В трехфазной системе переменного тока источник электроэнергии с тремя проводами выдает напряжения переменного тока одинаковой частоты и амплитуды относительно провода с нулевым напряжением, каждое из которых сдвинуто по фазе на 120° относительно предыдущего провода. Сдвиг фаз может быть создан двумя способами. В первом случае напряжение на втором проводе смещается на 120° относительно первого, а во втором – на –120° относительно первого провода. Порядок чередования фаз определяет направление вращения трехфазных двигателей переменного тока, а также влияет на другое оборудование, которое требует правильной последовательности фаз: положительного сдвига на 120°. Используя несколько недорогих пассивных компонентов, можно создать индикатор последовательности фаз.
 |
|
| Рисунок 1. | Это концепция схемы, способной обнаруживать обе последовательности чередования фаз. |
На Рисунке 1 показана концептуальная схема, которая может обнаруживать обе последовательности фаз. Для определенных номиналов компонентов применяются следующие условия. Напряжения на элементах R1 и C2 равны, то есть их амплитуды и фазы одинаковы, только тогда, когда напряжение VS2 точно на 120° опережает VS1, что указывает на правильную последовательность фаз. В этом случае напряжение между точками А и В равно нулю. И наоборот, напряжения на C2 и R3 равны только тогда, когда VS2 опережает VS3 на 120°, что соответствует обратной последовательности фаз.
 |
|
| Рисунок 2. | Когда напряжения на R1 и C2 равны, VC1 = –VR2, VC1 + VR1 = VS1 и VC2 + VR2 = VS2. |
Из векторной диаграммы на Рисунке 2, если напряжения на R1 и C2 равны, следует:
и
Этим условиям удовлетворяют следующие формулы:
и
Значения номиналов компонентов вычисляются путем решения следующих уравнений:
и
где
а f – частота напряжений VS.
Кроме того, чтобы обеспечить обнаружение обратной последовательности фаз, должно выполняться условие C1 = C3 и R1 = R3; то есть компоненты в первой и третьей ветвях должны быть идентичны. Благодаря добавлению резисторов R4 и R5, подключенных параллельно первой и третьей ветвям, схема определения последовательности фаз на Рисунке 3 не нуждается в доступе к проводу заземления. Отсутствие необходимости в заземляющем проводе также накладывает требования на соотношение между |XC1 + R1| и |XC2 + R2|. Чтобы из узла G в землю не шел ток, сумма токов в ветвях должна быть равна нулю, и при отключении узла G от земли его потенциал относительно земли также будет равен нулю.
 |
|
| Рисунок 3. | Эта схема индикатора порядка чередования фаз уравновешивает напряжения и токи ветвей и не требует опорного уровня земли. Указанные номиналы компонентов относятся к частоте сети 60 Гц. |
До тех пор, пока пропорции XC1 к R1, XC2 к R2 и XC3 к R3 остаются такими, как указано, баланс падений напряжения на R1, C2 и R3 сохраняется. Умножение импеданса любой ветви на константу влияет только на величину тока, проходящего через соответствующую ветвь. Ток через любую ветвь имеет тот же фазовый угол, что и напряжение на резисторе в этой ветви. Токи в схеме Рисунок 3 показаны на векторной диаграмме на Рисунке 4. Из этой диаграммы следует, что если
то
Таким образом, ток I3 вдвое меньше по амплитуде и имеет прямо противоположное направление относительно суммы токов (I1 + I2).
 |
|
| Рисунок 4. | Ток I3 на Рисунке 3 вдвое меньше по амплитуде и имеет прямо противоположное направление относительно суммы токов (I1 + I2). |
Векторная диаграмма токов показывает, что сложение двух токов, каждый из которых имеет амплитуду, равную I3, и те же фазы, что и VS1 и VS3, дает суммарный ток с такой же амплитудой и фазой, что и I3; поэтому общий ток в узле G равен нулю:
Для равенства суммы токов нулю необходимо, чтобы
Два светодиода на Рисунке 3 указывают на правильную или обратную последовательность фаз. Когда светодиод LED2 горит, а LED1 остается темным, напряжение между узлами A и B равно 0 В, что соответствует правильному чередованию фаз. Обратная последовательность фаз зажигает LED1 и выключает LED2. Диоды, подключенные параллельно светодиодам, защищают от превышения напряжения обратного пробоя светодиодов, а резисторы R6 и R7 ограничивают прямой ток через светодиоды. Для повышения чувствительности светодиоды можно заменить высокоимпедансными схемами детекторов переменного напряжения.
В окончательный вариант схемы включены индикаторы, показывающие, на всех ли трех фазах присутствует напряжение. В схеме на Рисунке 3 фаза, несущая 0 В, зажигает оба светодиода. В зависимости от конкретного приложения, можно последовательно с токоограничивающими резисторами подключить между VS1, VS2 и VS3 и узлом G цепи обнаружения напряжения, состоящие из светодиодов и защитных диодов. Можно также использовать маломощные неоновые лампы с последовательно включенными соответствующими токоограничивающими резисторами.
При выборе компонентов убедитесь, что их номиналы соответствуют следующим пропорциям. Для произвольно выбранного значения емкости C1
и
При выборе емкости конденсатора C1 следует учитывать, что токи через схему обнаружения должны быть значительно ниже, чем токи ветвей, что исключает возможность использования сколь угодно низких значений емкости C1.
