Cos'è la fase, l'angolo di fase e lo sfasamento

Quando si parla di corrente alternata, spesso lavorano con termini come "fase", "angolo di fase", "spostamento di fase". Questo di solito si riferisce a una corrente sinusoidale alternata o pulsante (ottenuta per rettifica corrente sinusoidale).

Poiché la variazione periodica dell'EMF nella rete o della corrente nel circuito è processo oscillatorio armonico, allora la funzione che descrive questo processo è armonica, cioè seno o coseno, a seconda dello stato iniziale del sistema oscillante.

L'argomento della funzione in questo caso è solo la fase, cioè la posizione della quantità oscillante (corrente o tensione) in ogni momento considerato rispetto al momento dell'inizio delle oscillazioni. E la funzione stessa assume il valore della quantità fluttuante nello stesso momento.

Fase

Per comprendere meglio il significato del termine «fase», passiamo al grafico della dipendenza della tensione in una rete CA monofase dal tempo. Qui vediamo che la tensione cambia da un certo valore massimo Um a -Um, passando periodicamente per lo zero.

Nel processo di cambiamento, la tensione assume molti valori in ogni momento, periodicamente (dopo un periodo di tempo T) ritorna al valore da cui è iniziato il monitoraggio di questa tensione.

Possiamo dire che in ogni istante di tempo la tensione si trova in una certa fase, che dipende da diversi fattori: dal tempo t trascorso dall'inizio delle oscillazioni, dalla frequenza angolare e dalla fase iniziale. Tra parentesi è la fase di oscillazione completa al tempo corrente t. Psi è la fase iniziale.

Angolo di fase

La fase iniziale è anche chiamata in ingegneria elettrica angolo di fase inizialepoiché la fase è misurata in radianti o gradi, proprio come tutti i normali angoli geometrici. I limiti di sfasamento vanno da 0 a 360 gradi o da 0 a 2 * pi radianti.

Nella figura sopra si può vedere che al momento dell'inizio dell'osservazione della tensione alternata U, il suo valore non era zero, cioè la fase era già riuscita a deviare da zero in questo esempio ad un certo angolo Psi uguale a circa 30 gradi o pi / 6 radianti — questo è ed è l'angolo di fase iniziale.

Come parte dell'argomento di una funzione sinusoidale, Psi è costante perché questo angolo è determinato all'inizio dell'osservazione della tensione variabile e quindi generalmente non cambia. Tuttavia, la sua presenza determina lo spostamento complessivo della curva sinusoidale rispetto all'origine.

Man mano che la tensione fluttua ulteriormente, l'angolo di fase corrente cambia e la tensione cambia con esso.

Per una funzione sinusoidale, se l'angolo di fase totale (fase completa, tenendo conto della fase iniziale) è zero, 180 gradi (pi radianti) o 360 gradi (2 * pi radianti), allora la tensione assume zero e se l'angolo di fase assume un valore di 90 gradi (pi greco / 2 radianti) o 270 gradi (3 * pi greco / 2 radianti), quindi in tali momenti la tensione devia al massimo da zero.

Sfasamento

Di solito, durante le misurazioni elettriche in circuiti con una corrente sinusoidale alternata (tensione), vengono osservate contemporaneamente sia la corrente che la tensione nel circuito esaminato. I grafici di corrente e tensione vengono quindi tracciati su un piano di coordinate comune.

In questo caso, la frequenza di variazione di corrente e tensione è identica, ma diversa, se si osservano i grafici, le loro fasi iniziali. In questo caso dicono per lo sfasamento tra corrente e tensione, cioè per la differenza tra i loro angoli di fase iniziali.

In altre parole, lo sfasamento determina quanto un'onda sinusoidale viene spostata nel tempo dall'altra. Lo sfasamento, come l'angolo di fase, viene misurato in gradi o radianti. In fase, il seno il cui periodo inizia prima è in anticipo e quello il cui periodo inizia più tardi in fase è in ritardo. Lo spostamento di fase è solitamente indicato dalla lettera Phi.

Lo sfasamento, ad esempio, tra le tensioni sui conduttori di una rete CA trifase l'una rispetto all'altra è costante e pari a 120 gradi o 2 * pi / 3 radianti.