Načini za povečanje trenutne frekvence

Najbolj priljubljena metoda za povečanje (ali zmanjšanje) frekvence toka danes je uporaba frekvenčnega pretvornika. Frekvenčni pretvorniki omogočajo pridobitev iz enofaznega ali trifaznega izmeničnega toka z industrijsko frekvenco (50 ali 60 Hz) toka z zahtevano frekvenco, na primer od 1 do 800 Hz, za napajanje enofaznega ali trifaznega toka. fazno-fazni motorji.

Poleg elektronskih frekvenčnih pretvornikov se za povečanje trenutne frekvence uporabljajo tudi električni indukcijski frekvenčni pretvorniki, v katerih na primer asinhronski motor z navitim rotorjem delno deluje v generatorskem načinu. Obstajajo tudi umformerji - motorni generatorji, o katerih bomo tudi razpravljali v tem članku.

Elektronski frekvenčni pretvorniki

Elektronski frekvenčni pretvorniki vam omogočajo nemoteno krmiljenje hitrosti sinhronih in asinhronih motorjev zaradi gladkega povečanja izhodne frekvence pretvornika na nastavljeno vrednost. Najenostavnejši pristop je zagotovljen z nastavitvijo konstantne V/f karakteristike, naprednejše rešitve pa uporabljajo vektorsko krmiljenje.

Frekvenčni pretvornikiobičajno vključujejo usmernik, ki pretvarja izmenični tok močne frekvence v enosmerni tok; za usmernikom je razsmernik v najpreprostejši obliki, ki temelji na PWM, ki pretvarja konstantno napetost v izmenični bremenski tok, frekvenco in amplitudo pa nastavi že uporabnik, ti ​​parametri pa se lahko razlikujejo od omrežnih parametrov vnos gor ali dol.

Izhodni modul elektronskega frekvenčnega pretvornika je najpogosteje tiristorski ali tranzistorski most, sestavljen iz štirih ali šestih stikal, ki tvorijo potreben tok za napajanje obremenitve, zlasti elektromotorja. Izhodu je dodan filter EMC, ki zgladi šum v izhodni napetosti.

Kot je navedeno zgoraj, elektronski frekvenčni pretvornik za svoje delovanje uporablja tiristorje ali tranzistorje kot stikala. Za krmiljenje tipk se uporablja mikroprocesorski modul, ki služi kot krmilnik in hkrati opravlja številne diagnostične in zaščitne funkcije.

Medtem so frekvenčni pretvorniki še vedno v dveh razredih: neposredno povezani in enosmerni. Pri izbiri med tema dvema razredoma se tehtajo prednosti in slabosti obeh vrst ter ugotavlja primernost enega ali drugega za reševanje perečega problema.

Neposredna komunikacija

Pretvorniki z neposredno sklopko se odlikujejo po tem, da uporabljajo krmiljen usmernik, v katerem skupine tiristorjev zaporedno, odklepanje, preklopijo obremenitev, na primer navitja motorja, neposredno na napajalno omrežje.

Posledično se na izhodu dobijo delci sinusnega vala omrežne napetosti, ekvivalentna izhodna frekvenca (za motor) pa postane manjša od mreže, znotraj 60 % le-te, to je od 0 do 36 Hz za 60 Hz vnos.

Takšne lastnosti ne omogočajo spreminjanja parametrov opreme v industriji v širokem razponu, zato je povpraševanje po teh rešitvah nizko. Poleg tega je tiristorje brez zaklepanja težko nadzorovati, stroški tokokrogov postanejo višji in na izhodu je veliko hrupa, potrebni so kompenzatorji, posledično so dimenzije velike in učinkovitost nizka.

DC povezava

Veliko boljši so v tem pogledu frekvenčni pretvorniki z izrazito enosmerno povezavo, kjer se izmenični omrežni tok najprej usmerja, filtrira in nato ponovno preko vezja elektronskih stikal pretvori v izmenični tok zahtevane frekvence in amplitude. Tukaj je lahko frekvenca veliko večja. Seveda dvojna pretvorba nekoliko zmanjša učinkovitost, vendar parametri izhodne frekvence preprosto ustrezajo zahtevam uporabnika.

Za pridobitev čistega sinusnega vala na navitjih motorja se uporablja invertersko vezje, v katerem se napetost želene oblike pridobi zahvaljujoč modulacija širine impulza (PWM)… Elektronska stikala so tiristorji z zaklepom ali tranzistorji IGBT.

Tiristorji prenesejo velike impulzne tokove, v primerjavi s tranzistorji, zato vse pogosteje posegajo po tiristorskih vezjih, tako v direktnih komunikacijskih pretvornikih kot v pretvornikih z vmesnim enosmernim vmesnim členom, izkoristek je do 98%.

Po pravici povedano ugotavljamo, da so elektronski frekvenčni pretvorniki za električno omrežje nelinearna obremenitev in v njem ustvarjajo višje harmonike, kar poslabša kakovost električne energije.

Motor generator (umformer)

Za pretvorbo električne energije iz ene oblike v drugo, zlasti za povečanje frekvence toka, ne da bi se morali zateči k elektronskim rešitvam, se uporabljajo tako imenovani umformerji - motorni generatorji. Takšni stroji delujejo kot prevodnik električne energije, vendar dejansko ni neposredne pretvorbe električne energije, na primer v transformatorju ali v elektronskem frekvenčnem pretvorniku kot takem.

Tukaj so na voljo naslednje možnosti:

• enosmerni tok se lahko pretvori v izmenični tok z višjo napetostjo in zahtevano frekvenco;

• enosmerni tok je mogoče dobiti iz izmeničnega toka;

• neposredna mehanska pretvorba frekvence z njenim povečanjem ali zmanjšanjem;

• pridobivanje trifaznega toka z zahtevano frekvenco iz enofaznega toka pri omrežni frekvenci.

V svoji kanonski obliki je motor-generator električni motor, katerega gred je neposredno povezana z generatorjem. Na izhodu generatorja je nameščena stabilizacijska naprava za izboljšanje parametrov frekvence in amplitude proizvedene električne energije.

Pri nekaterih modelih umformerjev armatura vsebuje tuljave ter motor in generator, ki galvansko izolirana, in katerih žice so povezane s kolektorjem oziroma z izhodnimi obroči.

V drugih različicah obstajajo skupna navitja za oba toka, na primer ni kolektorja z drsnimi obroči za pretvorbo števila faz, ampak so preprosto izdelane pipe iz navitja statorja za vsako od izhodnih faz.Tako indukcijski stroj pretvori enofazni tok v trifazni (v bistvu enak z naraščajočo frekvenco).

Torej, motor-generator vam omogoča preoblikovanje vrste toka, napetosti, frekvence, števila faz. Do 70. let prejšnjega stoletja so bili pretvorniki te vrste uporabljeni v vojaški opremi ZSSR, kjer so napajali zlasti svetilke. Enofazni in trifazni pretvorniki se napajajo s konstantno napetostjo 27 voltov, izhod pa je izmenična napetost 127 voltov 50 hercev enofazni ali 36 voltov 400 hercev trifazni.

Moč takih transformatorjev doseže 4,5 kVA. Podobni stroji se uporabljajo v električnih lokomotivah, kjer se enosmerna napetost 50 voltov pretvori v izmenično napetost 220 voltov s frekvenco do 425 hercev za napajanje fluorescentnih sijalk in 127 voltov 50 hercev za napajanje potniških brivnikov. Prve računalnike so umformerji pogosto uporabljali za njihovo napajanje.

Umformerje še danes najdemo tu in tam: v trolejbusih, tramvajih, električnih vlakih, kjer jih nameščajo za pridobivanje nizke napetosti za napajanje krmilnih tokokrogov, zdaj pa so jih že skoraj povsem izpodrinile polprevodniške rešitve ( tiristorji in tranzistorji).

Pretvorniki motor-generator so dragoceni zaradi številnih prednosti. Prvič, to je zanesljiva galvanska izolacija izhodnih in vhodnih napajalnih tokokrogov. Drugič, izhod je najčistejši sinusni val brez popačenja, brez šuma. Naprava je zelo enostavna zasnova, zato je vzdrževanje precej iznajdljivo.

To je preprost način za pridobivanje trifazne napetosti. Vztrajnost rotorja zgladi tokovne konice, ko se parametri obremenitve nenadoma spremenijo.In seveda, tukaj je zelo enostavno obnoviti elektriko.

Ne brez pomanjkljivosti. Umformerji imajo gibljive dele, zato je njihov vir omejen. Masa, teža, obilica materialov in posledično visoka cena. Hrupno delo, vibracije. Potreba po pogostem mazanju ležajev, čiščenju kolektorjev, zamenjavi ščetk. Učinkovitost je znotraj 70%.

Kljub slabostim se mehanski motorni generatorji še vedno uporabljajo v elektroenergetiki za pretvorbo velikih moči. V prihodnosti bodo motorni generatorji lahko pomagali uskladiti omrežja 60 in 50 Hz ali zagotoviti omrežja s povečanimi zahtevami glede kakovosti električne energije. Napajanje navitij rotorja stroja je v tem primeru možno iz polprevodniškega frekvenčnega pretvornika majhne moči.