Akım ve gerilim arasındaki faz açısı. Gerekli faz kaymasının elde edilmesi

Faz kayması için ölçüm birimleri radyan ve derecedir:

1° = π/180 rad.

Katalog sınıflandırmasında, faz farkı ve grup gecikme süresinin elektronik sayaçları şu şekilde belirtilmiştir: F1 - standart cihazlar, F2 - faz sayaçları, FZ - faz kaydırıcıların ölçümü, F4 - grup gecikme süresi sayaçları, F5 - korelasyon sayaçları.

Ön paneldeki elektromekanik faz ölçerler ∆φ işaretine sahiptir.

Faz, harmonik sürecin durumunu karakterize eder. şu an zaman:

sen(T) = Hım günah (ωt+ φ).

Faz sinüs fonksiyonunun tüm argümanıdır ( ωt+ φ). Tipik olarak ∆φ aynı frekanstaki salınımlar için ölçülür:

sen 1(T) =U m günah( ωt+ φ 1);

sen 2(T) =U m günah( ωt+ φ 2).

Bu durumda faz kayması

∆φ = ( ωt+ φ 1) - ( ωt- φ 2) = φ 1 - φ 2 (5.10)

Basitleştirmek için, bir salınımın başlangıç ​​aşamasını sıfır olarak alıyoruz (örneğin, φ 2 = 0), ardından ∆φ = φ 1.

Yukarıdaki faz kayması kavramı yalnızca harmonik sinyaller için geçerlidir. Harmonik olmayan (darbe) sinyaller için zaman kaydırma (gecikme süresi) kavramı geçerlidir t 3), diyagramları Şekil 2'de gösterilmektedir. 5.6.

Pirinç. 5.6. Zaman kaydırmalı stres diyagramları

Faz kayması ölçümü endüstriyel ve endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. ultra yüksek frekanslar, yani tüm frekans aralığı boyunca.

Faz kayması, örneğin dört terminalli bir ağın giriş ve çıkış voltajları arasında ve ayrıca AC güç devrelerinde akım ve voltaj arasında meydana gelir ve güç faktörünü (cos φ) ve dolayısıyla devredeki gücü belirler. çalışmak.

Faz kaymasını ölçmek için endüstriyel frekanslar Elektrodinamik ve ferrodinamik sistemlerin elektromekanik faz ölçerleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tür faz ölçüm cihazlarının dezavantajları, sinyal kaynağından nispeten büyük güç tüketimi ve okumaların frekansa bağımlılığıdır. Elektromekanik faz ölçerlerin bağıl azaltılmış hatası ±%0,5'ten fazla değildir.

Faz kayması ve sinyal frekansının ölçülmesinde gereken doğruluk düzeyine bağlı olarak aşağıdakilerden biri kullanılır: aşağıdaki yöntemler: osilografik (üçten biri), kompanzasyon, elektronik ayrık sayma yöntemi, faz kaymasını akım darbelerine dönüştürme yöntemi, mikroişlemci sistemine dayalı faz ölçerler kullanılarak ölçüm yöntemi, sinyal frekansı dönüştürme yöntemi.

Osilografik yöntemler, sırasıyla üçe ayrılır: doğrusal tarama, sinüzoidal tarama (elips) ve dairesel tarama.

Uygulama için doğrusal tarama yöntemi iki kanallı veya iki ışınlı bir osiloskop (veya elektronik anahtarlı tek ışınlı bir osiloskop) kullanın. Ekran sinüzoidal sinyallerin bir görüntüsünü üretir (Şekil 5.7).

Pirinç. 5.7. Doğrusal tarama yöntemini kullanarak faz kaymasını ölçerken iki sinüzoidal sinyalin osilogramları

Sinyaller sen 1(T)Ve sen 2(T) osiloskopun Y1 ve Y2 girişlerine beslenir. Osilogramların hareketsizliğini sağlamak için taramayı incelenen sinyallerden biriyle senkronize etmek gerekir.

Ölçülen segmentlere göre 0 A ve 0 B faz kayması ilişkiden hesaplanır

(5.11)

Doğrusal tarama yöntemi, faz kaymasının işaretini belirlemenize olanak tanır ve tüm ölçüm aralığını (0...360°) kapsar. Yöntemin hatası ± (5...7°)'dir ve açılma voltajının doğrusal olmaması, 0 segmentlerinin doğrusal boyutlarının ölçülmesindeki yanlışlık ile belirlenir. A ve 0 B,ışının odaklanma kalitesi ve parlaklığı (yani operatörün becerisi).

Sinüs süpürme yöntemi birini kullanarak uygulandı; ışın osiloskopu. Test edilmiş voltaj sinyalleri sen 1 (t) Ve u2(t) Dahili doğrusal tarama üreteci kapatıldığında osiloskopun X ve Y girişlerine beslenir. Ekranda, şekli iki voltaj arasındaki faz kaymasına ve genliklerine bağlı olan elips şeklinde bir şekil görünecektir (Şekil 5.8). Faz kayması formülle belirlenir

(5.12)

Pirinç. 5.8. Sinüzoidal tarama yöntemini kullanarak faz kaymasını ölçerken ortaya çıkan osilogram

Hatayı azaltmak için genlikler ölçümden önce eşitlenir X t Ve Ym Y ve X kanalları boyunca düzgün düzenlemeleri.

Sinüzoidal tarama yöntemi, işareti belirlemeden 0...180° aralığındaki faz kaymasını ölçmenize olanak tanır.

Sinüzoidal tarama yöntemiyle (elips yöntemi) ∆φ ölçümündeki hata, denklem (5.12)'de yer alan bölümlerin ölçüm doğruluğuna, odaklanma kalitesine ve CRT ekranındaki ışının parlaklığına bağlıdır. Bu nedenlerin sıfıra yakın ve 90°'ye yakın bir faz kaymasında gözle görülür bir etkisi vardır.

Göz önünde bulundurulan her iki yöntem de dolaylıdır ve oldukça emek yoğundur.

Dairesel tarama yöntemi - Faz kaymasını ölçmek için en uygun osilografik yöntem. Bu durumda faz kaymasının işareti tüm açı ölçüm aralığı (0...360°) üzerinden belirlenir. Ölçüm hatası tüm aralık boyunca sabittir.

Yapısal şema Dairesel tarama yöntemini kullanarak faz kaymasını ölçerken osiloskop, Şekil 2'de gösterilmektedir. 5.9, A.

Pirinç. 5.9. Dairesel tarama yönteminin uygulanmasının blok diyagramı (A), açı okuma (B) ve sinüzoidal sinyallerin diyagramları (V) faz kaymasını ölçerken

Osiloskopun X ve Y girişleri sinüzoidal voltaj sinyalleriyle beslenir U 1 Ve U 3, Bir direnç ve bir kapasitörden oluşan bir faz kaydırıcı kullanılarak birbirine göre 90° kaydırılır. Kol dirençleri eşitse gerilim genlikleri U 1 Ve U 3 da eşittir ve ekranda daire şeklinde bir osilogram gözlemlenecektir (Şekil 5.9, B).

Karşılaştırılabilir sinyaller sen 1 (t) Ve u2(t) sinüzoidal gerilimleri gerilimli kısa tek kutuplu darbe dizisine dönüştüren iki özdeş şekillendiricinin girişlerine beslenir. U 4 Ve U 5(Şekil 5.9 ,V) dik cephelerle. Darbelerin başlangıcı, sinüzoidlerin arttıkça zaman ekseni boyunca geçiş anına denk gelir. Gerilimli sinyaller U 4 Ve U 5 toplandıkları OR mantık devresine ulaşırlar ve çıkışta voltajlı bir dizi darbe belirir U6, tüpün kontrol elektroduna (modülatör) beslenen, 1 ve 2 noktalarında ışının parlaklığını kontrol eden ve daire üzerinde 1 ve 2 noktalarında artan parlaklık noktaları gözlenir.

Sinyaller arasındaki faz kayması şu şekilde gerçekleşir (bkz. Şekil 5.9, B).Ölçme sırasında şeffaf iletkinin merkezi, toplam çevresi 360°'ye karşılık gelen dairenin merkezi ile aynı hizadadır. Periyod boyunca T gerilimle incelenen sinyaller U 1 Ve U 2 elektron ışını bir daireyi tanımlar. Işın, bu sinyallerin gecikme süresi boyunca, uzunluğu belirli bir α açısına eşit olan 1 ve 2 noktaları arasındaki bir yayı tanımlar: ∆ t =∆φ T/ 360°, buradan itibaren α= ∆φ.

Mutlak hata Dairesel tarama yöntemini kullanan ölçümler 2...5°'ye ulaşır ve dairenin merkezini belirlemenin doğruluğuna, iletki kullanarak faz kaymasını ölçmenin doğruluğuna ve her iki şekillendiricinin yanıt eşiğinin özdeşlik derecesine bağlıdır.

Tazminat yöntemi(katlama yöntemi) bir osiloskop kullanılarak uygulanır. Yöntem diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 5.10, A.

Pirinç. 5.10. Tazminat yöntemini uygulama şeması ( A) ve osilogram (6) faz kaymasını ölçerken

Gerilimli sinyaller U 1 Ve U 2 osiloskobun Y ve X girişlerine ve dereceli bir faz kaydırıcı aracılığıyla Y girişine ve doğrudan X girişine beslenir.

Test gerilimleri arasındaki faz kayması U 1 Ve U 2 sinyalin fazının voltajla değiştirilmesiyle belirlenir U 3 Ekranda düz bir eğimli çizgi görünene kadar faz kaydırıcı (Şekil 5.10, B), bu her iki sinyalin fazlarının eşit olduğunu gösterir. Belirlenen faz kayması ∆φ, 180°'lik bir faz dönüşüne karşılık gelen, birincil konuma göre faz kaydırma ölçeğinde sayılır. Ölçüm hatasını azaltmak için osiloskop ışınının dikey ve yatay saptırma kanallarının amplifikatörleri tarafından oluşturulan faz kaymalarının düzeltilmesi gerekir. Bu prosedür, sinüzoidal tarama yöntemi kullanılarak faz kaymasının ölçülmesiyle aynı sırayla gerçekleştirilir (bkz. Şekil 5.8). Sıfır göstergesi olarak elektronik bir voltmetre kullanılabilir.

Telafi yöntemini kullanan ölçüm hatası küçüktür (0,2...0,5°) ve esas olarak faz kaydırıcı kalibrasyonunun kalitesiyle belirlenir.

Telafi yöntemi, ayrıca mikrodalga yoluna dahil edilen herhangi bir elemanın (filtre, dalga kılavuzu bölümü) getirdiği faz kaymasını ölçerken mikrodalga aralığında da kullanılır. Telafi yöntemini kullanarak faz kaymasını ölçmenin blok diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 5.11.

Pirinç. 5.11. Bir telafi yöntemi kullanılarak mikrodalga aralığında faz kaymasının ölçülmesine ilişkin blok diyagram

Ölçüm işlemi aşağıdaki sırayla gerçekleştirilir. Test elemanı Z'nin bağlantısı kesildiğinde, faz kaydırıcının çıkışındaki mikrodalga yolu bir fişle kısa devre yapılır. Jeneratör açıldığında yolda duran bir dalga oluşturulur. Asgari düzeyden bu yana durağan dalga Maksimumdan daha belirginse, faz kaydırıcıyı ayarlayarak duran dalga düğümü, doğrultucu cihazın (miliammetre) minimumu ve faz kaydırıcı olan φ 1 okumalarını göstermesi için probun enine düzlemine göre hareket ettirilir. , not edilir. Daha sonra, faz kaydırıcı ile fiş arasına, test elemanı Z bağlanır, duran dalga voltaj düğümünün yer değiştirmesi oluşturulur ve yine faz kaydırıcı kullanılarak, güvenildiğinde φ 2 olacak minimum gösterge okuması elde edilir. faz kaydırıcı ölçeği.

İncelenen Z elementinin mikrodalga yoluna getirdiği faz kayması aşağıdaki formülle belirlenir:

Söz konusu devrede faz kaydırıcı ve prob yerine bir ölçüm hattı kullanılabilir. Açıklanan telafi yöntemi dolaylıdır.

İki kanallı bir faz ölçer, faz kaymasını doğrudan ölçmenize olanak tanır. İki kanallı faz ölçerin çalışma prensibi, faz kaymasını dikdörtgen darbelere dönüştürmeye dayanır. İki kanallı bir faz ölçerin blok diyagramı, çalışmasını açıklayan sinyallerin zamanlama diyagramları ve ilgili ∆φ göstergesinin okumalarının bir grafiği Şekil 1'de sunulmaktadır. 5.12.

Pirinç. 5.12. İki kanallı bir faz ölçerin blok şeması ( A), çalışmasını açıklayan sinyal zamanlama diyagramları (6) ve ∆φ'ye göre gösterge okumalarının bir grafiği ( V)

Faz ölçer, ∆φ zaman kaymasını ∆ dönüştüren bir dönüştürücüden oluşur T, istenen faz kaymasına ∆φ ve ölçüm göstergesine eşittir. Dönüştürücü iki özdeş sinyal koşullayıcıdan ve tetikleyici olarak kullanılan bir toplayıcıdan oluşur.

Test edilmiş voltaj sinyalleri U 1 Ve U 2 faz kayması ∆φ olan iki özdeş şekillendiricinin girişlerine beslenir; bunlar, gelen sinüzoidal sinyalleri voltajlı bir kısa darbe dizisine dönüştürür U 3 Ve U4. Gerilimli darbeler U 3 tetiği ve voltaj darbelerini tetikleyin U 4 orijinal konumuna ayarlayın. Sonuç olarak, çıkışta tekrar periyodu ve süresi tekrar periyoduna eşit olan periyodik bir darbe dizisi oluşturulur. T ve zaman kayması ∆ T genlikli sinyaller incelendi Ben.

Manyetoelektrik sistemin mikroampermetresi çoğunlukla bir ölçüm göstergesi olarak kullanılır; okumaları, sinyal tekrarlama süresi boyunca ortalama akım değeriyle orantılıdır. T.

Zamanlama diyagramından da görülebileceği gibi ben = f(t)(şek. 5.12, B),ölçüm cihazının devresinde ∆ süreli dikdörtgen darbeler elde edilir T. Sonuç olarak, dönem boyunca cihazlardan akan akımın ortalama değeri, bağıl zaman aralığının iki katıyla orantılıdır:

Grafikten (bkz. Şekil 5.12, B)çalışılan sinyaller arasındaki faz kaymasının voltajla olduğu sonucu çıkar U 1 Ve U 2 zaman kaymasına karşılık gelir ∆ T ve formülle ifade edilebilir

buradan faz açısının doğrusal olarak ∆ oranına bağlı olduğu sonucu çıkar t/t:

Denklemi (5.15) ifade (5.14) ile değiştirerek şunu elde ederiz:

(5.16)

Şu tarihte: sabit değerÇıkış darbelerinin genliği, akımın ortalama değerini ölçen bir göstergenin ölçeği ben 0,∆φ değerlerinde mezun oldu. Bu durumda faz ölçer gösterge ölçeği doğrusal olacaktır. İki kanallı faz ölçüm cihazının avantajı doğrudan ölçüm∆φ ±180° aralığında.

Elektronik yöntem ayrı hesap dijital faz ölçerin çalışmasının temelidir ve iki ana aşamadan oluşur: faz kaymasının karşılık gelen zaman aralığına dönüştürülmesi ve bu zaman aralığının ayrık sayma yöntemini kullanarak ölçülmesi.

Bir dijital faz ölçerin basitleştirilmiş bir blok diyagramı ve çalışmasını açıklayan zamanlama diyagramları Şekil 1'de sunulmaktadır. 5.13.

Pirinç. 5.13. Ayrık sayma yöntemini (a) kullanarak faz kaymasını ölçerken faz ölçerin blok diyagramı ve çalışmasını açıklayan sinyallerin zamanlama diyagramları (B)

Kuvars osilatörü tarafından üretilen sinüzoidal sinyal, çıkışında zaman seçicinin bir girişine ulaşan sayma darbelerinin üretildiği oluşum bloğuna beslenir. Diğer girişi ise ∆ süreli darbelerin dönüştürülmüş dizisini alır. T incelenen sinyallerin tekrarlama periyodu ile T. Seçici yalnızca ∆ süresine eşit bir süre için açılır T voltajlı darbeler U 3 ve voltaj darbelerini sayaca iletir U 4 jeneratörden. Zaman seçici voltajlı darbe paketleri üretir U 5 ( dönemi değiştirmeden T), tezgaha tek bir paket halinde geliyor.

Nerede T 0 - Bir kuvars osilatörün darbelerini saymanın tekrarlama periyodu.

∆ ilişkisini formül (5.17)'ye koymak T formül (5.16)'dan gerilimli sinyaller için ∆φ'yi belirleriz U 1 Ve U 2

(5.18)

Bu yöntemle genel ölçüm hatası, aralığın ∆ olmasından kaynaklanan ayrıklık hatasına bağlıdır. T bir döneme kadar doğru ölçüldü T 0, ve dönüştürücünün tepki süresinin istikrarsızlığından.

Harika fırsatlar seçilen herhangi bir süre için iki periyodik sinyal arasındaki faz kaymasını ölçebilen yerleşik bir mikroişlemciye sahip faz ölçerlere sahiptir.

Şekil 5.14, yerleşik bir mikroişlemciye sahip bir faz ölçerin blok diyagramını ve çalışmasını açıklayan sinyallerin zamanlama diyagramlarını göstermektedir.

Giriş cihazından sonra voltajlı sinüzoidal sinyaller U 1 Ve U 2 gerilim ile kısa darbelere dönüştürüldükleri bir darbe dönüştürücünün girişlerine ulaşırlar sen" 1 ve sen" 2 Bu darbelerin ilk çiftini kullanarak, sürücü 1 voltajlı bir darbe üretir U 3 süre ∆ T gerilimli sinyallerin zaman kaymasına eşittir U 1 Ve U2. Bu darbe, zaman seçici 1'i açar ve çalışması sırasında, tekrarlama periyoduna sahip sayma darbeleri, sayaç 1'in girişine geçer. T 0, Bunlar mikroişlemci tarafından üretilir. Sayaç girişine 1 paket voltaj darbesi iletildi U 4Şekil 2'de gösterilmiştir. 5.14, B. Bir paketteki darbe sayısı formülle ifade edilir

Aynı zamanda sürücü 2 voltajlı darbeler üretir U5, süreli, döneme eşit incelenen sinyallerin voltajla tekrarı U 1 Ve U2. Bu darbe seçici 2'yi açar (etkisi süresince) ve mikroişlemciden sayaç 2'ye bir paket voltaj darbesi iletir U 6 ve dönemli T0, paketteki sayı

Pirinç. 5.14. Dahili mikroişlemcili bir faz ölçerin blok şeması ( A) ve çalışmasını açıklayan sinyal zamanlama diyagramları (B)

Seçilen sinyal tekrarlama periyodu için istenen faz kayması ∆φ değerini belirlemek için T(5.19) ve (5.20) miktarlarının oranını eşit bulmak gerekir

daha sonra dikkate alarak temel formül∆φ = 360° ∆ t/t bu oranı 360° ile çarpın:

(5.21)

Bu hesaplama 1 ve 2 numaralı sayaçların ürettiği sayı kodlarının iletildiği bir mikroişlemci tarafından gerçekleştirilir P Ve N. Uygun mikroişlemci programıyla, ekranda seçilen herhangi bir periyot için faz kayması ∆φ değeri gösterilir T. Bu tür değişiklikleri karşılaştırarak farklı dönemler∆φ dalgalanmalarını gözlemlemek ve bunların statik parametrelerini tahmin etmek mümkün hale gelir; beklenen değer, dağılım, standart sapma, ölçülen ortalama faz kayması.

Dahili bir mikroişlemciye sahip bir faz ölçer ile ölçülürken, faz kaymasının ortalama değeri ∆φ belirtilen miktar İLE dönemler T 1 ve 2 numaralı sayaçlar, girişlerinde alınan darbelerin sayısına ilişkin kodları biriktirir. İLE dönemler, yani sayı kodları bilgisayar Ve N.K. sırasıyla mikroişlemciye iletilir.

Bu faz ölçerle ∆φ ölçümündeki küçük bir hata, yalnızca incelenen sinyallerin yeterince düşük frekansında elde edilebilir. Ön (heterodin) sinyal dönüşümü, frekans aralığını genişletmenize olanak tanır.

Bir cihaz seçerken bilmeniz gereken faz ölçüm cihazlarının ana metrolojik özellikleri aşağıdakileri içerir:

· cihazın amacı;

· faz kayması ölçüm aralığı;

· Frekans aralığı;

· izin verilen ölçüm hatası.

Ohm kanunu alternatif akım

Devre yalnızca aktif değil, aynı zamanda reaktif bileşenleri de (kapasitans, endüktans) içeriyorsa ve akım, döngüsel frekans ω ile sinüzoidal ise, Ohm yasası genelleştirilir; içerdiği miktarlar karmaşık hale gelir:

U = ben Z

sen = sen 0 e ben- voltaj veya potansiyel fark,

BEN- mevcut güç,

Z = Yeniden -iδ- karmaşık direnç (empedans),

R = (R A 2 +R R 2 ) 1/2 - toplam direnç,

R R = ωL - 1/ωC- reaktans(endüktif ve kapasitif arasındaki fark),

R A- frekanstan bağımsız aktif (ohmik) direnç,

δ = -arktg R R /R A- gerilim ve akım arasındaki faz kayması.

Bu durumda akım ve gerilim değerlerindeki karmaşık değişkenlerden gerçek (ölçülen) değerlere geçiş, devrenin gerçek veya sanal kısmı (ancak devrenin tüm elemanlarında aynı!) alınarak yapılabilir. bu miktarların karmaşık değerleri. Buna göre ters geçiş örneğin aşağıdakiler için oluşturulmuştur: sen = sen 0 günah(ωt + φ) böyle bir seçim sen = sen 0 e ben, Ne BENNsen = sen. Daha sonra devredeki tüm akım ve gerilim değerleri şu şekilde dikkate alınmalıdır: F = ImF.

Akım zamanla değişiyorsa ancak sinüzoidal (veya hatta periyodik) değilse, o zaman sinüzoidal Fourier bileşenlerinin toplamı olarak temsil edilebilir. Doğrusal devreler için akımın Fourier açılımının bileşenlerinin bağımsız hareket ettiği düşünülebilir.

Ohm yasasının, akımın potansiyel farka bağımlılığını tanımlamak için yalnızca en basit yaklaşım olduğu ve bazı yapılar için yalnızca dar bir değer aralığında geçerli olduğu da belirtilmelidir. Daha karmaşık (doğrusal olmayan) sistemleri tanımlamak için, direncin akıma bağımlılığı ihmal edilemediğinde, akım-gerilim karakteristiğini tartışmak gelenekseldir. Elektrik alanın değişim hızının, yük taşıyıcılarının ataletinin ihmal edilemeyecek kadar yüksek olduğu durumlarda da Ohm kanunundan sapmalar gözlenir.

2. Bobin veya kapasitans içeren bir devrede gerilim ve akım arasındaki faz kayması nedir?

Faz değişimi- arasındaki fark başlangıç ​​aşamaları zaman içinde aynı frekansta periyodik olarak değişen iki değişken nicelik. Faz kayması boyutsuz bir miktardır ve derece, radyan veya bir periyodun kesirleri cinsinden ölçülebilir. Elektrik mühendisliğinde gerilim ve akım arasındaki faz kayması, AC devrelerindeki güç faktörünü belirler.

Radyo mühendisliğinde, fazı yaklaşık 60° kaydıran RC devreleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Fazın 180° kaydırılması için üç RC zincirini seri olarak bağlamanız gerekir. RC jeneratörlerinde kullanılır.

Herhangi bir akım şekli için bir transformatörün sekonder sargılarında indüklenen EMF, birincil sargıdaki EMF ile faz ve şekil bakımından çakışır. Sargılar antifazda açıldığında, transformatör anlık voltajın polaritesini tersine değiştirir; sinüzoidal voltaj durumunda fazı 180° kaydırır. Meissner jeneratöründe vb. kullanılır.

Şekil 305

Pirinç. 305. Akım ve gerilim arasındaki faz kaymalarını tespit etme deneyimi: solda - deneysel diyagram, sağda - sonuçlar kapasitörün plakaları arasındaki voltajın şeklini verir (a ve b noktaları), çünkü osiloskobun bu döngüsünde zamanın her anında akım voltajla orantılıdır. Deneyimler, bu durumda akım ve gerilim eğrilerinin faz olarak kaydığını, akımın faz içi gerilime dörtte bir süre (p/2) öncülük ettiğini göstermektedir. Kondansatörü yüksek endüktanslı bir bobinle değiştirirsek (Şekil 305, b), akımın gerilimle çeyrek periyot kadar (p/2) faz dışı olduğu ortaya çıkar. Son olarak, aynı şekilde aktif direnç durumunda gerilim ve akımın aynı fazda olduğu gösterilebilir (Şekil 305, c). Genel durumda, bir devrenin bir bölümü yalnızca aktif değil aynı zamanda reaktif (kapasitif, endüktif veya her ikisi) direnci de içerdiğinde, bu bölümün uçları arasındaki voltaj, akıma göre faz kaydırılır ve faz kaydırma aralıkları +p/2'den -p/2'ye kadar ve devrenin belirli bir bölümünün aktif ve reaktansı arasındaki orana göre belirlenir. Akım ve gerilim arasında gözlemlenen faz kaymasının fiziksel nedeni nedir? Devre kapasitörler ve bobinler içermiyorsa, yani devrenin kapasitif ve endüktif direnci aktif olana kıyasla ihmal edilebilirse, o zaman akım, şekilde gösterildiği gibi maksimum ve sıfır değerlerden eşzamanlı olarak geçerek voltajı takip eder. İncir. 305, v. Devrenin gözle görülür endüktansı varsa L, daha sonra içinden alternatif akım geçtiğinde, EMF. kendi kendine indüksiyon. Lenz kuralına göre bu EMF, manyetik alanda emf'ye neden olan değişikliklere (ve dolayısıyla bu alanı oluşturan akımdaki değişikliklere) müdahale etme eğiliminde olacak şekilde yönlendirilir. d.s. indüksiyon. Akım arttıkça, e. d.s. kendi kendine indüksiyon bu artışı önler ve bu nedenle akım, kendi kendine endüksiyonun olmadığı duruma göre maksimuma daha geç ulaşır. Akım azaldıkça, e. d.s. kendi kendine indüksiyon akımı koruma eğilimindedir ve daha fazla sürede sıfır akım değerlerine ulaşılacaktır. geç an kendi kendine indüksiyonun yokluğunda olduğundan daha fazla. Bu nedenle, endüktansın varlığında, endüktansın yokluğunda akım çıkışla aynı fazda kalır ve bu nedenle voltajıyla aynı fazda kalır. Devrenin aktif direnci ise R endüktif reaktansına kıyasla ihmal edilebilir XL=wL, daha sonra akım ve voltajın zaman gecikmesi eşittir T/4(faz kayması s/2), yani maksimum sen ile çakışıyor ben=0Şekil 2'de gösterildiği gibi. 305, b. Aslında bu durumda aktif direnç üzerindeki voltaj Ri=0, Çünkü R=0 ve dolayısıyla tüm dış stres sen dengeli indüklenen emk, bu yönde ona zıttır: u=LDi/Dt. Yani maksimum sen maksimum ile çakışıyor Di/Dt, yani şu anda meydana gelir Ben en hızlı şekilde değişir ve bu, ben=0. Tam tersine şu anda Ben maksimum değerden geçer, mevcut değişim en küçüktür ( Di/Dt=0), yani şu anda sen=0. R devresinin aktif direnci ihmal edilebilecek kadar küçük değilse, harici voltajın bir kısmı direnç boyunca düşer. R ve geri kalanı e ile dengelenir. d.s. kendi kendine indüksiyon: u=Ri+LDi/Dt. Bu durumda maksimum Ben maksimumdan uzaklık ve zaman açısından daha az T/4(faz kayması daha az s/2) gosterildigi gibi

Frekanslı, birincil ve ikincil voltajın elektromanyetik sinüzoidal salınımlarının başlangıç ​​aşamaları aynı boyutta, belirli bir faz kayma açısına (φ açısı) göre önemli ölçüde farklılık gösterebilir. Değişken miktarlar, belirli bir zaman diliminde, belirli bir sıklıkta tekrar tekrar değişebilir. Eğer elektriksel süreçler değişmeyen bir karaktere sahip ve faz kayması sıfıra eşit Bu, örneğin transformatörler gibi alternatif voltaj değerleri kaynaklarının senkronizasyonunu gösterir. Faz kayması güç faktörünün belirleyici faktörüdür. elektrik ağları alternatif akım.

Gerekirse faz kayma açısı bulunur, o zaman sinyallerden biri referans sinyali ise ve en başında fazı olan ikinci sinyal faz kayma açısıyla çakışıyorsa.

Faz kayma açısı, normalize edilmiş bir hataya sahip bir cihaz kullanılarak ölçülür.

Faz ölçer, 0 o ila 360 o, bazı durumlarda -180 o C ila +180 o C aralığındaki kayma açısını ölçebilir ve ölçülen sinyal frekanslarının aralığı 20 Hz ila 20 GHz arasında değişebilir. Giriş sinyali voltajı 1 mV ile 100 V arasındaysa ölçüm garanti edilir, ancak giriş sinyali voltajı bu sınırları aşarsa ölçüm doğruluğu garanti edilmez.

Faz açısını ölçme yöntemleri

Faz açısını ölçmenin birkaç yolu vardır; bunlar:

1. Çift ışınlı veya çift kanallı bir osiloskop kullanma.
2. Telafi yöntemi, ölçülen faz kaymasını, bir referans faz kaydırıcı tarafından sağlanan faz kaymasıyla karşılaştırmaya dayanır.
3. Toplam fark yöntemi, harmonik veya şekilli kare dalga sinyallerinin kullanılmasından oluşur.
4. Zaman alanında faz kaymasının dönüşümü.

Osiloskopla faz açısı nasıl ölçülür

Osilografik yöntem, yaklaşık 5°'lik bir hatayla en basit yöntem olarak kabul edilebilir. Kayma osilogramlar kullanılarak belirlenir. Dört osilografik yöntem vardır:

1. Doğrusal süpürme uygulaması.
2. Elips yöntemi.
3. Dairesel tarama yöntemi.
4. Parlaklık işaretlerini kullanma.

Faz kayma açısının belirlenmesi yükün niteliğine bağlıdır. Bir transformatörün birincil ve ikincil devrelerindeki faz kaymasını belirlerken açıların eşit olduğu düşünülebilir ve pratik olarak birbirinden farklı değildir.

Gerilim faz açısı şu şekilde ölçülür: Referans kaynağı frekans ve bir ölçüm gövdesi kullanıldığında sonraki tüm ölçümlerin doğruluğunu sağlamayı mümkün kılar. Faz gerilimleri ve faz kayma açısı yüke bağlıdır, dolayısıyla simetrik bir yük faz gerilimi, yük akımları ve faz kayma açısının eşitliğini belirler ve elektrik tesisatının tüm fazlarındaki güç tüketimi açısından yük de eşit olacaktır.

Asimetrik üç fazlı devrelerde akım ile gerilim arasındaki faz açısı birbirine eşit değildir. Faz kayma açısını (φ açısı) hesaplamak için devreye seri bağlı dirençler (dirençler), endüktanslar ve kapasitörler (kondansatörler) dahil edilir.

Deney sonuçlarına göre gerilim ve akım arasındaki faz kaymasının yükü belirlemeye yaradığı ve elektrik şebekesindeki değişken akım ve gerilime bağlı olamayacağı belirlenebilir.

Sonuç olarak şunu söyleyebiliriz:

1. Direnç ve kapasitans ile iletkenlik gibi karmaşık direnci oluşturan unsurlar karşılıklı büyüklükler olmayacaktır.
2. Elementlerden birinin yokluğu, direnç ve iletkenlik kompleksinin bir parçası olan direnç ve reaktif değerlerini karşılıklı büyüklükler haline getirir.
3. Karmaşık direnç ve iletkenlikteki reaktif miktarlar ters işaretle kullanılır.

Gerilim ve akım arasındaki faz açısı her zaman karmaşık direnç φ'deki temel faktör olarak ifade edilir.

Faz kayması boyutsuz bir miktardır ve radyan (derece) veya bir periyodun kesirleri cinsinden ölçülebilir. Sabit, özellikle sıfır faz kaymasıyla diyorlar ki eşzamanlılık hakkında iki süreç veya iki değişken kaynağının tamamlanmış senkronizasyonu hakkında.

Faz (faz açısı) açıdır $\backslash varphi\; =\; 2\; \backslash pi\; \backslash frac\; (t)\; (T)\; ,$ Nerede $T$- dönem, $T$- sinüzoidler üst üste bindirildiğinde faz kayması periyodunun oranı. Yani eğer eğriler ( değişkenler- sinüzoidler: salınımlar, akımlar) birbirlerine göre çeyrek periyot kadar kaydırılırlar, sonra bunların faz bazında kaydırıldığını söyleriz $\backslash frac\; (\backslash pi)\; (2)\; ~\; (90^\backslash circ)\; ,$ bir dönemin sekizde biri (pay) ise, o zaman şu anlama gelir: $\backslash frac\; (\backslash pi)\; (4)$ vesaire.
Teknisyenler faz dışı birkaç sinüzoidden bahsederken akım veya gerilim vektörlerinden bahseder. Vektörün uzunluğu sinüzoidin genliğine karşılık gelir ve vektörler arasındaki açı faz kaymasına karşılık gelir. Birçok teknik cihaz bize basit bir sinüzoidal akım değil, eğrisi birkaç sinüzoidin (sırasıyla faz kayması) toplamı olan bir akım verir.

Herhangi bir akım şekli için bir transformatörün sekonder sargılarında indüklenen EMF, birincil sargıdaki EMF ile faz ve şekil bakımından çakışır. Sargılar antifazda açıldığında, transformatör anlık voltajın polaritesini tersine değiştirir; sinüzoidal voltaj durumunda fazı 180° kaydırır. Meissner jeneratöründe vb. kullanılır.

"Faz Kayması" makalesi hakkında yorum yazın

Notlar

Ayrıca bakınız

Faz Kaymasını karakterize eden bir alıntı

Bir dizi "Fiziksel Temeller ses" temelleri açıklamaya adanmış fiziksel süreçler müzisyenlerin ve sadece müzik severlerin uğraşması gereken bir durum. Materyal teknolojiden uzak insanların erişebileceği bir dilde sunuluyor ve bugün sinyal fazı ve faz kaymasına bakacağız.

Aşamanın ne olduğunu açıklamaya yaklaştık.

Sinüzoidal salınımı tanımlayan formüle bakalım:

S(t)=Amp*sin(Ф),

Nerede S(t) sinyal değeridir (ses basıncı seviyesi, numune boyutu,

t zamanında hoparlör girişindeki voltaj seviyesi;

Amfi- sinyal genliği (maksimum olası anlam bu titreşim için);

günah- sinüzoidal fonksiyon.

F- sinyal fazı şuna eşittir:

Ф=2*PI*f+ф/360*2*PI

P.I.- Pi";

F- Hertz cinsinden sinyalin frekansı (perdesi);

F- derece cinsinden sinyal fazı kayması.

Faz dalgalanma döneminde 0 ila 360 derece arasında değişir. Sonra tekrar - 0'dan 360'a vb. Faz, faza karşılık gelen periyot noktasındaki salınım seviyesiyle benzersiz bir şekilde ilişkili olduğundan, o zaman:

Faz, bazı varsayımlarla, bir süre içinde belirli bir noktada anlık sinyal seviyesi olarak düşünülebilir.

Faz değeri 0 derece olduğunda sinyal seviyesi (sinüs dalgası) 0 olur.

90 derece - 1 Pa faz değeriyle.

180 derecelik faz değeriyle - yine 1 Pa.

360 derecelik faz değeriyle (sonraki periyodun 0 derecesi ile aynı) - yine 0 Pa.

Zamanla sinyal seviyesi belirli bir yasaya göre değişir, dolayısıyla kabaca şunu söyleyebiliriz:

SİNYAL FAZI sinyal seviyesi şu an zaman.

SİNYAL FAZI- bu, uzaydaki noktamızdaki mevcut andaki ses basıncı seviyesidir.

Şimdi SİNYAL FAZI gibi sanal bir kavramın gerçek hayatı nasıl etkilediğinden bahsedelim.

Diyelim ki iki hoparlör, dinleyicinin bulunduğu yerde birbirini tamamlayan değişken ses basınçları üretiyor. Bu baskılar ya artar ya da azalır. Ve her iki sütundaki basınçların eşit olarak değiştiğini, ancak her zaman aynı yönde değiştiğini varsayarsak karşı taraf. Yani,

ilk sütundan gelen basınç 0,5 Pa (paskal) ve ikinci eksi 0,5 Pa'dır,

ilk eksi 1 Pa'dan, ikinci 1 Pa'dan.

Bu fenomene denir antifaz. Dinleyicinin bulunduğu noktadaki toplam ses düzeyi her zaman sıfırdır.

Sinüzoidal salınım formülüne göre antifaz nedir?

S(t)=Amp*sin(2*PI*f+f/360*2*PI)

Bu, bir sütundaki sinyalin formüle göre değiştiği zamandır.

S(t)=Amp*sin(2*PI*f+0), faz değişimi f=0 derece.

Diğer sütunda ise sinyal formüle göre değişir (sinyaller şekil olarak aynıdır ancak zaman gecikmelidir)

S(t)=Amp*sin(2*PI*f+180/360*2*PI), faz değişimi f=180 derece.

360 derece sinyal periyodunun uzunluğu, 180 derece ise sinyal periyodunun yarısıdır.

Başka bir deyişle ikinci sütundaki salınım periyodun yarısı kadar geciktirilir(180 derece).

Eğer gecikme sıfır, o zaman sinyal seviyesi tam tersine artar, çünkü birinci kolondan gelen basınç 1 Pa, ikinci kolondan gelen basınç 1 Pa, toplamda 1+1=2 Pa'dır. Bu durumda şunu söylüyorlar fazdaki sinyaller(faz kayması 0 derecedir).

Şu tarihte: 0'dan 180 dereceye kadar faz kayması değerleri- Toplam ses seviyesi olur az, Henüz değil sıfıra eşit olacak değerde faz kayması 180 derece.

Eğer faz değişimi olur 180 dereceden fazla, o zaman toplam ses seviyesi tekrar artar.

DEVAM EDECEK...