в чем физический смысл определения сдвиг фазы
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).
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.
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.
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.
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.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
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.
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.
См. также
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
Сдвиг фаз
Сдвиг фаз — разность между начальными фазами двух переменных величин, изменяющихся во времени периодически с одинаковой частотой. Сдвиг фаз является величиной безразмерной и может измеряться в градусах, радианах или долях периода. В электротехнике сдвиг фаз между напряжением и током определяет коэффициент мощности в цепях переменного тока.
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.
Наведённая 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
Полезное
Смотреть что такое «Сдвиг фаз» в других словарях:
сдвиг фаз — разность начальных фаз переменных физических величин, изменяющихся по синусоидальному закону с одинаковой частотой. Измеряется в градусах, радианах и долях периода. * * * СДВИГ ФАЗ СДВИГ ФАЗ, разность начальных фаз переменных физических величин,… … Энциклопедический словарь
сдвиг фаз — гармонических колебаний; сдвиг фаз Разность фаз двух гармонических колебаний с одинаковыми частотами … Политехнический терминологический толковый словарь
СДВИГ ФАЗ — разность начальных фаз переменных физических величин, изменяющихся по синусоидальному закону с одинаковой частотой (напр., напряжения в цепи синусоидального тока). Измеряется в градусах, радианах и долях периода … Большой Энциклопедический словарь
сдвиг фаз — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN phase shiftinglag … Справочник технического переводчика
сдвиг фаз — fazių skirtumas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. phase difference vok. Gangunterschied, m; Phasendifferenz, f; Phasenunterschied, m; Phasenverschiebung, f rus. разность фаз, f; сдвиг фаз, m pranc. différence des phases, f;… … Automatikos terminų žodynas
сдвиг фаз — fazių skirtumas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. phase difference vok. Phasendifferenz, f; Phaseunterschied, m rus. разность фаз, f; сдвиг фаз, m pranc. différence de phase, f; différence des phases, f; déphasage, m … Fizikos terminų žodynas
Сдвиг фаз — разность начальных фаз (См. Фаза) переменных величин, изменяющихся по синусоидальному закону с одинаковой частотой. С. ф. измеряется в градусах, радианах или долях периода. В электротехнике большое практическое значение имеет С. ф. между… … Большая советская энциклопедия
СДВИГ ФАЗ — величина, характеризующая отставание во времени одного периодич. (или квазипериодич.) процесса от другого. Для двух гармонич. колебаний одинаковой частоты С. ф. равен разности начальных фаз этих колебаний и выражается в градусах или радианах. В… … Большой энциклопедический политехнический словарь
СДВИГ ФАЗ — разность начальных фаз переменных физ. величин, изменяющихся по синусоидальному закону с одинаковой частотой. Измеряется в градусах, радианах и долях периода … Естествознание. Энциклопедический словарь
сдвиг фаз — физ. Разность начальных фаз переменных физических величин, изменяющихся по синусоидальному закону с одинаковой частотой … Словарь многих выражений
Сдвиг фазы
Резюме
Измерено
Фазовый сдвиг между двумя волнами можно выразить в зависимости от проведенного измерения:
Математическое определение
фазовый сдвиг Δφ в момент времени t равен:
Если Δφ положительно, волна 2 опережает фазу по сравнению с волной 1.
Если Δφ отрицательно, волна 2 запаздывает по фазе относительно волны 1.
Случай отчетливой пульсации
В предыдущем случае можно было исключить t из выражения фазового сдвига, поскольку пульсации были идентичными.
Любые две синусоидальные волны математически представлены следующим образом:
(чтобы не задавать вопрос о волновом числе, мы включаем его в начальную фазу).
Уменьшенный фазовый сдвиг
Особые случаи
Согласно этому соглашению, если уменьшенный фазовый сдвиг стоит того, можно выделить три частных случая: ϕ <\ displaystyle \ scriptstyle <\ phi>> 
Вперед и назад по графическому изображению
Две диаграммы справа представляют две волны (красная и черная кривые) в зависимости от времени (вверху) или пространства (внизу). Сходство может сбивать с толку, обратите внимание на направление чтения:
Также следует проявлять осторожность при использовании терминов опережение и отставание при чтении графика, особенно если одна волна является физическим следствием другой (причины вызывают эффекты, а не наоборот). Действительно, периодическая волна, запаздывающая более чем на 270 ° относительно другой, будет считаться опережающей на 90 °, если мысленно использовать уменьшенный фазовый сдвиг.
Сдвиг фаз между током и напряжением. Понятие двухполюсника
Угол сдвига фаз между током и напряжением
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.
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.
Методы измерения угла сдвига фаз
Существует несколько способов измерения угла сдвига фаз, это:
Как измеряется угол сдвига фаз осциллографом
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 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:
Угол сдвига фаз между напряжением и током всегда выражается, как главный аргументированный фактор комплексного сопротивления φ.
Сдвиг фазы для реактивных нагрузок
Все наши эффекты сдвига фазы будут моделироваться цепями RC и RL. Все схемы могут быть смоделированы как источник с некоторым внутренним сопротивлением, рассматриваемая схема и нагрузка, следующая за схемой. Внутренний импеданс источника также называется его выходным сопротивлением. Я считаю, что проще всего говорить о входном и выходном импедансе и о каскадах, поэтому позвольте мне перефразировать: все схемы могут быть смоделированы как выход одного каскада с некоторым выходным импедансом, питающий следующий каскад, который нагружен входным импедансом следующего каскада. Это важно, потому что это уменьшает сложность цепей до гораздо более простых RLC-цепей, фильтров и делителей напряжения.
Взгляните на следующую схему.
Рисунок 1 – Конденсатор, шунтирующий предыдущий каскад, и нагрузка 10 кОм
Рисунок 2 – Логарифмические АЧХ и ФЧХ нашей схемы с шунтирующим конденсатором
Аналогичный взгляд на последовательный конденсатор (например, конденсатор емкостной связи по переменному току) показывает типовой эффект подобной схемы.
Рисунок 3 – Схема с последовательным конденсатором…
Рисунок 4 – … и графики ее амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристик
В этом случае сдвиг фазы начинается с +90°, а фильтр является фильтром верхних частот. За пределами частоты среза, в конечном итоге, устанавливается значение 0°. Итак, мы видим, что последовательный конденсатор всегда будет вносить сдвиг фазы между +90° и 0°.
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.