Funzionamento di base di sistemi monofase e trifase
Sistema monofase
Sistema di produzione e distribuzione di energia elettrica, il generatore monofase produce un'unica corrente alternata. Pertanto, la tensione totale prodotta varia allo stesso modo. Generalmente utilizzato per applicazioni a basso carico come illuminazione residenziale, riscaldamento o raffreddamento domestico, piccoli utensili ed elettrodomestici e piccoli motori elettrici.
Tuttavia, poiché la monofase non produce un campo magnetico rotante, richiede circuiti aggiuntivi per avviare un motore elettrico. A seconda del paese di produzione e utilizzo, i generatori monofase sono generalmente prodotti con potenze inferiori a 10 kW, una frequenza di 50 o 60 Hertz e una tensione di 110 o 240 volt.
Sistemi Trifase
Formato da tre correnti monofase alternate, il generatore trifase è un sistema di produzione e distribuzione di energia elettrica, funzionante tipicamente a 480 volt. Ogni fase è di uguale frequenza e ampiezza. Le fasi hanno una differenza di 120 gradi elettrici tra loro e sono passate in un determinato ordine.
Quando le correnti sono uguali e simmetricamente sfasate, il sistema di tensioni trifase è bilanciato. Tuttavia, se una qualsiasi delle condizioni non è soddisfatta, il sistema è sbilanciato, dove l'insieme di diverse impedenze fa circolare nel ricevitore correnti di diverse ampiezze.
Scelta tra monofase e trifase
La scelta di un generatore monofase o trifase dipenderà innanzitutto dal carico delle applicazioni da alimentare. Mentre la potenza è generalmente fino a 25kVA per i generatori monofase, i generatori trifase possono andare oltre i 4000 kW.
I generatori monofase sono comunemente usati nelle aree residenziali e rurali dove i carichi sono piccoli e il costo di installazione di una rete di distribuzione trifase può essere elevato. Ricorda, è più economico prelevare energia monofase da un generatore trifase se il requisito di carico monofase è elevato.
Sebbene i generatori trifase possano essere utilizzati per l'alimentazione monofase, non è possibile prelevare alimentazione trifase da un'unità monofase. La scelta dipenderà dalla fase utilizzata dagli apparecchi. Se tutti funzionano in monofase, non ci sono problemi poiché un generatore monofase farebbe il lavoro.
Tuttavia, se i tuoi elettrodomestici funzionano su fasi diverse, dovrai optare per un generatore trifase. Nel caso in cui si decida di passare da un'unità monofase a un'unità trifase, è necessario ricordare di tenere conto dei saldi di carico.
Economia per diverse fasi
Generalmente, a parità di potenza, un generatore trifase è leggermente più economico di un generatore monofase. Ciò è dovuto al costo dell'alternatore nel generatore monofase. Un altro fattore importante è che l'alternatore monofase dovrebbe essere di potenza maggiore rispetto a un trifase.
Il costo di manutenzione per entrambi è più o meno lo stesso. Sebbene i componenti nella trifase possano essere più economici, non incidono troppo sul costo complessivo del generatore. Tuttavia, in caso di sostituzione di parti, il generatore trifase sarebbe più economico del monofase di pari potenza.
Configurazione interna
Per lavorare sulla conversione di un generatore monofase in un generatore trifase, dobbiamo prima capire la configurazione interna dei due.
Per quanto riguarda il generatore monofase, la tensione di uscita viene generata ai capi dello statore che ha avvolgimenti collegati in serie, formando un unico circuito. Se prendiamo l'esempio di un generatore a quattro poli, ciascuno dei poli del rotore è distanziato uniformemente attorno allo statore.
Poiché, rispetto agli avvolgimenti dello statore, ciascun polo del rotore si trova nella stessa posizione di qualsiasi altro polo del rotore, le tensioni indotte negli avvolgimenti dello statore sono in fase tra loro e hanno la stessa ampiezza e valore. L'aggiunta delle tensioni in ciascun avvolgimento fornisce l'uscita finale dal generatore.
I generatori trifase presentano tre avvolgimenti monofase con una differenza di fase di 120 gradi tra le tensioni indotte nei tre avvolgimenti statorici. Tutte le tre fasi sono indipendenti l'una dall'altra. La trifase ha due tipi principali di connessioni, vale a dire la configurazione a stella o a Y e la configurazione a triangolo o delta.
Nella configurazione a stella, il neutro è formato collegando un conduttore da ciascun avvolgimento. L'estremità di arrivo in ogni avvolgimento è collegata a un terminale di linea. Quindi, viene prodotta una tensione totale maggiore rispetto alla tensione individuale attraverso un singolo avvolgimento. La configurazione a delta prevede l'inizio-fine di una fase collegata all'arrivo-fine di quella adiacente. Quindi, la tensione di linea e la tensione di fase sono le stesse.
Conversione di fase
La conversione di fase può essere eseguita con diversi metodi come elencato di seguito.
Riconfigurare il collegamento della bobina La conversione di un'unità trifase in una monofase può essere effettuata modificando il collegamento tra gli avvolgimenti dello statore. Questo può essere fatto sia all'esterno che all'interno della testata del generatore. Mentre il collegamento in serie converte trifase in singolo, il collegamento di bobine opposte in serie raddoppierà la tensione di uscita. Tuttavia, occorre prestare attenzione per mappare i fili alle bobine a cui sono collegati. I documenti del produttore ti aiuteranno oppure puoi lavorare a ritroso studiando come è cablato il generatore.
Carichi monofase a presa centrale I generatori trifase possono essere visti come tre unità monofase messe insieme. È possibile collegare carichi monofase a un'unità trifase collegando il carico tra il neutro del sistema e qualsiasi conduttore di fase.
Sebbene ciò avvenga generalmente per carichi bassi, per carichi più elevati, collegare il carico in una connessione fase a fase attraverso due conduttori. Tuttavia, poiché fornisce 208 V, potrebbe causare scarse prestazioni negli apparecchi che richiedono 240 V poiché ciò significherebbe che gli apparecchi funzionerebbero al 75% della loro capacità nominale.
Convertitori di fase
RPC (convertitore di fase rotativo) collegato ad un generatore monofase produce potenza trifase. Ciò richiede una configurazione di base comprendente gli ingressi idler dall'unità monofase. La tensione viene prodotta sul terzo terminale non collegato e differisce dagli altri due di 120 gradi.
VSD/VFD/Inverter
Gli azionamenti a velocità variabile (VSD), gli inverter e gli azionamenti a frequenza variabile (VFD) sono simili ai convertitori di fase rotativa e molto efficaci in combinazione con un generatore monofase, dove l'applicazione richiede 20 cavalli e meno.
Concludere
Sebbene sia possibile la conversione da monofase a trifase e viceversa, è sempre meglio capire i requisiti e optare per il corretto generatore di fase.
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