Кіріспе
Электр машинасы
Ротациялық фазалық түрлендіргіш, немесе RPC деген аббревиатурамен белгіленетін, – қуатты бір полифаздық жүйеден екіншісіне айналдыратын электр машинасы, бұл айналу қозғалысы арқылы жүзеге асырылады. Көбінесе, бір фазалы электр қуаты үш фазалы жүктемелерді пайдалану үшін, тек бір фазалы қуат бар жайларда, жергілікті түрде үш фазалы электр қуатын өндіру үшін қолданылады.
Операция
Негізгі үш фазалы индукциялық мотордың үш орауы болады, әр ұшы әдетте (еркін түрде) L1, L2 және L3, кейде T1, T2, T3 деп нөмірленген терминалдарға қосылады. Үш фазалы индукциялық моторды, қандай да бір тәсілмен айналдырылғаннан кейін, бір фазалы қуатпен бір орамаға қолданылатын атаулы ат күшінің үштен екісінде жұмыс істеуге болады. Бір фазалы қуатпен жұмыс істейтін үш фазалы мотор өздігінен іске қосыла алмайды, себебі оған айналу үшін қажетті басқа фазалар жетіспейді, бұл өте қиын жағдайға тап болған кранк сияқты. L1 және L2 терминалдарына бір фазалы қуат қосылған үш фазалы индукциялық мотор L1 және L2-ге қатысты L3 терминалында электр потенциалын (кернеуді) тудырады. Дегенмен, L1-L3 және L2-L3 кіріс кернеуінен 120 градусқа қалыс қалады, осылайша үш фазалы қуат пайда болады. Бірақ, ток инъекциясы, арнайы қосымша орамалар немесе басқа реттеу шаралары болмаса, жүктеме қосылғанда кернеу төмендейді. Қуат коэффициентін түзету RPC құрастыру немесе таңдау кезінде өте маңызды мәселе. Бұл қажет, өйткені қуат коэффициентін түзетілген RPC, фазалық түрлендіргішке және оның жүктемелеріне қуат беруші бір фазалы желіден аз ток тұтынады. Үш фазалы қуатты пайдаланудағы басты мәселе – әр фазаның шамамен бірдей кернеуде болуы. Фазалар арасындағы айырмашылық фазалық тепе-теңсіздік деп аталады. Жалпы ереже бойынша, кернеудегі 4%-дан аспайтын тепе-теңсіз үш фазалы қуат, оған қосылған жабдықты бұзуы мүмкін.
Бір фазалы қоректендіру
Стандартты электр желісінен тікелей қуат алу жүйені бұрынғы жүйелерге қарағанда қарапайымдайды және оңай қайта қалпына келтіруге мүмкіндік береді. Бір фазалы қуат беру бір әуе желісін пайдалануға болады. Көбірек әуе желілері құн шығындарын арттырады және пойыздың максималды жылдамдығын шектейді.
Жылдамдықты басқару
Асинхронды тарту моторы, жетектеу тогының жиілігі мен жүктеме моментіне байланысты белгілі бір айналым жылдамдығымен жұмыс істей алады. Шешім – фазалық түрлендіргіште көбірек екінші орамдарды және моторда әртүрлі магниттік полюстер санымен көбірек орамдарды қолдану болды.
Түрлері
Ротациялық фазалық түрлендіргіш (РФТ) мотор-генератор жиынтығы ретінде құрастырылуы мүмкін. Олар жүктемені бір фазалы қуат көзінен толығымен оқшаулайды және теңгерімді үш фазалы шығыс тудырады. Дегенмен, салмағы, құны және тиімділігіне байланысты көптеген РФТ осылай жасалмайды. Оның орнына, олар үш фазалы индукциялық мотор немесе генератордан, «бос жүретін» деп аталатын құрылғыдан құралады, оның екі терминалы (бос жүретін кірістері) бір фазалы желіден қуат алады. Мотордағы айналмалы магниттік ағын үшінші терминалда кернеуді тудырады. Үшінші терминалдағы кернеу бірінші екі терминал арасындағы кернеуден фазалық түрлендірілген болады. Үш орамды моторда екі орам мотор ретінде, ал үшінші орам генератор ретінде жұмыс істейді. Шығыстардың екеуі бір фазалы кіріспен бірдей болғандықтан, олардың фазалық қатынасы 180° құрайды. Бұл синтезделген фазаны кіріс терминалдарынан +/ 90° қалыптастырады. Бұл идеалды емес фазалық қатынас осы типтегі фазалық түрлендіргішпен жұмыс істейтін моторлардың қуатын сәл төмендетуді қажет етеді. Сонымен қатар, үшінші синтезделген фаза қалған екеуінен өзгеше жұмыс істейді, оның жүктеме өзгерісіне жауабы әртүрлі болуы мүмкін, бұл фаза жүктеме кезінде көбірек төмендеуіне себеп болуы мүмкін. Индукциялық моторлар кернеудің теңгерімсіздігіне сезімтал болғандықтан, бұл осы типтегі фазалық түрлендіргішпен жұмыс істейтін моторлардың қуатын төмендетудің тағы бір факторы болып табылады. Мысалы, фазалық кернеудің шағын 5% тепе-теңдігі мотордың номиналды қуатын 24% - ға дейін азайтуды талап етеді. Осылайша, максималды жүктемеде тең фазалық кернеулерге ие болу үшін ротациялық фазалық түрлендіргіш схемасын дұрыс баптау өте маңызды болуы мүмкін.
Сапаны жақсарту
RPC өндірушілері осы мәселелерді шешу үшін әртүрлі техникаларды қолданады. Олардың кейбіреулері:
Белгілі бір жүктемеде қуатты теңестіру үшін терминалдар арасына конденсаторларды орнату. Жүктемеден гөрі жоғары қуаттылыққа ие бос жүргіштерді пайдалану. Үшінші терминалдағы орамдар санын көбейтіп, кернеуді арттыру арқылы жүктеме салдарынан болатын кернеудің төмендеуін (сағуын) өтеуге арналған арнайы бос жүріс моторларын жасау. Жүктемеге қарай, іске қосылғанда немесе басқа жағдайларда конденсаторларды қосу үшін электрониканы пайдалану. Сүзгілерді қолдану.
Жалпы
Үш фазалы моторлардың қолданылуына байланысты фазалық түрлендіргіштерге сұраныс бар. Қуаттылығы арта келе, үш фазалы моторлар бір фазалы моторларға қарағанда жақсырақ сипаттамаларға ие; ал соңғылары белгілі бір өлшемнен аспайды және, болса да, одан да үлкен өлшемдерде сирек кездеседі. (Үш фазалы моторлар жоғары тиімділікке және бастау кезіндегі қарапайымдыққа ие, сондай-ақ олар қолданылатын жерлерде үш фазалы қуат кеңінен қолжетімді.)
Электрлік теміржолдар
Ротациялық фазалық түрлендіргіштер электр теміржолдарындағы бір жоғарғы сым үшін бір фазалы қуатты жасауға қолданылады. Электр қуаты 50 Гц үш фазалы айнымалы ток болып табылатын бес еуропалық ел (Германия, Австрия, Швейцария, Норвегия және Швеция) теміржолдарды электрлендіру үшін 15 кВ 16 2/3 Гц бір фазалы айнымалы токқа стандарттастырылған; сондықтан фазалық түрлендіргіштер фазаны да, жиілікті де өзгерту үшін қолданылады. КСРО-да олар локомотивтерде бір фазалы, 50 Гц айнымалы токты үш фазалы токқа түрлендіру үшін қолданылды, бұл индукциялық моторларды қозғалтқыштарын салқындату желдеткіштері және т.б. үшін пайдаланылды.
Ротарийлік конвертерлерге балама
Бір фазалы қуат желісінде үш фазалы жабдықты іске қосу үшін ротациялық фазалық түрлендіргіштерге альтернативалар бар.
Статикалық фазалық түрлендіргіштер
Бұл, мәселе қозғалтқышты іске қосу болғанда, полифазды қуат емес, балама шешім болуы мүмкін. Статикалық фазалық түрлендіргіш үш фазалы қозғалтқышты іске қосу үшін қолданылады. Содан кейін қозғалтқыш синтезделген үшінші полюспен бір фазалы қуатпен жұмыс істейді. Дегенмен, бұл қуат тепе-теңдігін және, демек, қозғалтқыштың тиімділігін қатты нашарлатады, сондықтан қозғалтқыштың қуатын төмендету қажет (әдетте 60% немесе одан да аз). Мұндай жағдайда қозғалтқыш қызып кетуі және көбінесе бұзылуы мүмкін. (Көптеген өндірушілер мен дилерлер статикалық түрлендіргішті пайдалану кез келген кепілдікті күшін жояды деп нақты айтады.) Көлемі үлкен статикалық түрлендіргіш қозғалтқыштың қуатын төмендету қажеттілігін жоюға мүмкіндік береді, бірақ бұл шығындарды арттырады.
Инверторлы құрылғылар (VFD)
Өткен онжылдықта айнымалы жиілікпен жұмыс істейтін құрылғылардың (VFD) танымалдылығы, әсіресе үй шаруашылықтарында өсті. Бұл олардың салыстырмалы түрде төмен құнымен және бір фазалы кірістен үш фазалы шығыс жасау мүмкіндігімен байланысты. VFD ауыспалы ток қуатын тұрақты токқа айналдырады, содан кейін транзисторлық көпір арқылы қайтадан ауыспалы токқа айналдырады – бұл технология біршама коммутаторлы қуат көзіне ұқсас. VFD өзінің ауыспалы тогын тұрақты ток шинасынан жасағандықтан, үш фазалы қозғалтқышты бір фазалы көзден қуаттандыруға болады. Дегенмен, үш фазалы кіріс қажет ететін коммерциялық сападағы VFD-лер де өндіріледі, себебі мұндай құрылымда тиімділік жоғарылайды. Типтік VFD транзисторларды жылдам қосып-өшіру арқылы тұрақты ток шинасындағы кернеуді импульстік енінің модуляциясы (PWM) арқылы «ұсатады». PWM-ді дұрыс пайдалану нәтижесінде кернеуі мен жиілігі кең ауқымда өзгертілетін ауыспалы ток шығысы пайда болады. Индукциялық қозғалтқыштың айналу жылдамдығы кіріс жиілігіне пропорционалды болғандықтан, VFD шығыс жиілігінің өзгеруі қозғалтқыштың жылдамдығын өзгертеді. Кернеу де сондай етіп өзгертіледі, нәтижесінде қозғалтқыш пайдалы жылдамдық диапазонында салыстырмалы тұрақты моментті шығарады. Сапалы VFD шығысы синусоидаға жуықтап келген, бірақ жоғары жиілікті гармоникалық компоненттері бар. Гармоникалық компоненттер қозғалтқыштың температурасын көтереді және ыңылдау немесе сыбызғылау сияқты қолайсыз дыбыстарды тудыруы мүмкін. Жақсы сапалы VFD-лерге енгізілген реактивті шығыс сүзгілерін пайдалану арқылы қажетсіз гармоникалардың әсерін азайтуға болады. Реактивті сүзгілеу жоғары жиілікті гармоникалық компоненттерді басады, бірақ қозғалтқыштың жылдамдығын анықтайтын негізгі жиілікке тиісінше әсер етпейді. Нәтижесінде, қозғалтқышқа идеалды синусоидаға жақын шығыс беріледі. Бұрын, қуаттылығы жоғары VFD-лердің құны жоғары болғандықтан, роторлық фазалық түрлендіргіш (RPC) тартымды балама болып келді. Алайда, қазіргі заманғы VFD-лердің құны едәуір төмендеді, сондықтан олар ұқсас RPC-лерге қарағанда қолжетімдірек. VFD-нің электр қуатына қатысты ықшам өлшемі де оның артықшылығы болып табылады. Көптеген VFD-лер «жұмсақ іске қосу» әсерін (қуаттың моторға біртіндеп берілуі) жасауға мүмкіндік береді, бұл машинаны іске қосу кезінде қажетті ток мөлшерін азайтады. Егер мотор осындай қолдануға арналмаса, VFD-ні пайдалану мотордың зақымдануына әкелуі мүмкін. Бұл негізінен көптеген индукциялық моторлардың желдеткіш немесе үрлегіш арқылы мәжбүрлі ауамен салқындатылатынына байланысты. Мұндай моторды қалыптыдан төмен жылдамдықпен жұмыс істету салқындату ауа ағынын едәуір азайтады, қызып кету және орамның зақымдануы немесе істен шығуы қаупін арттырады, әсіресе толық жүктемеде. Өндіруші моторды VFD арқылы қуаттандырған жағдайда кепілдікті күшін жоюы мүмкін, егер мотор «инверторға арналған» деп белгіленбесе. Жаңа коммерциялық орналымдарда VFD-лер моторларды қуаттандырудың ең танымал әдісі болғандықтан, бүгінде сатылатын үш фазалы моторлардың көпшілігі инверторға арналған.