Что такое сдвиг фаз

Сдвиг по фазе: двигатель

Прав был Козьма Прутков, когда говорил: «Специалист подобен флюсу: полнота его одностороння»! Конечно, узкая специализация в автомобильном мире неизбежна, но ведь далеко не все могут себе позволить иметь несколько автомобилей для различных задач.

Приходится идти на компромиссы, подыскивая универсальные решения в виде идеального автомобиля — с двигателем небольшого объема, но мощным, с высоким крутящим моментом, но не слишком прожорливым, экологичным, но эластичным. И несмотря на то что эти требования противоречат друг другу, такое вполне возможно.

Для примирения противоречивых характеристик двигатели оснащают системами управления фазами газораспределения.

Фазовращатель

Как устроен ГРМ

Напомним, как устроен газораспределительный механизм (ГРМ) в традиционном двигателе с двумя верхними распредвалами (DOHC, Dual Overhead Camshafts) без каких-либо систем коррекции. Задача ГРМ — в нужные моменты впускать в цилиндры двигателя горючую смесь и выпускать отработавшие газы.

Для этого открывают и закрывают соответствующие впускные и выпускные клапаны, приводимые от распределительного вала с расположенными на нем кулачками. Вращение распредвала жестко синхронизировано с вращением коленчатого вала с помощью цепной, зубчатой или зубчатоременной передачи.

Такой двигатель оптимизирован для работы в определенном диапазоне оборотов: для городских машин это обычно область низких и средних оборотов, для спортивных — высоких.

Оптимальные фазы газораспределения

Фазовращение

Описанный выше двигатель не имеет гибкости в выборе моментов впуска и выпуска. Можно, конечно, заняться тюнингом и поменять распредвалы, но это приведет к улучшению одних характеристик в ущерб другим, ведь для каждого режима работы двигателя оптимальные фазы открытия и закрытия впускных клапанов различны.

Над тем, как изменять фазы газораспределения в нужную сторону, автоинженеры начали думать еще в 1960-х. А в начале 1990-х такие системы стали ставить в массовые автомобили.

Рассмотрим разработанную конструкторами Mitsubishi систему электронного управления фазами газораспределения MIVEC (Mitsubishi Innovative Valve timing Electronic Control system).

Фазы впуска и выпуска

Выбрать момент

Распредвалы двигателя с системой MIVEC оснащены не обычными шестернями ГРМ, а фазовращателями. Это муфты, способные «подкручивать» распредвал относительно его начального положения в ту или иную сторону в небольших пределах. В зависимости от оборотов и нагрузок на двигатель электронная система дает команду электромагнитному клапану гидравлической системы, и давлением масла внутренняя часть фазовращателя регулирует угол опережения или запаздывания открытия и закрытия клапанов.

XL — это eXtra Large, то есть очень большой размер. Mitsubishi Outlander XL вполне оправдывает это наименование. Честно говоря, когда мы брали эту машину на тест-драйв, я все еще думал, что эти буквы производитель приписал для красного словца. Однако оказалось, что это действительно большая машина.

И хотя это кроссовер, он «косит» под настоящий джип — с раздельной дверью багажника, нижняя половинка которой откидывается, образуя горизонтально платформу. Двигатель с системой MIVEC и вариатор обеспечивают плавный, но не слишком быстрый разгон — мощности не хватает для такой массы.

А вот ходовые качества меня разочаровали: я не успел проверить машину на бездорожье, но в городе жесткая и довольно громкая подвеска дает о себе знать даже на ямах, а просто на чуть неровном асфальте.

На холостом ходу такая система старается минимизировать перекрытие фаз (то есть время, когда впускные и выпускные клапаны открыты одновременно), иначе выхлопные газы попадут во впускной коллектор, а часть горючей смеси — в выпускной.

А вот чтобы добиться на низких оборотах достаточного крутящего момента, нужно закрывать впускные клапаны с опережением, а выпускные открывать с запаздыванием для увеличения степени расширения (и тем самым эффективности цикла). Для улучшения продувки цилиндров перекрытие фаз нужно увеличивать по мере повышения оборотов.

Применение такой системы дает возможность не только увеличить момент и мощность на низких оборотах, но и уменьшить потребление топлива, выбросы выхлопных газов, а также минимизировать шум и вибрацию двигателя.

Источник: https://www.popmech.ru/vehicles/11633-sdvig-po-faze-dvigatel/

Генераторы сдвига фазы

Одна из важных особенностей генератора заключается в том, что приложенная энергия обратной связи должна быть в правильной фазе к контуру резервуара. В обсуждаемых схемах генераторов использовалась комбинация индуктивности (L) и конденсатора (C) в цепи бака или в схеме определения частоты.

Мы наблюдали, что комбинация LC в генераторах обеспечивает сдвиг фазы на 180 o, а транзистор в конфигурации CE обеспечивает сдвиг фазы на 180 o, что в сумме дает сдвиг фазы на 360 o , что приводит к нулевой разности фаз.

Недостатки LC-цепей

Хотя у них мало приложений, у LC- контуров есть несколько недостатков, таких как

Нестабильность частоты
Форма волны плохая
Не может использоваться для низких частот
Индукторы громоздкие и дорогие

У нас есть другой тип осцилляторных цепей, которые изготавливаются путем замены индукторов резисторами. Тем самым улучшается стабильность частоты и получается форма сигнала хорошего качества. Эти генераторы также могут создавать более низкие частоты. Кроме того, схема не становится ни громоздкой, ни дорогой.

Таким образом, все недостатки цепей генератора LC устраняются в цепях генератора RC . Отсюда возникает необходимость в цепях RC генератора. Они также называются осцилляторами с фазовым сдвигом .

Принцип фазосдвигателей

Мы знаем, что выходное напряжение RC-цепи для синусоидального входа опережает входное напряжение. Фазовый угол, по которому он ведет, определяется значением RC-компонентов, используемых в цепи. Следующая принципиальная схема показывает один участок сети RC.

Выходное напряжение V 1 ‘на резисторе R опускает входное напряжение, подаваемое на вход V 1, на некоторый фазовый угол ɸ o . Если R уменьшится до нуля, V 1 ‘приведет V 1 к 90 o, т. Е. ɸ o = 90 o .

Однако регулировка R до нуля была бы неосуществимой, потому что это привело бы к отсутствию напряжения на R. Поэтому на практике R изменяется до такого значения, которое заставляет V 1 ′ вести V 1 на 60 o . Следующая принципиальная схема показывает три секции сети RC.

Каждая секция производит сдвиг фазы 60 o . Следовательно, общий фазовый сдвиг составляет 180 o , то есть напряжение V 2 опережает напряжение V 1 на 180 o .

Цепь осциллятора с фазовым сдвигом

Цепь генератора, которая производит синусоидальную волну с использованием сети с фазовым сдвигом, называется схемой генератора с фазовым сдвигом. Конструктивные детали и работа схемы генератора фазового сдвига приведены ниже.

строительство

Схема генератора с фазовым сдвигом состоит из секции усилителя с одним транзистором и RC-сети с фазовым сдвигом. Сеть фазового сдвига в этой цепи состоит из трех RC-секций. На резонансной частоте f o фазовый сдвиг в каждой секции RC составляет 60 o, поэтому суммарный фазовый сдвиг, создаваемый сетью RC, составляет 180 o .

Следующая принципиальная схема показывает расположение RC-генератора с фазовым сдвигом.

Частота колебаний определяется как

fo= frac12 piRC sqrt6

куда

R1=R2=R3=R

C1=C2=C3=C

операция

При включении цепь колеблется с резонансной частотой f o . Выход E o усилителя подается обратно в сеть обратной связи RC. Эта сеть производит сдвиг фазы на 180 o, и на ее выходе появляется напряжение E i . Это напряжение подается на транзисторный усилитель.

Обратная связь будет

m=Ei/Eo

Обратная связь находится в правильной фазе, в то время как транзисторный усилитель, который находится в конфигурации CE, производит фазовый сдвиг на 180 o . Сдвиг фазы, создаваемый сетью и транзистором, складывается, образуя сдвиг фазы вокруг всей петли, который составляет 360 o .

преимущества

Преимущества RC фазового генератора следующие:

Не требует трансформаторов или индукторов.
Может использоваться для получения очень низких частот.
Схема обеспечивает хорошую стабильность частоты.

Недостатки

Недостатками RC-генератора с фазовым сдвигом являются:

Источник: https://coderlessons.com/tutorials/akademicheskii/sinusoidalnye-ostsilliatory/generatory-sdviga-fazy

Измеритель сдвига фазы

Этот простой измеритель сдвига фазы разрабатывался как приставка к компьютеру для снятия фазо-частотных характеристик акустических систем при разработке и настройке разделительных фильтров, но он также может быть использован самостоятельно, так как обладает встроенным отсчетным устройством.

ЭТО ИНТЕРЕСНО: Сломался электросчетчик что делать

Сопряжение с компьютером происходит через звуковую карту. Фазометр выдает переменное напряжение фиксированной частоты с амплитудой пропорциональной фазе измеряемого сигнала.

Так как фаза сигнала может иметь различную полярность, а передача сигнала к компьютеру производится на переменном токе, то для получения отрицательных значений приходится сдвигать нуль в область положительных значений.

Так, нулевому сдвигу фазы соответствует некоторое определенное значение напряжения которое калибруется перед измерением. Выбирая различные комбинации переключателей расположенных на лицевой панели прибора можно получить на выходе сигналы соответствующие -180, -90, 0, 90 и 180 градусам фазового сдвига.

Принцип работы схемы

В виду невысоких требований к точности показаний была применена простая архитектура измерителя. Сигналы обоих каналов преобразовываются в прямоугольные цифровые после чего вычитаются на исключающем ИЛИ. Полученный сигнал имеет скважность пропорциональную модулю фазового сдвига. Для преобразования скважности в амплитуду используется интегрирующая RC цепочка.

Напряжение полученное на цепочке измеряется стрелочной головкой по которой можно непосредственно отсчитывать фазу. Для определения полярности сдвига используется D триггер на тактовый вход которого подается опорный сигнал, а на вход данных измеряемый сигнал, в результате в зависимости от того, опережает ли измеряемый сигнал опорный или отстает, триггер переключается в то или иное состояние.

В зависимости от состояния триггера изменяется полярность напряжения на выходе интегрирующей цепочки. После чего полученное напряжение модулируется, фильтруется от гармоник и подается на выход.

Сигнал с микрофона подается на чувствительный вход In1, пройдя через усилители на DA1 и DA2 поступает на фильтр верхних частот предназначенный для уменьшения помех. Переменный резистор на выходе DA1 позволяет в небольших пределах регулировать чувствительность микрофонного входа. На вход In2 поступает опорный сигнал.

С целью получения возможности подключения непосредственно к выходу усилителя установлен переключатель SA1 который уменьшает чувствительность входа. Так как уровень сигнала в этом канале намного выше, используется только буфер на DA4. На выходе буфера стоит такая же цепочка фильтра верхних частот, только тут постоянную времени фильтра можно менять с целью компенсации фазового сдвига в каналах измерения.

Затем сигналы с обоих входов поступают на компараторы с гистерезисом DA3.1. DA3.2. Буферы на DD1.1 и DD1.2 обостряет фронты сигналов с компараторов. Причем DD1.1 инвертирует сигнал который ранее был инвертирован DA2. Полученные цифровые сигналы вычитаются на DD1.

3, но подавать этот сигнал на интегрирующую цепочку пока рано ввиду того, что он изменяется от минус питания, до плюс питания, а требуется изменение от земли до плюс питания. Поэтому положительная полуволна проходит через диод, а отрицательная этим же диодом отсекается, в это время открывается полевой транзистор замыкающий выход на землю.

Управляющий сигнал для транзистора получается путем инвертирования исходного посредством DD1.4.

Сигнал со скважностью пропорциональной сдвигу фазы проходит через интегрирующую RC цепочку и аналоговый ключ DD2.1 и подается на измерительную головку. Также этот сигнал подается на буфер DA5 и после на инвертор на DA6. В зависимости от направления сдвига фазы, на фильтр на DA7 через ключи DD2.2 или DD2.3 поступает прямой или инвертированный сигнал.

Управляет ключами триггер DD3.1 который определяет знак фазы. После фильтрации напряжение пропорциональное фазовому сдвигу поступает на модулятор на ключе DD2.4, опорное напряжение которому выдает буфер DA8, а тактовую частоту генератор на триггере DD3.2. Полученный меандр отфильтровывается от гармоник фильтром на DA9. После чего сигнал пройдя через регулятор выходной амплитуды и буфер DA11 поступает на выходной разъем Out.

Узел на DA10 служит для индикации при недостаточном уровни входного сигнала. Недостаточному уровню соответствует свечение светодиода. Также светодиод сигнализирует при отклонении формы входного сигнала от меандра, в этом случаи показания будут ошибочными. Переключатель SA3 служит для калибровки полярности фазы и позволяет выбрать ее положительной, отрицательной или реальной. Переключатель SA2 используется для получения калибровочных сдвигов фазы 90 и 180 градусов.

При установке переключателя в среднее положение, пока заряжается конденсатор, напряжение на выходе соответствует нулевому сдвигу фазы.

Для автономной работы от батареи требуется наличие двухполярного напряжение, положительная часть которого берется непосредственно от батареи, а отрицательная берется от преобразователя на микросхеме DA12. Преобразователь включен по типичной для него схеме и в комментариях не нуждается.

Настройка измерителя фаз

Настройка данного прибора не представляет особых трудностей ввиду практический полной самокалибровки, однако отладка потребует наличие вольтметра и генератора, пусть даже из звуковой карты, в особо тяжелых случаях придется применить осциллограф и разбираться в принципах работы схемы.

Для начала проверяют работу преобразователя напряжения и наличие генерации триггера DD3.2. После чего на оба входа подается сигнал частотой в районе 5-7 килогерц. Вращая подстроечный резистор на выходе DA4 добиваются минимальных показаний показывающего прибора.

Затем подают сигнал частотой пару килогерц со сдвигом в 180 градусов. Если такого сигнала под рукой нет, то можно подать сигнал только на вход In1, а вход In2 подключить на выход DA2.

Подбирая резистор последовательно с головкой для получения полного отклонения стрелки.

Переключатель SA2 при этом должен быть в среднем положении. Напряжение на входе DA5 не должно быть больше 2 вольт, в противном случаи параллельно головки ставят дополнительные шунты.

Переводя переключатель SA2 в положение 90 и 180 градусов вращая соответствующие подстроечники добиваются отклонения стрелки на требуемые значения шкалы.

В завершение настройки переключатель SA3 переводят в положение отрицательной фазы и вращая резистор смещения нуля добиваются нулевого выходного напряжения прибора. На этом настройка прибора заканчивается.

Вместо завершения

Так как конструкция изначально задумывалась как проект выходного дня, она была собрана частично навесом, частично на макетных платах, и дабы не шокировать неокрепшие умы начинающих радиолюбителей содержимое коробочки публике показывать не буду.

Работа с прибором довольно интуитивна. Ко входу In1 подключается микрофон, желательно со своим предусилителем, на In2 подается сигнал с усилителя. Выход Out соединяют с микрофонным или линейным входом компьютера. Строить графики фазы можно непосредственно в программах измерения АЧХ при измерении свипом, только выбрать линейный масштаб шкалы по вертикале.

Переключателями выбирают сдвиг фазы +180 градусов и изменяя выходное напряжение фазометра добиваются требуемой амплитуды сигнала на графике. Затем перебирая различные положения переключателей калибруют остальные точки шкалы. Ручку чувствительности устанавливают в минимальное положение и увеличивают в случаи зажигания светодиода во время измерения. На низких частотах светодиод светится постоянно.

Специально для сайта Радиосхемы — SecreTUseR.

Форум по измерениям

Обсудить статью Измеритель сдвига фазы

Источник: https://radioskot.ru/publ/izmeriteli/izmeritel_sdviga_fazy/15-1-0-1425

Фаза сигнала переменного тока

Всё начинает усложняться, когда нам нужно связать два или более напряжения или тока переменного тока, которые «не идут в ногу» друг с другом. Под «не идут в ногу» я подразумеваю, что два сигнала не синхронизированы: их пики и нулевые точки не попадают в одни и те же моменты времени. График на рисунке ниже иллюстрирует пример этого.

ЭТО ИНТЕРЕСНО: Что такое селективное узо

Рисунок 1 – Два сигнала, не совпадающие друг с другом по фазе

Две волны, показанные выше (А и В), имеют одинаковую амплитуду и частоту, но «не идут в ногу» друг с другом. Техническими терминами это называется сдвигом фазы. Ранее мы видели, как можно построить «синусоидальную волну», рассчитав тригонометрическую функцию синуса для углов в диапазоне от 0 до 360 градусов, полный круг.

Начальная точка синусоидальной волны была нулевой амплитуды при нулевых градусах, продвигающейся до полной положительной амплитуды при 90 градусах, до нулевой амплитуды при 180 градусах, до полной отрицательной амплитуды при 270 градусах и обратно в начальную точку с нулем при 360 градусах.

Мы можем использовать эту шкалу углов на горизонтальной оси графика, чтобы определить, насколько сигналы различаются по фазе. Рисунок ниже.

Рисунок 2 – Волна А опережает волну В на 45°

Сдвиг фазы между этими двумя сигналами составляет около 45 градусов, волна «А» опережает волну «В». Чтобы лучше проиллюстрировать эту концепцию, на следующих графиках приведен ряд примеров сдвигов фаз.

Рисунок 3 – Сдвиг фазы = 90°.
«A» опережает «B»Рисунок 4 – Сдвиг фазы = 90°.
«B» опережает «A»Рисунок 5 – Сдвиг фазы = 180°.
«A» и «B» представляют собой зеркальные отражения друг другаРисунок 6 – Сдвиг фазы = 0°.
«A» и «B» идеально синхронизированы друг с другом

Поскольку сигналы в приведенных выше примерах имеют одинаковую частоту, они будут расходиться по фазе на одну и ту же величину в любой момент времени.

По этой причине мы можем выразить сдвиг фазы для двух или более сигналов одной и той же частоты как постоянную величину для всей волны, а не просто как значение сдвига между двумя любыми конкретными точками на формах сигналов. То есть можно с уверенностью сказать что-то вроде: «напряжение «A» отличается по фазе от напряжения «B» на 45 градусов».

Про ту волну, которая находится впереди, можно сказать что она «опережает», а про ту волну, которая находится позади, можно сказать что она «отстает».

Сдвиг фазы, как и напряжение, всегда является относительным измерением, то есть между двумя сигналами. На самом деле не существует такого понятия, как сигнал с абсолютным значением фазы, потому что не известен универсальный эталон для фазы.

Обычно при анализе цепей переменного тока в качестве эталона фазы используется сигнал напряжения источника питания, причем это напряжение указывается как «ххх вольт при 0 градусах».

Любое другое напряжение или ток переменного тока в этой цепи будет иметь свой сдвиг фазы, выраженный относительно этого источника напряжения.

Это то, что делает вычисления цепей переменного тока более сложными, чем цепей постоянного тока. При применении закона Ома и законов Кирхгофа величины переменного напряжения и тока должны отражать как амплитуду, так и сдвиг фазы.

Математические операции сложения, вычитания, умножения и деления должны оперировать этими величинами амплитуды, а также сдвига фазы.

К счастью, существует математическая система счисления, называемая комплексными числами, идеально подходящая для этой задачи представления амплитуды и фазы.

Поскольку тема комплексных чисел настолько важна для понимания цепей переменного тока, следующая глава будет посвящена только этой теме.

Резюме

Сдвиг фазы – это когда два или более сигналов не синхронизированы друг с другом.
Величина сдвига фазы между двумя волнами может быть выражена в градусах, и это значение в градусах может быть определено по горизонтальной оси графика формы волны, используемого при построении тригонометрической функции синуса.
Опережающий сигнал определяется как один сигнал, опережающий другой по нарастанию. Отстающий сигнал – тот, который позади другого. Пример: Рисунок 7 – Сдвиг фазы = 90°. «A» опережает «B», «B» отстает от «A»
Расчеты для анализа цепей переменного тока, чтобы быть полностью точными, должны учитывать как амплитуду, так и сдвиг фазы сигналов напряжения и тока. Это требует использования математической системы, называемой комплексными числами.

Оригинал статьи:

Получение необходимого сдвига фаз

17 июля 2013.
Категория: Электротехника.

При решении ряда практических задач нередко необходимо получить определенный сдвиг фаз, причем не только по величине, но и в заданном направлении. Такие примерами описаны в статье «Группы соединения трансформаторов».

Сдвиг на 30 и 60°

Соединяя обмотки в звезду и треугольник, получают сдвиги, кратные 30°, причем в зависимости от того, что с чем (концы, начала) соединяют и в каком направлении (от фазы A к фазе B или наоборот), сдвиг получается в ту или иную сторону.

При соединении в зигзаг – звезду (смотрите статью «Схема соединения «Зигзаг») конец одной секции соединяется с концом другой секции и угол изменяется на 30°. Если же соединить не конец с концом, а конец с началом, то векторы повернутся на 60° (смотрите рисунок 4, в статье «Некоторые ошибки при соединениях в звезду, треугольник, зигзаг»). Иными словами, пересоединяя обмотки, можно легко получить сдвиг в 30 и 60°.

Надо при этом иметь в виду следующее. Во-первых, при пересоединении обмоток может измениться не только угол (что требуется), но и напряжение (смотрите рисунок 4, в, в статье «Некоторые ошибки при соединениях в звезду, треугольник, зигзаг»).

Во-вторых, встречное включение обмоток – предельный случай – или изменение угла между ними может снизить индуктивное сопротивление, а это приведет к возрастанию тока. Возрастание тока опасно для обмотки и, кроме того, может повлечь насыщение магнитопровода.

Дело гораздо серьезнее, чем может показаться на первый взгляд, и поэтому, не убедившись в том, что ток не превысил заданного значения, пересоединения выполнять нельзя.

Сдвиг на 90°

Рассмотрим распространенный пример получения сдвига на 90°. На рисунке 1, а показано включение счетчика реактивной энергии. Заметьте: токовая обмотка (жирная линия) включена в фазу A, а обмотка напряжения присоединена к фазам B и C. Обращаясь к векторной диаграмме на рисунке 1, б, легко видеть, что этим простейшим способом получен сдвиг в 90°, что и требуется в данном случае.

Рисунок 1. Получение сдвига фаз на 90°.

Сдвиг на любой угол от 0 до 90°

легко получить с помощью фазорегулятора – поворотного трехфазного трансформатора. Он представляет собой асинхронную машину с заторможенным ротором. Поворачивая ротор относительно статора, плавно изменяют фазу электродвижущей силы (э. д. с.) ротора, не изменяя ее значения (величины).

ЭТО ИНТЕРЕСНО: Как распределить нагрузку по фазам

Следует отличать фазорегулятор от потенциал-регулятора, называемого также индукционным регулятором. В фазорегуляторе изменяется только фаза; в потенциал-регуляторе изменяются и напряжение и фаза. Кроме того, у фазорегулятора первичная и вторичная обмотки взаимно изолированы, а у потенциал-регулятора соединены.

Заметим в заключение, что любые сдвиги фаз также, можно получить соединяя активные и индуктивные сопротивления и емкости. Такие преобразователи находят широкое применение и называются статическими.

Источник: https://www.electromechanics.ru/electrical-engineering/517-obtaining-the-necessary-phase-shift.html

Что называется сдвигом фаз. Сдвиг по фазе

Начальные фазы электромагнитных синусоидальных колебаний первичного и вторичного напряжения, с частотой одинаковой величины, могут существенно различаться на некоторый угол сдвига фаз (угол φ).

Переменные величины могут неоднократно в течение определенного периода некоторого времени изменяются с определенной частотой.

Если электрические процессы имеют неизменный характер, а сдвиг фаз равен нулю, это свидетельствует о синхронизме источников величин переменного напряжения, например, трансформаторов. Сдвиг фазы служит определяющим фактором коэффициента мощности в электрических сетях переменного тока.

Угол сдвига фаз находится при необходимости, тогда, если один из сигналов является опорным, а второй сигнал с фазой в самом начале совпадает с углом сдвига фаз.

Измерение угла сдвига фаз производится прибором, в котором присутствует нормированная погрешность.

Фазометр может производить измерение угла сдвига в границах от 0 о до 360 о в некоторых случаях от -180 о С до +180 о С, а диапазон измеряемых частот сигналов может колебаться от 20Гц до 20 ГГц. Измерение гарантируется в том случае если напряжение входного сигнала равно от 1 мВ до 100 В, если же напряжение входного сигнала превышает эти границы точность измерения не гарантируется.

Методы измерения угла сдвига фаз

Существует несколько способов измерения угла сдвига фаз, это:

Использование двухлучевого или двухканального осциллографа.
Компенсационный метод основан на сравнении измеряемого фазового сдвига, с фазовым сдвигом, который предоставляется образцовым фазовращателем.
Суммарно-разностный метод, он заключается в использовании гармонических или сформированных прямоугольных сигналов.
Преобразование сдвига фаз во временном интервале.

Как измеряется угол сдвига фаз осциллографом

Осциллографический способ можно отнести к самому простейшему с погрешностью в районе 5 о. Определение сдвига осуществляется при помощи осциллограмм. Существует четыре осциллографических метода:

Применение линейной развертки.
Метод эллипса.
Метод круговой развертки.
Использование яркостных меток.

Определение угла сдвига фаз зависит от характера нагрузки. При определении фазного сдвига в первичной и вторичной цепях трансформатора, углы могут считаться равными и практически не отличаются друг от друга.

Угол сдвига фаз напряжений, измеряемый по эталонному источнику частоты и при использовании измерительного органа лает возможность обеспечить точность всех последующих измерений. Фазные напряжения и угол сдвига фаз зависят от нагрузки, так симметричная нагрузка обуславливает равенство фазного напряжения, токов нагрузки и угол фазного сдвига, также будет равна нагрузка по потребляемой мощности на всех фазах электроустановки.

Угол сдвига фаз между током и напряжением в несимметричных трехфазных цепях не равны друг другу. Для того чтобы вычислить угол сдвига фаз (угол φ) в цепь включают последовательно присоединенные сопротивления (резисторы), индуктивности и конденсаторы (емкости).

Из результатов опыта можно определить, что сдвиг фаз между напряжением и током служит при определении нагрузки и не может зависеть от переменных величины тока и напряжения в электрической сети.

Как вывод, можно сказать, что:

Составляющие элементы комплексного сопротивления, такие как резистор и емкость, а также проводимость не будут взаимообратными величинами.
Отсутствие одного из элементов делает резистивные и реактивные значения, которые входят в состав комплексного сопротивления и проводимости и делают их величинами взаимообратными.
Реактивные величины в комплексном сопротивлении и проводимости используются с противоположным знаком.

Угол сдвига фаз между напряжением и током всегда выражается, как главный аргументированный фактор комплексного сопротивления φ.

Из серии «Физические основы звука», посвященной объяснению основ физических процессов, с которыми приходится сталкиваться музыкантам и просто любителям музыки. Материал дается языком, доступным для людей далеких от техники и сегодня мы рассмотрим фазу сигнала и фазовый сдвиг.

Мы вплотную подошли к тому, чтобы рассказать, что же такое фаза.

Посмотрим на формулу, описывающую синусоидальное колебание:

Источник: https://tkpanel.ru/posle-ustanovki/chto-nazyvaetsya-sdvigom-faz-sdvig-po-faze/

Фаза колебаний

Еще одной характеристикой гармонических колебаний является фаза колебаний.

Как нам уже известно, при заданной амплитуде колебаний, в любой момент времени мы можем определить координату тела. Она будет однозначно задаваться аргументом тригонометрической функции φ = ω0*t. Величина φ, которая стоит под знаком тригонометрической функции, называется фазой колебаний.

Для фазы единицами измерения являются радианы. Фаза однозначно определяет не только координату теда в любой момент времени, но так же скорость или ускорение. Поэтому считается, что фаза колебаний определяет состояние колебательной системы в любой момент времени.

Конечно же при условии что задана амплитуда колебаний. Два колебания, у которых одинаковые частота и период колебаний могут отличаться друг от друга фазами.

Если выразить время t в количестве периодов, которые пройдены от начала колебаний, то любому значению времени t, соответствует значение фазы, выраженной в радианах. Например, если взять время t = Т/4, то этому значению будет соответствовать значение фазы pi/2.

Таким образом, мы можем изобразить график зависимости координаты не от времени, а от фазы, и получим точно такую же зависимость. На следующем рисунке представлен такой график.

Начальная фаза колебаний

При описании координаты колебательного движения мы использовали функции синуса и косинуса. Для косинуса мы записывали следующую формулу:

Но мы можем описать эту же траекторию движения и с помощью синуса. При этом нам необходимо сдвинуть аргумент на pi/2, то есть отличие синуса от косинуса — pi/2 или четверть периода.

Значение pi/2 называется начальной фазой колебания. Начальная фаза колебания — положение тела в начальный момент времени t = 0. Для того, чтобы заставить маятник колебаться, мы должны вывести его из положения равновесия. Мы можем это сделать двумя путями:

Отвести его в сторону и отпустить.
Ударить по нему.

В первом случае, мы сразу же изменяем координату тела, то есть, в начальный момент времени координата будет равна значению амплитуды. Для описания такого колебания удобнее использовать функцию косинуса и форму

либо же формулу

где φ- начальная фаза колебания.

Если мы ударим по телу, то в начальный момент времени его координата равняется нулю, и в таком случае удобнее использовать форму:

Два колебания, которые различаются только начальной фазой, называются сдвинутыми по фазе.

Например, для колебаний описанных следующими формулами:

x = Xm*sin(ω0*t),
x = Xm*sin(ω0*t+pi/2),

сдвиг фаз равен pi/2.

Сдвиг фаз еще иногда называют разностью фаз.

На следующем рисунке представлены два колебания сдвинутые друг относительно друга на разность фаз pi/2.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Гармонические колебания: амплитуда и период колебаний
Следующая тема: Превращение энергии при гармонических колебаниях: формулы и рисунки

Источник: http://www.nado5.ru/e-book/faza-kolebanii