Войти
Простой самодельный фазовый преобразователь A поворотный фазовый преобразователь, сокращенно RPC, является электрическая машина, которая преобразует мощность из одной многофазной системы (включая частоту) в другую, преобразуя ее посредством вращательного движения. Обычно однофазная электроэнергия используется для производства трехфазной электроэнергии на месте для работы трехфазных нагрузок (любого промышленного оборудования с трехфазными двигателями) в помещениях (часто жилых или потребитель), где доступна только одна фаза.
Основные принципы работы RPC следующие:
Базовый трехфазный асинхронный двигатель с одним напряжением будет иметь три обмоток, каждый конец которых подключен к клеммам, обычно пронумерованным (произвольно) как L1, L2 и L3, а иногда и T1, T2, T3.
Трехфазный асинхронный двигатель может работать на двух третях своей номинальной мощности на однофазной мощности, подаваемой на одну обмотку, после того, как она каким-либо образом раскручена. Трехфазный двигатель, работающий на одной фазе, не может запуститься сам, потому что ему не хватает других фаз для самостоятельного вращения, как кривошипа, находящегося в мертвой точке.
Трехфазный асинхронный двигатель, который вращается под однофазным питанием, подаваемым на клеммы L1 и L2, будет генерировать электрический потенциал (напряжение) на клемме L3 относительно L1 и L2. Тем не менее, L1 – L3 и L2 – L3 будут на 90 градусов сдвинуты по фазе с входным напряжением, таким образом создавая трехфазное питание. Однако без подачи тока, специальных обмоток холостого хода или других средств регулирования напряжение будет проседать при приложении нагрузки.
Коррекция коэффициента мощности является очень важным фактором при создании или выборе RPC. Это желательно, потому что RPC, который имеет коррекцию коэффициента мощности, будет потреблять меньше тока от однофазной сети, обеспечивающей питание фазового преобразователя и его нагрузок.
Основная проблема с трехфазным питанием состоит в том, что каждая фаза имеет одинаковое напряжение. Несоответствие между фазами известно как фазовый дисбаланс. Как правило, несимметричная трехфазная мощность, колебания напряжения которой превышают 4%, может повредить оборудование, для работы с которым оно предназначено.
Первый локомотив с фазовым преобразователем (только для демонстрации) 
Фазовый преобразователь Кандо (1933) 
Локомотив «Кандо», первый локомотив, использующий систему фазового преобразователя В начале 20 века существовало два основных принципа электрических железных дорог систем тягового тока :
В этих системах использовались тяговые двигатели с последовательным возбуждением. Все они нуждались в отдельной системе питания или преобразователях для получения энергии от стандартной электрической сети 50 Гц.
Калман Кандо признал, что электрическая тяговая система должна питаться однофазной мощностью 50 Гц от стандартной электрической сети, и в локомотиве она должна быть преобразована в трехфазную сеть. -фазная мощность для тяговых двигателей.
Он создал электрическую машину, называемую синхронным фазовым преобразователем, которая представляла собой однофазный синхронный двигатель и трехфазный синхронный генератор с общими статором и ротором.
Он имел две независимые обмотки:
Прямое питание от стандартной электрической сети делает систему менее сложной, чем предыдущие системы, и делает возможной простую рекуперацию.
Однофазное питание позволяет использовать одиночную воздушную линию. Увеличение количества воздушных линий увеличивает затраты и ограничивает максимальную скорость движения поездов.
Асинхронный тяговый двигатель может работать с одной частотой вращения, определяемой частотой питающего тока и крутящим моментом нагрузки.
Решением было использовать больше вторичных обмоток фазового преобразователя и больше обмоток двигателя с разным числом магнитных полюсов.
Вращающийся фазовый преобразователь (RPC) может быть построен в виде набора двигатель-генератор. Они полностью изолируют нагрузку от однофазного источника питания и обеспечивают сбалансированный трехфазный выход. Однако из-за проблем с весом, стоимостью и эффективностью большинство RPC строятся иначе.
Вместо этого они построены на базе трехфазного асинхронного двигателя или генератора, называемого холостым двигателем, на два вывода которого (входы холостого хода) подается питание от однофазной линии. Вращающийся поток в двигателе создает напряжение на третьей клемме. На третьем выводе индуцируется напряжение, сдвинутое по фазе относительно напряжения между первыми двумя выводами. В трехобмоточном двигателе две обмотки действуют как двигатель, а третья обмотка действует как генератор. Поскольку два выхода идентичны однофазному входу, их фазовое соотношение составляет 180 °. Это оставляет синтезируемую фазу на +/- 90 ° от входных клемм. Такое неидеальное соотношение фаз требует небольшого снижения мощности двигателей, приводимых в действие фазовым преобразователем этого типа. Кроме того, поскольку третья, синтезированная фаза управляется иначе, чем две другие, ее реакция на изменения нагрузки может отличаться, что приводит к большему провисанию этой фазы под нагрузкой. Поскольку асинхронные двигатели чувствительны к дисбалансу напряжений, это еще один фактор снижения номинальных характеристик двигателей, приводимых в действие фазовым преобразователем этого типа. Например, небольшой дисбаланс фазного напряжения 5% требует гораздо большего снижения номинальной мощности двигателя на 24%. Таким образом, настройка схемы вращающегося фазового преобразователя на равные фазные напряжения при максимальной нагрузке может быть весьма важной.
Обычным показателем качества мощности, производимой RPC или любым фазовым преобразователем, является баланс напряжений, который может быть измерен, пока RPC управляет сбалансированной нагрузкой, такой как трехфазный мотор. К другим показателям качества относятся содержание гармоник в производимой мощности и коэффициент мощности комбинации двигателей RPC с точки зрения энергокомпании. Выбор лучшего фазового преобразователя для любого применения зависит от чувствительности нагрузки к этим факторам. Трехфазные асинхронные двигатели очень чувствительны к дисбалансу напряжений.
Качество трехфазной энергии, генерируемой таким фазовым преобразователем, зависит от ряда факторов, включая:
Производители RPC используют различные методы для Для решения этих проблем. Некоторые из методов включают:
Существует потребность в фазовых преобразователях из-за использования трехфазных двигателей. При увеличении выходной мощности трехфазные двигатели имеют более предпочтительные характеристики, чем однофазные; последние не доступны в размерах более 15 л.с. (11 кВт) и, хотя и доступны, редко превышают 5 л.с. (3,7 кВт). (Трехфазные двигатели имеют более высокий КПД, меньшую сложность с точки зрения запуска, а трехфазное питание значительно доступно там, где они используются.)
Используются вращающиеся фазовые преобразователи изготовить однофазный для одиночного ВЛ электрических железных дорог. Пять европейских стран (Германия, Австрия, Швейцария, Норвегия и Швеция ), где электричество составляет три -фазный переменный ток 50 Гц, стандартизован на однофазный переменный ток 15 кВ 16 / 3Hz для электрификации железных дорог; Поэтому преобразователи фазы используются для изменения как фаз, так и частоты. В Советском Союзе они использовались на локомотивах переменного тока для преобразования однофазных, 50 Гц в трехфазные, для привода асинхронных двигателей для тяговых двигателей охлаждающих нагнетателей,
Существуют альтернативы вращающимся фазовым преобразователям для работы трехфазного оборудования от однофазного источника питания.
Они могут быть альтернативой, когда проблема заключается в запуске двигателя, а не в многофазном питании. Статический фазовый преобразователь используется для запуска трехфазного двигателя. Затем двигатель работает от одной фазы с синтезированным третьим полюсом. Однако это делает баланс мощности и, следовательно, КПД двигателя крайне низким, что требует снижения номинальных характеристик двигателя (обычно до 60% или менее). В противном случае может произойти перегрев и довольно часто выход из строя двигателя. (Многие производители и дилеры специально заявляют, что использование статического преобразователя аннулирует любую гарантию.) Статический преобразователь увеличенного размера может устранить необходимость снижения номинальной мощности двигателя, но по более высокой цене.
Популярность частотно-регулируемых приводов (VFD) резко возросла за последнее десятилетие, особенно на рынке товаров для дома. Это связано с их относительно низкой стоимостью и способностью генерировать трехфазный выход из однофазного входа. ЧРП преобразует мощность переменного тока в постоянный, а затем преобразует ее обратно в переменный ток через транзисторный мост, технология, которая в некоторой степени аналогична технологии импульсного источника питания. Поскольку частотно-регулируемый привод вырабатывает переменный ток на выходе из шины постоянного тока, можно запитать трехфазный двигатель от однофазного источника. Тем не менее, промышленные частотно-регулируемые приводы производятся, для которых требуется трехфазный вход, поскольку такая компоновка дает некоторый выигрыш в эффективности.
Типичный частотно-регулируемый привод работает путем быстрого включения и выключения транзисторов, чтобы «отсекать» напряжение на шине постоянного тока с помощью так называемой широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Правильное использование ШИМ приведет к выходу переменного тока, напряжение и частота которого могут изменяться в довольно широком диапазоне. Поскольку скорость вращения асинхронного двигателя пропорциональна входной частоте, изменение выходной частоты частотно-регулируемого привода приведет к изменению скорости двигателя. Напряжение также изменяется таким образом, что в результате двигатель производит относительно постоянный крутящий момент в пределах полезного диапазона скоростей.
Выходной сигнал качественного ЧРП является приближением синусоидальной волны с некоторым содержанием высокочастотных гармоник. Гармонические составляющие повышают температуру двигателя и могут вызывать неприятный свист или завывание. Влияние нежелательных гармоник можно уменьшить за счет использования реактивной выходной фильтрации, которая встроена в более качественные частотно-регулируемые приводы. Реактивная фильтрация препятствует содержанию высокочастотных гармоник, но мало влияет на основную частоту, которая определяет скорость двигателя. В результате выходной сигнал двигателя ближе к идеальной синусоиде.
В прошлом частотно-регулируемые приводы мощностью более 3 л.с. (2,2 кВт) были дорогостоящими, что делало вращающийся фазовый преобразователь (RPC) привлекательной альтернативой. Однако современные частотно-регулируемые приводы значительно снизились в цене, что сделало их более доступными, чем сопоставимые RPC. Также в пользу частотно-регулируемого привода работает его более компактный размер по сравнению с его электрической емкостью. Плюс в том, что многие частотно-регулируемые приводы могут производить эффект «плавного пуска» (при котором мощность постепенно подается на двигатель), что снижает величину тока, который должен подаваться при запуске машины.
Использование частотно-регулируемого привода может привести к повреждению двигателя, если двигатель не рассчитан на такое применение. Это в первую очередь потому, что большинство асинхронных двигателей имеют принудительное воздушное охлаждение с помощью вентилятора или нагнетателя, приводимого в действие самим двигателем. Работа такого двигателя на скорости ниже нормальной существенно уменьшит поток охлаждающего воздуха, увеличивая вероятность перегрева и повреждения или отказа обмотки, особенно при работе с полной нагрузкой. Производитель может аннулировать гарантию на двигатель, работающий от частотно-регулируемого привода, если только двигатель не рассчитан на «инверторный». Поскольку частотно-регулируемые приводы являются наиболее популярным методом питания двигателей в новых коммерческих установках, большинство трехфазных двигателей, продаваемых сегодня, фактически рассчитаны на инвертор.
