Основы электропитания. Зачем нужен сдвиг фаз - услуги электромонтажа, строительства и ремонта

Где R – сопротивление нагревательного элемента чайника.

Содержание

Основы электропитания. Зачем нам нужен сдвиг фаз?

В предыдущих частях этой серии мы обсудили общие аспекты производства и потребления электроэнергии, включая особенности ее передачи на большие расстояния. Теперь, когда вы знаете, что высоковольтные линии необходимы для передачи большой мощности, пришло время рассмотреть одну из самых важных частей энергосистемы, так называемую “последнюю милю”. – Кабели 230/400 В – поскольку именно к ним подключаются электрические розетки, как дома, так и на рабочем месте. Однако прежде чем анализировать характеристики пользовательского сегмента энергосистемы, необходимо сначала ответить на несколько теоретических вопросов, поскольку без этого будет непонятно, зачем это вообще было сделано.

Обратите внимание, что это эквивалентно ситуации, когда фаза изменилась бы от -180° до -270°. Теперь мы начинаем понимать, что питание емкостной нагрузки может вызвать неожиданные фазовые сдвиги, что может быть губительно для усилителя с неожиданной обратной связью.

Сдвиг фазы для реактивных нагрузок

Частотно-зависимый сдвиг фазы вызван влиянием реактивных компонентов, таких как конденсаторы и индукторы. Это относительная величина, поэтому она должна быть определена как разница разность фаз между двумя точками. В этой статье “сдвиг фаз” означает разность фаз между выходом и входом. Конденсатор заставляет напряжение отставать от тока на 90°, а индуктивность заставляет ток отставать от напряжения на 90°. В векторной форме это обозначается +j или -j для индуктивной и емкостной реактивности соответственно. Но емкость и индуктивность существуют в некоторой степени в все проводники. Почему же они не вызывают сдвиг фаз на 90°?

Все наши эффекты фазового сдвига будут моделироваться RC и RL цепями. Все цепи могут быть смоделированы как источник с некоторым внутренним сопротивлением, заданная цепь и нагрузка, следующая за цепью. Внутренний импеданс источника также называется его выходным импедансом. Мне проще всего говорить о входном сопротивлении, выходном сопротивлении и каскадах, поэтому я повторю: все цепи можно смоделировать как выход одного каскада с некоторым выходным сопротивлением, питающим следующий каскад, который нагружен входным сопротивлением следующего каскада. Это важно, поскольку позволяет снизить сложность схемы до гораздо более простых RLC-цепей, фильтров и делителей напряжения.

Посмотрите на приведенную ниже диаграмму.

Рисунок 1 – Шунтирующий конденсатор для предыдущего каскада и нагрузка 10kΩ

Это смоделирует некоторую схему источника (например, усилитель) с выходным сопротивлением 50 Ом, которая имеет нагрузку 10 кОм и шунтирована конденсатором 10 нФ. Должно быть понятно, что схема представляет собой RC-фильтр нижних частот, состоящий из R1 и C1. Из анализа основных схем мы знаем, что сдвиг фазы напряжения в RC-цепи будет изменяться от 0° до -90°, и моделирование подтверждает это.

Рисунок 2 – Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика и частотная характеристика нашей схемы с шунтирующим конденсатором

На низких частотах выходная фаза не зависит от конденсатора. Когда мы достигаем частоты среза (f_ср.) RC-фильтра, фаза падает до -45°. Для частот выше частоты среза фаза приближается к асимптотическому значению -90°.

Эта фазочастотная характеристика моделирует сдвиг фаз, вызванный любым шунтирующим конденсатором. Шунтирующий конденсатор вызовет сдвиг фазы с резистивной нагрузкой в пределах от 0° до -90°. Конечно, необходимо также учитывать демпфирование.

Аналогичный взгляд на последовательный конденсатор (например, конденсатор емкостной связи переменного тока) показывает типичный эффект такой цепи.

Рисунок 3 – Цепь с последовательным конденсатором. Рисунок 4 – . и графики его амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик

В этом случае сдвиг фазы начинается с +90°, а фильтр является фильтром высоких частот. Выше частоты среза он окончательно устанавливается на 0°. Таким образом, мы видим, что последовательный конденсатор всегда будет вносить сдвиг фазы между +90° и 0°.

Чем больше сдвиг фаз, тем длиннее те части периода, где мощность отрицательна, тем ниже будет средняя мощность тока.

Сдвиг фаз переменного тока и напряжения

Мощность постоянного тока, как мы уже знаем, равна произведению напряжения и тока. Однако в случае постоянного тока направления тока и напряжения всегда совпадают. В случае переменного тока направления тока и напряжения совпадают только в том случае, если в цепи тока нет конденсаторов или индукторов.

В этом случае формула для мощности

Кривая мгновенной мощности для этого случая (направления тока и напряжения совпадают) показана на рис. 1. Обратите внимание, что направления векторов напряжения и тока в этом случае совпадают, т.е. фазы тока и напряжения всегда одинаковы.

Рисунок 1. Фазовый сдвиг тока и напряжения. Сдвиг фаз отсутствует, и мощность всегда положительна.

Если в цепи переменного тока есть конденсатор или индуктор, фазы тока и напряжения не совпадают.

О причинах такого несоответствия читайте в моих учебниках по емкостным и индуктивным цепям, а сейчас давайте выясним, как это повлияет на величину переменного тока.

Представьте, что в начале вращения векторы тока и напряжения пучка имеют разные направления. Поскольку оба вектора вращаются с одинаковой скоростью, угол между ними будет оставаться неизменным во время их вращения. На рисунке 2 показан случай вектора тока с задержкой Im из вектора напряжения Um под углом 45°.

Рисунок 2. Фазовый сдвиг тока и напряжения. Фазы тока и напряжения сдвинуты на 45, мощность становится отрицательной в определенные моменты времени.

Давайте посмотрим, как изменятся ток и напряжение в этом случае. Из синусоиды тока и напряжения видно, что когда напряжение проходит через ноль, ток отрицателен.

Затем напряжение достигает своего максимального значения и начинает уменьшаться, в то время как ток, хотя и положительный, еще не достиг своего максимального значения и продолжает увеличиваться. Напряжение изменило направление, но ток продолжает течь в том же направлении и т.д. Фаза тока всегда запаздывает по отношению к фазе напряжения. Существует постоянное смещение между фазами напряжения и тока Между фазами напряжения и тока существует постоянный сдвиг фазпод названием фазовый сдвиг.

Действительно, если мы посмотрим на рисунок 2, то увидим, что синусоида тока смещена вправо относительно синусоиды напряжения. Поскольку мы строим горизонтальную ось в градусах вращения, мы также можем измерить фазовый сдвиг в градусах. Нетрудно заметить, что сдвиг фаз в точности равен углу между лучевыми векторами тока и напряжения.

Из-за задержки между фазой тока и фазой напряжения, в некоторые моменты времени его направление не совпадает с направлением напряжения. В эти моменты сила тока будет отрицательной, так как произведение положительной величины на отрицательную всегда будет отрицательным. Это означает, что внешняя цепь в эти моменты будет не потребителем электроэнергии, а ее источником. Часть энергии, которая вошла в цепь в течение той части периода, когда мощность была положительной, вернется к источнику энергии в течение той части периода, когда мощность отрицательна.

Если сдвиг фаз составляет 90°, то мощность будет положительной в течение одной четверти периода и отрицательной в течение другой четверти периода. Следовательно, средняя мощность тока составит нольи ток не будет производить никакой работы (рис. 3).

Рисунок 3. Фазовый сдвиг тока и напряжения. Фазы тока и напряжения смещены на 90. Мощность положительна в течение одной четверти периода и отрицательна в течение другой. Средняя мощность равна нулю.

Теперь понятно, что мощность переменного тока при наличии фазового сдвига будет меньше произведения среднеквадратичных значений тока и напряжения, т.е. формула

в этом случае не будет правильным.

ПОНРАВИЛАСЬ ЛИ ВАМ ЭТА СТАТЬЯ? ПОДЕЛИТЕСЬ ИМ СО СВОИМИ ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Фазовый сдвиг

Что такое фаза, фазовый угол и сдвиг фаз?

Говоря о переменном токе, часто используют такие термины, как “фаза”, “фазовый угол” и “сдвиг фаз”. Обычно под ним подразумевается синусоидально переменный ток или пульсирующий ток (получаемый путем выпрямления синусоидального тока).

Поскольку периодическое изменение электродвижущей силы сети или тока в цепи составляет является гармоническим колебательным процессоми функция, описывающая этот процесс, является гармонической, т.е. Эта функция является либо синусоидальной, либо косинусоидальной, в зависимости от начального состояния колебательной системы.

Аргументом функции в данном случае является фаза, т.е. положение колеблющейся величины (тока или напряжения) в данный момент времени относительно начала колебания. Сама функция принимает значение колеблющейся величины в один и тот же момент времени.

Чтобы лучше понять значение термина “фаза”, давайте рассмотрим график напряжения в однофазной сети переменного тока как функцию времени. Здесь мы видим, что напряжение изменяется от некоторого максимального значения Um до -Um, периодически проходя через ноль.

Изменяясь, напряжение в каждый момент времени принимает множество значений, периодически (через время T) возвращаясь к значению, при котором оно начало контролироваться.

Можно сказать, что в данный момент напряжение находится в определенной фазе, которая зависит от нескольких факторов: времени t, прошедшего с начала колебания, угловой частоты и начальной фазы. То, что указано в скобках, – это полная фаза колебания в текущий момент времени t. Psi – это начальная фаза.

Фазовый угол

Начальная фаза также называется в электротехнике начальный фазовый уголпотому что фаза измеряется в радианах или градусах, как и все обычные геометрические углы. Пределы изменения фазы лежат в диапазоне от 0 до 360 градусов или от 0 до 2*pi радиан.

На рисунке выше видно, что в момент начала наблюдения за переменным напряжением U его значение не было нулевым, т.е. фаза уже отклонилась от нуля на некоторый угол Psy, в данном примере равный примерно 30 градусам или пи/6 радианов – это начальный фазовый угол.

Как часть аргумента синусоидальной функции, Psi является константой, поскольку этот угол определяется в начале наблюдения переменного напряжения и в дальнейшем по существу неизменен. Однако его наличие определяет общий сдвиг синусоидальной кривой относительно начала.

При дальнейших колебаниях напряжения изменяется фазовый угол тока, а вместе с ним и напряжение.

Для синусоидальной функции, если общий фазовый угол (общая фаза, включая начальную фазу) равен нулю, 180 градусов (пи радиан) или 360 градусов (2*пи радиан), то напряжение равно нулю, а если фазовый угол равен 90 градусов (пи/2 радиан) или 270 градусов (3*пи/2 радиан), то напряжение максимально отклонено от нуля.

Фазовый сдвиг

Обычно при электрических измерениях в цепях с синусоидальным переменным током (напряжением) ток и напряжение в тестируемой цепи наблюдаются одновременно. Затем графики тока и напряжения строятся на общей координатной плоскости.

В этом случае частоты токов и напряжений одинаковы, но начальные фазы отличаются, если смотреть на графики. В этом случае мы говорим о сдвиг фаз между током и напряжением, т.е. разность их начальных фазовых углов.

Другими словами, сдвиг фазы определяет, насколько одна синусоида сдвинута во времени относительно другой. Фазовый сдвиг, как и фазовый угол, измеряется в градусах или радианах. Синусоида, период которой начинается раньше, находится в фазе до, а синусоида, период которой начинается позже, находится в фазе после. Фазовый сдвиг обычно обозначается буквой Phi.

Например, сдвиг фаз между напряжениями на проводниках трехфазной сети переменного тока относительно друг друга постоянен и составляет 120 градусов или 2*pi/3 радиана.

Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ею в социальных сетях. Это очень поможет развитию нашего сайта!

– fázový posuv – fázový posuv (rozdíl) – fázový rozdíl

ФАЗОВАЯ СКОРОСТЬ

ФАЗОВОЕ ДВИЖЕНИЕ, начальная разность фаз фазы Начальная разность фаз между двумя переменными, которые изменяются по синусоиде с одинаковой частотой. Она измеряется в градусах, радианах или долях периода. В электротехнике S.f. между напряжением и током имеет большое практическое значение, определяя коэффициент мощности w Цепи переменного тока.

Смотреть что такое “PHASE RATE” в других словарях:

ДВИЖЕНИЕ ФАЗЫ

Разница в начальных фазах (см. Фаза) переменной, которая изменяется синусоидально с одинаковой частотой. Фаза измеряется в градусах.

PHASE MIG.

Величина, характеризующая временную задержку одного периодического (или квазипериодического) процесса относительно другого. Временная задержка одного периодического (или квазипериодического) процесса относительно другого. Для двух гармонических колебаний одинаковой частоты.

PHASE MIG.

Разница в начальных фазах физических величин, которые изменяются синусоидально с одинаковой частотой, например, напряжения в цепи синусоидального тока. Измеряется в градусах, радианах и долях периода.

. смотреть

ФАЗОВАЯ СКОРОСТЬ

ФАЗОВАЯ СКОРОСТЬ – это разность фаз исходных физических величин, которые изменяются синусоидально с одинаковой частотой (например, напряжение в цепи синусоидального тока). Она измеряется в градусах, радианах и долях периода.

ФАЗОВАЯ СКОРОСТЬ

PHASE SPLICE, начальная разность фаз физических величин, которые изменяются синусоидально с одинаковой частотой (например, напряжение в цепи синусоидального тока). Измеряется в градусах, радианах и долях периода. см.

PHASE MIG.

РАЗНОСТЬ ФАЗ, начальная разность фаз физической величины, изменяющейся синусоидально на одной и той же частоте (например, напряжение в цепи синусоидального тока). Измеряется в градусах, радианах и долях периода. см.

РАЗНОСТЬ ФАЗ

– Разность фаз исходных физических величин, которые изменяются синусоидально с одинаковой частотой (например, напряжение в цепи синусоидального тока). Измеряется в градусах, радианах и долях периода. см.

РАЗНОСТЬ ФАЗ

Разность фаз исходных физических величин, которые изменяются синусоидально с одинаковой частотой. Измеряется в градусах, радианах и долях периода.

ДВИЖЕНИЕ ФАЗЫ

сдвиг фаз, сдвиг фаз времени, отставание, отставание

СДВИГ ФАЗЫ

– фазовый позув – фазовый роздыль

СДВИГ ФАЗЫ

Разность фаз между двумя периодическими переменными, не совпадающими по времени.

ДВИЖЕНИЕ ФАЗЫ

СДВИГ ФАЗЫ

сдвиг фаз, задержка

PHASE MIG.

СДВИГ ФАЗЫ

эл. фазовый сдвиг

СДВИГ ФАЗЫ

ДВИЖЕНИЕ ФАЗЫ

СДВИГ ФАЗЫ

СДВИГ ФАЗ МЕЖДУ НАПРЯЖЕНИЕМ И ТОКОМ

244 сдвиг фаз между напряжением и током Алгебраическая величина, определяемая вычитанием из начальной фазы синусоидального электрического тока.

СДВИГ ФАЗ МЕЖДУ НАПРЯЖЕНИЕМ И ТОКОМ

Это разность фаз между напряжением и током.

СДВИГ ФАЗ МЕЖДУ НАПРЯЖЕНИЕМ И ТОКОМ

Алгебраическая величина, определяемая путем вычитания начальной фазы синусоидального электрического тока из начальной фазы синусоидального электрического напряжения. Термины и определения основных понятий Телекоммуникационный словарь.2013.

СДВИГ ФАЗ СИНХРОННЫХ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ (ВИБРАЦИЙ)

33. Сдвиг фаз синхронных гармонических колебаний (осцилляций) Сдвиг фаз Разность фаз между двумя синхронными гармоническими колебаниями (осцилляциями) в любой момент времени. смотреть

СДВИГ ФАЗ СИНХРОННЫХ КОЛЕБАНИЙ

21 Сдвиг фаз синхронных колебаний Разность фаз между двумя синхронными гармоническими колебаниями в любой момент времени Источник: РД 34.21.306-96: Метод. см. РД 34.21.306-96: Метод.

Фазовый сдвиг относится к временной задержке первого сигнала по отношению ко второму.

Заключение

Предположим, вы подключили две акустические системы (физически предполагается, что это ваши акустические системы) к выходу усилителя. Один динамик подключен как положено – плюс к плюсу, минус к минусу. А другой, смешанный, соединил плюс с минусом и минус с плюсом. Включите усилитель, что мы услышим? Скорее всего, жалкое подобие звука. Один динамик в какой-то мере ослабляет сигнал другого своими звуковыми волнами.

Следующие рисунки помогут объяснить это. Представьте, что вы видите это на экране осциллографа, который измеряет сигналы левого и правого каналов нашего усилителя.

На первом рисунке левый и правый каналы находятся в фазе. Сигнал одинаков в обоих каналах. Линии идеально следуют сигналу. Они имеют синхронизированную амплитуду по всему диапазону. Здесь мы можем сказать, что сигналы “в фазе“. Практически говоря, уровень суммирования сигнала будет усилен сигналами левого и правого каналов.

На втором рисунке показано полное несоответствие. “Горб” левого канала совпадает с “дном” правого канала. Чисто из школьной физики, результат добавления таких колебаний, в идеале, будет равен нулю. Сигналы будут отменять друг друга. Сигналы находятся вне фазы.

Фазовый сдвиг относится к временной задержке первого сигнала по отношению ко второму.

При двух гармонических колебаниях одинаковой частоты результатом сдвига фаз будет частичное затухание сигнала. Степень ослабления результирующего сигнала будет зависеть от этого фазового сдвига. В крайнем случае (в противофазе) выход будет равен абсолютному нулю.

Все эти образы и рассуждения о физических свойствах звуковых волн имеют мало отношения к практике, к реальности. Звук любого музыкального инструмента нельзя назвать “одночастотным сигналом”. (как осциллограмма на рисунках). Частичный сдвиг фазы может ослабить одни частоты по сравнению с другими. А иногда и усиливать некоторые из них.

Если вы обнаружили ошибку, выделите текст и нажмите кнопку Ctrl+Enter.

Читайте далее: