Что такое сдвиг по фазе в электротехнике
Содержание
Фаза представляет собой временную связь двух сигналов. На протяжении периода колебания ее значение меняется от нуля до 360 градусов. Сдвиг сигналов по фазе — это разница между начальными фазами пары сигналов, изменяющихся периодично с одинаковыми частотами.
Фазовый сдвиг — что это
Сдвиг фаз позволяет дать оценку двум волновым процессам во времени. Например, фазы двух синусоид будут сдвинутыми, если они пересекают нулевую точку в разные моменты времени. Первой это сделает синусоида с большей начальной фазой.
Следовательно, сдвигом фаз можно считать запаздывание первого сигнала относительно второго. Если сигналы колеблются с одинаковой частотой, то фазовый сдвиг становится причиной ослабления или усиления результирующего сигнала. В предельном случае (у сигналов фазы противоположных знаков) на выходе получается абсолютный ноль. Если сдвиг нулевой или является величиной постоянной, то говорят о когерентности (согласованности) двух волновых процессов. Сдвиг является постоянным при условии, что сигналы имеют одинаковую частоту. Если же частоты разные, он все время будет меняться.
Фазовый сдвиг — величина безразмерная. Для его обозначения используют греческую букву . Данный параметр называют также углом сдвига, поэтому выражается он в градусах или радианах. Угол сдвига или сдвиг фаз характеризирует периодически изменяющийся параметр на определенной стадии. В электротехнике это ток, напряжение или ЭДС.
Определяется значение угла сдвига фаз с помощью такой формулы:
Фазовый сдвиг между током и напряжением
В современной системе электроснабжения используется переменное напряжение, поскольку оно легко преобразуется по величине с помощью трансформаторов. Формула переменного напряжения выглядит так:
Величину тока можно определить, пользуясь законом Ома:
Как видно из последней формулы, значение тока в любой момент времени отличается от значения напряжения на некоторое значение R. Следовательно, ток по форме будет точно таким же, как и напряжение. Если же говорить более просто, ток и напряжение — это синусоидальные величины, которые изменяются с одинаковой частотой.
Когда в электроцепи отсутствуют конденсаторы и катушки индуктивности, то ток и напряжение совпадают по фазе. В цепи с конденсатором ток опережает напряжение на 1/4 периода (π/2), а при наличии индуктивности он отстает от напряжения на такую же величину. Если в цепи присутствует еще и активное сопротивление, то значение фазового сдвига будет меняться в пределах π/2 > > -π/2.
Сдвиг в трехфазных электросетях
Однофазную систему питания сейчас используют намного реже, чем трехфазную. Причина в том, что однофазные системы имеют такой существенный недостаток, как неравномерность генерации и транспортировки электроэнергии. В трехфазной сети передача энергии всегда происходит с одинаковой скоростью. Упрощенно ее можно представить, как состоящую из трех однофазных систем у которых напряжение сдвинуто по фазе на 120 градусов или треть периода (2π/3 радиан). Это означает, что в каждый момент времени есть фаза с максимальной положительной амплитудой напряжения, фаза с максимальной отрицательной амплитудой и фаза с нулевой амплитудой. Такой фазовый сдвиг обеспечивает более стабильную работу системы и предотвращает перегрузки.
Как измеряется
Угол сдвига фаз измеряется с помощью специального прибора — фазометра. Измерение осуществляется в диапазоне от 0 до 360 градусов для сигналов с частотой от 20 Гц до 20 ГГц. Точность измерений гарантируется при условии, что напряжение входного сигнала составляет от 1 мВ до 100 В.
Кроме этого способа, существует еще несколько:
Осциллографический способ является самым простым. Погрешность при его использовании составляет не более пяти градусов.
Угол сдвига фаз является определяющим фактором для реактивной мощности и, следовательно, коэффициента мощности, который выражают через cos. Этот параметр служит важной характеристикой при оценке эффективности работы электрооборудования.
Загрузка...
