Di Kevin Beck
Aggiornato il 24 marzo 2022
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Negli Stati Uniti, la maggior parte delle case riceve energia monofase dalla rete locale. L'elettricità generata nelle centrali elettriche viene invece prodotta come energia trifase. Le linee di trasmissione ad alta tensione trasportano questa alimentazione trifase su lunghe distanze, quindi i trasformatori step-down riducono la tensione prima di distribuirla ai quartieri.
L'alimentazione monofase è adeguata per gli elettrodomestici di uso quotidiano, ma le apparecchiature industriali come motori e compressori di grandi dimensioni spesso richiedono l'uscita costante e continua di un sistema trifase. Se la tua proprietà dispone solo di un servizio monofase, puoi comunque far funzionare macchinari trifase con il convertitore giusto.
Questo articolo è solo a scopo didattico. Non alterare o sperimentare mai i cavi elettrici a meno che non si sia un elettricista qualificato. Una manipolazione errata può causare lesioni gravi o mortali.
Pensa a tre oscillatori identici sfasati di 120°. Quando vengono tracciate, le loro tensioni si sovrappongono in modo che la somma algebrica in ogni istante sia zero. Tuttavia, poiché la potenza dipende dal quadrato della tensione, il sistema combinato fornisce una potenza in uscita costante e diversa da zero. Ecco perché l'alimentazione trifase è ideale per i motori di grandi dimensioni che necessitano di una coppia regolare e ininterrotta.
Matematicamente, la potenza si calcola come:
P =V 2 /R
Qui V è la tensione istantanea e R è la resistenza di carico. Anche quando la tensione istantanea è negativa, elevandola al quadrato si ottiene un contributo positivo alla potenza totale.
Un'alimentazione monofase oscilla tra tensioni positive e negative, passando per lo zero 120 volte al secondo (60 Hz). A questi passaggi per lo zero, la potenza istantanea scende a zero, ma il rapido ritorno mantiene i piccoli elettrodomestici funzionanti senza intoppi. I motori di grandi dimensioni, tuttavia, fanno affidamento su un flusso di potenza continuo e possono andare in stallo quando la tensione raggiunge brevemente lo zero.
Quando è necessario azionare un motore trifase ma si dispone solo di un servizio monofase, esistono diverse opzioni di conversione. Ognuno ha i propri compromessi in termini di costi, efficienza e durata del motore.
Un convertitore statico utilizza condensatori per generare una terza fase sintetica. Il motore può avviarsi con alimentazione monofase, quindi il convertitore fornisce la fase mancante per mantenerlo in funzione. Anche se economico, riduce la vita del motore fino al 20% a causa della richiesta di potenza reattiva.
Questo dispositivo combina un motore folle e un generatore integrato. Una volta in funzione, il tenditore crea una vera uscita trifase in grado di alimentare il carico con una perdita minima. I convertitori rotanti sono più robusti dei convertitori statici ma sono più ingombranti e richiedono una routine di manutenzione separata.
Un VFD utilizza la tecnologia dell'inverter per sintetizzare CA a qualsiasi frequenza e tensione desiderate. Regolando la forma d'onda di uscita, può emulare una vera alimentazione trifase, offrendo le migliori prestazioni del motore ed efficienza energetica. I VFD sono la soluzione più sofisticata ma hanno un prezzo più alto.
Ogni metodo di conversione ha i suoi vantaggi e la scelta migliore dipende dalla richiesta di energia della tua applicazione, dal budget e dalla durata di vita desiderata delle tue apparecchiature.
