Was ist Phase, Phasenwinkel und Phasenverschiebung?

Wenn es um Wechselstrom geht, spricht man oft von Begriffen wie „Phase“, „Phasenwinkel“, „Phasenverschiebung“. Dabei handelt es sich meist um einen sinusförmigen Wechsel- oder Pulsstrom (erhalten durch Gleichrichtung). sinusförmiger Strom).

Da es sich um eine periodische Änderung der EMF im Netzwerk oder des Stroms im Stromkreis handelt harmonischer Schwingungsvorgang, dann ist die diesen Vorgang beschreibende Funktion harmonisch, also Sinus oder Kosinus, je nach Ausgangszustand des schwingenden Systems.

Das Argument der Funktion ist in diesem Fall nur die Phase, also die Lage der oszillierenden Größe (Strom oder Spannung) zu jedem betrachteten Zeitpunkt relativ zum Zeitpunkt des Beginns der Schwingungen. Und die Funktion selbst nimmt zum gleichen Zeitpunkt den Wert der schwankenden Größe an.

Phase

Um die Bedeutung des Begriffs „Phase“ besser zu verstehen, wenden wir uns dem Diagramm der Abhängigkeit der Spannung in einem einphasigen Wechselstromnetz von der Zeit zu. Hier sehen wir, dass sich die Spannung von einem bestimmten Maximalwert Um auf -Um ändert und periodisch durch Null geht.

Bei der Änderung nimmt die Spannung zu jedem Zeitpunkt viele Werte an und kehrt periodisch (nach einer Zeitspanne T) auf den Wert zurück, von dem aus die Überwachung dieser Spannung begann.

Wir können sagen, dass sich die Spannung zu jedem Zeitpunkt in einer bestimmten Phase befindet, die von mehreren Faktoren abhängt: von der Zeit t, die seit Beginn der Schwingungen vergangen ist, von der Kreisfrequenz und von der Anfangsphase. In Klammern ist die volle Schwingungsphase zum aktuellen Zeitpunkt t angegeben. Psi ist die Anfangsphase.

Phasenwinkel

In der Elektrotechnik wird auch die Anfangsphase genannt anfänglicher Phasenwinkelda die Phase wie alle normalen geometrischen Winkel im Bogenmaß oder Grad gemessen wird. Die Phasenverschiebungsgrenzen reichen von 0 bis 360 Grad oder 0 bis 2 * pi im Bogenmaß.

In der obigen Abbildung ist zu erkennen, dass zum Zeitpunkt des Beginns der Beobachtung der Wechselspannung U ihr Wert nicht Null war, d. h. die Phase war in diesem Beispiel bereits bei einem bestimmten Winkel von Null abgewichen Psi entspricht etwa 30 Grad oder Pi / 6 Bogenmaß – das ist und ist der anfängliche Phasenwinkel.

Als Teil des Arguments einer Sinusfunktion ist Psi konstant, da dieser Winkel zu Beginn der Beobachtung der sich ändernden Spannung bestimmt wird und sich dann im Allgemeinen nicht ändert. Sein Vorhandensein bestimmt jedoch die Gesamtverschiebung der Sinuskurve relativ zum Ursprung.

Bei weiteren Spannungsschwankungen ändert sich der aktuelle Phasenwinkel und damit auch die Spannung.

Wenn bei einer Sinusfunktion der Gesamtphasenwinkel (Vollphase, unter Berücksichtigung der Anfangsphase) Null, 180 Grad (Pi-Bogenmaß) oder 360 Grad (2 * Pi-Bogenmaß) beträgt, nimmt die Spannung Null an und wenn der Phasenwinkel einen Wert von 90 Grad (pi / 2 Bogenmaß) oder 270 Grad (3 * pi / 2 Bogenmaß) annimmt, dann weicht die Spannung zu solchen Zeiten maximal von Null ab.

Phasenverschiebung

Üblicherweise werden bei elektrischen Messungen in Stromkreisen mit sinusförmigem Wechselstrom (Spannung) gleichzeitig sowohl der Strom als auch die Spannung im untersuchten Stromkreis beobachtet. Die Strom- und Spannungsverläufe werden dann auf einer gemeinsamen Koordinatenebene aufgezeichnet.

In diesem Fall ist die Änderungsfrequenz von Strom und Spannung identisch, unterscheidet sich jedoch, wenn man sich die Diagramme und ihre Anfangsphasen ansieht. In diesem Fall sagen sie für die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung, also für die Differenz ihrer anfänglichen Phasenwinkel.

Mit anderen Worten: Die Phasenverschiebung bestimmt, wie stark eine Sinuswelle zeitlich gegenüber der anderen verschoben ist. Die Phasenverschiebung wird wie der Phasenwinkel in Grad oder Bogenmaß gemessen. In der Phase ist der Sinus, dessen Periode früher beginnt, voreilend, und der Sinus, dessen Periode später in der Phase beginnt, ist nacheilend. Phasenverschiebung wird üblicherweise mit dem Buchstaben Phi bezeichnet.

Die Phasenverschiebung beispielsweise zwischen den Spannungen an den Leitern eines dreiphasigen Wechselstromnetzes zueinander ist konstant und beträgt 120 Grad oder 2 * pi / 3 Bogenmaß.