Rotação de fase

Alternador trifásico

Vamos pegar o design do alternador trifásico apresentado anteriormente e observar o que acontece quando o ímã gira.

Alternador trifásico



O deslocamento do ângulo de fase de 120 ° é uma função do deslocamento real do ângulo de rotação dos três pares de enrolamentos.

Se o ímã estiver girando no sentido horário, o enrolamento 3 irá gerar sua tensão instantânea de pico exatamente 120 ° (da rotação do eixo do alternador) após o enrolamento 2, que atingirá seu pico 120 ° após o enrolamento 1. O ímã passa por cada par de pólos em diferentes posições em o movimento de rotação do eixo.

Onde decidirmos colocar os enrolamentos ditará a quantidade de mudança de fase entre as formas de onda de tensão CA dos enrolamentos.

Se fizermos do enrolamento 1 nossa fonte de tensão de "referência" para o ângulo de fase (0 °), então o enrolamento 2 terá um ângulo de fase de -120 ° (120 ° atrasado ou 240 ° à frente) e o enrolamento 3 um ângulo de -240 ° (ou 120 ° à frente).

Sequência de fase

Essa sequência de mudanças de fase tem uma ordem definida. Para rotação no sentido horário do eixo, a ordem é 1-2-3 (enrolando 1 pico primeiro, eles enrolando 2 e, em seguida, enrolando 3). Esta ordem continua se repetindo enquanto continuarmos a girar o eixo do alternador.

Sequência de fase de rotação no sentido horário:1-2-3.



No entanto, se invertermos a rotação do eixo do alternador (girar no sentido anti-horário), o ímã passará pelos pares de pólos na sequência oposta. Em vez de 1-2-3, teremos 3-2-1. Agora, a forma de onda do enrolamento 2 será líder 120 ° à frente de 1 em vez de atrasado, e 3 será outro 120 ° à frente de 2. (Figura abaixo)

Sequência de fase de rotação no sentido anti-horário:3-2-1.



A ordem das sequências de forma de onda de tensão em um sistema polifásico é chamada de rotação de fase ou sequência de fase . Se estivermos usando uma fonte de tensão polifásica para alimentar cargas resistivas, a rotação de fase não fará nenhuma diferença. Seja 1-2-3 ou 3-2-1, as magnitudes de tensão e corrente serão todas iguais.

Existem algumas aplicações de energia trifásica, como veremos em breve, que dependem de ter uma rotação de fase para um lado ou para o outro.

Detectores de sequência de fase

Uma vez que voltímetros e amperímetros seriam inúteis para nos dizer qual é a rotação de fase de um sistema de potência operacional, precisamos ter algum outro tipo de instrumento capaz de fazer o trabalho.

Um projeto de circuito engenhoso usa um capacitor para introduzir uma mudança de fase entre a tensão e a corrente, que é então usada para detectar a sequência por meio de comparação entre o brilho de duas lâmpadas indicadoras na figura abaixo.

O detector de sequência de fase compara o brilho de duas lâmpadas.



As duas lâmpadas têm a mesma resistência de filamento e potência. O capacitor é dimensionado para ter aproximadamente a mesma quantidade de reatância na frequência do sistema que a resistência de cada lâmpada.

Se o capacitor fosse substituído por um resistor de valor igual à resistência das lâmpadas, as duas lâmpadas brilhariam com brilho igual, o circuito está equilibrado. No entanto, o capacitor introduz uma mudança de fase entre a tensão e a corrente na terceira perna do circuito igual a 90 °.

Esta mudança de fase, maior que 0 ° mas menor que 120 °, inclina os valores de tensão e corrente nas duas lâmpadas de acordo com suas mudanças de fase em relação à fase 3.

Análise SPICE para detectores de sequência de fase

A seguinte análise SPICE, "detector de rotação de fase — sequência =v1-v2-v3," demonstra o que acontecerá:(Figura abaixo)

Circuito SPICE para detector de sequência de fase.

 detector de rotação de fase - sequência =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) .fim freq v (1,4) v (2,4) v (3,4) 6,000E + 01 4,810E + 01 1,795E + 02 1,610E + 02 

A mudança de fase resultante do capacitor faz com que a tensão na lâmpada da fase 1 (entre os nós 1 e 4) caia para 48,1 volts e a tensão na lâmpada da fase 2 (entre os nós 2 e 4) suba para 179,5 volts, fazendo com que a primeira lâmpada escurecer e a segunda lâmpada brilhar.

Exatamente o oposto acontecerá se a sequência de fase for invertida:"detector de rotação de fase — sequência =v3-v2-v1"

 detector de rotação de fase - sequência =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) .fim freq v (1,4) v (2,4) v (3,4) 6,000E + 01 1,795E + 02 4,810E + 01 1,610E + 02 

Aqui, (“detector de rotação de fase - sequência =v3-v2-v1”), a primeira lâmpada recebe 179,5 volts, enquanto a segunda recebe apenas 48,1 volts.

Investigamos como a rotação de fase é produzida (a ordem em que os pares de pólos são passados ​​pelo ímã rotativo do alternador) e como ela pode ser alterada invertendo a rotação do eixo do alternador.

No entanto, a reversão da rotação do eixo do alternador não é geralmente uma opção aberta para um usuário final de energia elétrica fornecida por uma rede nacional ("o" alternador, na verdade, sendo o total combinado de todos os alternadores em todas as usinas que alimentam a rede).

Troca de fios quentes

Existe um muito maneira mais fácil de inverter a sequência de fase do que inverter a rotação do alternador:basta trocar quaisquer dois dos três fios “quentes” que vão para uma carga trifásica.

Este truque faz mais sentido se dermos outra olhada em uma sequência de fases em execução de uma fonte de tensão trifásica:

 rotação 1-2-3:1-2-3-1-2-3-1-2-3-1-2-3-1-2-3. . . Rotação 3-2-1:3-2-1-3-2-1-3-2-1-3-2-1-3-2-1. . . 

O que é comumente designado como uma rotação de fase “1-2-3” poderia muito bem ser chamado de “2-3-1” ou “3-1-2”, indo da esquerda para a direita na seqüência de números acima? Da mesma forma, a rotação oposta (3-2-1) poderia facilmente ser chamada de "2-1-3" ou "1-3-2".

Começando com uma rotação de fase de 3-2-1, podemos tentar todas as possibilidades para trocar dois fios por vez e ver o que acontece com a sequência resultante na figura abaixo.

Todas as possibilidades de trocar quaisquer dois fios.



Não importa qual par de fios "quentes" dos três que escolhemos trocar, a rotação de fase acaba sendo revertida (1-2-3 é alterado para 2-1-3, 1-3-2 ou 3-2- 1, todos equivalentes).



REVER:

• Rotação de fase , ou sequência de fase , é a ordem em que as formas de onda de tensão de uma fonte CA polifásica atingem seus respectivos picos. Para um sistema trifásico, existem apenas duas sequências de fases possíveis:1-2-3 e 3-2-1, correspondendo às duas direções possíveis de rotação do alternador.
• A rotação de fase não tem impacto sobre as cargas resistivas, mas terá impacto sobre as cargas reativas desequilibradas, conforme mostrado na operação de um circuito detector de rotação de fase.
• A rotação de fase pode ser revertida trocando qualquer um dos três condutores “quentes” que fornecem energia trifásica para uma carga trifásica.

PLANILHAS RELACIONADAS:

• Planilha de sistemas de energia polifásica