- 相位这个名词在交流电中、放大电路中经常提到,它是交流电的三要素之一,那么它的意义是什么呢?在电路中有什么作用呢?下面就此问题开始我们的课程 。
- 说起相位我们不得不先讲一下交流电的产生机理:如下图所示交流发电机模型,转子绕组在磁场中以角频率ω做逆时针匀速转动时,根据右手定则判断,转子绕组的有效边((ab、cd)切割磁力线,在其中就产生感生电动势和感应电流,由于有效边是在做圆周运动,因此电动势和感应电流是按正弦规律在周期性的变化,也就是其大小、方向做不断的变化,用公式表示u=Umsinωt 。两个要素在周期性的变化:大小、方向 。
- 若对于单一的一个正弦交流电,我们只知道它的大小就足够了,比如我们使用的市电220v,这就够了,你不需要探究它的其它参数 。但不同的交流电就不行了,为什么呢?举个例子,如下图所示,A、B是两个乒乓球以相同的速度v、周期t在地面垂直上下弹跳,我们会发现,若A向上运动,B的运动有多种情况:1.B和A一样以相同的方向、幅度弹跳,也就是同时到达最高点,同时到达最低点,两个球在做同步运动 。2.和A正好相反,A最高点时,B最低点,一上一下;3.B的弹跳和A差了某个时间,也就是介于前面两种情况之间,运动情况就多了 。这就是相位问题 。相位的意思:相就是状态,位就是位置,就是反映两个变量之间的关系 。
- 通过对两个乒乓球的弹跳分析,我们接着研究正弦交流电的变化规律 。如图一,我们假定发电机的启动位置正好在a,也就是指中性面的位置,此时其启动电压为零(瞬时值) 。如果其启动位置在是在b,那么发电机的起始电压为最大值Em 。若在d位置,则启动电压为-Em;以上说的是发电机的有效边正好在特殊位置的情况,在其它位置的情况就更多了;这就是交流电的相位问题,由于其有效边的初始位置不同,导致其变化规律不同 。如果两个不同的交流电相加或相减,由于其相位不同,则结果也不同,这正是交流电不同于直流电的重要地方之一 。
- 通过上面的分析我们明白了不同的交流电发电机若起始位置不同,则其变化规律也不同,单纯的u=Umsinωt已经无法完整表达交流电的特征,于是引入初相位φ,如下图四所示,也就是有效边与中性面的夹角 。其值在-π-π之间 。这样交流电完整的表达式u=Umsin(ωt φ)以上分析我们是用交流发电机的原理来进行的,任何交流电都是这种情况 。
- 由于不同的交流电的初相位、幅值不同,u1=U1msin(ωt φ1),u,2=U2msin(ωt φ2),φ1与φ2之差就是相位差,它反映了两个交流电的相位关系,也即启动时的位置不同 。如三相正弦交流电三组电压的波形图 。瞬时值ua=Umsinωt,ub=Umsin(ωt-120°),uc=Umsin(ωt 120°),三相交流电初相位分别为0°、-120°、120° 。相位差互为120° 。矢量图如下图 。
- 两个交流电a、b的相位差等于β度(大于零),称为a交流电超前于b交流电β度,或b交流电滞后于a交流电β度;若a、b的相位差等于零,称为a、b同相;若a、b的相位差等于180度,称为a、b反相;若a、b的相位差等于90度,则称为a、b交流电正交 。
- 常见的特殊的相位差:同相0度;30度(三相交流电线电压与相电压)、90度(纯电感、纯电容上的电压与电流之间)、120度(三相交流电三相电源之间)、180度(反相)
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