Faseforskyving i vekselspenningskretsar

Vi skal kople ein elektromotor til nettspenninga, som er ei vekselspenning på 230 V. For å ha full kontroll koplar vi inn eit voltmeter i parallell over motoren, eit amperemeter i serie med motoren og eit wattmeter som måler den elektriske effekten. Instrumenta viser følgjande:

• Voltmeteret viser 230 V, som er rimeleg.
• Amperemeteret viser 3,4 A.
• Wattmeteret viser 633 W.
  

🤔 Tenk over: Korleis stemmer målingane med effektformelen $$ P=U\cdot I$$?

🤔 Tenk over: Kan du gjette på kvifor effektformelen tilsynelatande ikkje stemmer her?

Nettspenninga i ein bustad

Viss vi lagar ei grafisk framstilling av korleis nettspenninga U på 230 V varierer med tida, vil det sjå ut som på figuren nedanfor.

Figuren viser korleis spenninga U varierer med tida t på x-aksen. Spenninga svingar frå positiv verdi til negativ verdi og tilbake att. Når ho har gjort det, seier vi at spenninga har gjennomført ei heil svinging.

🤔 Tenk over: Kor lang tid tek det for spenninga å gjennomføre ei heil svinging?

🤔 Tenk over: Kor mange svingingar blir det i løpet av eitt sekund? Kva kallar vi dette talet?

🤔 Tenk over: Kvifor er toppunktet på spenningskurva på ca. 325 V og ikkje på 230 V?

Det er effektivverdiane av straum og spenning vi må bruke når vi skal bruke formelen $$ P=U·I $$ for elektrisk effekt. Heldigvis er voltmeter og amperemeter slik at dei alltid måler effektivverdiar, og i den vidare framstillinga bruker vi berre effektivverdiar. Dersom vi skal sjå spenningskurva slik som på biletet over, må vi bruke eit oscilloskop.

Straumen i ein krets med resistive belastningar

Når vi i ein straumkrets berre har kopla til resistive belastningar som ohmske motstandar, vil straumen alltid vere størst når spenninga er størst, det vil seie at dei svingar i fase (sjå nedanfor).

Her har vi teikna straumkurva i same diagram som spenningskurva, så hugs at høgda på kurvene ikkje speler noka rolle akkurat her. Poenget no er at når spenninga til dømes har eit toppunkt, har òg straumen toppunkt. Det same gjeld for botnpunkt og nullpunkt.

Sjølvinduksjon og straumen i ein krets med induktive komponentar

Ein elektromotor er ikkje ein rein, ohmsk (eller resistiv) motstand. Her er straumleidningar vikla rundt tett i tett i såkalla spolar. Alle leidningar det går straum i, set opp eit magnetfelt. I ein spole blir dette magnetfeltet kraftig forsterka sidan leidninga er vikla rundt slik at vi får mange leidningar tett saman. Når straumen i ein spole blir forsøkt endra, vil magnetfeltet i spolen endre seg, og dette set opp ei motspenning som hindrar straumen i å auke så raskt som han normalt ville ha gjort. Dette kallar vi sjølvinduksjon.

Sjølvinduksjonen gjer at når vekselspenninga er stigande og passerer toppunktet, bruker straumen litt tid før han når toppen i forhold til spenninga. Straumen vil derfor få den største verdien sin når spenninga har passert toppunktet og er på veg ned att. Straumen blir «hengande etter», og vi seier at han er faseforskyvd i høve til spenninga. Ein elektromotor er eit døme på ein såkalla induktiv komponent, fordi straumen er faseforskyvd slik at han blir liggjande etter spenninga.

I figuren nedanfor er straumen faseforskyvd ca. 0,002 sekund etter spenninga. Straumen når altså toppunktet ca. 0,002 sekund etter at spenninga har nådd toppen.

Omtrent slik kan straumen og spenninga sjå ut når vi koplar ein elektromotor til nettspenninga.

På sida «Elektrisk effekt ved faseforskyving» ser vi på kva slags betydning ei slik faseforskyving i ein elektrisk krets har for den elektriske effekten i kretsen.