Что такое угол сдвига фаз

Что такое угол сдвига фаз

Начальные фазы электромагнитных синусоидальных колебаний первичного и вторичного напряжения, с частотой одинаковой величины, могут существенно различаться на некоторый угол сдвига фаз (угол φ). Переменные величины могут неоднократно в течение определенного периода некоторого времени изменяются с определенной частотой. Если электрические процессы имеют неизменный характер, а сдвиг фаз равен нулю, это свидетельствует о синхронизме источников величин переменного напряжения, например, трансформаторов. Сдвиг фазы служит определяющим фактором коэффициента мощности в электрических сетях переменного тока.

Угол сдвига фаз находится при необходимости, тогда, если один из сигналов является опорным, а второй сигнал с фазой в самом начале совпадает с углом сдвига фаз.

Измерение угла сдвига фаз производится прибором, в котором присутствует нормированная погрешность.

Фазометр может производить измерение угла сдвига в границах от 0 о до 360 о в некоторых случаях от -180 о С до +180 о С, а диапазон измеряемых частот сигналов может колебаться от 20Гц до 20 ГГц. Измерение гарантируется в том случае если напряжение входного сигнала равно от 1 мВ до 100 В, если же напряжение входного сигнала превышает эти границы точность измерения не гарантируется.

Методы измерения угла сдвига фаз

Существует несколько способов измерения угла сдвига фаз, это:

  1. Использование двухлучевого или двухканального осциллографа.
  2. Компенсационный метод основан на сравнении измеряемого фазового сдвига, с фазовым сдвигом, который предоставляется образцовым фазовращателем.
  3. Суммарно-разностный метод, он заключается в использовании гармонических или сформированных прямоугольных сигналов.
  4. Преобразование сдвига фаз во временном интервале.

Как измеряется угол сдвига фаз осциллографом

Осциллографический способ можно отнести к самому простейшему с погрешностью в районе 5 о . Определение сдвига осуществляется при помощи осциллограмм. Существует четыре осциллографических метода:

  1. Применение линейной развертки.
  2. Метод эллипса.
  3. Метод круговой развертки.
  4. Использование яркостных меток.

Определение угла сдвига фаз зависит от характера нагрузки. При определении фазного сдвига в первичной и вторичной цепях трансформатора, углы могут считаться равными и практически не отличаются друг от друга.

Угол сдвига фаз напряжений, измеряемый по эталонному источнику частоты и при использовании измерительного органа лает возможность обеспечить точность всех последующих измерений. Фазные напряжения и угол сдвига фаз зависят от нагрузки, так симметричная нагрузка обуславливает равенство фазного напряжения , токов нагрузки и угол фазного сдвига, также будет равна нагрузка по потребляемой мощности на всех фазах электроустановки.

Читайте также:  Декупаж бутылки в морском стиле мастер класс

Угол сдвига фаз между током и напряжением в несимметричных трехфазных цепях не равны друг другу. Для того чтобы вычислить угол сдвига фаз (угол φ) в цепь включают последовательно присоединенные сопротивления (резисторы), индуктивности и конденсаторы (емкости).

Рис. №1. Последовательное соединение сопротивления, индуктивности и емкости для вычисления угла сдвига фаз. В этом контуре протекает переменный ток, который способствует возникновению ЭДС.

Рис. №2. Схема проведения опыта по определению сдвига фаз между током и напряжением. Слева показаны схемы подключения конденсаторов, катушек индуктивности и резисторов, справа показаны результаты опыта.

Из результатов опыта можно определить, что сдвиг фаз между напряжением и током служит при определении нагрузки и не может зависеть от переменных величины тока и напряжения в электрической сети.

Как вывод, можно сказать, что:

  1. Составляющие элементы комплексного сопротивления, такие как резистор и емкость, а также проводимость не будут взаимообратными величинами.
  2. Отсутствие одного из элементов делает резистивные и реактивные значения, которые входят в состав комплексного сопротивления и проводимости и делают их величинами взаимообратными.
  3. Реактивные величины в комплексном сопротивлении и проводимости используются с противоположным знаком.

Угол сдвига фаз между напряжением и током всегда выражается, как главный аргументированный фактор комплексного сопротивления φ.

Начальным фазовым углом, или начальной фазой, называют в электротехнике угол, который прошёл от начала периода до начала наблюдения и который обозначает действительную точку отсчёта (Смотри рис. 102).

В начальный момент времени (t = 0), с которого мы начали наблюдение, ЭДС прошла с начала периода 60˚ или π /3. Начальная фаза этой ЭДС 60˚, ω = 0 и начальное значение ЭДС: eo = Em∙sinψ.

Положительная начальная фаза показывается на графике начинающейся в начальной точке слева, отрицательная – справа. Когда две синусоидальные величины одной и той же частоты сдвинуты друг относительно друга по времени, тогда говорят о фазовом сдвиге или угле фазового сдвига.

Читайте также:  Двухуровневая стрижка на средние волосы

На рис. 103 показаны две синусоидальные ЭДС с начальными фазами Ψ1 = 60˚ и Ψ2 = 30˚. Их мгновенные величины:

e1 = Em∙sin(ωt +ψ1) и e2 = Em∙sin(ωt +ψ2). Фазовый сдвиг между ними:

ψ = ψ1 — ψ2 = 60˚ – 30˚ = 30˚.

В начальный момент времени (t = 0), с которого мы начали наблюдение, ЭДС прошла с начала периода 60˚ или π /3. Начальная фаза этой ЭДС 60˚, ω = 0 и начальное значение ЭДС: eo = Em∙sinψ.

Положительная начальная фаза показывается на графике начинающейся в начальной точке слева, отрицательная – справа. Когда две синусоидальные величины одной и той же частоты сдвинуты друг относительно друга по времени, тогда говорят о фазовом сдвиге или угле фазового сдвига.

На рис. 103 показаны две синусоидальные ЭДС с начальными фазами Ψ1 = 60˚ и Ψ2 = 30˚. Их мгновенные величины:

e1 = Em∙sin(ωt +ψ1) и e2 = Em∙sin(ωt +ψ2). Фазовый сдвиг между ними:

ψ = ψ1 — ψ2 = 60˚ – 30˚ = 30˚.

По фазе опережает тот синус, период которого начинается раньше, а отстаёт по фазе тот, чей период начинается позже. Т. е. мы можем сказать, что e1 опережает по фазе e2, или e2 отстаёт по фазе от e1. Угол фазового сдвига между напряжением и током обозначается буквой φ (fii). Этот сдвиг фаз имеет смысл, как между их амплитудными, так и нулевыми значениями. Обобщая, получим:

φ – угол сдвига фазы;

ψ1 – начальная фаза первой синусоидальной величины, напряжения;

ψ2 – начальная фаза второй синусоидальной величины, тока.

На якоре генератора укреплены два одинаковых витка 1 и 2, сдвинутых в пространстве (рис. 5-6). При вращении якоря в витках будут наводиться э. д. с. одной частоты и с одинаковыми амплитудами; так как витки вращаются с одинаковой угловой скоростью в одном и том же магнитном поле.

Читайте также:  Блинчики с клубникой рецепт с фото

Вследствие сдвига витков в пространстве, витки неодновременно проходят под серединами полюсов и э. д. е. неодновременно достигают амплитудных значений.

При вращении якоря с угловой скоростью и в направлении, обратном ходу часовой стрелки, в момент начала отсчета времени витки расположены под углами к нейтральной плоскости (рис. 5-6).

Рис. 5-6. Два витка обмотки якоря генератора.

Рис. 5-7. Графики двух переменных э. д. с.

Наведенные в витках э. д. с.

где угол называется фазным углом или просто фазой, так что мгновенное значение синусоидальной величины определяется амплитудой и фазой.

Графики этих э. д. с. построены на рис. 5-7.

В начальный момент времени наводимые в витках э. д. с.

На рис. 5-7 они изображены начальными ординатами. Электрические углы , определяющие значения э. д. с. в начальный момент времени, называются начальными фазными углами или просто начальными фазами.

Таким образом, синусоидальная величина характеризуется: 1) амплитудой, 2) частотой или периодом и 3) начальной фазой.

Разность начальных фаз двух синусоидальных величин одной частоты называется углом сдвига фаз (сдвигом фаз):

Сдвиг фаз показывает, на какую часть периода или на какой промежуток времени одна синусоидальная величина достигает начала периода раньше другой величины.

За начало периода считают момент времени, в который синусоидальная величина проходит через нулевое значение, после которого она положительна. Та величина, у которой начало периода достигается раньше, чем у другой, считается опережающей по фазе, а та, у которой то же значение достигается позже — отстающей по фазе.

Две синусоидальные величины, имеющие одинаковые начальные фазы, совпадают по фазе. Две синусоидальные величины, угол сдвига фаз которых равен 180°, изменяются в противофазе.

Пример 5-3. Две э. д. с. заданы уравнениями

Определить угол сдвига фаз э. д. с. и и время сдвига, если частота 50 Гц.

Выразим начальные фазы и в радианах:

Угол сдвига фаз

Время сдвига фаз э. д. с. и

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector