Διάγραμμα Phasor

Τα ηλεκτρικά κυκλώματα και η κίνηση του ηλεκτρικού ρεύματος μέσω του κυκλώματος είναι μια σημαντική έννοια στη φυσική. Τα διαγράμματα Phasor βοηθούν στην καλύτερη κατανόηση της έννοιας απλοποιώντας την ίδια και βοηθούν επίσης στην κατανόηση της σχέσης μεταξύ δύο ή περισσότερων εναλλασσόμενων μεγεθών της ίδιας συχνότητας μέσω γραφικής αναπαράστασης.

Μια φάση είναι ένας μιγαδικός αριθμός που αντιπροσωπεύει μια ημιτονοειδή συνάρτηση όπου το πλάτος, η γωνιακή συχνότητα και η αρχική φάση είναι αμετάβλητα χρονικά. Είναι ζωτικής σημασίας για τα ηλεκτρικά δίκτυα και την κατανόηση πολλαπλών ημιτονοειδών στην ίδια συχνότητα και πώς υπάρχουν μέσω γραφικής αναπαράστασης. Το άρθρο περιλαμβάνει τη σημαντική έννοια των διαγραμμάτων phasor και τις εφαρμογές τους.

Διαγράμματα Phasor  

• Το διάγραμμα phasor στη φυσική βοηθά στην εμφάνιση της σχέσης μεταξύ δύο ή περισσότερων ημιτονοειδών κυμάτων, με τα δύο να έχουν την ίδια συχνότητα.

• Στο διάγραμμα, κάθε φάση αποτελείται από την ίδια γωνιακή ταχύτητα καθώς αντιπροσωπεύει ημιτονοειδή κύματα ίδιας συχνότητας.

• Όταν τα διαγράμματα phasor χρησιμοποιούνται για πρακτικούς σκοπούς, είναι κυρίως στατικά. Στα διαγράμματα, το μήκος κάθε βραχίονα φάσης σχετίζεται άμεσα με το πλάτος του κύματος που αντιπροσωπεύει.

• Αντίθετα, η γωνία μεταξύ των φασόρων είναι ίση με τη γωνία της διαφοράς φάσης μεταξύ των ημιτονοειδών κυμάτων.

• Η γωνιακή διαφορά δύο ημιτονοειδών κυματομορφών αντιπροσωπεύεται από τη διαφορά φάσης μεταξύ ημιτονοειδών κυματομορφών της ίδιας συχνότητας.

• Η σχέση μεταξύ μιας ημιτονοειδούς κυματομορφής σε μια άλλη αντιπροσωπεύεται από "προώθηση" και "καθυστέρηση" ή "εντός φάσης" ή "εκτός φάσης".

Όταν οι phasors αντιπροσωπεύουν τις εναλλασσόμενες ημιτονικές κυματομορφές της ίδιας συχνότητας, είναι εύκολο να αφαιρέσετε ή να προσθέσετε και να απλοποιήσετε τη διαδικασία. Είναι ζωτικής σημασίας για τη διανυσματική φυσική και την κατανόησή της.

• Το μήκος της φάσης στο διάγραμμα είναι ευθέως ανάλογο με το πλάτος του ημιτονοειδούς κύματος.

• Η φορά περιστροφής των φασόρων είναι διαθέσιμη αριστερόστροφα.

• Οι ημιτονικές κυματομορφές, οι οποίες αναπαριστώνται γραφικά στο γράφημα του διαγράμματος φάσης, έχουν όλα τα ίδια μήκη κύματος.

Τάση εναλλασσόμενου ρεύματος και κύκλωμα που αντιπροσωπεύονται από το διάγραμμα Phasor

Το διάγραμμα phasor στη φυσική βοηθά στην κατανόηση της τάσης AC και του τρόπου με τον οποίο το ηλεκτρικό ρεύμα ρέει μέσω του κυκλώματος. Το phasor είναι ένα διάνυσμα που βοηθά στην αναπαράσταση της ημιτονοειδούς συνάρτησης στο ίδιο μήκος κύματος. Ας υποθέσουμε ότι η εναλλασσόμενη τάση και το ρεύμα υπακούουν στον ημιτονικό νόμο, ο οποίος οδηγεί στη δημιουργία των ΗΜΠ ημιτονικής κυματομορφής. Η ημιτονοειδής ποσότητα (τάση ή ρεύμα) σε σταθερό μήκος που κινείται αριστερόστροφα με την ίδια γωνιακή ταχύτητα παριστάνεται ως ημιτονοειδής ποσότητα. Παρακάτω είναι το αντιπροσωπευτικό διάγραμμα του phasor: 

Επομένως, η γενικευμένη ημιτονοειδής έκφραση του διαγράμματος φαίνεται από:

 A(t) =AmSin(wt ± Φ)

Το phasor είναι ένα διάνυσμα που περιστρέφεται γύρω από την αρχή με γωνιακή ταχύτητα w. Οι κατακόρυφες συνιστώσες των φάσεων αντιπροσωπεύονται από τις ποσότητες, οι οποίες ποικίλλουν ημιτονοειδώς για εξισώσεις που αντιπροσωπεύονται από v και i.

Εφαρμογή του διαγράμματος Phasor 

• Το διάγραμμα phasor στη φυσική έχει πολλές λειτουργίες και ιδιαίτερα παίζει σημαντικό ρόλο στην κατανόηση της σημασίας του εναλλασσόμενου ρεύματος. Τα διαγράμματα phasor είναι χρήσιμα για την απεικόνιση και την κατανόηση της λειτουργίας του κυκλώματος AC. Βοηθά ακόμη και στην κατανόηση των μετατοπίσεων φάσης μεταξύ των ημιτονοειδών τιμών.

• Το διάγραμμα phasor είναι μια σημαντική ιδέα που βοηθά στη μεταλλουργία και τη μηχανική υλικών που εμπλέκονται στην ανάπτυξη κράματος συγκεκριμένων εφαρμογών, την κατασκευή κραμάτων, το σχεδιασμό και τον έλεγχο διαδικασιών θερμικής επεξεργασίας και βελτίωση της αποτελεσματικότητας του σχεδιασμού κράματος σε εμπορικές εφαρμογές.

• Τα διαγράμματα Phasor χρησιμοποιούνται για την πρόβλεψη της θερμοκρασίας όπου αρχίζει ή τελειώνει η τήξη ή η κατάψυξη κατά τη διάρκεια της σύνθεσης του συστήματος κράματος. Βοηθά ακόμη και στην πρόβλεψη της ασφαλούς θερμοκρασίας που απαιτείται για τις θερμικές επεξεργασίες.

• Το σύστημα κράματος βοηθά στον προσδιορισμό του συνολικού αριθμού φάσεων, του τύπου του και της συνολικής σύνθεσης όλων των φάσεων για το κράμα σε μια δεδομένη θερμοκρασία.

• Η έννοια και η σημασία του διαγράμματος phasor αξιοποιούνται σε διάφορες βιομηχανικές εφαρμογές και επεξεργασία. Αυτό περιλαμβάνει την παραγωγή των λεπίδων σιδηροπρίονου, την ανάπτυξη ενός κράματος που σκληραίνει τη γήρανση που είναι ανθεκτικό στη διάβρωση και το νερό, την ανάπτυξη τυπικού και υψηλής ποιότητας ανοξείδωτου χάλυβα, εργαλείων κοπής καρβιδίου και την ανάπτυξη ηλεκτρονικών στερεάς κατάστασης.

Περιορισμοί των διαγραμμάτων Phasor 

Τα διαγράμματα phasor έχουν πολλαπλούς περιορισμούς παρά την τεράστια χρήση τους στην ανάπτυξη ηλεκτρικών κυκλωμάτων, βιομηχανικές εφαρμογές και στην ανάπτυξη ποιοτικών κραμάτων. Ακολουθούν ορισμένοι από τους περιορισμούς:

• Τα διαγράμματα δεν παρέχουν πληροφορίες σχετικά με το εάν ένας μετασχηματισμός μπορεί να κατασταλεί και τον ρυθμό ψύξης που απαιτείται για την αποφυγή του μετασχηματισμού.

• Τα διαγράμματα phasor μπορεί να εμποδίσουν το σχηματισμό κράματος καθώς δεν υποδεικνύουν εάν μια φάση υψηλής θερμοκρασίας μπορεί να διατηρηθεί με τη βοήθεια ταχείας ψύξης σε θερμοκρασία δωματίου.

• Η πρακτική εφαρμογή και χρήση των διαγραμμάτων σε διάφορες διαδικασίες όπως ηλεκτρονικές, μεταλλουργικές βιομηχανίες κ.λπ., απαιτούν υψηλό βαθμό βαθμονόμησης.

Συμπέρασμα

Συνοψίζοντας, το διάγραμμα φάσεων στη φυσική είναι μια σημαντική έννοια που αναπαριστά τις φάσεις σε εναλλασσόμενες ποσότητες στην ίδια συχνότητα με τη μορφή γραφικής αναπαράστασης. Το θέμα δίνει μια εικόνα για το τι είναι το διάγραμμα και πώς εφαρμόζεται στη φυσική και σε διάφορους κλάδους.