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Un convertidor de fase es un dispositivo que convierte la energía eléctrica suministrada como monofásica en fase múltiple o viceversa. La mayoría de los convertidores de fase se utilizan para producir energía eléctrica trifásica a partir de una fuente monofásica, lo que permite la operación de equipos trifásicos en un sitio que solo tiene servicio eléctrico monofásico. Los convertidores de fase se utilizan cuando el servicio trifásico no está disponible en la empresa de servicios públicos o es demasiado costoso de instalar debido a una ubicación remota. Una empresa de servicios públicos generalmente cobrará una tarifa más alta por un servicio trifásico debido al equipo adicional, incluidos los transformadores, la medición y el cable de distribución.
Sistemas de conversión [ editar ]
Los motores de inducción trifásicos pueden funcionar adecuadamente con un suministro desequilibrado si no están muy cargados. Esto permite utilizar varias técnicas imperfectas. Un motor monofásico puede impulsar un generador trifásico, lo que producirá una fuente trifásica de alta calidad pero con un alto costo para el aparato. Existen varios métodos para hacer funcionar motores trifásicos a partir de un suministro monofásico, estos en general se pueden clasificar como:
- Convertidores de fase rotativos construidos a partir de un motor eléctrico trifásico o generador "loco". Estos normalmente requieren algún tipo de ayuda de arranque y condensadores para mejorar el equilibrio de fase y el factor de potencia. Esta es una solución de dos motores. Un motor no está conectado a una carga y produce la energía trifásica, el segundo motor que impulsa la carga funciona con la energía producida. [1]
- Medios electrónicos de creación de tres fases donde se rectifica la energía entrante y la energía trifásica se sintetiza con la electrónica. Los dispositivos electrónicos de potencia producen directamente una forma de onda trifásica a partir de energía monofásica, utilizando una combinación de rectificador e inversor . Esto también ofrece la ventaja de una frecuencia variable.
- Un convertidor de fase digital utiliza un rectificador y un inversor para crear un voltaje único con electrónica de potencia, que se agrega a las dos patas de la fuente monofásica para crear energía trifásica. A diferencia de un VFD de conversión de fase, no puede variar la frecuencia y la velocidad del motor, ya que genera solo un tramo, que debe coincidir con el voltaje y la frecuencia del suministro monofásico. Tiene la ventaja de un voltaje de salida de onda sinusoidal y un excelente equilibrio de voltaje entre las fases. Más detalles sobre estos métodos se explican en las patentes Medagam et. Alabama. “Convertidor de energía activo monofásico a trifásico” Patente de EE. UU. 10,333,420 y Meiners et. Alabama. “Convertidor de fase” US 6.297.971. [ promoción? ]
- Técnicas de conversión estática en las que el motor funciona con una eficiencia inferior a la máxima, principalmente en dos de las patas del motor trifásico. A veces se inyecta corriente en la tercera rama con un condensador o arreglos de transformador que proporcionan un cambio de fase imperfecto. En estos sistemas, el motor debe reducirse.
- Métodos en los que la conexión de los devanados del motor, normalmente en configuración estrella o delta, se sustituyen por conexiones novedosas. Estas técnicas están cubiertas por patentes del Dr. Otto JM Smith , como la patente estadounidense 5.545.965. [2] [ promoción? ]
Convertidor de fase rotatorio [ editar ]
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Un convertidor de fase rotatorio es una forma económica de crear energía trifásica en un área donde la energía de la red eléctrica trifásica no está disponible o es prohibitiva por su costo. Un convertidor de fase rotatorio usa un panel de control con un circuito de arranque y un circuito de funcionamiento para crear energía limpia y balanceada sin voltaje excesivo. Un motor trifásico produce el tercer tramo de potencia. Algunos convertidores de fase rotativos están controlados digitalmente, lo que les permite producir energía balanceada que es lo suficientemente limpia para funcionar con cargas sensibles al voltaje, como una máquina CNC, una soldadora o cualquier otra carga controlada por computadora.
Un convertidor de fase rotatorio no cambia el voltaje, pero se puede emparejar con un transformador para subir o bajar el voltaje dependiendo de lo que se necesite.
Convertidor de fase digital [ editar ]
Un convertidor de fase digital crea una fuente de alimentación trifásica a partir de una fuente monofásica. Se utiliza un procesador de señal digital (DSP) para controlar los dispositivos electrónicos de potencia para generar un tercer voltaje, que junto con el voltaje único de la fuente crea una fuente de alimentación trifásica balanceada .
La energía de CA de la red pública se convierte en CC y luego se vuelve a convertir en CA. Los dispositivos de conmutación de energía utilizados en este proceso son transistores bipolares de puerta aislada (IGBT). [3]
En un tipo de convertidor de fase digital, el rectificador de entrada consta de IGBT en serie con inductores. Los IGBT son controlados por software en el DSP para extraer corriente de la línea monofásica de forma sinusoidal , cargando condensadores en un bus de CC de voltaje constante. Debido a que la corriente entrante es sinusoidal, no se generan armónicos significativos en la línea, como ocurre con los rectificadores que se encuentran en la mayoría de los VFD . La entrada del rectificador controlado permite la corrección del factor de potencia.
El inversor de salida consta de IGBT que utilizan la potencia del bus de CC para crear un voltaje de CA. Un voltaje creado por dispositivos de conmutación de energía como los IGBT no es sinusoidal. Es una forma de onda modulada por ancho de pulso (PWM) muy alta en distorsión armónica. Este voltaje PWM luego pasa a través de un sistema de filtro de inductor / capacitor que produce un voltaje de onda sinusoidal con menos del 3% de distorsión armónica total.(los estándares para potencia de grado informático permiten hasta un 5% de distorsión armónica total). Por el contrario, los VFD generan un voltaje PWM que limita su versatilidad y los hace inadecuados para muchas aplicaciones. El software en el DSP monitorea y ajusta continuamente este voltaje generado para producir una salida trifásica balanceada en todo momento. También proporciona funciones de protección apagándose en caso de sobretensión y subtensión de la red pública o una falla. Con la capacidad de ajustarse a las condiciones cambiantes y mantener el equilibrio de voltaje, un convertidor de fase digital puede operar de manera segura y eficiente prácticamente cualquier tipo de equipo trifásico o cualquier cantidad de cargas múltiples.
El diseño de estado sólido da como resultado un paquete relativamente pequeño sin partes móviles, excepto por pequeños ventiladores de enfriamiento. Los convertidores funcionan con una eficiencia del 95% al 98%. [4] Cuando el convertidor se energiza sin carga, consume muy poca energía. [ cita requerida ]
Ferrocarriles eléctricos [ editar ]
En Europa , la electricidad se genera normalmente como CA trifásica a 50 hercios . Cinco países europeos: Alemania , Austria , Suiza , Noruega y Suecia han estandarizado la CA monofásica a 15 kV 16⅔ Hz para la electrificación ferroviaria . Por lo tanto, los convertidores de fase se utilizan para cambiar tanto la fase como la frecuencia . [ cita requerida ]
Ver también [ editar ]
- Convertidor de fase rotatorio
- Unidad de frecuencia variable
- Transformador Scott-T
Referencias [ editar ]
- ^ " Transformador convertidor trifásico ", Magnetismo ágil, obtenido el 8 de junio de 2016
- ^ Patente de Estados Unidos 5.545.965 13 de agosto de 1996. Motor trifásico operado por una fuente de alimentación monofásica y un convertidor de fase . Otto JM Smith
- ^ " Convertidores de fase digitales ", Phase Technologies, obtenido el 8 de junio de 2016
- ^ " Convertidor de fase activa para el funcionamiento de motores de inducción trifásicos en una red monofásica ", Transacciones IEEE sobre aplicaciones industriales (volumen: 53, edición: 6, noviembre-diciembre de 2017)
Fuentes [ editar ]
- Artículo destacado de RadioWorld Magazine: Harris impresionado por Phase Technologies PT355 por Terry Cockerill, 31/12/2009 [1]
- Artículo destacado de Wine Business Monthly: What's Cool: Convertidores de fase digitales 15 de noviembre de 2008 What Cool: Convertidores de fase digitales
- Enero / febrero de 2008 Revista Vineyard & Winery Management Artículo destacado "El convertidor digital; una nueva forma de generar electricidad trifásica para una bodega"] por Ben Guthrie.
- Patente de Estados Unidos # 6297971
- Convertidor digital a fase - Patente de EE. UU. 7050467 Resumen
- Circuito y método para reducir la corriente de irrupción del motor del convertidor de fase " Circuito y método para reducir la corriente de irrupción del motor del convertidor de fase" Inventor Glen Floreancig, Phoenix Phase Converters.
- Patente de EE. UU. Para convertidor de potencia activo monofásico a trifásico Patente (Patente n. ° 10,333,420 emitida el 25 de junio de 2019) - Justia Patents Search
- Convertidor de fase
