Учебник по электронике

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

Мощность при отсутсвии сдвига фаз

остается справедливой.

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.

Нулевой сдвиг фаз

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°.

Сдвиг фаз равен 45 градусов

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.

Вследствие отставания фазы тока от фазы напряжения его направление в некоторые моменты не будет совпадать с на­правлением напряжения. В эти моменты мощность тока будет отрицательной, так как произведение положительной величи­ны на отрицательную величину всегда будет отрицательным. Эта значит, что внешняя электрическая цепь в эти моменты становится не потребителем электрической энергии, а источни­ком ее. Некоторое количество энергии, поступившей в цепь во время части периода, когда мощность была положительной, возвращается источнику энергии в ту часть периода, когда мощность отрицательна.

Чем больше сдвиг фаз, тем продолжительнее становятся части периода, в течение которых мощность делается отрица­тельной, тем, следовательно, меньше будет средняя мощность тока.

При сдвиге фаз в 90° мощность в течение одной четверти периода будет положительной, а в течение другой четверти периода — отрицательной. Следовательно, средняя мощность тока будет равна нулю, и ток не будет производить никакой работы (рисунок 3).

Сдвиг фаз 90 градусов

Рисунок 3. Сдвиг фаз тока и напряжения. Фазы тока и напряжения сдвинуты на 90, мощность в течении одной четвери периода положительна, а в течении другой отрицательна. В среднем мощьноть равна нулю.

Теперь ясно, что мощность переменного тока при наличии сдвига фаз будет меньше произведения эффективных значений тока и напряжения, т. е. формулы

moschnost-formula-no

в этом случае будут неверны


ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!


Комментарии  

 
#13 Альмира 10.06.2018 06:52
Вопрос: зависит ли сдвиг фаз от величины активного сопротивления? Если нет/да, то почему?
Цитировать
 
 
#12 александр 40 11.07.2017 19:15
почему трасформатор 220 вольт подключенного последовательно с первичной обмоткой сильно нагревается .
Наверно 220 сумируется с заряженым конденсатором 1 микрофорад иза сдвига фаз и получается около 440 вольт на первичной обмотке.
Цитировать
 
 
#11 Виталий 15.12.2016 21:03
Цитирую Мастер:
Цитирую Стас:
Какая бредятина. При здвиге фаз на 90* ток не совершает работу.
Берем электрическую плитку включаем последовательно конденсатор и включаем в разетку все работает плитка греется, ток совершает работу.

Никто и не говорил, что она не будет греться! Читай внимательней!

Плитка - Это активная мощьность
Даже при сдвиге сети 90гр плитка не повлияет на угол и наоборот)
если не прав поправте, просто догадки)
Цитировать
 
 
#10 Ростик 07.06.2016 02:28
А вот вопрос можно-ли сделать так взять одну фазу с сети 220 и кинуть один провод фазы на прямую к плите а второй провод от этой же фазы через кондицатор и потом эл.плите то-есть сделать фазное замыкание будет ли плита при этом работать мощнее или не чего не получится
Цитировать
 
 
#9 Sed 20.01.2016 17:57
тема не раскрыта
Цитировать
 
 
#8 Владимир 24 03.12.2015 08:50
Спасибо. Очень доходчиво, наглядно, и понятно описаны происходящие процессы.
Хорошая статейка и полезная.
Цитировать
 
 
#7 zed 26.05.2015 08:25
стас, если к плитке с активным сопротивлением подключить конденсатор, то сдвиг фаз будет, но не 90. Следовательно плитка будет греть, но не столь эффективно как без конденсатора... Это математика...
Цитировать
 
 
#6 Андрей 28.12.2014 00:44
По больше таких статей,автор вы просто молодец,я трехфазную цепь много раз пытался понять и все бес толку треугольники формулы и все на этом заканчивалось. Пока не догадался заменить каждую обмотку просто аккумулятором с разным напряжением и направлением как по графику синусоид и о чудо стал комбинировать и все заработало.Тут я наконец таки понял что такое ноль.По больше таких людей как вы,толку с этих академиков и тд. так напишут что жизни не хватит разобраться. Такое ощущение что запутывают целенаправлен о чтоб только самые умные из народа могли догадаться. :lol:
Цитировать
 
 
#5 Мастер 22.10.2014 18:33
Цитирую Стас:
Какая бредятина. При здвиге фаз на 90* ток не совершает работу.
Берем электрическую плитку включаем последовательно конденсатор и включаем в разетку все работает плитка греется, ток совершает работу.

Никто и не говорил, что она не будет греться! Читай внимательней!
Цитировать
 
 
#4 все абсолютно верно 13.12.2013 14:18
:lol: ;-)
Цитировать
 
 
#3 Administrator 12.12.2013 07:42
Не занимайтесь подменой понятий! Плитка активная нагрузка, в этом случае разность фаз между током и напряжением равна нулю. А на конденсаторе, который вы включили в цепь нарпряжение отстает от тока на 90 градусов (не забывайте, что ток при последовательно м включении общий через все элементы). Поэтому мощность на конденсаторе будет меняться в течение одной четверти периода будет положительной, а в течение другой четверти периода — отрицательной. Суммарная за период P=0. Следовательно и работа будет равна нулю. А в плитке по другому, нет сдвига P=I*U.
Для пояснения посмотрите рисунки:

Поэтому конденсаторы и используют в качестве "безваттных резисторов"
Цитировать
 
 
#2 Стас 11.12.2013 10:59
Какая бредятина. При здвиге фаз на 90* ток не совершает работу.
Берем электрическую плитку включаем последовательно конденсатор и включаем в разетку все работает плитка греется, ток совершает работу.
Цитировать
 
 
#1 tmp 22.11.2013 18:05
Просто и доступно
Цитировать
 

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

Бесплатное интернет издание посвященное электротехнике, электронике, радиотехнике и другим смежным областям.

Журнал состоит из нескольких качественных и полезных статей практической направленности.

Разнообразный формат статей, красочные иллюстрации, качественные видео материалы.

Конфиденциальность данных гарантируется.

Основы электроники

Видеокурс "Черчение схем в программе sPlan 7"

Kurs-splan

Если Вы хотите научиться чертить электрические схемы, создавать рисунки и иллюстрации (например при оформлении курсовых, дипломных, при публикации на сайте и т.д.) быстро и профессионально, то у меня для Вас есть отличная новость!

 

Вы можете совершенно БЕСПЛАТНО получить полноценный курс по черчению схем и созданию рисунков в программе sPlan 7.0!

Бесплатно!

 

Видеокурс "Программирование микроконтроллеров для начинающих"

mk-avr

Если Вы хотите из новичка превратиться в профессиноала, стать высококлассным, конкурентноспособным и грамотным специалистом в области самого перспективного направления микроэлектроники, тогда изучите новый видокурс по микроконтроллерам!

Уверяю такого еще нет нигде!

В результате вы научитесь с нуля не тольно разрабатывать собственные устройства, но и сопрягать с ними различную переферию!

Подпишись на мой канал youtube!

СКАЧАЙ Комплекс уроков ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

Комплекс уроков Электричество