Phasenwinkel

Der Phasenwinkel (φ) bezeichnet den Winkel, um den sich zwei periodische Größen zeitlich verschieben. In der Elektrotechnik wird er vor allem als Phasenunterschied zwischen Wechselspannung und Wechselstrom in einem Bauteil oder Netzwerk gemessen. Der Winkel liefert Informationen darüber, wie stark Spannung und Strom gegeneinander verschoben sind und wie viel Energie in Form von Wirkleistung übertragen wird.

Für sinusförmige Signale gilt u(t) = U0 sin(ωt) und i(t) = I0 sin(ωt + φ). Der Phasenwinkel entspricht dem Winkel der Impedanz Z = R + jX, wobei φZ = arctan(X/R). Hier ist X = ωL − 1/(ωC). Ist φ positiv, folgt der Strom der Spannung mit einer Verzögerung (induktiv); ist φ negativ, führt der Strom der Spannung vor (kapazitiv). Die Wirkleistung P berechnet sich als P = VI cos φ; der Blind- oder Scheinanteil entsteht durch Q = VI sin φ. Der Leistungsfaktor cos φ ist ein Maß für die Effizienz der Leistungsübertragung.

Der Begriff Phasenwinkel tritt auch in der Rheologie auf, wo er die Phasenverschiebung zwischen Schubspannung und Scherspannung in viskoelastischen Materialien beschreibt. Dort gilt oft tan δ = G''/G', wobei G' den gespeicherten und G'' den dissipativen Modulus beschreibt. In der Praxis dient der Phasenwinkel zur Charakterisierung von Bauteilen, Messgeräten und Prozessen sowie zur Beurteilung von Netzqualität und Materialverhalten.