3상 교류 발전기
앞서 설명한 3상 교류 발전기 설계를 살펴보고 자석이 회전할 때 어떤 일이 일어나는지 살펴보겠습니다.
3상 교류 발전기
120°의 위상각 변화는 세 쌍의 권선의 실제 회전각 변화의 함수입니다.
자석이 시계 방향으로 회전하는 경우, 권선 3은 권선 2 후 정확히 120°(발전기 샤프트 회전)에서 최대 순간 전압을 생성하고, 권선 1 후 최대 120°에서 최대 전압에 도달합니다. 자석은 샤프트의 회전 운동에서 각 극 쌍을 다른 위치에서 통과합니다.
권선을 어디에 배치할 것인지에 따라 권선의 AC 전압 파형 사이의 위상 변화량이 결정됩니다.
권선 1을 위상각(0°)에 대한 "기준" 전압원으로 만들면 권선 2는 -120°(120° 지연 또는 240° 선행)의 위상각을 갖게 되고 권선 3은 -240°(또는 120° 선행)의 각도를 갖게 됩니다.
위상 시퀀스
이러한 위상 변화 시퀀스에는 명확한 순서가 있습니다. 샤프트를 시계 방향으로 회전하는 경우 순서는 1-2-3(먼저 권선 1 피크, 권선 2, 그 다음 권선 3)입니다. 이 순서는 발전기 샤프트를 계속 회전하는 한 계속 반복됩니다.
시계 방향 회전 단계 순서: 1-2-3.
그러나 발전기 샤프트의 회전을 역전 하면(시계 반대 방향으로 돌리면) 자석은 반대 순서로 극 쌍을 지나갑니다. 1-2-3 대신 3-2-1이 됩니다. 이제 권선 2의 파형은 래깅 대신 1보다 120° 앞서고 3은 2보다 또 다른 120° 앞서게 됩니다. (아래 그림)
반시계 방향 회전 단계 순서: 3-2-1.
다상 시스템에서 전압 파형 시퀀스 의 순서를 위상 회전 또는 위상 시퀀스 라고 합니다 . 다상 전압 소스를 사용하여 저항성 부하에 전원을 공급하는 경우 위상 회전은 전혀 차이가 없습니다. 1-2-3이든 3-2-1이든 전압과 전류 크기는 모두 동일합니다.
곧 살펴보겠지만, 3상 전력의 일부 응용 분야는 위상 회전이 한 방향인지 다른 방향인지에 따라 달라집니다.
위상 시퀀스 검출기
전압계와 전류계만으로는 작동 중인 전력 시스템의 위상 회전을 알 수 없으므로, 이 작업을 수행할 수 있는 다른 종류의 계측기가 필요합니다.
독창적인 회로 설계 중 하나는 커패시터를 사용하여 전압과 전류 사이에 위상 변화를 도입한 다음, 이를 사용하여 아래 그림의 두 표시등의 밝기를 비교하여 순서를 감지합니다.
위상 순서 검출기는 두 램프의 밝기를 비교합니다.
두 램프는 필라멘트 저항과 와트수가 동일합니다. 커패시터는 각 램프의 저항과 시스템 주파수에서 대략 동일한 양의 리액턴스를 갖도록 크기가 조정됩니다.
커패시터를 램프의 저항과 같은 값의 저항으로 교체하면 두 램프가 같은 밝기로 빛나고 회로는 균형을 이룹니다. 그러나 커패시터는 회로의 세 번째 레그에서 전압과 전류 사이에 90°에 해당하는 위상 변화를 도입합니다.
0°보다 크고 120°보다 작은 이러한 위상 변화는 3상과 관련된 위상 변화에 따라 두 램프의 전압과 전류 값을 왜곡합니다.
위상 시퀀스 검출기용 SPICE 분석
다음 SPICE 분석, "위상 회전 검출기 - 시퀀스 = v1-v2-v3"은 무슨 일이 일어날지 보여줍니다. (아래 그림)
위상 순서 검출기용 SPICE 회로.
위상 회전 검출기 -- 시퀀스 = 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
씨1 3 4 1유
.ac 라인 1 60 60
.print ac v(1,4) v(2,4) v(3,4)
.끝
주파수 v(1,4) v(2,4) v(3,4)
6.000E+01 4.810E+01 1.795E+02 1.610E+02
커패시터 에서 발생하는 위상 변화 로 인해 1상 램프(노드 1과 4 사이)의 전압이 48.1볼트로 떨어지고, 2상 램프(노드 2와 4 사이)의 전압이 179.5볼트로 상승하여 첫 번째 램프는 어두워지고 두 번째 램프는 밝아집니다.
위상 순서가 반전되면 정반대가 발생합니다. "위상 회전 검출기 - 순서 = v3-v2-v1"
위상 회전 검출기 -- 시퀀스 = 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
씨1 3 4 1유
.ac 라인 1 60 60
.print ac v(1,4) v(2,4) v(3,4)
.끝
주파수 v(1,4) v(2,4) v(3,4)
6.000E+01 1.795E+02 4.810E+01 1.610E+02
여기서("위상 회전 검출기 - 시퀀스 = v3-v2-v1") 첫 번째 램프는 179.5볼트를 받는 반면 두 번째 램프는 48.1볼트만 받습니다.
우리는 위상 회전이 어떻게 발생하는지(극 쌍이 교류 발전기의 회전 자석을 통과하는 순서)와 교류 발전기의 샤프트 회전을 역전시킴으로써 위상 회전을 어떻게 변경할 수 있는지 조사했습니다.
그러나 교류 발전기의 축 회전을 역전하는 것은 일반적으로 전국적인 전력망에서 공급되는 전력의 최종 사용자에게 열려 있는 옵션이 아닙니다("교류 발전기는 실제로 전력망에 공급하는 모든 발전소의 모든 교류 발전기를 합친 것입니다).
핫 와이어 교환
교류 발전기 회전을 역전하는 것보다 위상 순서를 역전하는 훨씬 더 쉬운 방법이 있습니다 . 3상 부하로 가는 3개의 "핫" 전선 중 2개를 바꾸기만 하면 됩니다.
3상 전압원의 실행 단계 순서를 다시 살펴보면 이 트릭이 더 의미가 있음을 알 수 있습니다.
1-2-3 회전: 1-2-3-1-2-3-1-2-3-1-2-3-1-2-3 . . . 3-2-1 회전: 3-2-1-3-2-1-3-2-1-3-2-1-3-2-1 . . .
일반적으로 "1-2-3" 위상 회전으로 지정되는 것은 위의 숫자 문자열에서 왼쪽에서 오른쪽으로 가는 "2-3-1" 또는 "3-1-2"라고 불릴 수도 있습니다. 마찬가지로 반대 회전(3-2-1)은 "2-1-3" 또는 "1-3-2"라고 쉽게 불릴 수 있습니다.
3-2-1의 위상 회전으로 시작하여, 한 번에 두 개의 전선을 바꿀 수 있는 모든 가능성을 시도해 보고 아래 그림과 같은 결과 시퀀스가 어떻게 되는지 살펴보겠습니다.
두 개의 전선을 서로 바꿀 수 있는 가능성이 있습니다.
세 개의 "핫" 와이어 중 어느 쌍을 바꾸든 위상 회전은 역전됩니다(1-2-3은 2-1-3, 1-3-2 또는 3-2-1로 변경되며 모두 동일합니다).
검토:
- 위상 회전 또는 위상 시퀀스는 다상 AC 소스의 전압 파형이 각각의 피크에 도달하는 순서입니다. 3상 시스템의 경우 가능한 위상 시퀀스는 1-2-3 및 3-2-1 두 가지뿐이며, 이는 발전기 회전의 두 가지 가능한 방향에 해당합니다.
- 위상 회전은 저항성 부하에는 영향을 미치지 않지만, 위상 회전 검출 회로의 동작에서 보여지는 것처럼 불평형 무효 부하에는 영향을 미칩니다.
- 3상 부하에 3상 전원을 공급하는 3개의 "핫" 리드 중 2개를 바꾸면 위상 회전을 반전할 수 있습니다.