Fázový posun střídavého proudu a napětí – Základy elektroniky

Stejnosměrný výkon, jak již víme, se rovná součinu napětí a proudu. Ale při konstantním proudu se směry proudu a napětí vždy shodují. U střídavého proudu dochází ke shodě směrů proudu a napětí pouze při absenci kondenzátorů a induktorů v proudovém obvodu.

Pro tento případ mocninný vzorec

Obrázek 1 ukazuje křivku změn hodnot okamžitého výkonu pro tento případ (směr proudu a napětí jsou stejné). Věnujme pozornost tomu, že směry vektorů napětí a proudu se v tomto případě shodují, tzn fáze proudu a napětí jsou vždy stejné.

Obrázek 1. Fázový posun proudu a napětí. Neexistuje žádný fázový posun, výkon je vždy kladný.

Pokud je ve střídavém obvodu kondenzátor nebo induktor, fáze proudu a napětí se neshodují.

Přečtěte si o důvodech tohoto rozporu v mých učebnicích pro kapacitní obvod a pro indukční obvod, ale nyní pojďme zjistit, jak to ovlivní množství výkonu střídavého proudu.

Představme si, že na začátku rotace mají poloměrové vektory proudu a napětí různé směry. Protože se oba vektory otáčejí stejnou rychlostí, úhel mezi nimi zůstane po celou dobu jejich rotace konstantní. Obrázek 2 ukazuje případ zpoždění vektoru proudu Im z vektoru napětí Um pod úhlem 45°.

Obrázek 2. Fázový posun proudu a napětí. Fáze proudu a napětí jsou posunuty o 45, výkon se v určitých časových intervalech stává záporným.

Zvažme, jak se změní proud a napětí. Ze sestrojených sinusoid proudu a napětí je zřejmé, že při průchodu napětí nulou má proud zápornou hodnotu.

Poté napětí dosáhne své maximální hodnoty a začne klesat a proud, i když se stane kladným, ještě nedosáhl své maximální hodnoty a nadále se zvyšuje. Napětí změnilo svůj směr, ale proud teče stále stejným směrem atd. Fáze proudu vždy za fází napětí zaostává. Mezi fázemi napětí a proudu je konstanta posunvolala fázový posun.

Pokud se podíváme na obrázek 2, všimneme si, že proudová sinusoida je posunuta doprava vzhledem k napěťové sinusoidě. Protože vykreslujeme stupně rotace podél vodorovné osy, lze fázový posun měřit také ve stupních. Je snadné vidět, že fázový posun je přesně roven úhlu mezi poloměrovými vektory proudu a napětí.

Kvůli zpoždění fáze proudu za fází napětí se její směr v některých okamžicích nebude shodovat se směrem napětí. V těchto okamžicích bude aktuální síla záporná, protože součin kladné a záporné hodnoty bude vždy záporný. To znamená, že vnější elektrický obvod se v těchto okamžicích stává nikoli spotřebitelem elektrické energie, ale jejím zdrojem. Část energie dodávané do obvodu během části období, kdy byl výkon kladný, se vrací do zdroje energie během části období, kdy je výkon záporný.

Čím větší je fázový posun, tím delší jsou části periody, během kterých se výkon stává záporným, a v důsledku toho tím menší bude průměrný aktuální výkon.

S fázovým posunem o 90° bude výkon kladný po jednu čtvrtinu období a záporný po druhou čtvrtinu období. Proto bude průměrný aktuální výkon roven nulaa proud nevyvolá žádnou práci (obrázek 3).

Obrázek 3. Fázový posun proudu a napětí. Fáze proudu a napětí jsou posunuty o 90, výkon je kladný během jedné čtvrtiny periody a záporný během druhé. V průměru je výkon nulový.

Nyní je jasné, že výkon střídavého proudu za přítomnosti fázového posunu bude menší než součin efektivních hodnot proudu a napětí, tj.

v tomto případě bude nepravdivá

LÍBÍ SE ČLÁNEK? SDÍLEJTE SE SVÝMI PŘÁTELI NA SOCIÁLNÍCH SÍTÍCH!