เฟสและเฟสเซอร์ไดอะแกรม

จำนวนผู้เยี่ยมชมหน้านี้

             
             ปริมาณทางไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ เป็นปริมาณที่มีทั้งขนาด และทิศทาง เราจึงแทนปริมาณทางไฟฟ้ากระแสสลับด้วยเวกเตอร์ คือมีขนาดของปริมาณ ซึ่งเราจะแทนด้วยความยาวของเส้น และมีทิศทาง โดยเราจะแทนทิศทางของปริมาณด้วยหัวลูกศรที่ปลายของความยาวเส้น

                 ทิศทางของปริมาณทางไฟฟ้าจะมีทิศทางเป็นองศา โดยเราจะให้ทิศทางที่มีมุม 0 องศา จะอยู่ในแนวระนาบ และมีทิศทางหัวลูกศรจากจุดเริ่มต้นไปทางขวามือ ดังภาพที่ 1

ภาพที่ 1 แสดงเวกเตอร์ของแรงดันไฟฟ้า ขนาด 4 V มุม 0° 

               และขนาดของมุมจะหมุนได้ 2 ทิศทาง คือ

            1. หมุนทวนเข็มนาฬิกา (ขึ้นด้านบน) จะมีมุมเพิ่มขึ้นตามลำดับแต่จะมีค่าเป็นบวก โดยเทียบกับตำแหน่ง  0°  ดังภาพที่ 2 

ภาพที่ 2 แสดงเวกเตอร์ของแรงดันไฟฟ้า ขนาด 4 V มุม 35° 

             2. หมุนตามเข็มนาฬิกา (ลงด้านล่าง) จะมีมุมเพิ่มขึ้นตามลำดับแต่จะมีค่าเป็นลบ โดยเทียบกับตำแหน่ง  0° ดังภาพที่ 3

ภาพที่ 3 แสดงเวกเตอร์ของแรงดันไฟฟ้า ขนาด 4 V มุม -35° 

เฟส (Phase)
            เฟส ในที่นี้ หมายถึง มุมในการตัดกันของขดลวดกับเส้นแรงแม่เหล็กในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งจะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าไม่เท่ากันตามตำแหน่งองศาของการตัด ทำให้เกิดสัญญาณทางไฟฟ้าเป็นรูปคลื่นไซน์

            ดังนั้นหากเรานำรูปสัญญาณทางไฟฟ้าที่มีความถี่เท่ากัน ตั้งแต่ 2 สัญญาณขึ้นไปมาเปรียบเทียบกัน โดยให้สัญญาณใดสัญญาณหนึ่งเริ่มต้นเกิดที่ 0°  และนำสัญญาณที่เหลือมาเปรียบเทียบกันจะทำให้เกิดเฟสทางไฟฟ้าอยู่ 3 ลักษณะ คือ

            1. เฟสเดียวกัน (Inphase) หมายถึงสัญญาณที่เริ่มเกิดรูปสัญญาณที่มุมเดียวกัน ไปในทิศทางเดียวกัน มีค่า 0 ในเวลาเดียวกันที่ 0° เกิดค่าสูงที่สุดที่ 90° ในเวลาเดียวกัน แม้ว่าค่าสูงสุดอาจจะไม่เท่ากันก็ได้ จากนั้นจะค่อยๆ ลดลงจนถึง 0 พร้อมกันที่ 180°  จากนั้นจะค่อยๆ สูงขึ้นอีกในทิศทางตรงข้ามเหมือนกัน และสูงสุดพร้อมกันอีกที่ 270° และค่อยๆ ลดลงมาอยู่ที่ 0 พร้อมกันอีกครั้งที่ 360° ครบรอบของสัญญาณหนึ่งรูปคลื่น หรือ 6.28 เรเดียล ต่อจากนั้นจะเริ่มในลักษณะเดิมอีกไปเรื่อยๆ ดังภาพ

ภาพที่ 4 แสดงรูปสัญญาณมีเฟสเดียวกัน

               2. เฟสตรงกันข้าม (Out of Phase) หมายถึงสัญญาณที่เริ่มเกิดรูปสัญญาณที่ 0° พร้อมกัน แต่ไปในทิศทางตรงข้ามกัน เช่นสัญญาณแรกไปทางบวก อีกสัญญาณจะไปทางลบ และจะเกิดค่าสูงสุดพร้อมกันที่ 90° แต่ทิศทางตรงข้ามกัน และสัญญาณจะค่อยๆ ลดลงมาจนเท่ากับ 0° พร้อมกันที่ 180° จากนั้นจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นอีกแต่จะสลับกันคือสัญญาณแรกจะกลับไปทางลบ อีกสัญญาณจะกลับไปทางบวก และสูงสุดพร้อมกันอีกครั้งที่ 270°  และค่อยๆ ลดลงอีกจนถึง 0° ที่ 360°  ครบ 1 รอบของสัญญาณ ต่อจากนั้นจะเริ่มในลักษณะเดิมอีกไปเรื่อยๆ ดังภาพ

ภาพที่ 5 แสดงรูปสัญญาณมีเฟสตรงข้ามกัน

         3. เฟสเลื่อน (Shift Phase) หมายถึงสัญญาณที่เกิดขึ้นไม่พร้อมกัน แต่ไปในทิศทางเดียวกัน จะสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ลักษณะ คือ

            นำหน้า (Leading)

            ล้าหลัง (Lagging) 

ภาพที่ 6 แสดงรูปสัญญาณมีเฟสเลื่อน แบบนำหน้า

ภาพที่ 7 แสดงรูปสัญญาณมีเฟสเลื่อน แบบล้าหลัง

            โดยสัญญาณที่เกิดก่อนจะนำหน้าสัญญาณที่เกิดหลัง หรือสัญญาณที่เกิดทีหลังจะล้าหลังสัญญาณที่เกิดก่อน ซึ่งจุดที่เราจะใช้ในการอ้างอิงคือที่ตำแหน่ง 0°  สัญญาณที่ใช้อ้างอิงจะเป็นสัญญาณในด้านบวก

            ดังนั้น หากที่ตำแหน่ง 0° สัญญาณใดเกิดในด้านบวกก่อน สัญญาณนั้นจะนำหน้าอีกสัญญาณหนึ่ง

            ดังภาพที่ 6 จะเห็นได้ว่า  ที่ตำแหน่ง 0°  V₂ มีสัญญาณด้านบวกเกิดแล้ว ขณะที่ V₁ มีสัญญาณเป็น 0 จึงได้ว่า V₂ นำหน้า V₁ เป็นมุม  q° หรือ V₁  ล้าหลัง V₂   เป็นมุม  q°

       

             ส่วนภาพที่ 7 จะเห็นได้ว่า  ที่ตำแหน่ง 0°  V₂ แม้จะมีสัญญาณเกิดขึ้นแล้ว แต่เป็นด้านลบ เราเลยยังไม่นับว่า V₂ มีสัญญาณเกิดขึ้น รอจนผ่านไป q°  V₂ จึงเริ่มมีสัญญาณในด้านบวก ขณะที่ V₁ มีสัญญาณด้านบวกเกิดขึ้นแล้ว  จึงสรุปได้ว่า V₁ นำหน้า V₂ เป็นมุม  q° หรือ  V₂ ล้าหลัง V₁ เป็นมุม  q°

           

เฟสเซอร์ไดอะแกรม (Phasors Diagram)

            คือการนำเวกเตอร์มาเขียนแทนสัญญาณไฟฟ้า ตั้งแต่ 2 เวกเตอร์ ขึ้นไป นั่นเอง โดยมุมของสัญญาณให้เท่ากับขนาดของสัญญาณนั้น บนแกน Y 

            เช่น ในภาพที่ 4 เขียนเป็นเฟสเซอร์ไดอะแกรมได้ ดังนี้

ภาพที่ 8 เฟสเซอร์ไดอะแกรมของสัญญาณในภาพที่ 4

             การที่สัญญาณใดจะมีมุมเท่าใด ให้เราดูที่ สัญญาณเริ่มจาก 0 เพิ่มขึ้นไปทางบวก (ด้านบนของสัญญาณ) อยู่ที่ตำแหน่งกี่องศา ก็แสดงว่าเวกเตอร์มีมุมเท่านั้น

             ดังสัญญาณในภาพที่ 4 สัญญาณทั้งสองเริ่มจาก 0 ขึ้นไปทางบวก อยู่ที่ตำแหน่ง 0 แสดงว่า สัญญาณทั้งสองมีมุม 0°    รูปเวกเตอร์ทั้งสองจึงอยู่ที่มุม 0°    ซ้อนกันอยู่ แต่ V₁ มีค่ามากกว่า V₂ จึงมีขนาดยาวกว่า

ภาพที่ 9 เฟสเซอร์ไดอะแกรมของสัญญาณในภาพที่ 5

             สัญญาณในภาพที่ 5 สัญญาณ V₁ เริ่มจาก 0 ขึ้นไปทางบวก อยู่ที่ตำแหน่ง 0 แสดงว่า สัญญาณ  V₁ มีมุม 0° ส่วน สัญญาณ V₂ เริ่มจาก 0 ลงไปทางลบ อยู่ที่ตำแหน่ง  -180°  หลังจากเกิด  V₁  แล้ว   แสดงว่า สัญญาณ  V₂ มีมุมตามหลัง V₁  อยู่  -180°  ดังภาพที่ 9