Čo je fáza, fázový uhol a fázový posun
Keď hovoríme o striedavom prúde, často pracujú s takými pojmami ako "fáza", "fázový uhol", "fázový posun". Zvyčajne sa to týka sínusového striedavého alebo pulzujúceho prúdu (získaného usmernením sínusový prúd).
Pretože periodická zmena EMF v sieti alebo prúdu v obvode je harmonický oscilačný proces, potom je funkcia popisujúca tento proces harmonická, teda sínusová alebo kosínusová, v závislosti od počiatočného stavu kmitajúceho systému.
Argumentom funkcie je v tomto prípade iba fáza, teda poloha kmitajúcej veličiny (prúdu alebo napätia) v každom uvažovanom časovom okamihu vzhľadom k okamihu začiatku kmitov. A samotná funkcia nadobúda hodnotu kolísajúcej veličiny v rovnakom časovom okamihu.
Fáza
Aby sme lepšie pochopili význam pojmu „fáza“, obráťme sa na graf závislosti napätia v jednofázovej striedavej sieti od času. Tu vidíme, že napätie sa mení z určitej maximálnej hodnoty Um na -Um, pričom periodicky prechádza nulou.
V procese zmeny napätie nadobúda v každom okamihu veľa hodnôt, periodicky (po čase T) sa vracia na hodnotu, od ktorej začalo monitorovanie tohto napätia.
Dá sa povedať, že v každom okamihu je napätie v určitej fáze, ktorá závisí od viacerých faktorov: od času t, ktorý uplynul od začiatku kmitov, od uhlovej frekvencie a od počiatočnej fázy. V zátvorke je fáza plného kmitania v aktuálnom čase t. Psi je počiatočná fáza.
Fázový uhol
Počiatočná fáza sa nazýva aj v elektrotechnike počiatočný fázový uholpretože fáza sa meria v radiánoch alebo stupňoch, rovnako ako všetky normálne geometrické uhly. Limity fázového posunu sa pohybujú od 0 do 360 stupňov alebo od 0 do 2 * pi radiánov.
Na vyššie uvedenom obrázku je možné vidieť, že v čase začiatku pozorovania striedavého napätia U nebola jeho hodnota nulová, to znamená, že fáza sa už v tomto príklade dokázala odchýliť od nuly pod určitým uhlom. Psi sa rovná približne 30 stupňom alebo pi / 6 radiánov – toto je a je počiatočný fázový uhol.
Ako súčasť argumentu sínusovej funkcie je Psi konštantný, pretože tento uhol je určený na začiatku pozorovania meniaceho sa napätia a potom sa vo všeobecnosti nemení. Jeho prítomnosť však určuje celkový posun sínusovej krivky vzhľadom na pôvod.
Pri ďalšom kolísaní napätia sa mení aktuálny fázový uhol a s ním sa mení aj napätie.
Pre sínusovú funkciu, ak je celkový fázový uhol (plná fáza, berúc do úvahy počiatočná fáza) nula, 180 stupňov (pi radiány) alebo 360 stupňov (2 * pi radiány), potom napätie predpokladá nulu a ak fázový uhol nadobúda hodnotu 90 stupňov (pi / 2 radiány) alebo 270 stupňov (3 * pi / 2 radiány), potom sa v takýchto časoch napätie odchyľuje maximálne od nuly.
Fázový posun
Zvyčajne sa v priebehu elektrických meraní v obvodoch so striedavým sínusovým prúdom (napätím) súčasne pozoruje prúd aj napätie v skúmanom obvode. Grafy prúdu a napätia sa potom vynesú do spoločnej súradnicovej roviny.
V tomto prípade je frekvencia zmeny prúdu a napätia rovnaká, ale odlišná, ak sa pozriete na grafy, ich počiatočné fázy. V tomto prípade hovoria pre fázový posun medzi prúdom a napätím, teda pre rozdiel medzi ich počiatočnými fázovými uhlami.
Inými slovami, fázový posun určuje, o koľko je posunutá jedna sínusová vlna v čase od druhej. Fázový posun, podobne ako fázový uhol, sa meria v stupňoch alebo radiánoch. Vo fáze vedie sínus, ktorého perióda začína skôr, a sínus, ktorého perióda začína neskôr vo fáze, zaostáva. Fázový posun sa zvyčajne označuje písmenom Phi.
Fázový posun, napríklad, medzi napätiami na vodičoch trojfázovej siete striedavého prúdu voči sebe je konštantný a rovná sa 120 stupňom alebo 2 * pi / 3 radiánov.