Поворот фазы

Трехфазный генератор

Давайте возьмем схему трехфазного генератора переменного тока, описанную ранее, и посмотрим, что происходит при вращении магнита.

Трехфазный генератор

Фазовый сдвиг на 120 ° является функцией фактического углового сдвига трех пар обмоток.

Если магнит вращается по часовой стрелке, обмотка 3 будет генерировать свое пиковое мгновенное напряжение ровно 120 ° (вращения вала генератора) после обмотки 2, которое достигнет своего пика 120 ° после обмотки 1. Магнит проходит через каждую пару полюсов в разных положениях в вращательное движение вала.

То, где мы решим разместить обмотки, будет определять величину фазового сдвига между формами сигналов переменного напряжения обмоток.

Если мы сделаем обмотку 1 нашим «эталонным» источником напряжения для фазового угла (0 °), то обмотка 2 будет иметь фазовый угол -120 ° (120 ° с запаздыванием или 240 ° вперед), а обмотка 3 будет иметь угол -240 °. (или 120 ° вперед).

Последовательность фаз

Эта последовательность фазовых сдвигов имеет определенный порядок. Для вращения вала по часовой стрелке порядок 1-2-3 (сначала обмотка 1 пика, затем обмотка 2, затем обмотка 3). Этот порядок повторяется, пока мы продолжаем вращать вал генератора.

Чередование фаз по часовой стрелке:1-2-3.

Однако если мы отменим При вращении вала генератора (поверните его против часовой стрелки) магнит пройдет мимо пар полюсов в обратной последовательности. Вместо 1-2-3 у нас будет 3-2-1. Теперь форма сигнала обмотки 2 будет ведущей . 120 ° впереди 1 вместо отставания, а 3 будет еще на 120 ° впереди 2 (рисунок ниже)

Последовательность фаз вращения против часовой стрелки:3–2–1.

Порядок последовательностей сигналов напряжения в многофазной системе называется чередованием фаз . или последовательность фаз . Если мы используем многофазный источник напряжения для питания резистивных нагрузок, чередование фаз не будет иметь никакого значения. Независимо от того, 1-2-3 или 3-2-1, значения напряжения и тока будут одинаковыми.

Как мы вскоре увидим, есть несколько применений трехфазного питания, которые зависят от того, имеет ли чередование фаз ту или иную сторону.

Детекторы чередования фаз

Поскольку вольтметры и амперметры бесполезны для определения чередования фаз в действующей энергосистеме, нам нужен какой-то другой прибор, способный выполнять эту работу.

В одной из хитроумных схемотехнических решений используется конденсатор для введения фазового сдвига между напряжением и током, который затем используется для определения последовательности путем сравнения яркости двух индикаторных ламп на рисунке ниже.

Детектор последовательности фаз сравнивает яркость двух ламп.

Две лампы имеют одинаковое сопротивление нити накала и одинаковую мощность. Конденсатор рассчитан на то, чтобы иметь примерно такое же реактивное сопротивление на системной частоте, что и сопротивление каждой лампы.

Если бы конденсатор был заменен резистором, равным сопротивлению ламп, две лампы светились бы с одинаковой яркостью, схема сбалансирована. Однако конденсатор вносит фазовый сдвиг между напряжением и током в третьей ветви цепи, равный 90 °.

Этот фазовый сдвиг больше 0 °, но меньше 120 ° приводит к смещению значений напряжения и тока на двух лампах в соответствии с их фазовым сдвигом относительно фазы 3.

Анализ SPICE для детекторов последовательности фаз

Следующий анализ SPICE, «детектор чередования фаз - последовательность =v1-v2-v3», демонстрирует, что произойдет:(рисунок ниже)

Схема SPICE для детектора последовательности фаз.

 детектор чередования фаз - последовательность =v1-v2-v3 v1 1 0 ac 120 0 грех v2 2 0 ac 120 120 sin v3 3 0 ac 120 240 sin г1 1 4 2650 г2 2 4 2650 c1 3 4 1u .ac lin 1 60 60 .print ac v (1,4) v (2,4) v (3,4) .конец частота v (1,4) v (2,4) v (3,4) 6.000E + 01 4.810E + 01 1.795E + 02 1.610E + 02 

Результирующий сдвиг фазы от конденсатора приводит к падению напряжения на лампе фазы 1 (между узлами 1 и 4) до 48,1 В, а напряжение на лампе фазы 2 (между узлами 2 и 4) повышается до 179,5 В, в результате чего возникает первая лампа. тускло, а вторая лампа яркая.

Как раз обратное произойдет, если последовательность фаз будет обратной:«детектор чередования фаз — последовательность =v3-v2-v1»

 детектор чередования фаз - последовательность =v3-v2-v1 v1 1 0 ac 120 240 sin v2 2 0 ac 120 120 sin v3 3 0 ac 120 0 грех г1 1 4 2650 г2 2 4 2650 c1 3 4 1u .ac lin 1 60 60 .print ac v (1,4) v (2,4) v (3,4) .конец частота v (1,4) v (2,4) v (3,4) 6.000E + 01 1.795E + 02 4.810E + 01 1.610E + 02 

Здесь («детектор чередования фаз - последовательность =v3-v2-v1») первая лампа получает 179,5 вольт, а вторая - только 48,1 вольт.

Мы исследовали, как происходит чередование фаз (порядок, в котором пары полюсов проходят через вращающийся магнит генератора переменного тока) и как его можно изменить, изменив направление вращения вала генератора переменного тока.

Однако реверсирование вращения вала генератора переменного тока обычно не является вариантом, открытым для конечного пользователя электроэнергии, поставляемой общенациональной сетью («генератор» фактически представляет собой совокупную сумму всех генераторов переменного тока на всех электростанциях, питающих сеть).

Замена горячих проводов

Есть много Более простой способ изменить чередование фаз, чем реверсирование вращения генератора:просто замените любые два из трех «горячих» проводов, идущих к трехфазной нагрузке.

Этот трюк станет более понятным, если мы еще раз посмотрим на последовательность фаз трехфазного источника напряжения:

 1-2-3 вращение:1-2-3-1-2-3-1-2-3-1-2-3-1-2-3. . . 3-2-1 вращение:3-2-1-3-2-1-3-2-1-3-2-1-3-2-1. . . 

То, что обычно называют чередованием фаз «1-2-3», можно также назвать «2-3-1» или «3-1-2», двигаясь слева направо в числовой строке выше? Точно так же противоположное вращение (3-2-1) можно так же легко назвать «2-1-3» или «1-3-2».

Начав с чередования фаз 3-2-1, мы можем попробовать все возможности для замены любых двух проводов за раз и посмотреть, что произойдет с результирующей последовательностью на рисунке ниже.

Все возможности замены любых двух проводов.

Независимо от того, какую пару «горячих» проводов из трех мы решим поменять местами, чередование фаз в конечном итоге меняется на противоположное (1-2-3 меняются на 2-1-3, 1-3-2 или 3-2- 1, все равнозначно).

ОБЗОР:

• Чередование фаз , или последовательность фаз , - это порядок, в котором формы волны напряжения многофазного источника переменного тока достигают соответствующих пиков. Для трехфазной системы есть только две возможные последовательности фаз:1-2-3 и 3-2-1, соответствующие двум возможным направлениям вращения генератора переменного тока.
• Чередование фаз не влияет на резистивные нагрузки, но оказывает влияние на несбалансированные реактивные нагрузки, как показано в работе схемы детектора поворота фаз.
• Чередование фаз можно изменить, поменяв местами любые два из трех «горячих» выводов, подающих трехфазное питание на трехфазную нагрузку.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

• Рабочий лист по многофазным энергосистемам