位相変換器

位相変換器は、単相で供給される電力を多相に、またはその逆に変換する装置です。位相変換器の大部分は、単相電源から三相電力を生成するために使用され、これにより、単相電気サービスしかない場所で三相機器を操作できるようになります。位相変換器は、ユーティリティ プロバイダーから三相サービスが利用できない、またはインストールに費用がかかりすぎる場合に使用されます。ユーティリティ プロバイダーは、機能的なインストールを完了するために必要な変圧器、計測器、配電線などの追加機器があるため、通常、三相サービスに対してより高い料金を請求します。

三相誘導モーターは、負荷が重くなければ、不平衡電源でも適切に動作します。これにより、さまざまな不完全な技術を使用できます。単相モーターは三相発電機を駆動できます。これにより、高品質の三相電源が生成されますが、システムの寿命が短くなります。複数の位相変換システムがありますが、最も一般的なタイプは次のとおりです。

• 回転位相変換器は、三相電気モーターまたは発電機「アイドラー」と単純なオン/オフ回路から構成されます。回転位相変換器は、他の位相変換器では一般的ではないアイドリング中に継続的に電力を消費するため、運用コストが上昇することが知られています。回転位相変換器は、2 つのモーター ソリューションと見なされます。1 つのモーターは負荷に接続されておらず、三相電力を生成し、負荷を駆動する 2 番目のモーターは生成された電力で動作します。^[1]
• デジタル位相コンバータは、整流器とインバータを使用して 3 番目の電力レグを作成し、これを単相電源の 2 つのレグに追加して 3 相電力を作成します。位相変換VFDとは異なり、1 つのレグしか生成しないため、周波数とモーター速度を変更することはできません。デジタル位相コンバータは、デジタル信号プロセッサ (DSP) を使用して、生成された 3 番目のレグが元の単相電源の電圧と周波数に一致するようにします。正弦波出力電圧と位相間の優れた電圧バランスという利点があります。これらの方法の詳細については、Medagam らの特許「Active Single Phase to Three Phase Power Converter」US Patent 10,333,420 および Meiners らの特許「Phase Converter」US Patent 6,297,971 で説明されています。^{[プロモーション? ]}
• 静的変換技術は、必要な電力レベルを一時的に提供してモーターを「始動」させ、その後単相電力レベルに戻します。これらのシステムは一時的な性質のため、複数のマシンや最大RPM を必要とするマシンを稼働させるのには適していません。これらのシステムでは、モーターの定格を下げる必要があり、過熱しやすくなります。

回転位相変換器は、三相商用電源が利用できない、または引き込むことができない地域で三相電力を生成する一般的な方法です。回転位相変換器は、始動回路と実行回路を備えた制御パネルを使用して、過電圧なしで電力を生成します。三相モーターは、3 組のコイルに囲まれた回転磁石を使用して、アイドラー モーター内で 3 番目の電力を生成します。一部の回転位相変換器はデジタル制御されており、CNC マシン、溶接機、その他のコンピューター制御の負荷など、電圧に敏感な負荷で動作できる電力を生成できます。

回転位相変換器は電圧を変更しませんが、変圧器と組み合わせて、必要に応じて電圧を上げたり下げたりすることができます。 

デジタル位相コンバーターは、単相電源から三相電源を作成します。デジタル信号プロセッサ(DSP) は、電力電子機器を制御して 3 番目の電圧レグを生成するために使用されます。この電圧レグは、電源からの標準の単相電圧とともに、バランスの取れた三相電源を作成します。

電力会社からの交流電力は直流に変換され、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT）を使用して交流に戻されます。 ^[2]この変換プロセスにより、既存の電源から第3のレグを生成することができます。

あるタイプのデジタル位相コンバータでは、入力整流器は IGBT で構成され、インダクタとともに使用されて 3 番目の電力レグを作成します。IGBT は DSP のソフトウェアによって制御され、単相ラインから正弦波状に電流を引き出し、定電圧 DC バス上のコンデンサを充電します。入力電流は正弦波であるため、ほとんどのVFDに見られる整流器のように、ラインに発生する大きな高調波はありません。制御された整流器入力により、力率補正が行われます。

デジタル位相コンバータの後半は、DC バスに以前保存された電力を利用して正弦波ではない AC 電圧を生成する IGBT で構成されています。これは、高調波歪みが非常に大きいパルス幅変調(PWM) 波形です。この電圧は、次にインダクタ/コンデンサ フィルタ システムを通過し、全高調波歪みが 3% 未満の正弦波電圧を生成します(コンピュータ グレードの電力の標準では、最大 5% の THD が許容されます)。対照的に、VFD は PWM 電圧を生成するため、汎用性が制限され、多くのアプリケーションには適していません。DSP のソフトウェアは、生成されたこの電圧を継続的に監視および調整し、常にバランスの取れた 3 相出力を生成します。また、ユーティリティの過電圧や低電圧、または障害が発生した場合にシャットダウンすることで、保護機能も提供します。変化する状況に適応し、電圧バランスを維持する機能により、デジタル位相コンバータは、事実上あらゆる種類の 3 相機器または任意の数の複数の負荷を安全かつ効率的に操作できます。

デジタル位相コンバータはソリッドステート設計であるため、冷却ファン以外の可動部品はほとんどありません。そのため、デジタル位相コンバータは小型パッケージに収められ、95% ～ 98% の効率で動作できます。また、これらのコンバータはアイドル時に電力を消費しないため、全体的なコストが削減され、寿命が長くなります。

ヨーロッパでは、電気は通常 50ヘルツの三相交流で発電されます。ドイツ、オーストリア、スイス、ノルウェー、スウェーデンの 5 か国は、鉄道電化に 15 kV 16⅔ Hz の単相交流を標準化しています。そのため、位相変換器を使用して位相と周波数の両方を変更します。^[要出典]

• 回転位相変換器
• 可変周波数ドライブ
• スコットTトランス

• RadioWorld Magazine 特集記事: Harris が Phase Technologies PT355 に感銘を受ける、Terry Cockerill 著、2009 年 12 月 31 日 [1] ^[盗用]
• ワインビジネスマンスリー特集記事: What's Cool: デジタル位相コンバータ 2008年11月15日 Whats Cool: デジタル位相コンバータ
• 2008 年 1 月/2 月号の Vineyard & Winery Management Magazine 特集記事「デジタル コンバーター: ワイナリーで 3 相電力を生成する新しい方法」、著者: Ben Guthrie。
• 米国特許番号6297971
• デジタル位相変換器 - 米国特許 7050467 概要
• 位相コンバータ モーターの突入電流を低減する回路と方法 「位相コンバータ モーターの突入電流を低減する回路と方法」 発明者 Glen Floreancig、Phoenix Phase Converters。
• アクティブ単相から三相への電力コンバータに関する米国特許（特許番号 10,333,420、2019 年 6 月 25 日発行） - Justia 特許検索
• 位相変換器