เฟสและเฟสเซอร์ไดอะแกรม

เวกเตอร์

                เวกเตอร์ คือ สัญลักษณ์ที่ใช้แทนปริมาณไฟฟ้าประกอบด้วยหัวลูกศร ความยาวของลูกศร และทิศทางที่เกิด สามารถนำไปใช้แทนได้ทั้งขนาด และทิศทางที่เกิดของแรงดัน กระแส และกำลังงานไฟฟ้า โดยใช้ความยาวของเส้นตรงแทนขนาด และหัวลูกศรแทนทิศทาง ลักษณะของเวกเตอร์แสดงดังรูป

             (ก) เป็นสัญลักษณ์ของเวกเตอร์ A มีความยาวบอกขนาด มีหัวลูกศรบอกทิศทาง ตำแหน่งที่แสดงเป็นสภาวะปกติ หากมีการเปลี่ยนแปลงมุมการเกิดสัญญาณ ทิศทางหัวลูกศรหมุนเคลื่อนที่เปลี่ยนแปลงไป
             (ข) แสดงขนาดและทิศทางของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับมีค่า 5V ที่มุมปกติ(0°)
             (ค)แสดง ขนาดและทิศทางของกระแสไฟฟ้ากระแสสลับมีค่า 2A ที่มุมการเกิดกระแส 45° จากมุมปกติ(0°)
             ทิศทางการเคลื่อนที่ของเวกเตอร์ จะหมุนเคลื่อนที่ในทิศทางทวนเข็มนาฬิการอบตัวเอง การหมุนเคลื่อนที่ครบ 1 รอบ มีมุมทั้งหมด 360°

เฟส

               เฟส (Phase) คือ ความแตกต่างกันของเวลาหรือมุมที่เกิดสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับขึ้นมามากกว่าหนึ่งสัญญาณ เรียกมุมที่แตกต่างกันว่ามุมเฟส (Phase Angle) ลักษณะสัญญาณที่ต่างเฟสกัน แสดงดังรูป

             เป็นคลื่นไซน์ 2 สัญญาณมีเฟสต่างกัน 90° แสดงค่าไว้ในรูปของ E1 และ E2 แรงดันทั้งสองมีความถี่ 50 Hz แรงดัน E1 มีระดับแรงดัน 100V เกิดขึ้นที่เฟสปกติ 0° หรือเวลา 0 ms แรงดัน E2 มีระดับแรงดัน 75V เกิดขึ้นช้ากว่าแรงดัน E1 เป็น มุม 90° หรือเวลาต่างกัน 5 ms ระดับแรงดันของ E1และ E2 มีค่าแรงดันสูงสุดในเวลาที่แตกต่างกันอยู่ 5 ms เสมอ
               การพิจารณาเฟสของสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับ ต้องพิจารณาจากปริมาณไฟฟ้าที่มีความถี่เดียวกัน จึงสามารถเปรียบเทียบเฟสกันได้ ถ้าหากมีความถี่ไม่เท่ากัน มีชื่อเรียกเฟสในลักษณะต่าง ๆ แตกต่างกันไป
              ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณไฟฟ้าที่เปรียบเทียบกับเฟสที่เกิดขึ้นแตกต่างกัน ถ้าหากเป็นเฟสนำหน้า(Leading Phase) จะถูกแทนด้วยเครื่องหมายบวก (+) และถ้าหากเป็นเฟสล้าหลัง(Lagging Phase) จะถูกแทนด้วยเครื่องหมายลบ (-)

เฟสเหมือนกัน

              คือ รูปคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับสองสัญญาณเกิดขึ้นพร้อมกัน ซ้อนทับกันพอดี คลื่นสัญญาณทั้งสองจะมีความแรงเท่ากันหรือต่างกันก็ได้ แต่ต้องมีทิศทางการเกิดคลื่นเหมือนกัน แสดงดังรูป

              เป็นรูปคลื่นไซน์ของแรงดัน e และกระแส i มีเฟสเหมือนกัน คือ เริ่มเกิดคลื่นไซน์ที่ตำแหน่ง 0° เหมือนกัน สามารถเขียนสมการแรงดันและกระแสออกมาได้ดังนี้
e = Em Sin t
i = Im Sin t

เฟสตรงข้ามกัน

                 คือ รูปคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับสองสัญญาณเกิดขึ้นพร้อมกัน ซ้อนทับกันพอดี คลื่นสัญญาณทั้งสองจะมีความแรงเท่ากันหรือต่างกันก็ได้ แต่ต้องมีทิศทางการเกิดคลื่นตรงข้ามกัน เช่น สัญญาณที่ 1 เริ่มต้นเกิดคลื่นบวก สัญญาณที่ 2 ต้องเริ่มต้นเกิดคลื่นลบ สัญญาณทั้งสองมีมุมเฟสต่างกัน 180° หรือ ¶rad แสดงดังรูป

                เป็นรูปคลื่นไซน์ของแรงดัน e และกระแส i มีเฟสตรงกันข้าม สามารถเขียนสมการแรงดันและกระแสออกมาได้ดังนี้
e = Em Sin t
i = - Im Sin t

เฟสเลื่อน

                 คือ รูปคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับสองสัญญาณเกิดขึ้นในเวลาไม่พร้อมกัน คลื่นสัญญาณทั้งสองจะมีความแรงเท่ากันหรือต่างกันก็ได้ แต่ต้องมีเวลาการเกิดคลื่นไม่พร้อมกัน สัญญาณทั้งสองมีมุมเฟสต่างกันมากกว่า 0° แต่น้อยกว่า 180° เฟสเลื่อนมี 2 ลักษณะคือ เฟสเลื่อนแบบนำหน้าและเฟสเลื่อนแบบล้าหลัง ลักษณะรูปคลื่นไฟฟ้ากระแสสลับมีเฟสเลื่อน ดังรูป

              (ก) เป็นเฟสเลื่อนแบบนำหน้า คลื่นไซน์แรงดัน e เริ่มต้นเกิดคลื่นที่ตำแหน่ง 0° มีทิศทางเกิดคลื่นเริ่มต้นที่คลื่นบวก ถือเป็นคลื่นสัญญาณปกติ ส่วนคลื่นไซน์กระแส i เกิดคลื่นในตำแหน่งนำหน้ามีมุมนำหน้า 1(มุมมีค่าเท่าไรก็ได้อยู่ในช่วงมากกว่า 0° ไปจนถึงน้อยกว่า 180°) 
นำรูป (ก) และรูป (ข) มาเขียนสมการแรงดันและกระแสออกมาได้ดังนี้

i = Im Sin (t + 1)

i = Im Sin (t - 1)

1 = + 1 กำกับไว้ที่สมการค่าใด แสดงว่าค่านั้นมีเฟสนำหน้าอยู่
1 = - 1 กำกับไว้ที่สมการค่าใด แสดงว่าค่านั้นมีเฟสล้าหลังอยู่
(ข) เป็นเฟสเลื่อนแบบล้าหลัง มีคลื่นไซน์แรงดัน e เริ่มต้นเกิดคลื่นที่ตำแหน่ง 0° มีทิศทางเกิดคลื่นเริ่มต้นที่คลื่นบวกเช่นเดิม ส่วนคลื่นไซน์กระแส i เกิดคลื่นในตำแหน่งล้าหลัง มีมุมล้าหลัง 1 (มุมมากกว่า 0° น้อยกว่า 180°) 
จากรูป (ก) e = Em Sin t
จากรูป (ข) e = Em Sin t
ค่าของ 1 ที่เพิ่มเข้าไปในสมการกระแส i เป็นตัวบอกลักษณะของเฟสระหว่างแรงดัน e และกระแส i ว่ามีเฟสเดียวกันหรือเฟสแตกต่างกัน
ถ้า 1 = 0 แสดงว่าเฟสของแรงดัน e และกระแส i เป็นเฟสเดียวกัน

เฟสเซอร์ไดอะแกรม

              เฟสเซอร์ไดอะแกรม (Phasors Diagram) หรือแผนภาพเฟสเซอร์ เป็นการใช้เวกเตอร์เพื่อเขียนแทนสัญญาณไฟฟ้ากระแสสลับ ที่มีขนาดคงที่และความเร็วเชิงมุมคงที่ เส้นตรงและหัวลูกศรหนึ่งเส้นแทนปริมาณไฟฟ้าหนึ่งสัญญาณ ความยาวของเส้นตรงแต่ละเส้นเป็นปฏิภาคโดยตรงกับขนาดความแรงของปริมาณไฟฟ้า 
               เฟสเซอร์ที่เป็นปริมาณอ้างอิงโดยปกติเขียนอยู่ในแนวแกนนอน และทิศทางหัวลูกศรชี้ไปทางขวาเสมอ การเคลื่อนที่ของเส้นเฟสเซอร์เคลื่อนที่ไปทางทวนเข็มนาฬิกาจากเฟสเซอร์อ้างอิง ถือว่าเคลื่อนที่ไปทางบวก และแสดงเป็นเฟสนำหน้า ในทางตรงข้าม ถ้าการเคลื่อนที่ไปทางลบ และแสดงเป็นเฟสล้าหลัง ลักษณะเฟสเซอร์ไดอะแกรม แสดงดังรูป

ที่มา : https://wiki.stjohn.ac.th/groups/poly1/wiki/06f38/index.html