При каких условиях ток и напряжение в цепи переменного тока совпадают по фазе

Обновлено: 05.05.2024

Проверьте себя в знании теории однофазного переменного тока

Синусоида тока при определении параметров в индуктивной катушке несколько отстает от синусоиды напряжения.

Напряжение опережает ток по фазе Напряжение опережает ток по фазе

А в емкости поведение совершенно противоположное - синусоида тока как бы опережает напряжение.

Ток опережает по фазе напряжение Ток опережает по фазе напряжение

Если же снимать синусоиды тока и напряжения в активной нагрузке, которой в частности являются лампы накаливания и реостаты, то максимальные и нулевые точки напряжения и тока совпадают во времени.

Напряжение ток по фазе совпадают Напряжение ток по фазе совпадают

Такое поведение характерно как для цепей однофазного, так и трехфазного тока.

При решении задач с определением величин полного тока, напряжения, полного сопротивления цепи, косинуса фи и прочих параметров графическим методом удобно заменять синусоиды векторами. И строить векторные диаграммы.

Их особенностью является то, что все векторы в них вращаются одновременно против часовой стрелки.

При наличии векторной диаграммы несложно выполнять и обратную задачу, выявить схему соединения подключенных в цепь элементов: активного, емкостного и индуктивного сопротивления .

Предлагаю вам проверить себя в знании теории в теме переменного тока однофазной цепи и решении простеньких задач с помощью векторных диаграмм .

Пройдите следующий тест и вы узнаете профан вы в электротехнике или электрик профи:

Что значит напряжение и ток совпадают по фазе? Или наоборот ток отстаёт или опережает напряжение.

Меня интересует физически как это представляется, синусоиды я видел
В частности интересно почему происходит такая рассинхронизация? Какие-нибудь примеры конкретные?

Сергей Баруздин Оракул (67564) трехфазное напряжение поглядите в викепедии, что такое действующее значение тамже поймёте. А в некоторых цепях такое же расхождение происходит между током и напряжением.

Остальные ответы

То и значит, что они одновременно достигают максимума. Или не одновременно ))

KehayМыслитель (5456) 5 лет назад

виктор носковОракул (88222) 5 лет назад

показаны две синусоиды с опережениями.
И ни одной с совпадением.

совпадают по фазе значит одновременно возрастают и убывают (первый случай)
а вот если одна величина опережает другую на определенный угол (второй случай, величина В опережает А)

KehayМыслитель (5456) 5 лет назад

В каких конкретно случаях такое происходит? Что может заставить ток отставать от напряжения?

Роман Ганеев Знаток (307) такой процесс всегда происходит на катушке индуктивности (именно ток отстает от напряжения, или, что то же самое, напряжение опережает ток на угол 90 градусов)

Напряжение и ток совпадают по фазе - означает, что угол между векторами тока и напряжения равен нулю.
Отстает или опережает означает, что угол есть, и он больше, либо меньше нуля

почему в цепях переменного тока напряжение и ток не совпадают по фазе?

Это связано с тем, что в эти цепи входят элементы, для которых такое смещение имеет место.
Для резисторов сдвига по фазе между напряжением и током нет.

Для конденсатора сдвиг по фазе будет. Попробую пояснить это словами без формул. Когда через конденсатор протекает ток, заряд на его обкладке, в которую ток втекает, увеличивается, а на противоположной уменьшается. В тот момент, когда ток меняет направление, та обкладка, в которую ток втекал ранее, становится обкладкой, из которой ток вытекает, поэтому заряд на ней начинает уменьшаться. Отсюда вывод: когда ток меняет знак, заряд на конденсаторе имеет максимум. Заряд на конденсаторе через ёмкость связан с напряжением. Поэтому в этот же момент напряжение на конденсаторе имеет максимум.
Значит, когда ток равен нулю (а он равен нулю, когда меняет знак) , напряжение на конденсаторе максимально (или минимально в общем случае) . А это значит, что по фазе они не совпадают.

ИНФОФИЗ - мой мир.

Есть только два способа прожить жизнь. Первый — будто чудес не существует. Второй — будто кругом одни чудеса.

А.Эйнштейн

Вопросы к экзамену

Для всех групп технического профиля

Урок 43-2 (продолжение) Переменный ток

Рассмотрим по отдельности случаи подключения внешнего источника переменного тока к резистру с сопротивлением R, конденсатору емкости C и катушки индуктивности L. Во всех трех случаях напряжения на резисторе, конденсаторе и катушке равны напряжению источника переменного тока.

1. Резистор в цепи переменного тока

Сопротивление R называют активным, потому что цепь с таким сопротивлением поглощает энергию.

Активное сопротивление - устройство, в котором энергия электрического тока необратимо преобразуется в другие виды энергии (внутреннюю, механическую)

Пусть напряжение в цепи меняется по закону: u = Umcos ωt ,

тогда сила тока меняется по закону: i = u/R = I_Rcosωt

u – мгновенное значение напряжения;

i – мгновенное значение силы тока;

I_R - амплитуда тока, протекающего через резистор.

Связь между амплитудами тока и напряжения на резисторе выражается соотношением RI_R = U_R

Колебания силы тока совпадают по фазе с колебаниями напряжения. (т.е. фазовый сдвиг между током и напряжением на резисторе равен нулю).

2. Конденсатор в цепи переменного тока

При включении конденсатора в цепь постоянного напряжения сила тока равна нулю, а при включении конденсатора в цепь переменного напряжения сила тока не равна нулю. Следовательно, конденсатор в цепи переменного напряжения создает сопротивление меньше, чем в цепи постоянного тока.

Соотношение между амплитудами тока I_C и напряжения

Ток опережает по фазе напряжение на угол π/2.

3. Катушка в цепи переменного тока

В катушке, включенной в цепь переменного напряжения, сила тока меньше силы тока в цепи постоянного напряжения для той же катушки. Следовательно, катушка в цепи переменного напряжения создает большее сопротивление, чем в цепи постоянного напряжения.

Соотношение между амплитудами тока I_L и напряжения U_L:

Ток отстает по фазе от напряжения на угол π/2.

Теперь можно построить векторную диаграмму для последовательного RLC-контура, в котором происходят вынужденные колебания на частоте ω. Поскольку ток, протекающий через последовательно соединенные участки цепи, один и тот же, векторную диаграмму удобно строить относительно вектора, изображающего колебания тока в цепи. Амплитуду тока обозначим через I₀. Фаза тока принимается равной нулю. Это вполне допустимо, так как физический интерес представляют не абсолютные значения фаз, а относительные фазовые сдвиги.

Векторная диаграмма на рисунке построена для случая, когда или В этом случае напряжение внешнего источника опережает по фазе ток, текущий в цепи, на некоторый угол φ.

Векторная диаграмма для последовательной RLC-цепи

Из рисунка видно, что

Из выражения для I₀ видно, что амплитуда тока принимает максимальное значение при условии

Явление возрастания амплитуды колебаний тока при совпадении частоты ω внешнего источника с собственной частотой ω₀ электрической цепи называется электрическим резонансом. При резонансе

Сдвиг фаз φ между приложенным напряжением и током в цепи при резонансе обращается в нуль. Резонанс в последовательной RLC-цепи называется резонансом напряжений. Аналогичным образом с помощью векторной диаграммы можно исследовать явление резонанса при параллельном соединении элементов R, L и C (так называемый резонанс токов).

При последовательном резонансе (ω = ω₀) амплитуды U_C и U_L напряжений на конденсаторе и катушке резко возрастают:

Рисунок иллюстрирует явление резонанса в последовательном электрическом контуре. На рисунке графически изображена зависимость отношения амплитуды U_C напряжения на конденсаторе к амплитуде ₀ напряжения источника от его частоты ω. Кривые на рисунке называются резонансными кривыми.

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

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.

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°.

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).

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

в этом случае будут неверны

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Фаза тока, что это такое. Простым и понятных языком.

Давайте рассмотрим, что же все таки такое - фаза тока.

Ист очник фото Яндекс Фаза тока Ист очник фото Яндекс Фаза тока

Практически все новички и собственники домов часто сталкиваются с проблемой: что же такое фаза тока в обычной электрической проводке? Такие вопросы возникают чаще всего в процессе ремонта каких-то электроприборов.

При возникновении такой ситуации, в первую очередь, нужно думать и соблюдать технику безопасности. А знания и умения должны отойти на второй план. Глубокие познания об самых простых законах образования тока и различных процессов, которые происходят непосредственно в бытовых приборах. Эти знания не только могут помочь найти решение проблем множества неисправностей, которые возникают в электроприборах, но и решить их самым простым и надежным способом.

Практически все конструкторы и инженеры работают над тем, чтобы сократить количество несчастных случаев в процессе ремонтных работ с электросетью либо электроприборами. Основная цель потребителей – соблюдать четко прописанные нормы и стандарты.

Давайте детальнее поговорим о токе:

однофазном;
двухфазном;
трехфазном.

Однофазный ток.

Под однофазным током подразумевают – переменный ток, образующийся в процессе вращательных действий в области магнитного поля проводника либо целой совокупности проводников, которые объединяются общий поток.

Как вы уже знаете, однофазный ток передается с помощью двух проводов. Эти провода называют:

1.Один провод это, непосредственно, фаза;
2.Второй – ноль.

В этих проводах напряжение 220 В.

Однофазное электропитание можно охарактеризовать множеством способов. Ни для кого не секрет, что однофазный ток поступает к потребителю с помощью:

1.Двух проводов;
2.Трех проводов.

Первый вариант подачи однофазного тока – двухпроводной использует два провода, как это понятно уже исходя из названия. Один провод передает фазу, а второй предназначается для нулевого напряжения. На использовании такой системы ориентировались практически всегда при строительстве домостроений в СССР.

Использование второго предусматривает добавление еще одного провода. Он применяется для заземления. Основное предназначение такого провода – исключение варианта поражения людей электрическим током. Так же он нужен для отвода тока при утечке и исключение неполадок электроприборов.

Двухфазный ток.

Под понятием двухфазный электрический ток все понимают – слияние двух однофазных токов, которые имеют сдвиг по фазе друг к другу. Угол сдвига может быть Pi2 либо 90 °.

Рассмотреть образование двухфазного тока можно на примере. Необходимо взять две индуктивные катушки и разместить их в пространстветак, чтобы оси этих катушек были перпендикулярны друг у другу. Затем нужно подключить обе катушки к двухфазному току. В итоге мы будем иметь систему, в которой образовалось 2 обособленных магнитных поля. В результирующем магнитном поле вектор будет вращатьсяс одной и той же скоростью и под одинаковым углом. В результате такого вращения и образуется магнитное поле. Ротор с обмотками, которые произведены в форме короткозамкнутого «беличьего колеса» либо металлического цилиндра на валу, будут вращаться и тем самымприводить в движение различные частицы.
Передача двухфазного тока осуществляется при помощью двух проводов: двумя фазными и двумя нулевыми.

Трехфазный ток.

Под трехфазной системой электрических цепей – принято понимать систему, состоящую из трех цепей. В этих цепях имеются переменные, ЭДС с одинаковой частотой, которые одинаково сдвинуты по фазе и по отношению друг к другу на 1/3 периода(=2/3). Каждый отдельный кусочек такой цепи можно смело назвать его фазой. А совокупную систему принято считать трехфазным током. Трехфазный ток без особого труда можно передавать на достаточно большие расстояния. Паре фазных проводов свойственно напряжение 380В. Если в паре фаза и ноль – 220В.

Распределить трехфазный ток по домостроениям можно такими способами:

Четырехпроводное подключение – происходит с использованием трех фаз и одного нулевого провода. Такая система до распределительного щитка, после используют два стандартных провода – фазу и ноль, чтобы иметь напряжение 220В.

При пятипроводном подключении трехфазного тока к уже привычной схеме нужно добавить еще провод, который обеспечивает защиту и заземление. В трехфазной сети все фазы имеют одинаковую нагрузку, чтобы избежать перекоса фаз. От используемой в домостроении проводки зависит и возможность подключения к сети тех или иных электроприборов. Например, заземление просто необходимо если в сеть планируют включать достаточно мощные электроприборы, такие как холодильник, печь, обогреватель, компьютер, телевизор, джакузи, душевая кабинка. Трехфазный ток применяют как источник электропитания двигателей, которые пользуются большой популярностью у потребителей.

Как устроена бытовая проводка

Изначально электроэнергию получают на электростанциях. Потом с помощью промышленной электросети ее передают на трансформаторную подстанцию, а там уже и происходит преобразование напряжения в 380В. Обмотки понижающего трансформатора соединены по принципу «звезда»: все три контакта необходимо подключить к точке «0», а оставшиеся контакты к клеммам «A», «B» и «C».

Все контакты «0», которые были объединены необходимо подключить к заземленному проводу на подстанции. Именно на территории подстанции и происходит расщепление ноля на:

1.Рабочий ноль;
2.PE-проводник, который выполняет защитную функцию.

После выхода из понижающего трансформатора все нули и фазы тока поступают в распределительный щиток домостроения. В результате получается трехфазная система, которая распределяется по всем щиткам многоэтажки. К конечному потребителю попадает напряжение 220В, проводник РЕ выполняет именно эту защитную функцию.

Теперь давайте более детально рассмотрим, что же представляет собой ноль и фаза тока? Нулем принято считать проводник тока, который подключают к контуру заземления в понижающем трансформаторе. Он предназначен для образования нагрузки фазы тока. Присоединять проводник необходимо к обмотке трансформатора. Так же есть такое понятие «защитный ноль» - это именно РЕ-контакт, который мы описывали ранее. Основное его предназначение – отвод тока в случае возникновения поломок либо неисправностей в цепи.

Такой метод пользуется огромной популярностью при подключении к электросети многоэтажных домов. Пользуются им уже много десятилетий. Случаются случаи, когда в системе возникают неисправности. В основном, причиной этому служит низкое качество соединения в цепи либо порыв на линии.

Что происходит в нуле и фазе при обрыве провода.

Обрывы на линии достаточно часто возникают по вине мастеров – они забывают подключить фазу либо ноль. Такие поломки достаточно распространены. Так же довольно часто происходит процесс отгорания нуля на подъездном щитке например, из-за высокой нагрузки в системе.

Если происходит порыв на любом участке цепи, то прекращает функционировать вся цепь, т.к. она размыкается. В таких ситуациях совершенно не важно, какой провод поврежден – фаза или ноль.

То же самое случается и при порыве между распределительным щитом многоэтажки и щитком в подъезде. При таком порыве все потребители, которые были подключены к данному щитку, будут без электроэнергии.

Все ситуации, которые мы попытались описать выше, имеют место быть. Они могут показаться сложными, но не несут никакой опасности для человечества. Ведь обрыв произошел только одного провода, поэтому это совершенно не опасно.

Очень тревожная ситуация – когда пропадает контакт между контуром заземления на подстанции и средним пунктом, к которому поступает все напряжение внутридомового щитка.

Именно в таком варианте электрический ток движется по контурам AB, BC, CA. Совокупное напряжение этих контуров 380В. Именно по этой причине и возникает достаточно опасная ситуация – один щиток может вообще не иметь напряжения, потому что хозяин отключит все электроприборы, а на другом образуется очень высокий уровень напряжения, около 380В. Это может способствовать выходу из строя многих приборов, потому что для них необходимо напряжение в 220В.

Естественно, появление данной ситуации можно избежать. Имеется масса недорогого/дорогостоящего оборудования, которое защитит вашу технику от скачков напряжения.

К такому оборудованию относится и стабилизатор напряжения. Различают такие виды стабилизаторов:

Как же определить фаза это или ноль?

Для определения ноль это либо фаза рекомендуют пользоваться специальным оборудованием – отверткой-тестером.

Функционирует этот прибор по принципу проведения тока с низким напряжением через тело человека, который его использует. Отвертка имеет такие составляющие:

1.Наконечник, с помощью которого есть возможность подключаться к фазе в розетке;
2.Резистор, который снижает разницу электротока до достижения им безопасного уровня;
3.Светодиод, который загорается, если это фаза;
4.Плоский контакт, который способствует возникновению сети с участием тела оператора.

Помимо отверток-тестеров имеются и иные варианты определения какой именно из контактов в розетке имеет поломку. С помощью такого оборудования электрики и определяют фазу и ноль в розетке. Кому-то привычнее использовать более точный тестер, который функционирует как вольтметр.

По показателям вольтметра можно сказать:

1.О наличии напряжения 220В между нулем и фазой;
2.О напряжении между нулем и землей либо его отсутствии;
3.О напряжении между нулем и фазой либо его отсутствии.

Что такое фаза и ноль? Рассказываем просто.

Что такое переменный ток и чем на самом деле являются фаза и ноль? Рассмотрим на примере бензинового генератора.

Переменный и постоянный ток

Аккумулятор Аккумулятор

Для начала разберем, как протекает постоянный ток на примере источника постоянного тока - аккумулятора. При подключении нагрузки к клеммам аккумулятора ток будет протекать в направлении от «+» к «-». Если мы с определенной частотой постоянно будем менять местами контакты, то получим переменное напряжение, что на практике неприменимо.

Исходя из ранее сказанного, можем сделать вывод: переменный ток – это электрический ток, который с течением времени изменяется по направлению и величине.

Как появляется ток?

Давайте теперь попытаемся понять, как генерирует переменный ток бензиновая электростанция. Генератор переменного тока, используемый в такой электростанции, имеет три обмотки, которые расположены вокруг ротора, представленного в виде постоянного магнита.

Для начала рассмотрим, что происходит в одной из обмоток во время вращения ротора при приближении одного из полюсов обмотки генератора. В этой обмотке возникает электродвижущая сила. С каждым миллиметром уменьшения расстояния от обмотки до полюса происходит плавное увеличение интенсивности магнитного поля, воздействующего на обмотку, из-за чего рост напряжения в обмотке также происходит плавно и прямо пропорционально приближению магнитного полюса.

При отдалении же напряжение в обмотке резко не падает, а также плавно уменьшается до тех пор, пока на обмотку не начнет воздействовать магнитное поле противоположного полюса. При воздействии противоположного полюса в обмотке будет происходить все то же самое, только ток будет протекать уже в противоположном направлении и напряжение, возможно, будет отрицательным.

Кто-то задастся вопросом, зачем крутить магнит, не проще ли его зафиксировать рядом с обмоткой, и магнитное поле будет воздействовать постоянно? К сожалению, законы природы устроены немного иначе, и чтобы «расталкивать» электроны в обмотке, необходимо именно движение магнитного поля.

Сравнить это можно с водой в колодце. Чтобы вода начала двигаться и вообще, чтобы что-то происходило, помпа погружного насоса должна начать выполнять поступательное движение. Если помпа не будет двигаться, то и вода тоже двигаться не будет. Теперь можно провести аналогию и представить, что магнитное поле - это помпа, а электроны обмотки генератора - это молекулы. За один оборот ротора генератора мы получим ту самую синусоиду переменного тока.

Однако у генератора три обмотки и в каждой из них происходит все то же самое, только с небольшим смещением по времени, потому что ротор своими полюсами приближается к обмоткам не одновременно, а в разное время.

Как же происходит передача напряжения? Конструктивно у генератора имеется три обмотки, у каждой обмотки по два контакта, итого шесть контактов. К этим контактам можно подключить шесть токопроводов и передавать сгенерированное напряжение к электроприемникам. Но шесть проводников - это большое количество металла и чтобы сэкономить, выполняется объединение трёх обмоток в «звезду» - контакты от начала всех обмоток соединяют в общую точку.

Получается один общий контакт, а остальные концы обмоток остаются раздельными. При таком конструктиве получился классический трехфазный генератор, где общая точка «ноль», остальные проводники – фазы. Вот теперь можно передавать электричество к электропотребителям.

Однако мы имеем три фазы, а у нас в розетке одна фаза, и в данном случае всё элементарно. Для бытовых потребителей просто используют одну из фаз и общий «ноль».

Фаза и ноль

Теперь непосредственно поговорим о том, что делает контакт фазы – фазой, а общий контакт обмоток нулем и почему «ноль» не бьется током. Принципиальное отличие фазы от нуля не в том, что нулевой контакт имеет общее соединение с другими обмотками, а в том, что нулевой провод заземлен. Именно по этой причине фаза может вас ударить током, потому что через вас цепь может замкнуться на землю. Нулевой провод наглухо связан с землей и если вы его коснетесь, то ничего страшного не произойдёт, потому что цепь через вас не замкнется, главное, во время прикосновения к нулевому контакту не трогать фазу.

Чтобы лучше понять, как возникает электрический ток, рекомендуем посмотреть видеоролик на нашем канале по ссылке.

Если Вам понравился этот материал, поделитесь им в социальных сетях!

Также рекомендуем посмотреть интересную статью о том, как подключить реле напряжения.

Сдвиг фаз у переменных токов

Переменные токи одинаковой частоты могут отличаться друг от друга не только по амплитуде, но и по фазе, т. е. могут быть сдвинуты по фазе.

Если два переменных тока одновременно достигают амплитудных значений и одновременно проходят через нулевые значения, то эти токи совпадают по фазе. В этом случае сдвиг фаз между токами равен нулю (рис. 1, а).

Однако возможны случаи, когда амплитудные (и нулевые) значения данных токов не совпадают друг с другом по времени, т. е. имеется тот или иной сдвиг фаз, не равный нулю. На рис. 1, б показаны токи, сдвинутые по фазе на четверть периода (T/4).

Рис. 1. Различные сдвиги фаз между двумя переменными токами

Связь между периодом переменного тока T и углом 360° можно установить из опыта, в котором получают переменную синусоидальную ЭДС при равномерном вращении витка (или катушки) в однородном магнитном поле. В этом случае за один оборот витка, т. е. за время его поворота на угол 360°, ЭДС совершает одно полное синусоидальное колебание. Таким образом, действительно период T соответствует углу 360°.

Рис. 2. Переменный сдвиг фаз между токами различной частоты

Все сказанное о сдвиге фаз между токами относится также к напряжениям и электродвижущим силам. В дальнейшем мы рассмотрим случаи, когда будет существовать сдвиг фаз между напряжением и током.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

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.

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.

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

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.

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.

Читайте также: