Rotación de fase

Alternador trifásico

Tomemos el diseño del alternador trifásico presentado anteriormente y observemos lo que sucede cuando el imán gira.

Alternador trifásico

El cambio del ángulo de fase de 120 ° es una función del cambio del ángulo de rotación real de los tres pares de devanados.

Si el imán gira en el sentido de las agujas del reloj, el devanado 3 generará su voltaje instantáneo pico exactamente 120 ° (de rotación del eje del alternador) después del devanado 2, que alcanzará su pico 120 ° después del devanado 1. El imán pasa por cada par de polos en diferentes posiciones en el movimiento de rotación del eje.

El lugar donde decidamos colocar los devanados determinará la cantidad de cambio de fase entre las formas de onda de voltaje de CA de los devanados.

Si hacemos del devanado 1 nuestra fuente de voltaje de "referencia" para el ángulo de fase (0 °), entonces el devanado 2 tendrá un ángulo de fase de -120 ° (120 ° retrasado o 240 ° adelantado) y el devanado 3 un ángulo de -240 ° (o 120 ° hacia adelante).

Secuencia de fases

Esta secuencia de cambios de fase tiene un orden definido. Para la rotación del eje en el sentido de las agujas del reloj, el orden es 1-2-3 (enrollando 1 pico primero, enrollando 2 y luego enrollando 3). Este orden se repite siempre que continuemos girando el eje del alternador.

Secuencia de fase de rotación en el sentido de las agujas del reloj:1-2-3.

Sin embargo, si revertimos la rotación del eje del alternador (gírelo en sentido antihorario), el imán pasará por los pares de polos en la secuencia opuesta. En lugar de 1-2-3, tendremos 3-2-1. Ahora, la forma de onda del bobinado 2 será líder 120 ° por delante de 1 en lugar de retrasado, y 3 estará otros 120 ° por delante de 2. (Figura siguiente)

Secuencia de fase de rotación en sentido antihorario:3-2-1.

El orden de las secuencias de formas de onda de voltaje en un sistema polifásico se denomina rotación de fase o secuencia de fases . Si usamos una fuente de voltaje polifásico para alimentar cargas resistivas, la rotación de fase no hará ninguna diferencia. Ya sea 1-2-3 o 3-2-1, las magnitudes de voltaje y corriente serán todas iguales.

Existen algunas aplicaciones de la energía trifásica, como veremos en breve, que dependen de que la rotación de fase sea de una forma u otra.

Detectores de secuencia de fase

Dado que los voltímetros y amperímetros serían inútiles para decirnos cuál es la rotación de fase de un sistema de energía operativo, necesitamos tener algún otro tipo de instrumento capaz de hacer el trabajo.

Un ingenioso diseño de circuito utiliza un capacitor para introducir un cambio de fase entre el voltaje y la corriente, que luego se usa para detectar la secuencia a modo de comparación entre el brillo de dos lámparas indicadoras en la figura siguiente.

El detector de secuencia de fases compara el brillo de dos lámparas.

Las dos lámparas tienen la misma resistencia de filamento y potencia. El capacitor está dimensionado para tener aproximadamente la misma cantidad de reactancia a la frecuencia del sistema que la resistencia de cada lámpara.

Si el capacitor fuera reemplazado por una resistencia de igual valor a la resistencia de las lámparas, las dos lámparas brillarían con el mismo brillo, el circuito está balanceado. Sin embargo, el capacitor introduce un cambio de fase entre el voltaje y la corriente en el tercer tramo del circuito igual a 90 °.

Este cambio de fase, mayor a 0 ° pero menor a 120 °, sesga los valores de voltaje y corriente a través de las dos lámparas de acuerdo con sus cambios de fase en relación con la fase 3.

Análisis SPICE para detectores de secuencia de fase

El siguiente análisis de SPICE, "detector de rotación de fase — secuencia =v1-v2-v3", demuestra lo que sucederá:(Figura siguiente)

Circuito SPICE para detector de secuencia de fase.

 detector de rotación de fase - secuencia =v1-v2-v3 v1 1 0 ac 120 0 sen v2 2 0 ac 120120 sen v3 3 0 ac 120240 sen 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) .fin frecuencia v (1,4) v (2,4) v (3,4) 6.000E + 01 4.810E + 01 1.795E + 02 1.610E + 02 

El cambio de fase resultante del condensador hace que el voltaje en la lámpara de la fase 1 (entre los nodos 1 y 4) caiga a 48,1 voltios y el voltaje en la lámpara de la fase 2 (entre los nodos 2 y 4) aumente a 179,5 voltios, lo que hace que la primera lámpara tenue y la segunda lámpara brillante.

Sucederá exactamente lo contrario si se invierte la secuencia de fase:"detector de rotación de fase — secuencia =v3-v2-v1"

 detector de rotación de fase - secuencia =v3-v2-v1 v1 1 0 ac 120240 sen v2 2 0 ac 120120 sen v3 3 0 ac 120 0 sen 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) .fin frecuencia v (1,4) v (2,4) v (3,4) 6.000E + 01 1.795E + 02 4.810E + 01 1.610E + 02 

Aquí, ("detector de rotación de fase — secuencia =v3-v2-v1") la primera lámpara recibe 179,5 voltios mientras que la segunda recibe solo 48,1 voltios.

Hemos investigado cómo se produce la rotación de fase (el orden en que los pares de polos pasan por el imán giratorio del alternador) y cómo se puede cambiar invirtiendo la rotación del eje del alternador.

Sin embargo, la inversión de la rotación del eje del alternador no suele ser una opción abierta para el usuario final de la energía eléctrica suministrada por una red nacional ("el" alternador en realidad es el total combinado de todos los alternadores en todas las plantas de energía que alimentan la red).

Intercambio de cables calientes

Hay mucho Una forma más fácil de invertir la secuencia de fase que invertir la rotación del alternador:simplemente cambie dos de los tres cables "calientes" que van a una carga trifásica.

Este truco tiene más sentido si echamos otro vistazo a una secuencia de fase en funcionamiento de una fuente de voltaje trifásico:

 Rotación 1-2-3:1-2-3-1-2-3-1-2-3-1-2-3-1-2-3. . . Rotación 3-2-1:3-2-1-3-2-1-3-2-1-3-2-1-3-2-1. . . 

Lo que comúnmente se designa como una rotación de fase "1-2-3" también podría llamarse "2-3-1" o "3-1-2", yendo de izquierda a derecha en la cadena numérica de arriba. Del mismo modo, la rotación opuesta (3-2-1) podría llamarse fácilmente "2-1-3" o "1-3-2".

Comenzando con una rotación de fase de 3-2-1, podemos probar todas las posibilidades de intercambiar dos cables a la vez y ver qué sucede con la secuencia resultante en la figura siguiente.

Todas las posibilidades de intercambiar dos cables cualesquiera.

Independientemente del par de cables "activos" de los tres que elijamos intercambiar, la rotación de fase termina invirtiéndose (1-2-3 se cambia a 2-1-3, 1-3-2 o 3-2- 1, todos equivalentes).

REVISAR:

• Rotación de fase , o secuencia de fases , es el orden en el que las formas de onda de voltaje de una fuente de CA polifásica alcanzan sus picos respectivos. Para un sistema trifásico, solo hay dos posibles secuencias de fase:1-2-3 y 3-2-1, correspondientes a las dos posibles direcciones de rotación del alternador.
• La rotación de fase no tiene impacto en las cargas resistivas, pero sí tendrá un impacto en las cargas reactivas desequilibradas, como se muestra en la operación de un circuito detector de rotación de fase.
• La rotación de fase se puede invertir intercambiando dos de los tres cables "calientes" que suministran energía trifásica a una carga trifásica.

HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:

• Hoja de trabajo de sistemas eléctricos polifásicos