Capitolul 10 - Circuite AC polifazice

Alternator trifazat

Să luăm designul alternatorului trifazat prezentat mai devreme și să urmărim ce se întâmplă când magnetul se rotește.

polifază

Decalajul unghiului de fază de 120 ° este o funcție a unghiului de rotație efectiv al celor trei perechi de înfășurări.

Dacă magnetul se rotește în sensul acelor de ceasornic, înfășurarea 3 va genera tensiunea instantanee de vârf exact 120 ° (de rotație a arborelui alternatorului) după înfășurarea 2, care va atinge vârful său 120 ° după înfășurare 1. Magnetul trece de fiecare pereche de poli în diferite poziții în mișcarea de rotație a arborelui.

În cazul în care decidem să plasăm înfășurările, va dicta cantitatea de defazare între formele de undă de tensiune alternativă ale înfășurărilor.

Dacă facem înfășurarea 1 sursa de tensiune „de referință” pentru unghiul de fază (0 °), atunci înfășurarea 2 va avea un unghi de fază de -120 ° (120 ° întârziere sau 240 ° înainte) și înfășurarea 3 un unghi de -240 ° (sau 120 ° înainte).

Secvență de fază

Această succesiune de schimbări de fază are o ordine definită. Pentru rotația arborelui în sensul acelor de ceasornic, ordinea este 1-2-3 (înfășurarea 1 vârf mai întâi, înfășurarea 2, apoi înfășurarea 3). Această ordine continuă să se repete atâta timp cât continuăm să rotim arborele alternatorului.

Secvența fazei de rotație în sensul acelor de ceasornic: 1-2-3.

Cu toate acestea, dacă inversăm rotația arborelui alternatorului (rotiți-o în sens invers acelor de ceasornic), magnetul va trece de perechile de poli în secvența opusă. În loc de 1-2-3, vom avea 3-2-1. Acum, forma de undă a înfășurării 2 va conduce cu 120 ° înaintea lui 1 în loc de întârziere, iar 3 va fi cu încă 120 ° înaintea lui 2. (Figura de mai jos)

Secvența fazei de rotație în sens invers acelor de ceasornic: 3-2-1.

Ordinea secvențelor de formă de undă de tensiune într-un sistem polifazic se numește rotație de fază sau secvență de fază. Dacă folosim o sursă de tensiune polifazată pentru a alimenta sarcini rezistive, rotația fazei nu va face deloc nicio diferență. Indiferent dacă este 1-2-3 sau 3-2-1, tensiunea și curentul vor fi aceleași.

Există câteva aplicații ale puterii trifazate, așa cum vom vedea în scurt timp, care depind de faptul că rotația fazei este într-un fel sau altul.

Detectoare de secvență de fază

Deoarece voltmetrele și ampermetrele ar fi inutile în a ne spune care este rotația de fază a unui sistem de putere de operare, trebuie să avem un alt tip de instrument capabil să facă treaba.

Un design ingenios al circuitului folosește un condensator pentru a introduce o schimbare de fază între tensiune și curent, care este apoi utilizată pentru a detecta secvența prin comparație între luminozitatea a două lămpi indicatoare din figura de mai jos.

Detectorul de secvență de fază compară luminozitatea a două lămpi.

Cele două lămpi au o rezistență și o putere egală cu filamentele. Condensatorul este dimensionat pentru a avea aproximativ aceeași cantitate de reactanță la frecvența sistemului ca rezistența fiecărei lămpi.

Dacă condensatorul ar fi înlocuit cu un rezistor de valoare egală cu rezistența lămpilor, cele două lămpi ar străluci la luminozitate egală, circuitul este echilibrat. Cu toate acestea, condensatorul introduce o schimbare de fază între tensiune și curent în a treia treaptă a circuitului egală cu 90 °.

Această defazare, mai mare de 0 °, dar mai mică de 120 °, distorsionează valorile de tensiune și curent de-a lungul celor două lămpi în funcție de defazările lor față de faza 3.

Analiza SPICE pentru detectoarele de secvență de fază

Următoarea analiză SPICE, „detector de rotație de fază - secvență = v1-v2-v3”, demonstrează ce se va întâmpla: (Figura de mai jos)

Circuit SPICE pentru detector de secvență de fază.

Schimbarea de fază rezultată de la condensator face ca tensiunea în lampa de fază 1 (între nodurile 1 și 4) să cadă la 48,1 volți, iar tensiunea în lampa de fază 2 (între nodurile 2 și 4) să crească la 179,5 volți, făcând prima lampă slabă și a doua lampă strălucitoare.

Exact opusul se va întâmpla dacă secvența de fază este inversată: „detector de rotație de fază - secvență = v3-v2-v1“

Aici, („detector de rotație de fază - secvență = v3-v2-v1”) prima lampă primește 179,5 volți, în timp ce a doua lampă primește doar 48,1 volți.

Am investigat modul în care se produce rotația fazei (ordinea în care perechile de poli sunt trecuți de magnetul rotativ al alternatorului) și cum poate fi modificată prin inversarea rotației arborelui alternatorului.

Cu toate acestea, inversarea rotației arborelui alternatorului nu este de obicei o opțiune deschisă utilizatorului final de energie electrică furnizată de o rețea la nivel național („alternatorul” este de fapt totalul combinat al tuturor alternatoarelor din toate centralele care alimentează rețeaua).

Schimbul de fire fierbinți

Există o modalitate mult mai ușoară de a inversa secvența de fază decât inversarea rotației alternatorului: trebuie doar să schimbați oricare dintre cele trei fire „fierbinți” care trec la o sarcină trifazată.

Acest truc are mai mult sens dacă aruncăm o altă privire asupra unei secvențe de fază de rulare a unei surse de tensiune trifazate:

Ceea ce este desemnat în mod obișnuit ca o rotație de fază „1-2-3” ar putea fi la fel de bine numit „2-3-1” sau „3-1-2”, mergând de la stânga la dreapta în șirul numeric de mai sus? La fel, rotația opusă (3-2-1) ar putea fi la fel de ușor numită „2-1-3” sau „1-3-2”.

Începând cu o rotație de fază de 3-2-1, putem încerca toate posibilitățile de schimbare a oricăror două fire la un moment dat și să vedem ce se întâmplă cu secvența rezultată în figura de mai jos.

Toate posibilitățile de a schimba oricare două fire.

Indiferent de perechea de fire „fierbinți” din cele trei pe care alegem să le schimbăm, rotația fazei se termină inversând (1-2-3 se schimbă în 2-1-3, 1-3-2 sau 3-2- 1, toate echivalente).

REVIZUIRE:

  • Rotația de fază sau secvența de fază este ordinea în care formele de undă de tensiune ale unei surse de polifază AC ating vârfurile respective. Pentru un sistem trifazat, există doar două secvențe de fază posibile: 1-2-3 și 3-2-1, care corespund celor două direcții posibile de rotație a alternatorului.
  • Rotația fazei nu are impact asupra sarcinilor rezistive, dar va avea un impact asupra sarcinilor reactive dezechilibrate, așa cum se arată în funcționarea unui circuit detector de rotație de fază.
  • Rotația fazei poate fi inversată prin schimbarea oricăror două dintre cele trei conductoare „fierbinți” care furnizează energie trifazată unei sarcini trifazate.