Phasenrotation
Dreiphasen-Generator
Nehmen wir das zuvor beschriebene Design des Drehstromgenerators und beobachten, was passiert, wenn sich der Magnet dreht.
Dreiphasen-Lichtmaschine
Die Phasenwinkelverschiebung von 120° ist eine Funktion der tatsächlichen Drehwinkelverschiebung der drei Wicklungspaare.
Wenn sich der Magnet im Uhrzeigersinn dreht, erzeugt Wicklung 3 seine momentane Spitzenspannung genau 120° (der Lichtmaschinenwellendrehung) nach Wicklung 2, die nach Wicklung 1 seinen Spitzenwert von 120° erreicht. Der Magnet passiert jedes Polpaar an verschiedenen Positionen in die Drehbewegung der Welle.
Wo wir uns entscheiden, die Wicklungen zu platzieren, bestimmt die Höhe der Phasenverschiebung zwischen den Wechselspannungswellenformen der Wicklungen.
Wenn wir Wicklung 1 zu unserer „Referenz“-Spannungsquelle für den Phasenwinkel (0°) machen, dann hat Wicklung 2 einen Phasenwinkel von -120° (120° nacheilend oder 240° voreilend) und Wicklung 3 einen Winkel von -240° (oder 120° voreilend).
Phasenfolge
Diese Folge von Phasenverschiebungen hat eine bestimmte Ordnung. Für die Drehung der Welle im Uhrzeigersinn ist die Reihenfolge 1-2-3 (Wicklung 1 Spitze zuerst, Wicklung 2, dann Wicklung 3). Dieser Befehl wiederholt sich, solange wir die Welle der Lichtmaschine weiterdrehen.
Phasenfolge der Drehung im Uhrzeigersinn:1-2-3.
Wenn wir jedoch umkehren Durch die Drehung der Lichtmaschinenwelle (gegen den Uhrzeigersinn drehen) passiert der Magnet die Polpaare in umgekehrter Reihenfolge. Statt 1-2-3 haben wir 3-2-1. Jetzt ist die Wellenform von Wicklung 2 führend 120° vor 1 statt nacheilend, und 3 wird weitere 120° vor 2 sein. (Abbildung unten)
Phasenfolge bei Drehung gegen den Uhrzeigersinn:3-2-1.
Die Reihenfolge der Spannungswellenformen in einem mehrphasigen System wird als Phasendrehung bezeichnet oder Phasenfolge . Wenn wir eine mehrphasige Spannungsquelle verwenden, um ohmsche Lasten zu versorgen, macht die Phasendrehung überhaupt keinen Unterschied. Ob 1-2-3 oder 3-2-1, die Spannungs- und Stromstärken sind alle gleich.
Wie wir gleich sehen werden, gibt es einige Anwendungen von Drehstrom, die davon abhängen, dass die Phasendrehung in die eine oder andere Richtung erfolgt.
Phasenfolgedetektoren
Da Voltmeter und Amperemeter nutzlos wären, um uns zu sagen, wie die Phasendrehung eines funktionierenden Stromsystems ist, brauchen wir ein anderes Instrument, das diese Aufgabe erfüllen kann.
Ein ausgeklügeltes Schaltungsdesign verwendet einen Kondensator, um eine Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom zu erzeugen, die dann verwendet wird, um die Sequenz durch Vergleich der Helligkeit zweier Anzeigelampen in der folgenden Abbildung zu erkennen.
Phasenfolgedetektor vergleicht die Helligkeit zweier Lampen.
Die beiden Lampen haben den gleichen Glühfadenwiderstand und die gleiche Leistung. Der Kondensator ist so bemessen, dass er bei der Systemfrequenz ungefähr die gleiche Reaktanz hat wie der Widerstand jeder Lampe.
Würde man den Kondensator durch einen dem Lampenwiderstand gleichen Widerstand ersetzen, würden beide Lampen gleich hell leuchten, die Schaltung ist ausgeglichen. Der Kondensator führt jedoch im dritten Zweig der Schaltung eine Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom von 90° ein.
Diese Phasenverschiebung von mehr als 0°, aber weniger als 120° verzerrt die Spannungs- und Stromwerte an den beiden Lampen entsprechend ihrer Phasenverschiebungen relativ zu Phase 3.
SPICE-Analyse für Phasenfolgedetektoren
Die folgende SPICE-Analyse „Phasendrehungsdetektor – Sequenz =v1-v2-v3“ zeigt, was passieren wird:(Abbildung unten)
SPICE-Schaltung für Phasenfolgedetektor.
Phasendrehungsdetektor -- Sequenz =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) .Ende Frequenz v(1,4) v(2,4) v(3,4) 6.000E+01 4.810E+01 1.795E+02 1.610E+02
Die resultierende Phasenverschiebung des Kondensators bewirkt, dass die Spannung an der Lampe der Phase 1 (zwischen den Knoten 1 und 4) auf 48,1 Volt abfällt und die Spannung an der Lampe der Phase 2 (zwischen den Knoten 2 und 4) auf 179,5 Volt ansteigt, wodurch die erste Lampe schwach und die zweite Lampe hell.
Genau das Gegenteil passiert, wenn die Phasenfolge umgekehrt wird:„Phasendrehungsdetektor – Sequenz =v3-v2-v1“
Phasendrehungsdetektor -- Sequenz =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) .Ende Frequenz v(1,4) v(2,4) v(3,4) 6.000E+01 1.795E+02 4.810E+01 1.610E+02
Hier („Phasendrehungsdetektor – Sequenz =v3-v2-v1“) empfängt die erste Lampe 179,5 Volt, während die zweite nur 48,1 Volt empfängt.
Wir haben untersucht, wie die Phasendrehung erzeugt wird (die Reihenfolge, in der Polpaare vom rotierenden Magneten der Lichtmaschine passiert werden) und wie sie durch Umkehren der Wellendrehung der Lichtmaschine geändert werden kann.
Die Umkehrung der Wellendrehung des Generators ist jedoch in der Regel keine Option für einen Endverbraucher von elektrischem Strom, der aus einem landesweiten Netz geliefert wird („der“ Generator ist eigentlich die Summe aller Generatoren in allen Kraftwerken, die das Netz einspeisen).
Heiße Drähte austauschen
Es gibt viel einfachere Möglichkeit, die Phasenfolge umzukehren, als die Drehrichtung der Lichtmaschine umzukehren:Tauschen Sie einfach zwei der drei "heißen" Drähte aus, die zu einer dreiphasigen Last führen.
Dieser Trick macht mehr Sinn, wenn wir uns noch einmal eine laufende Phasenfolge einer dreiphasigen Spannungsquelle ansehen:
Was allgemein als „1-2-3“-Phasendrehung bezeichnet wird, könnte genauso gut „2-3-1“ oder „3-1-2“ genannt werden, von links nach rechts in der obigen Zahlenfolge? Ebenso könnte die entgegengesetzte Drehung (3-2-1) genauso gut „2-1-3“ oder „1-3-2“ genannt werden.
Beginnend mit einer Phasendrehung von 3-2-1 können wir alle Möglichkeiten zum gleichzeitigen Vertauschen von zwei beliebigen Drähten ausprobieren und sehen, was mit der resultierenden Sequenz in der folgenden Abbildung passiert.
Alle Möglichkeiten, zwei beliebige Drähte zu tauschen.
Egal, welches Paar von „heißen“ Drähten wir tauschen möchten, die Phasendrehung wird umgekehrt (1-2-3 wird in 2-1-3, 1-3-2 oder 3-2- geändert). 1, alle gleichwertig).
RÜCKBLICK:
- Phasendrehung , oder Phasenfolge , ist die Reihenfolge, in der die Spannungswellenformen einer mehrphasigen Wechselstromquelle ihre jeweiligen Spitzenwerte erreichen. Bei einem Drehstromsystem gibt es nur zwei mögliche Phasenfolgen:1-2-3 und 3-2-1, entsprechend den beiden möglichen Drehrichtungen der Lichtmaschine.
- Die Phasendrehung hat keinen Einfluss auf ohmsche Lasten, aber sie wirkt sich auf unsymmetrische Blindlasten aus, wie im Betrieb einer Phasendrehungs-Detektorschaltung gezeigt.
- Die Phasendrehung kann umgekehrt werden, indem zwei beliebige der drei "heißen" Leitungen ausgetauscht werden, die eine dreiphasige Last mit dreiphasigem Strom versorgen.
VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:
- Arbeitsblatt für Mehrphasenstromsysteme
Industrietechnik