In elettrotecnica un fasore è un numero complesso che rappresenta un'onda sinusoidale di una specifica frequenza.[1] Essendo un numero complesso è rappresentabile nel piano complesso come un vettore sfasato rispetto all'asse reale di un certo angolo o fase, da qui l'origine del termine fasore, parola macedonia composta da fase e vettore. I fasori sono utilizzati dal metodo simbolico quale comoda rappresentazione in campo complesso di grandezze fisiche reali oscillanti come, in particolare, le grandezze elettriche, tensione o corrente.
Indice
1Definizione
2Proprietà
2.1Somma e differenza
2.2Prodotto e rapporto
2.3Derivata e integrale
3Leggi costitutive dei bipoli
3.1Resistore
3.2Induttore
3.3Condensatore
4Note
5Bibliografia
6Voci correlate
7Altri progetti
Definizione
Un'onda sinusoidale è caratterizzata da un'ampiezza , una frequenza e una fase iniziale . Alla frequenza, grandezza pari all'inverso del periodo dell'onda, è possibile associare una pulsazione tale per cui l'equazione dell'onda allora risulta:[2]
Nell'analisi dei circuiti elettrici in corrente alternata è necessario effettuare diverse operazioni algebriche tra sinusoidi, allora per semplificare i calcoli è possibile associare univocamente a ogni onda sinusoidale un numero complesso detto fasore. Si definisce allora un numero complesso tale che la sua parte reale sia pari alla funzione , e che abbia parte immaginaria tale da poter impiegare direttamente la formula di Eulero, essendo la parte reale una funzione coseno. Si determina allora il numero complesso:[3]
In elettrotecnica l'unità immaginaria è indicata con la lettera al fine di evitare confusione con l'intensità di corrente, generalmente indicata con la lettera . In un sistema di coordinate polari, tramite la formula di Eulero, il numero complesso appena ottenuto è riscrivibile come:[3]
Sul piano complesso è possibile rappresentare come un vettore di modulo sfasato rispetto all'asse reale di angolo . Siccome però il numero ottenuto è si ha che lo sfasamento con l'asse reale varia di un fattore , si ha così nel piano complesso un vettore di che ruota in senso antiorario a velocità angolare . Date queste proprietà il numero ottenuto è definito vettore rotante. Se le operazioni algebriche sono da effettuare su circuiti lineari caratterizzati da tensioni e correnti alternate di uguale frequenza allora è conveniente definire il fasore come un vettore sul piano complesso di modulo pari al valore efficace della sinusoide (grandezza tale che ) e fase .[3]
La corrispondenza tra sinusoide e fasore allora è:[4]
In modo del tutto equivalente, definito il fasore complesso coniugato si ha che:
Proprietà
Somma e differenza
Definito il fasore e in modo analogo allora la somma tra i due è:[5]
Considerato il fasore e il suo vettore rotante associato allora simbolicamente si indica la derivata del fasore come il fasore della derivata del vettore rotante:
Siccome allora la derivazione moltiplica il modulo di un fattore e introduce uno sfasamento in ritardo di .
Analogamente per l'integrale:
Siccome allora l'integrazione moltiplica il modulo di un fattore e introduce uno sfasamento in anticipo di .
Associati i rispettivi vettori rotanti allora la relazione diventa:
In particolare si nota che il valore efficace della tensione è mentre la fase è , si ha quindi che la corrente è in ritardo rispetto alla tensione. In termini di fasori allora:
Condensatore
La relazione costitutiva del condensatore è:
Associati i rispettivi vettori rotanti allora la relazione diventa:
In particolare si nota che il valore efficace della corrente è mentre la fase è , si ha quindi che la corrente è in anticipo rispetto alla tensione. In termini di fasori allora:
Note
^Fasore, in Dizionario delle scienze fisiche, Roma, Istituto dell'Enciclopedia Italiana, 1996.
Cesare Mario Arturi, Elettrotecnica 1: Reti elettriche e magnetiche, introduzione alla conversione magnetica, 2ª ed., Bologna, Società Editrice Esculapio, 2017 [2007], ISBN 978-88-7488-389-9.
Andrea Cristofolini, Grandezze periodiche (PDF), Università degli Studi di Bologna.