دستگاهی مبدل فاز است که توان الکتریکی ارائه شده به صورت تک فاز را به چند فاز یا بالعکس تبدیل می کند. اکثر مبدل های فاز برای تولید برق سه فاز از یک منبع تک فاز استفاده می شوند، بنابراین امکان کارکرد تجهیزات سه فاز را در سایتی که فقط دارای خدمات برق تک فاز است، می دهد. مبدل‌های فاز در مواردی استفاده می‌شوند که سرویس سه فاز توسط ارائه‌دهنده خدمات در دسترس نباشد یا نصب آن بسیار پرهزینه باشد. به دلیل تجهیزات اضافی، از جمله ترانسفورماتور، اندازه گیری، و سیم توزیع مورد نیاز برای تکمیل یک نصب عملکردی، یک ارائه دهنده خدمات عموماً هزینه بیشتری را برای یک سرویس سه فاز دریافت می کند.
انواع مبدل فاز
موتورهای القایی سه فاز ممکن است به اندازه کافی در منبع نامتعادل عمل کنند، اگر بار زیادی نداشته باشند. این اجازه می دهد تا از تکنیک های مختلف ناقص استفاده شود. یک موتور تک فاز می تواند یک ژنراتور سه فاز را به حرکت درآورد که یک منبع سه فاز با کیفیت بالا را تولید می کند اما هزینه زیادی برای طول عمر سیستم دارد. در حالی که چندین سیستم تبدیل فاز وجود دارد، رایج ترین انواع آن عبارتند از:
- مبدل های فاز دوار ساخته شده از یک موتور الکتریکی سه فاز یا ژنراتور “بیکار” و یک مدار روشن/خاموش ساده. مبدل‌های فاز دوار به دلیل مصرف مداوم نیرو در حالی که در حالت بیکاری در سایر مبدل‌های فاز رایج نیست، هزینه‌های عملیات را بالا می‌برند. مبدل های فاز دوار یک راه حل دو موتوره در نظر گرفته می شوند. یک موتور به یک بار متصل نیست و برق سه فاز را تولید می کند، موتور دوم که بار را هدایت می کند با توان تولید شده کار می کند.
- مبدل فاز دیجیتال از یکسو کننده و اینورتر برای ایجاد پایه سوم برق استفاده می کند که برای ایجاد برق سه فاز به دو پایه منبع تک فاز اضافه می شود. تبدیل فاز بر خلاف VFD ، نمی تواند فرکانس و سرعت موتور را تغییر دهد، زیرا تنها یک پایه تولید می کند. مبدل‌های فاز دیجیتال از یک پردازشگر سیگنال دیجیتال (DSP) استفاده می‌کنند تا اطمینان حاصل کنند که پایه سوم تولید شده با ولتاژ و فرکانس منبع تک فاز اصلی مطابقت دارد. این مزیت ولتاژ خروجی موج سینوسی و تعادل ولتاژ عالی بین فازها را دارد. جزئیات بیشتر در مورد این روش ها در اختراعات Medagam و همکاران توضیح داده شده است. “تبدیل برق تک فاز به سه فاز فعال” ثبت اختراع ایالات متحده 10,333,420 و Meiners et al. “تبدیل فاز” ایالات متحده 6,297,971. [ ارتقاء؟ ]
- تکنیک‌های تبدیل استاتیک با ارائه موقت سطوح توان لازم قبل از انتقال مجدد به سطوح توان تک فاز، یک موتور را «جهش راه‌اندازی» می‌کند. مناسب نیستند این سیستم‌ها برای راه‌اندازی چندین ماشین یا ماشین‌هایی که به حداکثر RPM نیاز دارند ، به دلیل ماهیت موقتشان . در این سیستم ها موتور باید کاهش یابد و مستعد گرم شدن بیش از حد هستند.
مبدل های فاز دوار
مبدل فاز دوار روشی متداول برای ایجاد برق سه فاز در منطقه ای است که برق سه فاز در دسترس نیست یا نمی توان آن را وارد کرد. مبدل فاز دوار از یک پانل کنترل با مدار راه اندازی و مدار راه اندازی برای ایجاد برق استفاده می کند. بدون ولتاژ بیش از حد یک موتور سه فاز از یک آهنربای چرخشی استفاده می کند که توسط سه مجموعه سیم پیچ احاطه شده است تا پایه سوم نیرو را در موتور بیکار تولید کند. برخی از مبدل‌های فاز دوار به صورت دیجیتالی کنترل می‌شوند و آنها را قادر می‌سازد تا توانی تولید کنند که می‌تواند روی بارهای حساس به ولتاژ مانند دستگاه CNC، جوشکار یا هر بار دیگری که توسط رایانه کنترل می‌شود، کار کند.
مبدل فاز دوار ولتاژ را تغییر نمی دهد، اما می توان آن را با یک ترانسفورماتور جفت کرد تا بسته به آنچه مورد نیاز است، ولتاژ را بالا یا پایین کند.
مبدل فاز دیجیتال
مبدل فاز دیجیتال یک منبع تغذیه سه فاز از یک منبع تغذیه تک فاز ایجاد می کند. یک پردازنده سیگنال دیجیتال (DSP) برای کنترل دستگاه های الکترونیکی قدرت برای تولید یک پایه ولتاژ استفاده می شود که همراه با ولتاژ استاندارد و تک فاز از منبع تغذیه، یک منبع تغذیه سه فاز متعادل ایجاد می کند .
برق AC از دستگاه به DC تبدیل می شود ، سپس به AC برمی گردد که در این فرآیند ترانزیستورهای دوقطبی گیت عایق (IGBT) استفاده می شود. [2] این فرآیند تبدیل امکان تولید پایه سوم از منبع تغذیه موجود را فراهم می کند.
در یک نوع مبدل فاز دیجیتال، یکسو کننده ورودی شامل IGBT هایی است که در کنار سلف ها برای ایجاد پایه سوم برق استفاده می شوند. IGBT ها توسط نرم افزار در DSP کنترل می شوند تا جریان را از خط تک فاز به صورت سینوسی بکشند و خازن ها را روی یک گذرگاه DC با ولتاژ ثابت شارژ کنند. از آنجایی که جریان ورودی سینوسی است، هیچ هارمونیک قابل توجهی مانند یکسو کننده های موجود در اکثر VFD ها روی خط تولید نمی شود . ورودی یکسو کننده کنترل شده اجازه می دهد تا تصحیح ضریب توان انجام شود.
نیمه دوم مبدل فاز دیجیتال شامل IGBT هایی است که از برق ذخیره شده قبلی در گذرگاه DC استفاده می کنند تا یک ولتاژ AC ایجاد کنند که سینوسی نیست. این یک شکل موج مدوله شده با عرض پالس (PWM) است که دارای اعوجاج هارمونیک بسیار بالایی است. این ولتاژ سپس از طریق یک سیستم فیلتر سلف/خازن عبور می‌کند که ولتاژ موج سینوسی با کمتر از 3% اعوجاج هارمونیک کل تولید می‌کند (استانداردهای توان درجه کامپیوتر تا 5% THD را مجاز می‌سازد). در مقابل، VFD ها یک ولتاژ PWM تولید می کنند که تطبیق پذیری آنها را محدود می کند و آنها را برای بسیاری از کاربردها نامناسب می کند. نرم افزار موجود در DSP به طور مداوم این ولتاژ تولید شده را نظارت و تنظیم می کند تا خروجی سه فاز متعادلی در هر زمان ایجاد کند. همچنین عملکردهای محافظتی را با خاموش شدن در صورت ولتاژ بیش از حد و ولتاژ کمتر یا خطا ارائه می دهد. مبدل فاز دیجیتال با قابلیت تنظیم با شرایط متغیر و حفظ تعادل ولتاژ، می تواند تقریباً هر نوع تجهیزات سه فاز یا هر تعداد بار چندگانه را با خیال راحت و کارآمد عمل کند.
از آنجایی که مبدل‌های فاز دیجیتال طرح‌های حالت جامد هستند، به جز فن‌های خنک‌کننده، قطعات متحرک کمی وجود دارد. به نوبه خود، این به مبدل های فاز دیجیتال اجازه می دهد تا در بسته های کوچک قرار بگیرند و بین 95٪ تا 98٪ راندمان کار کنند. این مبدل‌ها همچنین در زمان بی‌حرکتی برق مصرف نمی‌کنند و هزینه‌های کلی را کاهش می‌دهند و طول عمر را افزایش می‌دهند.
راه آهن برقی
در اروپا ، الکتریسیته معمولاً به صورت AC سه فاز با فرکانس 50 هرتز تولید می شود . پنج کشور اروپایی: آلمان ، اتریش ، سوئیس ، نروژ و سوئد AC تکفاز با ولتاژ 15 کیلوولت 16⅔ هرتز را برای برق رسانی راه آهن استاندارد کرده اند . بنابراین مبدل های فاز برای تغییر فاز و فرکانس استفاده می شوند .
