можно не включать в расчет.
Иногда колебания тока представляют в косинусной форме. Переход к ней осуществляется достаточно просто. Для этого должна быть изменена начальная (стартовая) фаза:
Практическое применение
Такими понятиями, как фаза, сдвиг фазы, фазовый угол пользуются в электроэнергетике для оценки эффективности и надежности сетей. С помощью фазового угла определяют синхронность электротоков в разных фазах, чтобы при необходимости корректировать их и таким образом обеспечивать стабильное функционирование системы.
В схемах с использованием двигателей знание фаз позволяет управлять положением ротора. А в аудио- и видеосистемах кодирования сдвиг фазы совместно с фазовым углом используют для компрессии и декомпрессии сигналов. В сфере освещения эти параметры необходимо знать, чтобы правильно подбирать элементы освещения. Особенно они важны при монтаже электронных блоков питания для светодиодных ламп.
Загрузка...
