¿Cuál es el concepto detrás de los ángulos de fase en los circuitos de CA?

Answer 1

La idea de ‘fase’ proviene de ‘cuánto avanzado o retrasado es una cantidad del tiempo de referencia’. En un circuito de CA, estas cantidades son voltajes y corrientes, y sus magnitudes cambian con el paso del tiempo. Eso significa que el valor del voltaje y la corriente es una función del tiempo. La función más básica en este caso se considera sinusoide, ya sea sin o función coseno, ya que ofrece algunas ventajas de cálculo. Ahora, dado que ahora podemos expresar matemáticamente un voltaje o corriente con una función trigonométrica, surge la pregunta, ¿cuál debería ser el origen? Eso significa que, en un papel cuadriculado, siempre puede trazar un gráfico de voltaje versus tiempo, pero el origen, el punto de intersección del eje de voltaje y el eje de tiempo, ¿en qué momento debo comenzar a tomar los valores?
Aquí viene el concepto de fase. No importa en qué momento del tiempo considere el origen, el gráfico se verá igual pero solo se desplazará hacia la izquierda o hacia la derecha. Por ejemplo, a continuación se muestra la forma de onda de, digamos, un voltaje de salida del generador de CA de 1 Hz (aunque no es práctico) con diferentes orígenes de tiempo. Tenga en cuenta que es el MISMO voltaje, solo comenzamos a calcular valores en diferentes momentos. ¿Qué significa eso matemáticamente? Vea las funciones en el lado derecho.
La curva roja es [matemática] V = sin (2 \ pi t) [/ matemática]
La curva azul es [matemática] V = sin \ {2 \ pi (t-0.5) \} = sin (2 \ pi t- \ pi), [/ matemática] significa que comenzamos a tomar valores 0.5 segundos más tarde que el primero uno.
La curva verde en [matemáticas] V = sin \ {2 \ pi (t-0.25) \} = sin (2 \ pi t-0.5 \ pi) [/ matemáticas], significa que comenzamos a medir 0.25 segundos después.
Como puede ver, el efecto de ‘comenzar tarde o temprano’ solo resta o agrega un ángulo. Este ángulo es el ángulo de fase.
Como tenemos voltaje y corriente que dependen de las cantidades, elegimos un tiempo de referencia común. Tradicionalmente, el tiempo de referencia es cuando el voltaje es 0. Entonces la corriente tendrá algún retraso o avance en función de las propiedades inductivas o capacitivas de los circuitos, lo que matemáticamente da lugar a ‘ángulos de fase’ en la ecuación de corriente. Si una fase de corriente viene ‘antes’ de la misma fase del voltaje, decimos que la corriente ‘conduce’ al voltaje, y si una fase de corriente viene ‘después’ de ‘la misma fase del voltaje, decimos que la corriente’ se atrasa ‘ el voltaje.

Espero que lo hayas entendido.

Answer 2

La respuesta proporcionada por Jim es bastante completa. Agregaría solo algunos datos más que podrían hacer que la comprensión sea un poco más intuitiva. Hay dos reglas básicas que debes recordar:

1) No puede cambiar el voltaje a través de un condensador instantáneamente, y

2) No puede cambiar la corriente a través de un inductor instantáneamente

Dicho esto, la corriente tiene que conducir el voltaje en el circuito del condensador porque tiene que cargarlo. Del mismo modo, la corriente en el inductor que produce el campo magnético se acumula gradualmente (determinada por la resistencia y la inductancia en el circuito) y, por lo tanto, se retrasa el voltaje aplicado. La cantidad de “adelanto” y “retraso” se refleja en la diferencia de ángulo de fase de la señal de CA aplicada.

Answer 3

Los circuitos de CA usan fuentes de voltaje que varían en el tiempo como una función sinusoidal. es decir, trazados de voltaje versus tiempo como una onda sinusoidal. Si una fuente de voltaje sinusoidal está conectada a una resistencia, la corriente resultante también será una onda sinusoidal que varía como una onda sinusoidal. Además, no habrá diferencia de fase entre voltaje y corriente. Si esta misma fuente de voltaje está conectada a una carga que es inductiva, la corriente resultante seguirá siendo una onda sinusoidal, pero se desplazará en fase con respecto a la fuente de voltaje. La corriente retrasará el voltaje aplicado hasta 90 grados. Por el contrario, si una fuente de voltaje de onda sinusoidal está conectada a una carga capacitiva, la corriente resultante se desplazará en fase desde la fuente de voltaje, pero en lugar del retraso de la corriente, la corriente conducirá el voltaje hasta 90 grados. Este fenómeno da lugar a lo que se llama poder real y reactivo.