Faserotatie

Driefasige dynamo

Laten we het eerder beschreven ontwerp van de driefasige dynamo nemen en kijken wat er gebeurt als de magneet draait.

Driefasige dynamo

De fasehoekverschuiving van 120° is een functie van de werkelijke rotatiehoekverschuiving van de drie paren wikkelingen.

Als de magneet met de klok mee draait, genereert wikkeling 3 zijn momentane piekspanning exact 120° (van de rotatie van de dynamo-as) na wikkeling 2, die zijn piek 120° bereikt na wikkeling 1. De magneet passeert elk poolpaar op verschillende posities in de roterende beweging van de as.

Waar we besluiten de wikkelingen te plaatsen, bepaalt de hoeveelheid faseverschuiving tussen de AC-spanningsgolfvormen van de wikkelingen.

Als we van wikkeling 1 onze "referentie" spanningsbron maken voor fasehoek (0°), dan heeft wikkeling 2 een fasehoek van -120° (120° achterblijvend of 240° leidend) en wikkeling 3 een hoek van -240 ° (of 120° leidend).

Fasevolgorde

Deze opeenvolging van faseverschuivingen heeft een bepaalde volgorde. Voor rechtsom draaien van de as is de volgorde 1-2-3 (eerst 1 piek opwinden, ze 2 opwinden, dan 3 opwinden). Deze volgorde blijft zich herhalen zolang we de as van de dynamo blijven draaien.

Fasevolgorde draaien met de klok mee:1-2-3.

Als we echter omkeren de rotatie van de as van de dynamo (draai hem tegen de klok in), de magneet passeert de poolparen in de tegenovergestelde volgorde. In plaats van 1-2-3 hebben we 3-2-1. Nu zal de golfvorm van winding 2 leidend zijn 120 ° vóór 1 in plaats van achterblijvend, en 3 zal nog eens 120 ° vóór 2 zijn. (Figuur hieronder)

Fasevolgorde voor rotatie tegen de klok in:3-2-1.

De volgorde van spanningsgolfvormreeksen in een meerfasensysteem wordt faserotatie genoemd of fasevolgorde . Als we een meerfasige spanningsbron gebruiken om resistieve belastingen van stroom te voorzien, maakt faserotatie helemaal geen verschil. Of het nu 1-2-3 of 3-2-1 is, de spannings- en stroomwaarden zullen allemaal hetzelfde zijn.

Er zijn enkele toepassingen van driefasige stroom, zoals we binnenkort zullen zien, die afhankelijk zijn van het feit of faserotatie op de een of andere manier is.

Fasevolgordedetectoren

Aangezien voltmeters en ampèremeters nutteloos zouden zijn om ons te vertellen wat de faserotatie van een werkend stroomsysteem is, hebben we een ander soort instrument nodig dat in staat is om het werk te doen.

Een ingenieus circuitontwerp maakt gebruik van een condensator om een ​​faseverschuiving tussen spanning en stroom te introduceren, die vervolgens wordt gebruikt om de volgorde te detecteren door middel van vergelijking tussen de helderheid van twee indicatielampjes in de onderstaande afbeelding.

Fasevolgordedetector vergelijkt de helderheid van twee lampen.

De twee lampen hebben dezelfde gloeiweerstand en wattage. De condensator is zo gedimensioneerd dat hij bij de systeemfrequentie ongeveer dezelfde hoeveelheid reactantie heeft als de weerstand van elke lamp.

Als de condensator zou worden vervangen door een weerstand van gelijke waarde als de weerstand van de lampen, zouden de twee lampen met dezelfde helderheid gloeien, de schakeling is gebalanceerd. De condensator introduceert echter een faseverschuiving tussen spanning en stroom in het derde deel van het circuit gelijk aan 90°.

Deze faseverschuiving, groter dan 0° maar kleiner dan 120°, vervormt de spannings- en stroomwaarden over de twee lampen volgens hun faseverschuivingen ten opzichte van fase 3.

SPICE-analyse voor fasevolgordedetectoren

De volgende SPICE-analyse, "faserotatiedetector - sequentie =v1-v2-v3", laat zien wat er zal gebeuren:(figuur hieronder)

SPICE-circuit voor fasevolgordedetector.

faserotatiedetector -- sequentie =v1-v2-v3 v1 1 0 ac 120 0 sin v2 2 0 ac 120 120 sin v3 3 0 ac 120 240 sin r1 1 4 2650 r2 2 4 2650 c1 3 4 1u .ac lin 1 60 60 .print ac v(1,4) v(2,4) v(3,4) .einde freq v(1,4) v(2,4) v(3,4) 6.000E+01 4.810E+01 1.795E+02 1.610E+02 

De resulterende faseverschuiving van de condensator zorgt ervoor dat de spanning over fase 1-lamp (tussen knooppunten 1 en 4) daalt tot 48,1 volt en de spanning over fase 2-lamp (tussen knooppunten 2 en 4) stijgt tot 179,5 volt, waardoor de eerste lamp zwak en de tweede lamp helder.

Het tegenovergestelde zal gebeuren als de fasevolgorde wordt omgekeerd:“faserotatiedetector—volgorde =v3-v2-v1“

faserotatiedetector -- sequentie =v3-v2-v1 v1 1 0 ac 120 240 sin v2 2 0 ac 120 120 sin v3 3 0 ac 120 0 sin r1 1 4 2650 r2 2 4 2650 c1 3 4 1u .ac lin 1 60 60 .print ac v(1,4) v(2,4) v(3,4) .einde freq v(1,4) v(2,4) v(3,4) 6.000E+01 1.795E+02 4.810E+01 1.610E+02 

Hier ("faserotatiedetector - sequentie =v3-v2-v1") ontvangt de eerste lamp 179,5 volt, terwijl de tweede slechts 48,1 volt ontvangt.

We hebben onderzocht hoe faserotatie wordt geproduceerd (de volgorde waarin poolparen worden gepasseerd door de roterende magneet van de dynamo) en hoe deze kan worden veranderd door de asrotatie van de dynamo om te keren.

Het omkeren van de asrotatie van de dynamo is echter meestal geen optie voor een eindgebruiker van elektrisch vermogen geleverd door een landelijk net ("de" dynamo is in feite het gecombineerde totaal van alle dynamo's in alle elektriciteitscentrales die het net voeden).

Hete draden uitwisselen

Er is een veel gemakkelijkere manier om de fasevolgorde om te keren dan de rotatie van de dynamo om te keren:verwissel gewoon twee van de drie "hete" draden die naar een driefasige belasting gaan.

Deze truc is logischer als we nog eens kijken naar een lopende fasevolgorde van een driefasige spanningsbron:

1-2-3 rotatie:1-2-3-1-2-3-1-2-3-1-2-3-1-2-3 . . . 3-2-1 rotatie:3-2-1-3-2-1-3-2-1-3-2-1-3-2-1 . . . 

Wat gewoonlijk wordt aangeduid als een "1-2-3" faserotatie kan net zo goed "2-3-1" of "3-1-2" worden genoemd, van links naar rechts in de cijferreeks hierboven? Evenzo zou de tegenovergestelde rotatie (3-2-1) net zo goed "2-1-3" of "1-3-2" kunnen worden genoemd.

Beginnend met een faserotatie van 3-2-1, kunnen we alle mogelijkheden uitproberen om twee van de draden tegelijk te verwisselen en kijken wat er met de resulterende reeks gebeurt in de onderstaande afbeelding.

Alle mogelijkheden om twee draden om te wisselen.

Het maakt niet uit welk paar "hete" draden van de drie we kiezen om te wisselen, de faserotatie wordt uiteindelijk omgekeerd (1-2-3 wordt gewijzigd in 2-1-3, 1-3-2 of 3-2- 1, allemaal gelijkwaardig).

BEOORDELING:

• Faserotatie , of fasevolgorde , is de volgorde waarin de spanningsgolfvormen van een meerfasige wisselstroombron hun respectieve pieken bereiken. Voor een driefasensysteem zijn er slechts twee mogelijke fasevolgorde:1-2-3 en 3-2-1, overeenkomend met de twee mogelijke draairichtingen van de dynamo.
• Faserotatie heeft geen invloed op resistieve belastingen, maar wel op ongebalanceerde reactieve belastingen, zoals blijkt uit de werking van een faserotatiedetectorcircuit.
• Faserotatie kan worden omgekeerd door twee van de drie "hete" kabels die driefasige stroom leveren aan een driefasige belasting om te wisselen.

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Werkblad Polyphase Power Systems