Convertidor de fase

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Un convertidor de fase es un dispositivo que convierte la energía eléctrica suministrada como monofásica en polifásica 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 el funcionamiento 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 por parte del proveedor de servicios públicos o su instalación es demasiado costosa. Un proveedor de servicios públicos generalmente cobrará una tarifa más alta por un servicio trifásico debido al equipo adicional, incluidos transformadores, medidores y cables de distribución necesarios para completar una instalación funcional.

Los motores de inducción trifásicos pueden funcionar adecuadamente con una fuente de alimentación desequilibrada si no están muy cargados. Esto permite utilizar diversas técnicas imperfectas. Un motor monofásico puede accionar un generador trifásico, que producirá una fuente trifásica de alta calidad, pero a un alto costo para la longevidad del sistema. Si bien existen sistemas de conversión de múltiples fases, los tipos más comunes son:

• Convertidores de fase rotativos construidos a partir de un motor eléctrico trifásico o un generador "en ralentí" y un circuito de encendido/apagado simple. Se sabe que los convertidores de fase rotativos aumentan los costos operativos, debido al consumo continuo de energía mientras están en ralentí, lo que no es común en otros convertidores de fase. Los convertidores de fase rotativos se consideran 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]
• Un convertidor de fase digital utiliza un rectificador e inversor para crear una tercera rama de potencia, que se suma a las dos ramas de la fuente monofásica para crear potencia trifásica. A diferencia de un VFD de conversión de fase , no puede variar la frecuencia y la velocidad del motor, ya que genera solo una rama. Los convertidores de fase digitales utilizan un procesador de señal digital (DSP) para garantizar que la tercera rama generada coincida con el voltaje y la frecuencia de la fuente monofásica original. Tiene la ventaja de un voltaje de salida de onda sinusoidal y un excelente equilibrio de voltaje entre las fases. Se explican más detalles sobre estos métodos en las patentes Medagam et al. “Active Single Phase to Three Phase Power Converter” US Patent 10,333,420 y Meiners et al. “Phase Converter” US 6,297,971. ^{[ promoción? ]}
• Las técnicas de conversión estática "arrancan" un motor al proporcionar temporalmente los niveles de potencia necesarios antes de volver a pasar a niveles de potencia monofásica. Estos sistemas no son aptos para hacer funcionar varias máquinas o máquinas que requieran un RPM máximo debido a su naturaleza temporal. En estos sistemas, el motor debe reducir su potencia y son propensos a sobrecalentarse.

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Un convertidor de fase rotativo es una forma común de crear energía trifásica en un área donde no hay energía trifásica disponible o no se puede traer. Un convertidor de fase rotativo utiliza un panel de control con un circuito de arranque y un circuito de funcionamiento para crear energía sin voltaje excesivo. Un motor trifásico utiliza un imán giratorio rodeado de tres juegos de bobinas para producir la tercera rama de energía dentro del motor de ralentí. Algunos convertidores de fase rotativos están controlados digitalmente, lo que les permite producir energía que puede 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 combinar con un transformador para aumentar o disminuir el voltaje según lo que se necesite. 

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 dispositivos electrónicos de potencia y generar una tercera rama de voltaje que, junto con el voltaje monofásico estándar de la fuente, crea una fuente de alimentación trifásica equilibrada .

La energía CA de la red eléctrica se convierte en CC y luego nuevamente en CA mediante transistores bipolares de puerta aislada (IGBT). ^[2] Este proceso de conversión permite la generación de la tercera pata a partir de la fuente de alimentación existente.

En un tipo de convertidor de fase digital, el rectificador de entrada consta de IGBT que se utilizan junto con inductores para crear la tercera rama de potencia. Los IGBT están controlados por software en el DSP para extraer corriente de la línea monofásica de forma sinusoidal , cargando los 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 sucede con los rectificadores que se encuentran en la mayoría de los VFD . La entrada del rectificador controlado permite que se realice la corrección del factor de potencia.

La segunda mitad del convertidor de fase digital consta de IGBT que aprovechan la energía almacenada previamente en el bus de CC para crear un voltaje de CA que no es sinusoidal. Es una forma de onda modulada por ancho de pulso (PWM) con una distorsión armónica muy alta. Luego, este voltaje 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 la energía de grado informático permiten hasta un 5 % de THD). 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 equilibrada en todo momento. También proporciona funciones de protección al apagarse en caso de sobretensión o subtensión de la red o una falla. Con la capacidad de adaptarse a 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.

Dado que los convertidores de fase digitales son diseños de estado sólido, tienen pocas o ninguna pieza móvil, excepto los ventiladores de refrigeración. A su vez, esto permite que los convertidores de fase digitales se adapten a paquetes pequeños y funcionen con una eficiencia de entre el 95 % y el 98 %. Estos convertidores tampoco consumen energía cuando están en ralentí, lo que reduce los costos generales y aumenta la longevidad.

En Europa , la electricidad se genera normalmente como corriente alterna trifásica a 50 hercios . Cinco países europeos: Alemania , Austria , Suiza , Noruega y Suecia han estandarizado la corriente alterna monofásica a 15 kV 16⅔ Hz para la electrificación ferroviaria . Por lo tanto, se utilizan convertidores de fase para cambiar tanto la fase como la frecuencia . ^{[ cita requerida ]}

• Convertidor de fase rotativo
• Variador de frecuencia
• Transformador Scott-T

• Artículo destacado de la revista RadioWorld: Harris impresionado por Phase Technologies PT355 por Terry Cockerill, 31 de diciembre de 2009 [1] ^[usurpado]
• Artículo destacado de Wine Business Monthly: Lo mejor: convertidores de fase digitales 15 de noviembre de 2008 Lo mejor: convertidores de fase digitales
• Revista Vineyard & Winery Management de enero/febrero de 2008 Artículo destacado "El convertidor digital: una nueva forma de generar electricidad trifásica para una bodega" por Ben Guthrie.
• Patente de Estados Unidos n.° 6297971
• Convertidor de digital a fase - Patente de EE. UU. 7050467 Resumen
• Circuito y método para reducir la corriente de entrada del motor convertidor de fase "Circuito y método para reducir la corriente de entrada del motor convertidor de fase" Inventor Glen Floreancig, Phoenix Phase Converters.
• Patente de EE. UU. para convertidor de potencia activo monofásico a trifásico (Patente n.° 10 333 420 emitida el 25 de junio de 2019) - Justia Patents Search
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