Поворот фази

Розділ 10 - Багатофазні схеми змінного струму

Трифазний генератор змінного струму

Візьмемо конструкцію трифазного генератора, викладену раніше, і подивимося, що відбувається під час обертання магніту.

Зсув кута фази 120 ° є функцією фактичного зсуву кута повороту трьох пар обмоток.

Якщо магніт обертається за годинниковою стрілкою, обмотка 3 буде генерувати свою пікову миттєву напругу рівно 120 ° (обертання вала генератора) після обмотки 2, яка досягне свого піку 120 ° після обмотки 1. Магніт проходить повз кожну пару полюсів у різних положеннях в обертальний рух вала.

Там, де ми вирішимо розмістити обмотки, буде диктуватися величина фазового зсуву між формами сигналів змінного струму обмоток.

Якщо обмотку 1 зробити «опорним» джерелом напруги для фазового кута (0 °), тоді обмотка 2 матиме фазовий кут -120 ° (відставання 120 ° або провід 240 °), а обмотка 3 - кут -240 ° (або 120 ° провідний).

Послідовність фаз

Ця послідовність фазових зсувів має певний порядок. Для обертання вала за годинниковою стрілкою порядок становить 1-2-3 (спочатку намотують 1 пік, їх обмотують 2, потім обмотують 3). Це замовлення повторюється, доки ми продовжуємо обертати вал генератора.

Послідовність фаз обертання за годинниковою стрілкою: 1-2-3.

Однак, якщо ми повернемо обертання вала генератора (повернути його проти годинникової стрілки), магніт пройде повз пари полюсів у протилежній послідовності. Замість 1-2-3, у нас буде 3-2-1. Тепер форма сигналу 2 обмотки вестиме на 120 ° попереду 1 замість відставання, а 3 буде ще на 120 ° попереду 2. (Малюнок нижче)

Послідовність фаз обертання проти годинникової стрілки: 3-2-1.

Порядок послідовностей сигналів напруги в багатофазній системі називається обертанням фаз або послідовністю фаз. Якщо ми використовуємо багатофазне джерело напруги для живлення резистивних навантажень, обертання фази не матиме ніякої різниці. Незалежно від того, 1-2-3 чи 3-2-1, величини напруги та струму будуть однаковими.

Є кілька застосувань трифазної потужності, як ми скоро побачимо, які залежать від того, чи має обертання фази той чи інший бік.

Детектори послідовності фаз

Оскільки вольтметри та амперметри були б марними, щоб сказати нам, що таке фазове обертання діючої енергосистеми, нам потрібно мати якийсь інший прилад, здатний виконувати цю роботу.

Одна геніальна конструкція схеми використовує конденсатор для введення фазового зсуву між напругою та струмом, який потім використовується для виявлення послідовності шляхом порівняння яскравості двох індикаторних ламп на малюнку нижче.

Детектор послідовності фаз порівнює яскравість двох ламп.

Дві лампи мають однаковий опір нитки і потужність. Конденсатор має розмір, щоб мати приблизно однакову величину реактивного опору на частоті системи, як опір кожної лампи.

Якби конденсатор замінити резистором, рівним опору ламп, дві лампи світились б однаковою яскравістю, схема збалансована. Однак конденсатор вводить фазовий зсув між напругою і струмом на третьому катері ланцюга, рівний 90 °.

Цей фазовий зсув, що перевищує 0 °, але менше 120 °, зміщує значення напруги та струму на двох лампах відповідно до їх фазових зрушень щодо фази 3.

SPICE-аналіз для детекторів послідовності фаз

Наступний SPICE-аналіз, «Детектор обертання фази - послідовність = v1-v2-v3», демонструє, що буде відбуватися: (Малюнок нижче)

Схема SPICE для детектора послідовності фаз.

Отриманий фазовий зсув від конденсатора призводить до того, що напруга на фазі 1 лампи (між вузлами 1 і 4) падає до 48,1 вольт, а напруга на фазі 2 лампи (між вузлами 2 і 4) зростає до 179,5 вольт, роблячи першу лампу тьмяний, а друга лампа яскрава.

Якраз навпаки трапиться, якщо послідовність фаз буде змінена: «детектор обертання фази - послідовність = v3-v2-v1»

Тут («детектор обертання фази - послідовність = v3-v2-v1») перша лампа отримує 179,5 вольт, а друга - лише 48,1 вольта.

Ми дослідили, як виробляється обертання фази (порядок, в якому пари полюсів передаються обертовим магнітом генератора) і як його можна змінити, змінивши обертання вала генератора.

Однак реверсування обертання вала генератора зазвичай не є варіантом, відкритим для кінцевого споживача електроенергії, що постачається загальнодержавною мережею ("альтернативний" фактично є сукупною сумою всіх генераторів змінного струму на всіх електростанціях, що живлять мережу).

Обмін гарячими проводами

Існує набагато простіший спосіб змінити послідовність фаз, ніж зворотне обертання генератора: просто обміняйте будь-які два з трьох «гарячих» проводів, що йдуть на трифазне навантаження.

Цей фокус має більше сенсу, якщо ми ще раз подивимось на послідовність працюючих фаз трифазного джерела напруги:

Те, що зазвичай називають поворотом фази «1-2-3», можна так само назвати «2-3-1» або «3-1-2», рухаючись зліва направо в числовому рядку вище? Подібним чином, протилежне обертання (3-2-1) можна так само легко назвати «2-1-3» або «1-3-2».

Починаючи з фазового повороту 3-2-1, ми можемо випробувати всі можливості заміни будь-яких двох проводів одночасно і подивитися, що відбувається з отриманою послідовністю на малюнку нижче.

Всі можливості заміни будь-яких двох проводів.

Незалежно від того, яку пару «гарячих» проводів з трьох ми вирішили поміняти місцями, обертання фази в кінцевому підсумку змінюється (1-2-3 змінюється на 2-1-3, 1-3-2 або 3-2- 1, всі еквіваленти).

ОГЛЯД:

Поворот фази або послідовність фаз - це порядок, коли форми сигналів напруги багатофазного джерела змінного струму досягають відповідних піків. Для трифазної системи існує лише дві можливі послідовності фаз: 1-2-3 і 3-2-1, що відповідають двом можливим напрямкам обертання генератора.
Поворот фази не впливає на резистивні навантаження, але він впливатиме на незбалансовані реактивні навантаження, як показано в роботі схеми детектора обертання фази.
Поворот фази можна змінити, помінявши місцями будь-які два з трьох «гарячих» виводів, що подають трифазне живлення на трифазне навантаження.