第3节 相位旋转 (修订中)
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# 1. 三相交流发电机
让我们以前面列出的三相交流发电机设计为例，看看磁铁旋转时会发生什么。 (opens new window)
三相交流发电机
120°的相角偏移是三对绕组的实际旋转角偏移的函数。
如果磁体顺时针旋转，绕组 3 将在绕组 2 后恰好 120°（交流发电机轴旋转）产生其峰值瞬时电压，在绕组 1 后达到 120° 的峰值。磁铁经过每个磁极对的不同位置轴的旋转运动。
我们决定放置绕组的位置将决定绕组交流电压波形之间的相移量。
如果我们将绕组 1 设为相位角 (0°) 的“参考”电压源，则绕组 2 的相位角为 -120°（滞后 120°，或超前 240°），绕组 3 的相位角为 -240° （或 120° 超前）。
# 2. 相序
该相移序列具有确定的顺序。顺时针旋转轴，顺序为1-2-3（先绕1个峰，再绕2，再绕3）。只要我们继续旋转交流发电机的轴，这个命令就会不断重复。
顺时针旋转相序：1-2-3。
但是，如果我们_反转_交流发电机轴的旋转（逆时针旋转），磁铁将以相反的顺序经过磁极对。我们将使用 3-2-1 代替 1-2-3。现在，绕组 2 的波形将比1_超前_120° 而不是滞后，并且 3 将比 2 再超前 120°。（下图）
逆时针旋转相序：3-2-1。
多相系统中电压 (opens new window)波形序列的顺序称为_相位旋转_或_相序_。如果我们使用多相电压源为电阻负载供电，则相位旋转根本没有任何区别。无论是 1-2-3 还是 3-2-1，电压和电流大小都将相同。
正如我们将很快看到的那样，三相电源的一些应用取决于相位旋转是一种方式还是另一种方式。
# 3. 相序检测器
由于电压表和电流表无法告诉我们运行电力系统的相位旋转是什么，因此我们需要其他类型的仪器来完成这项工作。
一个巧妙的电路设计是使用一个电容在电压和电流之间引入一个相移，然后通过比较下图中两个指示灯的亮度来检测时序。
相序检测器比较两个灯的亮度。
两盏灯的灯丝电阻和瓦数相等。电容器的尺寸设计为在系统频率下具有与每个灯的电阻大致相同的电抗量。 (opens new window)
如果将电容器替换为与灯电阻值相等的电阻器，则两个灯将以相同的亮度发光，电路是平衡的。然而，电容器在电路的第三条腿中引入了电压和电流之间的相移，等于 90°。
这种大于 0° 但小于 120° 的相移会根据两个灯相对于第 3 相的相移使电压和电流值偏斜。
# 4. 相序检测器的 SPICE 分析
以下SPICE (opens new window)分析“相位旋转检测器 - 序列 = v1-v2-v3”演示了会发生什么：（下图）
相序检测器的 SPICE 电路。
相位旋转检测器 -- 序列 = v1-v2-v3
v1 1 0 ac 120 0 罪
v2 2 0 ac 120 120 罪
v3 3 0 ac 120 240 罪
r1 1 4 2650
r2 2 4 2650
c1 3 4 1u
.ac 林 1 60 60
.print ac v(1,4) v(2,4) v(3,4)
。结尾
频率 v(1,4) v(2,4) v(3,4)
6.000E+01 4.810E+01 1.795E+02 1.610E+02
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
电容器 (opens new window)产生的相移导致第 1 相灯（节点 1 和 4 之间）上的电压下降到 48.1 伏，第 2 相灯（节点 2 和 4 之间）上的电压上升到 179.5 伏，使第一个灯昏暗，第二盏灯亮。
如果相序颠倒，则会发生相反的情况：“相位旋转检测器—序列 = v3-v2-v1”
相位旋转检测器 -- 序列 = v3-v2-v1
v1 1 0 ac 120 240 罪
v2 2 0 ac 120 120 罪
v3 3 0 ac 120 0 罪
r1 1 4 2650
r2 2 4 2650
c1 3 4 1u
.ac 林 1 60 60
.print ac v(1,4) v(2,4) v(3,4)
。结尾
频率 v(1,4) v(2,4) v(3,4)
6.000E+01 1.795E+02 4.810E+01 1.610E+02
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
在这里，（“相位旋转检测器 - 序列 = v3-v2-v1”）第一个灯接收 179.5 伏，而第二个仅接收 48.1 伏。
我们研究了相位旋转是如何产生的（交流发电机旋转磁铁通过磁极对的顺序）以及如何通过反转交流发电机的轴旋转来改变相位旋转。
然而，交流发电机轴的反转通常不是对由全国电网供电的最终用户开放的选项（“交流发电机”实际上是向电网供电的所有发电厂中所有交流发电机的总和）。
# 5. 更换热线
有一种比反转交流发电机旋转_更_简单的方法来反转相序：只需交换连接到三相负载的三根“热”线中的任意两根。
如果我们再看一下三相电压源的运行相序，这个技巧会更有意义：
1-2-3 旋转： 1-2-3-1-2-3-1-2-3-1-2-3-1-2-3 。. . 3-2-1 轮换： 3-2-1-3-2-1-3-2-1-3-2-1-3-2-1 。. .
通常称为“1-2-3”的相位旋转也可以称为“2-3-1”或“3-1-2”，在上面的数字串中从左到右？同样，相反的旋转（3-2-1）可以很容易地称为“2-1-3”或“1-3-2”。
从 3-2-1 的相位旋转开始，我们可以尝试一次交换任意两条线的所有可能性，看看下图中的结果序列会发生什么。
交换任何两根电线的所有可能性。
无论我们选择交换三对“热”线中的哪对，相位旋转最终都会反转（1-2-3 变为 2-1-3、1-3-2 或 3-2- 1，全等价）。
# 6. 总结
- _相位旋转_或_相序_是多相交流电源的电压波形达到其各自峰值的顺序。对于三相系统，只有两个可能的相序：1-2-3 和 3-2-1，对应于交流发电机的两个可能旋转方向。
- 相位旋转对阻性负载没有影响，但会对不平衡的无功负载产生影响，如相位旋转检测器电路的操作所示。
- 通过交换向三相负载提供三相电源的三个“热”引线中的任意两个，可以反转相序。
相关练习：
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