Måter å øke gjeldende frekvens

Den mest populære metoden for å øke (eller redusere) strømfrekvensen i dag er å bruke en frekvensomformer. Frekvensomformere gjør det mulig å oppnå fra enfase eller trefase vekselstrøm med en industriell frekvens (50 eller 60 Hz) en strøm med nødvendig frekvens, for eksempel fra 1 til 800 Hz, for å drive enfase eller tre- fase-fase motorer.

Sammen med elektroniske frekvensomformere, for å øke strømfrekvensen, brukes også elektriske induksjonsfrekvensomformere, der for eksempel en asynkronmotor med en viklet rotor fungerer delvis i generatormodus. Det er også umformers - motorgeneratorer, som også vil bli diskutert i denne artikkelen.

Elektroniske frekvensomformere

Elektroniske frekvensomformere lar deg jevnt kontrollere hastigheten til synkrone og asynkrone motorer på grunn av en jevn økning i utgangsfrekvensen til omformeren til den innstilte verdien. Den enkleste tilnærmingen er gitt ved å sette en konstant V/f-karakteristikk, og mer avanserte løsninger bruker vektorkontroll.

Frekvensomformereinkluderer vanligvis en likeretter som konverterer strømfrekvensvekselstrøm til likestrøm; etter likeretteren er det en omformer i sin enkleste form, basert på PWM, som konverterer en konstant spenning til en veksellaststrøm, og frekvensen og amplituden er allerede satt av brukeren, og disse parametrene kan avvike fra nettverksparametrene til skriv inn opp eller ned.

Utgangsmodulen til en elektronisk frekvensomformer er oftest en tyristor eller transistorbro som består av fire eller seks brytere som danner den nødvendige strømmen for å forsyne lasten, spesielt den elektriske motoren. Et EMC-filter er lagt til utgangen for å jevne ut støyen i utgangsspenningen.

Som nevnt ovenfor bruker en elektronisk frekvensomformer tyristorer eller transistorer som brytere for driften. En mikroprosessormodul brukes til å kontrollere tastene, som fungerer som en kontroller og samtidig utfører en rekke diagnostiske og beskyttende funksjoner.

I mellomtiden er frekvensomformere fortsatt av to klasser: direktekoblede og likestrømkoblede. Når du velger mellom disse to klassene, veies fordelene og ulempene ved begge typer og hensiktsmessigheten til den ene eller den andre for å løse et presserende problem bestemmes.

Direkte kommunikasjon

Direktekoblede omformere utmerker seg ved det faktum at de bruker en kontrollert likeretter, der grupper av tyristorer sekvensielt, låser opp, bytter lasten, for eksempel viklingene til motoren, direkte til forsyningsnettverket.

Som et resultat oppnås biter av nettspennings sinusbølge ved utgangen, og den ekvivalente utgangsfrekvensen (for motoren) blir mindre enn nettet, innenfor 60 % av det, det vil si fra 0 til 36 Hz for en 60 Hz input.

Slike egenskaper tillater ikke å endre parameterne til utstyret i industrien i et bredt spekter, derfor er etterspørselen etter disse løsningene lav. I tillegg er ikke-låsende tyristorer vanskelige å kontrollere, kostnadene for kretsene blir høyere og det er mye støy ved utgangen, kompensatorer er nødvendig, og som et resultat er dimensjonene høye og effektiviteten lav.

DC-tilkobling

Mye bedre i så henseende er frekvensomformere med en uttalt likestrømsforbindelse, hvor først vekselstrømmen blir likerettet, filtrert og deretter igjen gjennom en krets av elektroniske brytere omdannet til vekselstrøm med ønsket frekvens og amplitude. Her kan frekvensen være mye høyere. Selvfølgelig reduserer den doble konverteringen effektiviteten noe, men utgangsfrekvensparametrene samsvarer ganske enkelt med brukerens krav.

For å oppnå en ren sinusbølge på motorviklingene brukes en inverterkrets, hvor spenningen til ønsket form oppnås takket være pulsbreddemodulasjon (PWM)… De elektroniske bryterne her er låste tyristorer eller IGBT-transistorer.

Tyristorer tåler store impulsstrømmer, sammenlignet med transistorer, og det er derfor de i økende grad tyr til tyristorkretser, både i direktekommunikasjonsomformere og i omformere med mellomliggende DC-link, er virkningsgraden opptil 98 %.

For rettferdighets skyld merker vi at elektroniske frekvensomformere for strømnettet er en ikke-lineær belastning og genererer høyere harmoniske i den, noe som forringer strømkvaliteten.

Motorgenerator (umformer)

For å konvertere elektrisitet fra en av dens former til en annen, spesielt for å øke frekvensen av strømmen, uten å måtte ty til elektroniske løsninger, brukes såkalte umformers - motorgeneratorer. Slike maskiner fungerer som en leder av elektrisitet, men det er faktisk ingen direkte konvertering av elektrisitet, slik som i en transformator eller i en elektronisk frekvensomformer, som sådan.

Følgende alternativer er tilgjengelige her:

• likestrøm kan konverteres til vekselstrøm med høyere spenning og nødvendig frekvens;

• likestrøm kan oppnås fra vekselstrøm;

• direkte mekanisk konvertering av frekvensen med dens økning eller reduksjon;

• oppnå en trefasestrøm med den nødvendige frekvensen fra en enfasestrøm ved nettfrekvensen.

I sin kanoniske form er en motorgenerator en elektrisk motor hvis aksel er direkte koblet til generatoren. En stabiliserende enhet er installert ved utgangen av generatoren for å forbedre frekvens- og amplitudeparametrene til den genererte elektrisiteten.

I noen modeller av umformere inneholder armaturet spoler og en motor og generator som galvanisk isolert, og hvis ledninger er koblet til henholdsvis kollektoren og til utgangsringene.

I andre versjoner er det felles viklinger for begge strømmene, for eksempel er det ingen kollektor med sleperinger for å konvertere antall faser, men det lages ganske enkelt uttak fra statorviklingen for hver av utgangsfasene.Så en induksjonsmaskin konverterer enfasestrøm til trefasestrøm (i utgangspunktet identisk med økende frekvens).

Så motorgeneratoren lar deg transformere typen strøm, spenning, frekvens, antall faser. Fram til 70-tallet ble omformere av denne typen brukt i militærutstyret til USSR, hvor de drev spesielt lampeenheter. Enfase- og trefaseomformerne forsynes med en konstant spenning på 27 volt, og utgangen er en vekselspenning på 127 volt 50 hertz enfase eller 36 volt 400 hertz trefase.

Kraften til slike transformatorer når 4,5 kVA. Lignende maskiner brukes i elektriske lokomotiver, hvor en likespenning på 50 volt konverteres til en vekselspenning på 220 volt med en frekvens på opptil 425 hertz for å drive lysrør og 127 volt 50 hertz for å drive passasjerbarbermaskiner. De første datamaskinene ble ofte brukt av umformers for å drive dem.

Frem til i dag kan omformere finnes her og der: i trolleybusser, i trikker, i elektriske tog, hvor de er installert for å oppnå lav spenning for å drive kontrollkretser. Men nå er de allerede nesten fullstendig fortrengt av halvlederløsninger ( tyristorer og transistorer).

Motor-generator omformere er verdifulle for en rekke fordeler. For det første er det en pålitelig galvanisk isolasjon av utgangs- og inngangsstrømkretsene. For det andre er utgangen den reneste sinusbølgen uten forvrengning, ingen støy. Enheten er veldig enkel i design og derfor er vedlikehold ganske ressurskrevende.

Dette er en enkel måte å få trefasespenning på. Rotorens treghet jevner ut strømtoppene når belastningsparametrene endres brått.Og selvfølgelig er det veldig enkelt å gjenopprette strøm her.

Ikke uten sine feil. Omformere har bevegelige deler og derfor er ressursen deres begrenset. Masse, vekt, overflod av materialer og som et resultat en høy pris. Støyende arbeid, vibrasjoner. Behovet for hyppig smøring av lagre, rengjøring av samlere, utskifting av børster. Effektiviteten er innenfor 70 %.

Til tross for ulempene, brukes fortsatt mekaniske motorgeneratorer i den elektriske kraftindustrien for å konvertere store krefter. I fremtiden kan motorgeneratorer bidra til å matche 60 og 50 Hz nett eller gi nett økte krav til strømkvalitet. I dette tilfellet er det mulig å drive rotorviklingene til maskinen fra en laveffekts solid-state frekvensomformer.