Fázový převodník - Phase converter

Americký rotační měnič fází s transformátorem

A fázový převodník je zařízení, které převádí elektrickou energii poskytované jako jednofázový na více fází nebo naopak. K výrobě se používá většina fázových měničů třífázová elektrická energie z jednofázového zdroje, což umožňuje provoz třífázového zařízení v místě, které má pouze jednofázový elektrický provoz. Fázové převaděče se používají tam, kde obslužný program neposkytuje třífázovou službu nebo je instalace příliš nákladná kvůli vzdálenému umístění. Nástroj si obecně účtuje vyšší poplatek za třífázovou službu z důvodu zvláštního vybavení, včetně transformátorů, měření a distribučního vedení.

Konverzní systémy

Třífázové indukční motory mohou pracovat přiměřeně na nevyváženém napájení, pokud nejsou silně zatíženy. To umožňuje použití různých nedokonalých technik. Jednofázový motor může pohánět třífázový generátor, který bude vyrábět vysoce kvalitní třífázový zdroj, ale s vysokými náklady na zařízení. Existuje několik metod pro provoz třífázových motorů z jednofázového napájení, které lze obecně klasifikovat jako:

  • Rotační fázové měniče zkonstruován z třífázového elektromotoru nebo generátoru „naprázdno“. Ty obvykle vyžadují nějaký druh spouštěcí podpory a kondenzátorů ke zlepšení fázové rovnováhy a účiníku. Jedná se o dvoumotorové řešení. Jeden motor není připojen k zátěži a vyrábí třífázový výkon, druhý motor pohánějící zátěž běží na vyrobeném výkonu.[1]
  • Elektronické prostředky k vytváření tří fází, kde je usměrňován příchozí výkon a třífázový výkon je syntetizován s elektronikou. Výkonová elektronická zařízení přímo produkují třífázový průběh z jednofázového napájení pomocí a usměrňovač a střídač kombinace. To také nabízí výhodu proměnné frekvence.
  • Digitální fázový převodník používá usměrňovač a invertor k vytvoření jediného napětí s výkonovou elektronikou, které se přidává ke dvěma ramenům jednofázového zdroje k vytvoření třífázového napájení. Na rozdíl od VFD s fázovým převodem nemůže měnit frekvenci a rychlost motoru, protože generuje pouze jednu nohu, která musí odpovídat napětí a frekvenci jednofázového napájení. Má výhodu sinusového výstupního napětí a vynikající rovnováhy napětí mezi fázemi. Další podrobnosti o těchto metodách jsou vysvětleny v patentech Medagam et. al. „Aktivní jednofázový na třífázový měnič energie“ US patent 10 333 420 a Meiners et. al. „Fázový konvertor“ US 6 297 971.[povýšení? ]
  • Techniky statické konverze, při nichž motor běží s nižší než plnou účinností, hlavně na dvou ramenech třífázového motoru. Proud se někdy vstřikuje do třetí nohy pomocí uspořádání kondenzátoru nebo transformátoru, které poskytují nedokonalý fázový posun. V těchto systémech musí být motor snížen.
  • Metody, ve kterých je připojení vinutí motoru, obvykle konfigurace wye nebo delta, nahrazeno novými připojeními. Tyto techniky jsou zahrnuty v patentech Dr. Otto J. M. Smith, například americký patent 5 545 965.[2][povýšení? ]

Rotační fázový měnič

Hlavní článek: rotační fázový měnič

A rotační fázový měnič je ekonomický způsob, jak vytvořit třífázový výkon v oblasti, kde není k dispozici třífázový napájecí zdroj nebo je jeho uvedení do provozu nákladné. Rotační fázový měnič používá ovládací panel se spouštěcím obvodem a obvodem chodu k vytvoření vyváženého, čistý výkon bez nadměrného napětí. Třífázový motor produkuje třetí část výkonu. Některé rotační fázové měniče jsou digitálně řízené, což jim umožňuje produkovat vyvážený výkon, který je dostatečně čistý na to, aby fungoval na zátěži citlivými na napětí, jako je CNC stroj, svářeč nebo jakýkoli jiný počítačově řízený zátěž.

Rotační fázový měnič nemění napětí, ale může být spárován s transformátorem, aby zvyšoval nebo snižoval napětí podle toho, co je potřeba.

Digitální fázový převodník

A digitální fázový převodník vytváří třífázové napájení z jednofázového napájení. A procesor digitálního signálu (DSP) se používá k ovládání výkonové elektronické zařízení pro generování třetího napětí, které spolu s jediným napětím ze zdroje vytváří vyvážený třífázové napájení.

Střídavé napájení z nástroje se převede na DC, pak zpět na AC. Zařízení pro přepínání výkonu použitá v tomto procesu jsou bipolární tranzistory s izolovanou bránou (IGBT).[3]

V jednom typu digitálního fázového převodníku se vstupní usměrňovač skládá z IGBT v sérii s induktory. IGBT jsou řízeny softwarem v DSP pro odběr proudu z jednofázového vedení v a sinusový způsobem nabíjení kondenzátorů na stejnosměrné sběrnici s konstantním napětím. Vzhledem k tomu, že příchozí proud je sinusový, neexistují žádné významné harmonické generované zpět na linku, jako u usměrňovačů nalezených ve většině VFD. Řízený vstup usměrňovače umožňuje korekci účiníku.

Výstupní střídač se skládá z IGBT, které čerpají ze síly DC sběrnice a vytvářejí střídavé napětí. Napětí vytvořené zařízeními pro přepínání výkonu, jako jsou IGBT, není sinusové. Je to modulovaný šířkou pulzu (PWM) tvar vlny velmi vysoký v harmonickém zkreslení. Toto napětí PWM je poté vedeno přes filtrační systém induktor / kondenzátor, který vytváří sinusové napětí s méně než 3% Celkové harmonické zkreslení (Standardy pro výkon počítače umožňují až 5% THD). Naproti tomu VFD generují napětí PWM, které omezuje jejich univerzálnost a činí je nevhodnými pro mnoho aplikací. Software v DSP neustále sleduje a upravuje toto generované napětí tak, aby po celou dobu vytvářel vyvážený třífázový výstup. Poskytuje také ochranné funkce vypnutím v případě přepětí a podpětí v síti nebo v případě poruchy. Díky schopnosti přizpůsobit se měnícím se podmínkám a udržovat napěťovou rovnováhu může digitální fázový měnič bezpečně a efektivně provozovat prakticky jakýkoli typ třífázového zařízení nebo libovolný počet více zátěží.

Výsledkem polovodičového designu je relativně malé balení bez pohyblivých částí s výjimkou malých chladicích ventilátorů. Konvertory pracují s účinností 95% - 98%.[4] Když je převodník napájen bez zátěže, spotřebovává velmi málo energie.[Citace je zapotřebí ]

Elektrické železnice

v Evropa „Elektřina se obvykle vyrábí jako třífázový střídavý proud při 50 ° C hertz. Pět evropských zemí: Německo, Rakousko, Švýcarsko, Norsko a Švédsko standardizovány na jednofázové střídavé napětí při 15 kV 16⅔ Hz pro železniční elektrifikace. Fázové převodníky se proto používají ke změně jak fáze, tak i frekvence.[Citace je zapotřebí ]

Viz také

Reference

  1. ^ "Transformátor třífázového převodníku ", Agile Magnetics, Citováno 8. června 2016
  2. ^ US patent 5 545 965 13. srpna 1996. Třífázový motor provozovaný z jednofázového napájecího zdroje a fázového měniče. Otto J. M. Smith
  3. ^ "Digitální fázové převodníky “, Phase Technologies, Citováno 8. června 2016
  4. ^ "Aktivní fázový měnič pro provoz třífázových indukčních motorů na jednofázové síti ", IEEE Transactions on Industry Applications (Volume: 53, Issue: 6, Nov.-Dec. 2017)

Zdroje