ความต่างเฟสและการปรับตำแหน่งเฟส

วงจรไฟฟ้า AC ที่ถูกวิเคราะห์ด้วยการใช้เฟสเซอร์ ที่เฟสแตกต่างกัน เพื่ออธิบายความสัมพันธ์ระหว่างคลื่นไซน์ที่มีความถี่เท่ากัน

ความต่างเฟสและการปรับตำแหน่งเฟส

การวิเคราะห์วงจรไฟฟ้ากระแสสลับด้วยเฟสเซอร์จะมีประสิทธิภาพ เมื่อใช้กับวงจรการทำงานที่มีคลื่นความถี่แบบเดียวกัน ผลลัพธ์ของการรวมเฟสเซอร์ทั้งสองตัวจะขึ้นอยู่กับรีเลทีฟเฟส  โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อเป็นเฟสเซอร์ที่มี "เฟสตรงกัน" หรือ "เฟสตรงข้ามกัน " เนื่องจากทั้งสองมีเฟสต่างกัน

รูปคลื่นไซน์ซอยด์คือ ปริมาณคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับ ที่สามารถแสดงเป็นภาพกราฟิกในโดเมนเวลาตามแนวแกนนอนได้  รูปคลื่นเหล่านี้แสดงค่าสูงสุดเป็นบวก ณ เวลา π/2, ค่าสูงสุดเป็นลบ ณ เวลา 3π/2 และค่าศูนย์ตามแนวเส้นฐานที่จุด 0, π และ 2π

อย่างไรก็ตาม รูปคลื่นไซน์ไม่ได้เคลื่อนที่ตัดแกนศูนย์พร้อมกันหมด เมื่อเปรียบเทียบกับคลื่นไซน์อื่นๆ อาจมีการ "ปรับเลื่อนตำแหน่ง" ไปทางขวาหรือทางซ้าย 0 องศาเช่น เมื่อนำรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้ากับรูปคลื่นไฟฟ้ากระแสมาเปรียบเทียบกัน จะเห็นผลลัพธ์ว่า มีการเปลี่ยนแปลงเชิง มุมหรือความต่างของเฟสระหว่างรูปคลื่นไซนูซอยด์ทั้งสองรูป คลื่นไซน์ใดๆ ที่ไม่ข้ามศูนย์ที่ t = 0 จะมีการเปลี่ยนเฟส

การเปลี่ยนเฟสของรูปคลื่นไซนัสจะแสดงด้วยมุม Φ (Phi) วัดเป็นหน่วยองศาหรือเรเดียน แสดงถึงค่าเบี่ยงเบนด้านข้างของรูปคลื่นจากจุดอ้างอิงเฉพาะตามแนวแกนศูนย์แนวนอน หรืออาจกล่าวโดยสรุปได้ว่า การเปลี่ยนเฟส หมายถึง การกระจัดในแนวนอนระหว่างรูปคลื่นสองรูปขึ้นไป ที่มีแกนร่วมกัน และรูปคลื่นไซน์ซอยด์ที่มีคลื่นความถี่เดียวกัน ที่สามารถแสดงความต่างเฟสได้

ความต่างเฟส (Φ) ของรูปคลื่นแบบสลับมีตั้งแต่ช่วง 0 ถึงช่วงเวลาสูงสุด (T) ซึ่งเกิดในช่วงที่รูปคลื่นเคลื่อนที่ครบหนึ่งรอบ  สิ่งนี้สามารถแสดงบนตำแหน่งแกนนอนระหว่างช่วง Φ = 0 ถึง 2π (เรเดียน) หรือ Φ = 0 ถึง 360 องศา ขึ้นอยู่กับหน่วยวัด

ความต่างเฟสยังสามารถแสดงให้เห็นในรูปแบบของการเลื่อนเวลา (τ) หน่วยวินาที ซึ่งคิดเป็นเศษส่วนเวลา (T) เช่น +10 มิลลิวินาทีหรือ -50 ไมโครวินาที อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปจะแสดงความต่างของเฟสในรูปแบบการวัดเชิงมุมมากกว่า

ในการอธิบายมุมเฟสของรูปคลื่น เราต้องแก้ไขสมการค่าชั่วขณะของแรงดันไซน์ซอยด์ หรือรูปคลื่นไฟฟ้ากระแส ที่พัฒนาขึ้นในการอภิปรายเรื่องรูปคลื่นไซน์ซอยด์ครั้งก่อน โดยสมการที่แก้ไขนี้มีดังนี้:

สมการผลต่างเฟส:

Am - ความกว้างของรูปคลื่นωt - ความถี่เชิงมุมของรูปคลื่น หน่วยเป็นเรเดียนต่อวินาทีΦ (Phi) - มุมเฟสที่มีหน่วยเป็นองศา หรือเรเดียน ใช้สำหรับแสดงตำแหน่งที่ปรับเลื่อนตามแกนแนวนอนจากจุดอ้างอิงหากความชันมีค่าเป็นบวกที่รูปคลื่นไซน์ซอยด์และตัดผ่านแกนแนวนอน “ก่อน” t = 0 รูปคลื่นจะเลื่อนตำแหน่งไปทางซ้าย ดังนั้น Φ >0 มุมเฟสจะมีค่าเป็นบวก มี  +Φ นำหน้าองศาเฟส หรืออาจกล่าวได้ว่า มันปรากฏเร็วกว่า 0 องศาทำให้เกิดการหมุนเวกเตอร์ทวนเข็มนาฬิกาในทำนองเดียวกัน หากความชันมีค่าเป็นบวกที่รูปคลื่นไซน์ซอยด์ และตัดผ่านแกน x แนวนอน “หลัง” t = 0 รูปคลื่นจะเลื่อนตำแหน่งไปทางขวา ดังนั้น Φ <0 มุมเฟสจะมีค่าเป็นลบ มี  -Φ กลายเป็น มุมเฟสล้าหลัง มันจึงปรากฏช้ากว่า 0 องศา ทำให้เกิดการหมุนเวกเตอร์ตามเข็มนาฬิกา

ตอนนี้เราจะมาสำรวจความสัมพันธ์ของเฟสที่เกิดขึ้นระหว่างปริมาณคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับสอง ปริมาณได้แก่ แรงดัน (v) และกระแสไฟฟ้า (i) เมื่อทั้งสองมีคลื่นความถี่เดียวกัน (ƒ) ในหน่วยเฮิรตซ์ เมื่อความถี่เท่ากัน ความเร็วเชิงมุม (ω) ต้องตรงกันด้วย ดังนั้น ไม่ว่าจะวัดค่าในจุดเวลาใดก็ตาม เฟสของแรงดันไฟฟ้า (v) จะเท่ากับเฟสของกระแสไฟฟ้า (i) เสมอ

ความเร็วเชิงมุมคงที่นี้ทำให้มั่นใจได้ว่า มุมการหมุนภายในระยะเวลาที่กำหนดเคลื่อนที่ได้คงที่ ดังนั้น ความต่างเฟสระหว่างแรงดัน (v) และกระแสไฟฟ้า (i) จะเป็นศูนย์เสมอ (Φ = 0) เนื่องจากแรงดันและกระแสไฟฟ้า ถึงแม้ว่าจะมีแอมพลิจูดจะต่างกัน แต่ก็มีค่าสูงสุดเป็นบวก ลบ และศูนย์พร้อมกันในช่วงที่รูปคลื่นเคลื่อนที่ครบหนึ่งรอบ ค่าทั้งสองจึงถูกพิจารณาว่าเป็น "เฟสตรงกัน"

ลำดับถัดมาจะพิจารณาจากสถานการณ์สมมติที่แรงดัน (v) และกระแสไฟฟ้า (i) มีเฟสต่างกัน 30 องศา (Φ = 30° หรือ π/6 เรเดียน) เนื่องจากปริมาณคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับทั้งสองหมุนด้วยความเร็วเท่ากัน โดยที่ยังคงความถี่ไว้ ความต่างเฟสจึงมีค่าคงที่เสมอ  ความแตกต่างของเฟส 30 องศาแสดงด้วย Φ

กรณีนี้คลื่นแรงดันไฟฟ้าเริ่มต้นที่ศูนย์ตามแกนอ้างอิงแนวนอน ในขณะเดียวกัน คลื่นไฟฟ้ากระแสยังคงมีค่าเป็นลบ โดยจะข้ามแกนอ้างอิง 30 องศาในภายหลัง ทำให้เกิดความต่างเฟสระหว่างคลื่นทั้งสองรูป ส่งผลให้พวกมันอยู่ใน "เฟสตรงข้ามกัน" ตามที่กำหนดค่าด้วย Φ  ดังที่ยกตัวอย่างข้างต้น ค่านี้จึงมีความต่างเฟสล้าหลัง 30 องศา

ในทางกลับกัน หากกระแสไฟฟ้า (i) มีค่าเป็นบวก ข้ามผ่านแกนอ้างอิง รวมถึงมีค่าสูงสุด และมีค่าเป็นศูนย์ก่อนแรงดันไฟฟ้า (v) รูปคลื่นของกระแสไฟฟ้าจะ "นำ" แรงดันไฟฟ้า ซึ่งบ่งชี้ถึงความต่างเฟสนำหน้า

มุมเฟสของคลื่นไซน์ทำหน้าที่อธิบายประโยชน์ของความสัมพันธ์ระหว่างรูปคลื่นไซน์ซอยด์สองรูปที่มีคลื่นความถี่เท่ากัน โดยการวาดจุดบนแกนอ้างอิงเดียวกัน ดังที่เห็นจากตัวอย่าง รูปคลื่นทั้งสองรูปอยู่นอกเฟส 30 องศา ดังนั้นจึงเป็นเรื่องที่ถูกต้องหากบอกว่า กระแสไฟฟ้า (i) ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าล่าช้า (v) หรือในทางกลับกัน แรงดันไฟฟ้า (v) ทำให้กระแสไฟฟ้า (i) สูงถึง  30 องศา ขึ้นอยู่กับว่า จะเลือกข้อมูลไหนเป็นข้อมูลอ้างอิง

ความสัมพันธ์และผลของมุมเฟสสามารถเกิดบนแนวแกนศูนย์แนวนอน ที่รูปคลื่นแต่ละรูปเคลื่อนตัดผ่านได้ทุกที่ ไม่ว่าความชันจะมีค่าเป็นบวกหรือลบ

ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ การอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างแรงดัน และคลื่นไซน์กระแสภายในวงจรเดียวกันได้มีความสำคัญเป็นอย่างมาก และยังเป็นรากฐานในการวิเคราะห์วงจรไฟฟ้ากระแสสลับอีกด้วย

บทความที่เกี่ยวข้อง

บทความ
January 26, 2024

ความต่างเฟสและการปรับตำแหน่งเฟส

วงจรไฟฟ้า AC ที่ถูกวิเคราะห์ด้วยการใช้เฟสเซอร์ ที่เฟสแตกต่างกัน เพื่ออธิบายความสัมพันธ์ระหว่างคลื่นไซน์ที่มีความถี่เท่ากัน

นักเขียนบทความ
by 
นักเขียนบทความ
ความต่างเฟสและการปรับตำแหน่งเฟส

ความต่างเฟสและการปรับตำแหน่งเฟส

วงจรไฟฟ้า AC ที่ถูกวิเคราะห์ด้วยการใช้เฟสเซอร์ ที่เฟสแตกต่างกัน เพื่ออธิบายความสัมพันธ์ระหว่างคลื่นไซน์ที่มีความถี่เท่ากัน

การวิเคราะห์วงจรไฟฟ้ากระแสสลับด้วยเฟสเซอร์จะมีประสิทธิภาพ เมื่อใช้กับวงจรการทำงานที่มีคลื่นความถี่แบบเดียวกัน ผลลัพธ์ของการรวมเฟสเซอร์ทั้งสองตัวจะขึ้นอยู่กับรีเลทีฟเฟส  โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อเป็นเฟสเซอร์ที่มี "เฟสตรงกัน" หรือ "เฟสตรงข้ามกัน " เนื่องจากทั้งสองมีเฟสต่างกัน

รูปคลื่นไซน์ซอยด์คือ ปริมาณคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับ ที่สามารถแสดงเป็นภาพกราฟิกในโดเมนเวลาตามแนวแกนนอนได้  รูปคลื่นเหล่านี้แสดงค่าสูงสุดเป็นบวก ณ เวลา π/2, ค่าสูงสุดเป็นลบ ณ เวลา 3π/2 และค่าศูนย์ตามแนวเส้นฐานที่จุด 0, π และ 2π

อย่างไรก็ตาม รูปคลื่นไซน์ไม่ได้เคลื่อนที่ตัดแกนศูนย์พร้อมกันหมด เมื่อเปรียบเทียบกับคลื่นไซน์อื่นๆ อาจมีการ "ปรับเลื่อนตำแหน่ง" ไปทางขวาหรือทางซ้าย 0 องศาเช่น เมื่อนำรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้ากับรูปคลื่นไฟฟ้ากระแสมาเปรียบเทียบกัน จะเห็นผลลัพธ์ว่า มีการเปลี่ยนแปลงเชิง มุมหรือความต่างของเฟสระหว่างรูปคลื่นไซนูซอยด์ทั้งสองรูป คลื่นไซน์ใดๆ ที่ไม่ข้ามศูนย์ที่ t = 0 จะมีการเปลี่ยนเฟส

การเปลี่ยนเฟสของรูปคลื่นไซนัสจะแสดงด้วยมุม Φ (Phi) วัดเป็นหน่วยองศาหรือเรเดียน แสดงถึงค่าเบี่ยงเบนด้านข้างของรูปคลื่นจากจุดอ้างอิงเฉพาะตามแนวแกนศูนย์แนวนอน หรืออาจกล่าวโดยสรุปได้ว่า การเปลี่ยนเฟส หมายถึง การกระจัดในแนวนอนระหว่างรูปคลื่นสองรูปขึ้นไป ที่มีแกนร่วมกัน และรูปคลื่นไซน์ซอยด์ที่มีคลื่นความถี่เดียวกัน ที่สามารถแสดงความต่างเฟสได้

ความต่างเฟส (Φ) ของรูปคลื่นแบบสลับมีตั้งแต่ช่วง 0 ถึงช่วงเวลาสูงสุด (T) ซึ่งเกิดในช่วงที่รูปคลื่นเคลื่อนที่ครบหนึ่งรอบ  สิ่งนี้สามารถแสดงบนตำแหน่งแกนนอนระหว่างช่วง Φ = 0 ถึง 2π (เรเดียน) หรือ Φ = 0 ถึง 360 องศา ขึ้นอยู่กับหน่วยวัด

ความต่างเฟสยังสามารถแสดงให้เห็นในรูปแบบของการเลื่อนเวลา (τ) หน่วยวินาที ซึ่งคิดเป็นเศษส่วนเวลา (T) เช่น +10 มิลลิวินาทีหรือ -50 ไมโครวินาที อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปจะแสดงความต่างของเฟสในรูปแบบการวัดเชิงมุมมากกว่า

ในการอธิบายมุมเฟสของรูปคลื่น เราต้องแก้ไขสมการค่าชั่วขณะของแรงดันไซน์ซอยด์ หรือรูปคลื่นไฟฟ้ากระแส ที่พัฒนาขึ้นในการอภิปรายเรื่องรูปคลื่นไซน์ซอยด์ครั้งก่อน โดยสมการที่แก้ไขนี้มีดังนี้:

สมการผลต่างเฟส:

Am - ความกว้างของรูปคลื่นωt - ความถี่เชิงมุมของรูปคลื่น หน่วยเป็นเรเดียนต่อวินาทีΦ (Phi) - มุมเฟสที่มีหน่วยเป็นองศา หรือเรเดียน ใช้สำหรับแสดงตำแหน่งที่ปรับเลื่อนตามแกนแนวนอนจากจุดอ้างอิงหากความชันมีค่าเป็นบวกที่รูปคลื่นไซน์ซอยด์และตัดผ่านแกนแนวนอน “ก่อน” t = 0 รูปคลื่นจะเลื่อนตำแหน่งไปทางซ้าย ดังนั้น Φ >0 มุมเฟสจะมีค่าเป็นบวก มี  +Φ นำหน้าองศาเฟส หรืออาจกล่าวได้ว่า มันปรากฏเร็วกว่า 0 องศาทำให้เกิดการหมุนเวกเตอร์ทวนเข็มนาฬิกาในทำนองเดียวกัน หากความชันมีค่าเป็นบวกที่รูปคลื่นไซน์ซอยด์ และตัดผ่านแกน x แนวนอน “หลัง” t = 0 รูปคลื่นจะเลื่อนตำแหน่งไปทางขวา ดังนั้น Φ <0 มุมเฟสจะมีค่าเป็นลบ มี  -Φ กลายเป็น มุมเฟสล้าหลัง มันจึงปรากฏช้ากว่า 0 องศา ทำให้เกิดการหมุนเวกเตอร์ตามเข็มนาฬิกา

ตอนนี้เราจะมาสำรวจความสัมพันธ์ของเฟสที่เกิดขึ้นระหว่างปริมาณคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับสอง ปริมาณได้แก่ แรงดัน (v) และกระแสไฟฟ้า (i) เมื่อทั้งสองมีคลื่นความถี่เดียวกัน (ƒ) ในหน่วยเฮิรตซ์ เมื่อความถี่เท่ากัน ความเร็วเชิงมุม (ω) ต้องตรงกันด้วย ดังนั้น ไม่ว่าจะวัดค่าในจุดเวลาใดก็ตาม เฟสของแรงดันไฟฟ้า (v) จะเท่ากับเฟสของกระแสไฟฟ้า (i) เสมอ

ความเร็วเชิงมุมคงที่นี้ทำให้มั่นใจได้ว่า มุมการหมุนภายในระยะเวลาที่กำหนดเคลื่อนที่ได้คงที่ ดังนั้น ความต่างเฟสระหว่างแรงดัน (v) และกระแสไฟฟ้า (i) จะเป็นศูนย์เสมอ (Φ = 0) เนื่องจากแรงดันและกระแสไฟฟ้า ถึงแม้ว่าจะมีแอมพลิจูดจะต่างกัน แต่ก็มีค่าสูงสุดเป็นบวก ลบ และศูนย์พร้อมกันในช่วงที่รูปคลื่นเคลื่อนที่ครบหนึ่งรอบ ค่าทั้งสองจึงถูกพิจารณาว่าเป็น "เฟสตรงกัน"

ลำดับถัดมาจะพิจารณาจากสถานการณ์สมมติที่แรงดัน (v) และกระแสไฟฟ้า (i) มีเฟสต่างกัน 30 องศา (Φ = 30° หรือ π/6 เรเดียน) เนื่องจากปริมาณคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับทั้งสองหมุนด้วยความเร็วเท่ากัน โดยที่ยังคงความถี่ไว้ ความต่างเฟสจึงมีค่าคงที่เสมอ  ความแตกต่างของเฟส 30 องศาแสดงด้วย Φ

กรณีนี้คลื่นแรงดันไฟฟ้าเริ่มต้นที่ศูนย์ตามแกนอ้างอิงแนวนอน ในขณะเดียวกัน คลื่นไฟฟ้ากระแสยังคงมีค่าเป็นลบ โดยจะข้ามแกนอ้างอิง 30 องศาในภายหลัง ทำให้เกิดความต่างเฟสระหว่างคลื่นทั้งสองรูป ส่งผลให้พวกมันอยู่ใน "เฟสตรงข้ามกัน" ตามที่กำหนดค่าด้วย Φ  ดังที่ยกตัวอย่างข้างต้น ค่านี้จึงมีความต่างเฟสล้าหลัง 30 องศา

ในทางกลับกัน หากกระแสไฟฟ้า (i) มีค่าเป็นบวก ข้ามผ่านแกนอ้างอิง รวมถึงมีค่าสูงสุด และมีค่าเป็นศูนย์ก่อนแรงดันไฟฟ้า (v) รูปคลื่นของกระแสไฟฟ้าจะ "นำ" แรงดันไฟฟ้า ซึ่งบ่งชี้ถึงความต่างเฟสนำหน้า

มุมเฟสของคลื่นไซน์ทำหน้าที่อธิบายประโยชน์ของความสัมพันธ์ระหว่างรูปคลื่นไซน์ซอยด์สองรูปที่มีคลื่นความถี่เท่ากัน โดยการวาดจุดบนแกนอ้างอิงเดียวกัน ดังที่เห็นจากตัวอย่าง รูปคลื่นทั้งสองรูปอยู่นอกเฟส 30 องศา ดังนั้นจึงเป็นเรื่องที่ถูกต้องหากบอกว่า กระแสไฟฟ้า (i) ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าล่าช้า (v) หรือในทางกลับกัน แรงดันไฟฟ้า (v) ทำให้กระแสไฟฟ้า (i) สูงถึง  30 องศา ขึ้นอยู่กับว่า จะเลือกข้อมูลไหนเป็นข้อมูลอ้างอิง

ความสัมพันธ์และผลของมุมเฟสสามารถเกิดบนแนวแกนศูนย์แนวนอน ที่รูปคลื่นแต่ละรูปเคลื่อนตัดผ่านได้ทุกที่ ไม่ว่าความชันจะมีค่าเป็นบวกหรือลบ

ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ การอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างแรงดัน และคลื่นไซน์กระแสภายในวงจรเดียวกันได้มีความสำคัญเป็นอย่างมาก และยังเป็นรากฐานในการวิเคราะห์วงจรไฟฟ้ากระแสสลับอีกด้วย

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Suspendisse varius enim in eros elementum tristique. Duis cursus, mi quis viverra ornare, eros dolor interdum nulla, ut commodo diam libero vitae erat. Aenean faucibus nibh et justo cursus id rutrum lorem imperdiet. Nunc ut sem vitae risus tristique posuere.

ความต่างเฟสและการปรับตำแหน่งเฟส
บทความ
Jan 19, 2024

ความต่างเฟสและการปรับตำแหน่งเฟส

วงจรไฟฟ้า AC ที่ถูกวิเคราะห์ด้วยการใช้เฟสเซอร์ ที่เฟสแตกต่างกัน เพื่ออธิบายความสัมพันธ์ระหว่างคลื่นไซน์ที่มีความถี่เท่ากัน

Lorem ipsum dolor amet consectetur adipiscing elit tortor massa arcu non.

การวิเคราะห์วงจรไฟฟ้ากระแสสลับด้วยเฟสเซอร์จะมีประสิทธิภาพ เมื่อใช้กับวงจรการทำงานที่มีคลื่นความถี่แบบเดียวกัน ผลลัพธ์ของการรวมเฟสเซอร์ทั้งสองตัวจะขึ้นอยู่กับรีเลทีฟเฟส  โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อเป็นเฟสเซอร์ที่มี "เฟสตรงกัน" หรือ "เฟสตรงข้ามกัน " เนื่องจากทั้งสองมีเฟสต่างกัน

รูปคลื่นไซน์ซอยด์คือ ปริมาณคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับ ที่สามารถแสดงเป็นภาพกราฟิกในโดเมนเวลาตามแนวแกนนอนได้  รูปคลื่นเหล่านี้แสดงค่าสูงสุดเป็นบวก ณ เวลา π/2, ค่าสูงสุดเป็นลบ ณ เวลา 3π/2 และค่าศูนย์ตามแนวเส้นฐานที่จุด 0, π และ 2π

อย่างไรก็ตาม รูปคลื่นไซน์ไม่ได้เคลื่อนที่ตัดแกนศูนย์พร้อมกันหมด เมื่อเปรียบเทียบกับคลื่นไซน์อื่นๆ อาจมีการ "ปรับเลื่อนตำแหน่ง" ไปทางขวาหรือทางซ้าย 0 องศาเช่น เมื่อนำรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้ากับรูปคลื่นไฟฟ้ากระแสมาเปรียบเทียบกัน จะเห็นผลลัพธ์ว่า มีการเปลี่ยนแปลงเชิง มุมหรือความต่างของเฟสระหว่างรูปคลื่นไซนูซอยด์ทั้งสองรูป คลื่นไซน์ใดๆ ที่ไม่ข้ามศูนย์ที่ t = 0 จะมีการเปลี่ยนเฟส

การเปลี่ยนเฟสของรูปคลื่นไซนัสจะแสดงด้วยมุม Φ (Phi) วัดเป็นหน่วยองศาหรือเรเดียน แสดงถึงค่าเบี่ยงเบนด้านข้างของรูปคลื่นจากจุดอ้างอิงเฉพาะตามแนวแกนศูนย์แนวนอน หรืออาจกล่าวโดยสรุปได้ว่า การเปลี่ยนเฟส หมายถึง การกระจัดในแนวนอนระหว่างรูปคลื่นสองรูปขึ้นไป ที่มีแกนร่วมกัน และรูปคลื่นไซน์ซอยด์ที่มีคลื่นความถี่เดียวกัน ที่สามารถแสดงความต่างเฟสได้

ความต่างเฟส (Φ) ของรูปคลื่นแบบสลับมีตั้งแต่ช่วง 0 ถึงช่วงเวลาสูงสุด (T) ซึ่งเกิดในช่วงที่รูปคลื่นเคลื่อนที่ครบหนึ่งรอบ  สิ่งนี้สามารถแสดงบนตำแหน่งแกนนอนระหว่างช่วง Φ = 0 ถึง 2π (เรเดียน) หรือ Φ = 0 ถึง 360 องศา ขึ้นอยู่กับหน่วยวัด

ความต่างเฟสยังสามารถแสดงให้เห็นในรูปแบบของการเลื่อนเวลา (τ) หน่วยวินาที ซึ่งคิดเป็นเศษส่วนเวลา (T) เช่น +10 มิลลิวินาทีหรือ -50 ไมโครวินาที อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปจะแสดงความต่างของเฟสในรูปแบบการวัดเชิงมุมมากกว่า

ในการอธิบายมุมเฟสของรูปคลื่น เราต้องแก้ไขสมการค่าชั่วขณะของแรงดันไซน์ซอยด์ หรือรูปคลื่นไฟฟ้ากระแส ที่พัฒนาขึ้นในการอภิปรายเรื่องรูปคลื่นไซน์ซอยด์ครั้งก่อน โดยสมการที่แก้ไขนี้มีดังนี้:

สมการผลต่างเฟส:

Am - ความกว้างของรูปคลื่นωt - ความถี่เชิงมุมของรูปคลื่น หน่วยเป็นเรเดียนต่อวินาทีΦ (Phi) - มุมเฟสที่มีหน่วยเป็นองศา หรือเรเดียน ใช้สำหรับแสดงตำแหน่งที่ปรับเลื่อนตามแกนแนวนอนจากจุดอ้างอิงหากความชันมีค่าเป็นบวกที่รูปคลื่นไซน์ซอยด์และตัดผ่านแกนแนวนอน “ก่อน” t = 0 รูปคลื่นจะเลื่อนตำแหน่งไปทางซ้าย ดังนั้น Φ >0 มุมเฟสจะมีค่าเป็นบวก มี  +Φ นำหน้าองศาเฟส หรืออาจกล่าวได้ว่า มันปรากฏเร็วกว่า 0 องศาทำให้เกิดการหมุนเวกเตอร์ทวนเข็มนาฬิกาในทำนองเดียวกัน หากความชันมีค่าเป็นบวกที่รูปคลื่นไซน์ซอยด์ และตัดผ่านแกน x แนวนอน “หลัง” t = 0 รูปคลื่นจะเลื่อนตำแหน่งไปทางขวา ดังนั้น Φ <0 มุมเฟสจะมีค่าเป็นลบ มี  -Φ กลายเป็น มุมเฟสล้าหลัง มันจึงปรากฏช้ากว่า 0 องศา ทำให้เกิดการหมุนเวกเตอร์ตามเข็มนาฬิกา

ตอนนี้เราจะมาสำรวจความสัมพันธ์ของเฟสที่เกิดขึ้นระหว่างปริมาณคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับสอง ปริมาณได้แก่ แรงดัน (v) และกระแสไฟฟ้า (i) เมื่อทั้งสองมีคลื่นความถี่เดียวกัน (ƒ) ในหน่วยเฮิรตซ์ เมื่อความถี่เท่ากัน ความเร็วเชิงมุม (ω) ต้องตรงกันด้วย ดังนั้น ไม่ว่าจะวัดค่าในจุดเวลาใดก็ตาม เฟสของแรงดันไฟฟ้า (v) จะเท่ากับเฟสของกระแสไฟฟ้า (i) เสมอ

ความเร็วเชิงมุมคงที่นี้ทำให้มั่นใจได้ว่า มุมการหมุนภายในระยะเวลาที่กำหนดเคลื่อนที่ได้คงที่ ดังนั้น ความต่างเฟสระหว่างแรงดัน (v) และกระแสไฟฟ้า (i) จะเป็นศูนย์เสมอ (Φ = 0) เนื่องจากแรงดันและกระแสไฟฟ้า ถึงแม้ว่าจะมีแอมพลิจูดจะต่างกัน แต่ก็มีค่าสูงสุดเป็นบวก ลบ และศูนย์พร้อมกันในช่วงที่รูปคลื่นเคลื่อนที่ครบหนึ่งรอบ ค่าทั้งสองจึงถูกพิจารณาว่าเป็น "เฟสตรงกัน"

ลำดับถัดมาจะพิจารณาจากสถานการณ์สมมติที่แรงดัน (v) และกระแสไฟฟ้า (i) มีเฟสต่างกัน 30 องศา (Φ = 30° หรือ π/6 เรเดียน) เนื่องจากปริมาณคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับทั้งสองหมุนด้วยความเร็วเท่ากัน โดยที่ยังคงความถี่ไว้ ความต่างเฟสจึงมีค่าคงที่เสมอ  ความแตกต่างของเฟส 30 องศาแสดงด้วย Φ

กรณีนี้คลื่นแรงดันไฟฟ้าเริ่มต้นที่ศูนย์ตามแกนอ้างอิงแนวนอน ในขณะเดียวกัน คลื่นไฟฟ้ากระแสยังคงมีค่าเป็นลบ โดยจะข้ามแกนอ้างอิง 30 องศาในภายหลัง ทำให้เกิดความต่างเฟสระหว่างคลื่นทั้งสองรูป ส่งผลให้พวกมันอยู่ใน "เฟสตรงข้ามกัน" ตามที่กำหนดค่าด้วย Φ  ดังที่ยกตัวอย่างข้างต้น ค่านี้จึงมีความต่างเฟสล้าหลัง 30 องศา

ในทางกลับกัน หากกระแสไฟฟ้า (i) มีค่าเป็นบวก ข้ามผ่านแกนอ้างอิง รวมถึงมีค่าสูงสุด และมีค่าเป็นศูนย์ก่อนแรงดันไฟฟ้า (v) รูปคลื่นของกระแสไฟฟ้าจะ "นำ" แรงดันไฟฟ้า ซึ่งบ่งชี้ถึงความต่างเฟสนำหน้า

มุมเฟสของคลื่นไซน์ทำหน้าที่อธิบายประโยชน์ของความสัมพันธ์ระหว่างรูปคลื่นไซน์ซอยด์สองรูปที่มีคลื่นความถี่เท่ากัน โดยการวาดจุดบนแกนอ้างอิงเดียวกัน ดังที่เห็นจากตัวอย่าง รูปคลื่นทั้งสองรูปอยู่นอกเฟส 30 องศา ดังนั้นจึงเป็นเรื่องที่ถูกต้องหากบอกว่า กระแสไฟฟ้า (i) ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าล่าช้า (v) หรือในทางกลับกัน แรงดันไฟฟ้า (v) ทำให้กระแสไฟฟ้า (i) สูงถึง  30 องศา ขึ้นอยู่กับว่า จะเลือกข้อมูลไหนเป็นข้อมูลอ้างอิง

ความสัมพันธ์และผลของมุมเฟสสามารถเกิดบนแนวแกนศูนย์แนวนอน ที่รูปคลื่นแต่ละรูปเคลื่อนตัดผ่านได้ทุกที่ ไม่ว่าความชันจะมีค่าเป็นบวกหรือลบ

ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ การอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างแรงดัน และคลื่นไซน์กระแสภายในวงจรเดียวกันได้มีความสำคัญเป็นอย่างมาก และยังเป็นรากฐานในการวิเคราะห์วงจรไฟฟ้ากระแสสลับอีกด้วย

Related articles