Кіріспе
Фазалық конвертер - электр қуатын бір фазадан бірнеше фазаға немесе керісінше түрлендіретін құрылғы. Фазалық конвертерлердің басым бөлігі бір фазалы көзден үш фазалы электр қуатын жасау үшін қолданылады, соның арқасында бір фазалы электр желісі бар жерде үш фазалы жабдықты іске қосуға болады. Электр энергиясын жеткізуші ұйымнан үш фазалы қызмет алу мүмкін болмаған жағдайларда немесе оны орнату тым қымбат болғанда фазалық конвертерлер пайдаланылады. Әдетте, электр энергиясын жеткізуші ұйым үш фазалы қызмет үшін жоғары тариф белгілейді, себебі функционалдық жүйенің толыққанды жұмыс істеуі үшін қосымша жабдықтар, соның ішінде трансформаторлар, есептегіштер және тарату сымдары қажет болады.
Фазалық конвертерлердің түрлері
Үш фазалы индукциялық қозғалтқыштар, егер жүктеме ауыр болмаса, теңгерімсіз қуат көзімен де жұмыс істей алады. Бұл түрлі жетілмеген техникаларды қолдануға мүмкіндік береді. Бір фазалы қозғалтқыш үш фазалы генераторды қозғалта алады, ол жоғары сапалы үш фазалы қуат көзін тудырады, бірақ жүйенің қызмет ету мерзімін қысқартады. Фазаны түрлендірудің бірнеше жүйелері болғанымен, ең көп таралғандары: үш фазалы электр қозғалтқышы немесе генератордан жасалған "бос жүргіш” және қарапайым қосу/өшіру тізбегінен құралған роторлық фаза түрлендіргіштері. Роторлық фаза түрлендіргіштері басқа фаза түрлендіргіштерінде сирек кездесетін бос жүріс кезінде қуатты тұрақты түрде тұтынуы себепті, пайдалану шығындарын арттырады. Роторлық фаза түрлендіргіштері екі қозғалтқышты шешім ретінде қарастырылады; бір қозғалтқыш жүкке қосылмайды және үш фазалы қуатты өндіреді, ал екінші қозғалтқыш өндірілген қуатпен жүкке жетеді. Цифрлық фаза түрлендіргіші үшінші қуат аяғын жасау үшін түзеткіш пен инверторды пайдаланады, ол үш фазалы қуатты жасау үшін бір фазалы қуат көзінің екі аяғына қосылады. Фазаны түрлендіретін VFD-ден айырмашылығы, ол жиілікті және қозғалтқыштың айналу жылдамдығын өзгерте алмайды, себебі ол тек бір аяқты ғана шығарады. Цифрлық фаза түрлендіргіштері үшінші аяқтың кернеуі мен жиілігі бастапқы бір фазалы қуат көзімен сәйкес келетінін қамтамасыз ету үшін Цифрлық сигналды өңдегішті (DSP) пайдаланады. Оның синусоидаль шығыс кернеуінің және фазалар арасындағы кернеудің жақсы тепе-теңдігінің артықшылығы бар. Бұл әдістер туралы толық мәліметтер Medagam және тағы басқалардың "Активті бір фазалық үш фазалық қуат түрлендіргіші" US патенті 10,333,420 және Meiners және тағы басқалардың "Фаза түрлендіргіші" US 6,297,971 патенттерінде келтірілген. Статикалық түрлендіру техникалары қозғалтқышты уақытша қажетті қуат деңгейін қамтамасыз ету арқылы "іске қосады", содан кейін бір фазалық қуат деңгейлеріне оралады. Бұл жүйелер бірнеше машинаны немесе максималды айналу жылдамдығын қажет ететін машиналарды іске қосуға жарамсыз, себебі олардың уақытша сипаты бар. Мұндай жүйелерде қозғалтқыштың қуатын төмендету қажет, және олар қызып кетуге бейім.
Rotary phase converters constructed from a three phase electric motor or generator "idler" and a simple on/off circuit. Rotary phase converters are known to drive up operations costs, due to the continued draw of power while idling that is not common in other phase converters. Rotary phase converters are considered a two motor solution; one motor is not connected to a load and produces the three phase power, the second motor driving the load runs on the power produced. A digital phase converter uses a rectifier and inverter to create a third leg of power, which is added to the two legs of the single phase source to create three phase power. Unlike a phase converting VFD, it cannot vary the frequency and motor speed, since it generates only one leg. Digital phase Converters use a Digitial Signal Processor (DSP) to ensure the generated third leg matches the voltage and frequency of the original single phase supply. It does have the advantage of a sine wave output voltage and excellent voltage balance between the phases. More details about these methods are explained in the patents Medagam et al. “Active Single Phase to Three Phase Power Converter” US Patent 10,333,420 and Meiners et al. “Phase Converter” US 6,297,971. Static conversion techniques "jump start" a motor by temporarily providing the necessary power levels before transitioning back down to single phase power levels. These systems are unfit to run multiple machines or machines that require a maximum RPM due to their temporary nature. In these systems the motor must be derated and they are prone to overheating.
Ротациялық фазалық конвертерлер
Ротациялық фазалық түрлендіргіш – үш фазалы электр қуаты жеткізілмейтін немесе қосылуы қиын аймақтарда үш фазалы қуатты жасаудың кең таралған тәсілі. Ротациялық фазалық түрлендіргіш, артық кернеусіз қуатты жасау үшін бастау тізбегі және жұмыс тізбегі бар басқару панелін пайдаланады. Үш фазалы электрмотор айналатын магнитті үш жиынтық ораммен қолданып, бос жүретін мотор ішінде үшінші қуатты өндіреді. Кейбір ротациялық фазалық түрлендіргіштер цифрлық басқарумен жабдықталған, бұл оларға CNC станогы, дәнекерлеу машинасы немесе кез келген басқа компьютерлік басқарылатын жүктеме сияқты кернеуге сезімтал жүктемелерді қоса алғанда қуатты өндіруге мүмкіндік береді. Ротациялық фазалық түрлендіргіш кернеуді өзгерте алмайды, бірақ қажет болған жағдайда кернеуді көтеру немесе төмендету үшін трансформатормен біріктірілуі мүмкін.
Цифрлық фазалық түрлендіргіштер
Цифрлық фазалық түрлендіргіш бір фазалық қуат көзінен үш фазалық қуат көзін жасайды. Цифрлық сигналды өңдегіш (DSP) кернеудің үшінші аяғын жасау үшін қуатты электрондық құрылғыларды басқару үшін қолданылады, бұл стандартты бір фазалық кернеумен бірге қуат көзінен теңгерімді үш фазалық қуат көзін құрайды. Желіден келетін айнымалы ток тұрақты токқа түрлендіріледі, содан кейін оқшауланған қақпалы биполярлық транзисторлар (IGBT) арқылы қайтадан айнымалы токқа түрлендіріледі. Бұл түрлендіру процесі қолданыстағы қуат көзінен үшінші аяқты жасауға мүмкіндік береді. Цифрлық фазалық түрлендіргіштің бір түрінде кіріс түзеткіші үшінші қуат аяғын жасау үшін индукторлармен бірге қолданылатын IGBT-ден тұрады. IGBT-лер DSP-дегі бағдарламалық жасақтамамен басқарылады, олар конденсаторларды тұрақты кернеулі DC шинасына зарядтау үшін синусоидальды түрде бір фазалық желіден ток алады. Кіріс тогы синусоидальды болғандықтан, желіге кері қайтарайтын маңызды гармоникалар жоқ, көптеген VFD-лерде кездесетін түзеткіштердегідей. Басқарылатын түзеткіш кірісі қуат коэффициентін түзетуді жүзеге асыруға мүмкіндік береді. Цифрлық фазалық түрлендіргіштің екінші жартысы синусоидальды емес айнымалы кернеуді жасау үшін DC шинасында бұрын сақталған қуатты пайдаланатын IGBT-ден тұрады. Бұл импульстік ендік модуляцияланған (PWM) толқын формасы, гармоникалық бұрмалануы өте жоғары. Бұл кернеу содан кейін индуктор/конденсатор сүзгі жүйесі арқылы өтеді, ол жалпы гармоникалық бұрмалануы 3%-дан кем синусоидальды толқын кернеуін тудырады (компьютерлік кластағы қуатқа арналған стандарттар 5%-ға дейін THD рұқсат етеді). Керісінше, VFD-лер олардың әмбебаптығын шектейтін және көптеген қолдануларға жарамсыз ететін PWM кернеуін жасайды. DSP-дегі бағдарламалық қамтамасыз ету үнемі осы жасалған кернеуді бақылап, реттейді, сонда әрқашан теңгерімді үш фазалық шығыс береді. Сонымен қатар, ол желідегі кернеудің артығы мен кемі болғанда немесе ақау болғанда, оны өшіру арқылы қорғаныс функцияларын қамтамасыз етеді. Өзгеріп жатқан жағдайларға бейімделіп, кернеу балансын сақтай алатын цифрлық фазалық түрлендіргіш кез келген үш фазалық жабдықты немесе бірнеше жүктемені қауіпсіз және тиімді жұмыс істете алады. Цифрлық фазалық түрлендіргіштердің құрылымы қатты күйдегі болғандықтан, салқындатқыш желдеткіштерден басқа қозғалмалы бөліктері жоқ. Бұл өз кезегінде цифрлық фазалық түрлендіргіштерді кішкентай корпусқа орналастыруға және 95%-тан 98%-ға дейін тиімділікпен жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Бұл түрлендіргіштер бос жүріс кезінде қуатты тұтырмайды, бұл жалпы шығындарды азайтып, қызмет ету мерзімін ұзартады.
Электрлік теміржолдар
Еуропада электр энергиясы көбінесе 50 герц жиілігінде үш фазалы айныма ток түрінде өндіріледі. Германия, Австрия, Швейцария, Норвегия және Швеция бес еуропалық елі темір жол электрлендіруі үшін 15 кВ 16⅔ Гц жиілігінде бір фазалы айныма токты стандарттаған. Сондықтан, фазаны да, жиілікті де өзгерту үшін фазалық түрлендіргіштер қолданылады.