Co je fáze, fázový úhel a fázový posun

Když mluvíme o střídavém proudu, často pracují s takovými pojmy jako "fáze", "fázový úhel", "fázový posun". Obvykle se jedná o sinusový střídavý nebo pulzující proud (získaný usměrněním sinusový proud).

Protože periodická změna EMF v síti nebo proudu v obvodu je harmonický oscilační proces, pak je funkce popisující tento proces harmonická, tedy sinusová nebo kosinusová, v závislosti na počátečním stavu kmitající soustavy.

Argumentem funkce je v tomto případě pouze fáze, tedy poloha kmitající veličiny (proud nebo napětí) v každém uvažovaném časovém okamžiku vzhledem k okamžiku začátku kmitů. A samotná funkce nabývá hodnoty fluktuující veličiny ve stejném časovém okamžiku.

Fáze

Abychom lépe porozuměli významu termínu «fáze», přejděme ke grafu závislosti napětí v jednofázové síti AC na čase. Zde vidíme, že se napětí mění z určité maximální hodnoty Um na -Um, periodicky prochází nulou.

V procesu změny nabývá napětí v každém časovém okamžiku mnoho hodnot, periodicky (po čase T) se vrací na hodnotu, od které začalo sledování tohoto napětí.

Můžeme říci, že v každém okamžiku je napětí v určité fázi, která závisí na několika faktorech: na době t, která uplynula od začátku kmitů, na úhlové frekvenci a na počáteční fázi. V závorce je fáze plného kmitání v aktuálním čase t. Psi je počáteční fáze.

Fázový úhel

Počáteční fáze se také nazývá v elektrotechnice počáteční fázový úhelprotože fáze se měří v radiánech nebo stupních, stejně jako všechny normální geometrické úhly. Limity fázového posunu se pohybují od 0 do 360 stupňů nebo 0 až 2 * pí radiány.

Na výše uvedeném obrázku je vidět, že v době začátku pozorování střídavého napětí U nebyla jeho hodnota nulová, to znamená, že fáze se v tomto příkladu již stačila odchýlit od nuly pod určitým úhlem. Psi se rovná asi 30 stupňům nebo pi / 6 radiánů — toto je a je počáteční fázový úhel.

Jako součást argumentu sinusové funkce je Psi konstantní, protože tento úhel je určen na začátku pozorování měnícího se napětí a poté se obecně nemění. Jeho přítomnost však určuje celkový posun sinusové křivky vzhledem k počátku.

Při dalším kolísání napětí se mění fázový úhel proudu a s ním se mění i napětí.

Pro sinusovou funkci, pokud je celkový fázový úhel (plná fáze, s přihlédnutím k počáteční fázi) nula, 180 stupňů (pi radiány) nebo 360 stupňů (2 * pi radiány), pak napětí předpokládá nulu a pokud fázový úhel nabývá hodnoty 90 stupňů (pi / 2 radiány) nebo 270 stupňů (3 * pi / 2 radiány), pak se v takových časech napětí maximálně odchyluje od nuly.

Fázový posun

Obvykle se při elektrických měřeních v obvodech se střídavým sinusovým proudem (napětím) současně sleduje proud i napětí ve zkoumaném obvodu. Grafy proudu a napětí jsou pak vyneseny do společné souřadnicové roviny.

V tomto případě je frekvence změny proudu a napětí stejná, ale odlišná, pokud se podíváte na grafy, jejich počáteční fáze. V tomto případě říkají pro fázový posun mezi proudem a napětím, tedy pro rozdíl mezi jejich počátečními fázovými úhly.

Jinými slovy, fázový posun určuje, jak moc je posunuta jedna sinusovka v čase od druhé. Fázový posun, stejně jako fázový úhel, se měří ve stupních nebo radiánech. Ve fázi vede sinus, jehož perioda začíná dříve, a ten, jehož perioda začíná později ve fázi, zpožďuje. Fázový posun se obvykle označuje písmenem Phi.

Fázový posun, například mezi napětími na vodičích třífázové sítě střídavého proudu vůči sobě navzájem, je konstantní a rovná se 120 stupňům nebo 2 * pi / 3 radiánům.