AC-fase

Dingen beginnen ingewikkeld te worden wanneer we twee of meer wisselspanningen of -stromen moeten relateren die niet met elkaar in overeenstemming zijn. Met 'uit de pas' bedoel ik dat de twee golfvormen niet gesynchroniseerd zijn:dat hun pieken en nulpunten niet op dezelfde tijdstippen overeenkomen. De grafiek in onderstaande afbeelding illustreert hier een voorbeeld van.

Uit fase golfvormen.

De twee hierboven getoonde golven (A versus B) hebben dezelfde amplitude en frequentie, maar ze lopen uit de pas met elkaar. In technische termen heet dit een faseverschuiving . Eerder zagen we hoe we een "sinusgolf" konden plotten door de trigonometrische sinusfunctie te berekenen voor hoeken van 0 tot 360 graden, een volledige cirkel.

Het startpunt van een sinusgolf was een amplitude van nul bij nul graden, vorderde tot volledige positieve amplitude bij 90 graden, nul bij 180 graden, volledig negatief bij 270 graden en terug naar het startpunt van nul bij 360 graden.

We kunnen deze hoekschaal langs de horizontale as van onze golfvormplot gebruiken om uit te drukken hoe ver uit stap de ene golf is met een andere:Afbeelding hieronder

Golf A leidt golf B met 45°

De verschuiving tussen deze twee golfvormen is ongeveer 45 graden, waarbij de "A" -golf voor de "B" -golf ligt. In de volgende grafieken wordt een steekproef van verschillende faseverschuivingen gegeven om dit concept beter te illustreren:Afbeelding hieronder

Voorbeelden van faseverschuivingen.

Omdat de golfvormen in de bovenstaande voorbeelden dezelfde frequentie hebben, zullen ze op elk moment in dezelfde hoek uit de pas lopen. Om deze reden kunnen we faseverschuiving voor twee of meer golfvormen van dezelfde frequentie uitdrukken als een constante hoeveelheid voor de hele golf, en niet alleen een uitdrukking van verschuiving tussen twee specifieke punten langs de golven.

Dat wil zeggen, het is veilig om zoiets te zeggen als:"spanning 'A' is 45 graden uit fase met spanning 'B'." Welke golfvorm ook vooruitloopt in zijn evolutie, zou leidend zijn en degene achter zou achterblijven .

Faseverschuiving is, net als spanning, altijd een meting die relatief is tussen twee dingen. Er bestaat niet zoiets als een golfvorm met een absolute fasemeting omdat er geen universele referentie voor fase bekend is.

Meestal wordt bij de analyse van AC-circuits de spanningsgolfvorm van de voeding gebruikt als referentie voor fase, die spanning wordt vermeld als "xxx volt bij 0 graden". Van elke andere wisselspanning of -stroom in dat circuit wordt de faseverschuiving uitgedrukt in termen van die bronspanning.

Dit maakt AC-circuitberekeningen ingewikkelder dan DC. Bij het toepassen van de wet van Ohm en de wetten van Kirchhoff, moeten hoeveelheden wisselspanning en stroom zowel faseverschuiving als amplitude weerspiegelen. Wiskundige bewerkingen van optellen, aftrekken, vermenigvuldigen en delen moeten zowel op deze hoeveelheden faseverschuiving als op amplitude werken.

Gelukkig is er een wiskundig systeem van grootheden genaamd complexe getallen bij uitstek geschikt voor deze taak om amplitude en fase weer te geven.

Omdat het onderwerp complexe getallen zo essentieel is voor het begrip van wisselstroomcircuits, zal het volgende hoofdstuk alleen aan dat onderwerp worden gewijd.

BEOORDELING:

• Faseverschuiving is waar twee of meer golfvormen uit de pas lopen met elkaar.
• De hoeveelheid faseverschuiving tussen twee golven kan worden uitgedrukt in graden, zoals gedefinieerd door de graden-eenheden op de horizontale as van de golfvormgrafiek die wordt gebruikt bij het plotten van de trigonometrische sinusfunctie.
• Een leidende golfvorm wordt gedefinieerd als een golfvorm die in zijn evolutie voorloopt op een andere. Een achterblijvende golfvorm is er een die achter de andere ligt. Voorbeeld:

• Berekeningen voor AC-circuitanalyse moeten rekening houden met zowel amplitude- als faseverschuiving van spannings- en stroomgolfvormen om volledig nauwkeurig te zijn. Dit vereist het gebruik van een wiskundig systeem genaamd complexe getallen .

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Werkblad Trigonometrie voor AC-circuits