Come funzionano i convertitori di fase rotanti
Convertitore
Un convertitore di fase è un dispositivo che converte l'energia elettrica fornita come monofase in multifase o viceversa. La maggior parte dei convertitori di fase viene utilizzata per produrre energia elettrica trifase da una sorgente monofase, consentendo così il funzionamento di apparecchiature trifase in un sito che dispone solo di un servizio elettrico monofase. I convertitori di fase vengono utilizzati quando il servizio trifase non è disponibile presso il fornitore di servizi o è troppo costoso da installare. Un fornitore di servizi pubblici generalmente addebita una tariffa più elevata per un servizio trifase a causa delle apparecchiature aggiuntive, inclusi trasformatori, misurazione e cavi di distribuzione necessari per completare un'installazione funzionale.
Tipi di convertitori di fase I
motori asincroni trifase possono funzionare adeguatamente con un'alimentazione sbilanciata se non sono sottoposti a carichi pesanti. Ciò consente vari imperfetti tecniche da utilizzare. Un motore monofase può azionare un generatore trifase, che produrrà una sorgente trifase di alta qualità ma a un costo elevato per la longevità del sistema. Sebbene esistano più sistemi di conversione di fase, i tipi più comuni sono:
- Convertitori di fase rotativi costruiti da un motore elettrico trifase o generatore "folle" e un semplice circuito on/off. È noto che i convertitori di fase rotativi aumentano i costi operativi, a causa del continuo assorbimento di energia durante il funzionamento al minimo che non è comune in altri convertitori di fase. I convertitori di fase rotativi sono considerati una soluzione a due motori; Un motore non è collegato a un carico e produce l'energia trifase, il secondo motore che aziona il carico funziona con la potenza prodotta. [1]
- Un convertitore di fase digitale utilizza un raddrizzatore e un inverter per creare una terza gamba di potenza, che viene aggiunta alle due gambe della sorgente monofase per creare alimentazione trifase. A differenza di un VFD a conversione di fase, non può variare la frequenza e la velocità del motore, poiché genera solo una gamba. I convertitori di fase digitali utilizzano un processore di segnale digitale (DSP) per garantire che la terza gamba generata corrisponda alla tensione e alla frequenza dell'alimentazione monofase originale. Ha il vantaggio di una tensione di uscita sinusoidale e di un eccellente bilanciamento della tensione tra le fasi. Maggiori dettagli su questi metodi sono spiegati nei brevetti Medagam et al. "Active Single Phase to Three Phase Power Converter" US Patent 10,333,420 e Meiners et al. "Phase Converter" US 6,297,971. [ promozione? ]
- Le tecniche di conversione statica "avviano" un motore fornendo temporaneamente i livelli di potenza necessari prima di tornare a livelli di potenza monofase. Questi sistemi non sono adatti a far funzionare più macchine o macchine che richiedono un numero di giri massimo a causa della loro natura temporanea. In Questi sistemi il motore deve essere declassato e sono soggetti a surriscaldamento.
Articolo
principale: convertitore di fase rotativo
Un convertitore di fase rotativo è un modo comune per creare energia trifase in un'area in cui l'alimentazione di rete trifase non è disponibile o non può essere introdotta. Un convertitore di fase rotativo utilizza un pannello di controllo con un circuito di avvio e un circuito di funzionamento per creare energia senza tensione eccessiva. Un motore trifase utilizza un magnete rotante circondato da tre serie di bobine per produrre la terza gamba di potenza all'interno del motore folle. Alcuni convertitori di fase rotativi sono controllati digitalmente, consentendo loro di produrre energia che può funzionare su carichi sensibili alla tensione come una macchina CNC, una saldatrice o qualsiasi altro carico controllato da computer.
Un convertitore di fase rotativo non modifica la tensione, ma può essere abbinato a un trasformatore per aumentare o diminuire la tensione a seconda di ciò che
Un
convertitore di fase digitale crea un'alimentazione trifase da un'alimentazione monofase. Un processore di segnale digitale (DSP) viene utilizzato per controllare i dispositivi elettronici di potenza per generare un terzo segmento di tensione, che insieme alla tensione monofase standard dall'alimentazione crea un'alimentazione trifase bilanciata.
L'alimentazione CA dall'utilità viene convertita in CC e quindi di nuovo in CA utilizzando transistor bipolari a gate isolato (IGBT). [2] Questo processo di conversione consente la generazione della terza gamba dall'alimentatore esistente.
In un tipo di convertitore di fase digitale, il raddrizzatore di ingresso è costituito da IGBT utilizzati insieme agli induttori per creare la terza gamba di alimentazione. Gli IGBT sono controllati da un software nel DSP per prelevare corrente dalla linea monofase in modo sinusoidale, caricando i condensatori su un bus CC a tensione costante. Poiché la corrente in ingresso è sinusoidale, non ci sono armoniche significative generate sulla linea come avviene con i raddrizzatori presenti nella maggior parte dei VFD. L'ingresso controllato del raddrizzatore consente la correzione del fattore di potenza.
La seconda metà del convertitore di fase digitale è costituita da IGBT che attingono alla potenza precedentemente immagazzinata nel bus CC per creare una tensione CA non sinusoidale. Si tratta di una forma d'onda modulata a larghezza di impulso (PWM) molto elevata in distorsione armonica. Questa tensione viene quindi fatta passare attraverso un sistema di filtri induttore/condensatore che produce una tensione sinusoidale con una distorsione armonica totale inferiore al 3% (gli standard per la potenza di livello informatico consentono fino al 5% di THD). Al contrario, i VFD generano una tensione PWM che ne limita la versatilità e li rende inadatti a molte applicazioni. Il software del DSP monitora e regola continuamente questa tensione generata per produrre un'uscita trifase bilanciata tempi. Fornisce inoltre funzioni di protezione spegnendosi in caso di sovratensione e sottotensione di rete o di guasto. Grazie alla capacità di adattarsi alle mutevoli condizioni e di mantenere il bilanciamento della tensione, un convertitore di fase digitale è in grado di far funzionare in modo sicuro ed efficiente praticamente qualsiasi tipo di apparecchiatura trifase o qualsiasi numero di carichi multipli.
Poiché i convertitori di fase digitali sono progettati a stato solido, ci sono poche o nessuna parte mobile, ad eccezione delle ventole di raffreddamento. A sua volta, ciò consente ai convertitori di fase digitali di essere inseriti in piccoli pacchetti e di funzionare con un'efficienza compresa tra il 95% e il 98%. Inoltre, questi convertitori non assorbono energia quando sono al minimo, riducendo i costi complessivi e aumentando la longevità.
Ferrovie elettriche
In Europa, l'elettricità viene normalmente generata come corrente alternata trifase a 50 hertz. Cinque paesi europei: Germania, Austria, Svizzera, Norvegia e Svezia hanno standardizzato la corrente alternata monofase a 15 kV 162/3 Hz per elettrificazione ferroviaria. I convertitori di fase sono, quindi, utilizzati per modificare sia la fase che la frequenza. [ citazione necessaria ]
Vedi anche
Riferimenti