Fáziseltolódás

Egyenáramú hálózatokban az áram és a feszültség időben egybeesik, viszont váltakozó áramú hálózatokban csak ideális esetben vannak egymással fázisban (amikor nincs közöttük időbeni eltérés). A szinuszos változás közben az áram a feszültséghez képest vagy siet (kapacitív tag esetén), vagy késik (induktív tag esetén). A két görbe egymáshoz képest időben el van tolva. Az áram és a feszültség által bezárt szög a fázisszög, melynek a jele $\varphi$ (fí). Ezt az eltolódást fáziseltolódásnak nevezzük.

Elmélete

Váltakozó áramú körökben csak ideális esetben van az a helyzet, amikor a feszültség és az áram időben egybeesik, egymáshoz viszonyítva nincs eltérés. Ekkor az általuk bezárt szög φ=0. Ez csak ideális hálózatokra jellemző. A hatásos teljesítményből levezethetően P=U×I×cos φ ebből a cos φ=P/(U×I) Ezt a cos φ-t nevezik fázistényezőnek.

Jelentősége

A generátor $S$ látszólagos teljesítményéből annak csak egy része hasznosul hatásos teljesítmény formájában. Mivel az áram és a feszültség egymással szöget zár be, így egy adott időpillanatban vizsgálva annak csak az arra az időpillanatra eső vektora hasznosul – ugyanis ennek a nagysága a bezárt szögtől függ, ami megegyezik a $\cos \varphi$ -szeresével. Így a hatásos teljesítmény $P=U\cdot I\cdot \cos \varphi$ mechanikai munkaként (vagy hőleadásként), míg a meddő teljesítmény $Q=U\cdot I\cdot \sin \varphi$ – veszteségként jelentkezik. A meddő teljesítmény a berendezés körüli villamos illetve mágneses tér fenntartására fordítódik.

Fázisjavítás

A fáziseltolódás általában induktív irányba mutat, amit a hálózatra kapcsolt induktív jellegű fogyasztó (transzformátor, villamos motor stb.) okoz. Amennyiben egy hálózaton induktív és kapacitív jellegű eszközök is vannak, úgy az rezgőkört alkot. cos φ =1 esetén a rezgőkör frekvenciája éppen egybeesik a hálózat frekvenciájával, ami minimális eltérés esetén is jelentős kilengésekhez vezet az áram és feszültség tekintetében. Emiatt a fázisjavítás célja sosem az 1 hanem egy ahhoz közeli érték elérése.

Javítása kondenzátorral

A fáziseltolódáson az áramkörbe kapcsolt ún. fázisjavító kondenzátorral segítenek. Ennek (vagy ezeknek) a hatására az áram sietni fog a feszültséghez képest, ami azt eredményezi, hogy az induktív tagok miatt az áram feszültséghez viszonyított késése kisebb lesz. Ennek révén a bezárt szög ( $\varphi$ ) csökken, közelít a $\varphi =0$ értékhez, így a $\cos \varphi =1$ értékhez.

Javítása üresen járó szinkronmotorokkal

A szinkronmotorok bizonyos állandó terhelésnél, üresjárásnál $\cos \varphi =1$ -gyel járnak. Nagyobb gerjesztésnél a hálózatba előresiető áramot adnak le. A szinkronmotor gerjesztése egy, a hálózatra kapcsolt feszültség-gyorsszabályozóval vezérelhető. Az így leadott előresiető áram kapacitív irányba tolja el a hálózatot, minek a hatására az áram és feszültség által bezárt szög ( $\varphi$ ) csökken, közelít a $\varphi =0$ értékhez, így a $\cos \varphi =1$ értékhez.

Kapcsolódó szócikkek

Analóg elektromechanikus műszerek

Források

Karsa Béla: Villamos mérőműszerek és mérések (Műszaki Könyvkiadó. 1962),
Tamás László: Analóg műszerek. Jegyzet. (Ganz Műszer Zrt. 2006)

További információk

[1]
[2]