Spôsoby, ako zvýšiť aktuálnu frekvenciu

Najpopulárnejšou metódou zvyšovania (alebo znižovania) frekvencie prúdu je dnes použitie frekvenčného meniča. Frekvenčné meniče umožňujú získať z jednofázového alebo trojfázového striedavého prúdu s priemyselnou frekvenciou (50 alebo 60 Hz) prúd s požadovanou frekvenciou, napríklad od 1 do 800 Hz, na napájanie jednofázového alebo trojfázového prúdu. fázovo-fázové motory.

Spolu s elektronickými frekvenčnými meničmi sa na zvýšenie aktuálnej frekvencie používajú aj elektrické indukčné frekvenčné meniče, v ktorých napríklad asynchrónny motor s vinutým rotorom pracuje čiastočne v generátorovom režime. Existujú tiež umformery — generátory motora, o ktorých sa bude diskutovať aj v tomto článku.

Elektronické frekvenčné meniče

Elektronické frekvenčné meniče umožňujú plynulé riadenie otáčok synchrónnych a asynchrónnych motorov vďaka plynulému zvýšeniu výstupnej frekvencie meniča na nastavenú hodnotu. Najjednoduchší prístup poskytuje nastavenie konštantnej charakteristiky U/f a pokročilejšie riešenia využívajú vektorové riadenie.

Frekvenčné meničezvyčajne obsahujú usmerňovač, ktorý premieňa striedavý prúd s výkonovou frekvenciou na jednosmerný prúd; za usmerňovačom je invertor v najjednoduchšej forme na báze PWM, ktorý premieňa konštantné napätie na striedavý zaťažovací prúd, pričom frekvencia a amplitúda sú už nastavené používateľom a tieto parametre sa môžu líšiť od parametrov siete vstup hore alebo dole.

Výstupným modulom elektronického frekvenčného meniča je najčastejšie tyristorový alebo tranzistorový mostík pozostávajúci zo štyroch alebo šiestich spínačov, ktoré tvoria potrebný prúd na napájanie záťaže, najmä elektromotora. Na výstup je pridaný EMC filter na vyhladenie šumu vo výstupnom napätí.

Ako bolo uvedené vyššie, elektronický frekvenčný menič používa na svoju činnosť ako spínače tyristory alebo tranzistory. Na ovládanie klávesov slúži mikroprocesorový modul, ktorý slúži ako ovládač a zároveň plní množstvo diagnostických a ochranných funkcií.

Medzitým sú frekvenčné meniče stále dvoch tried: s priamou väzbou a s jednosmernou väzbou. Pri výbere medzi týmito dvoma triedami sa zvažujú výhody a nevýhody oboch typov a určuje sa vhodnosť jedného alebo druhého na riešenie naliehavého problému.

Priama komunikácia

Priamo viazané meniče sa vyznačujú tým, že používajú riadený usmerňovač, v ktorom skupiny tyristorov postupne, odblokovaním, spínajú záťaž, napríklad vinutia motora, priamo do napájacej siete.

Výsledkom je, že na výstupe sa získajú bity sínusovej vlny sieťového napätia a ekvivalentná výstupná frekvencia (pre motor) bude nižšia ako sieťová frekvencia v rámci 60 % od nej, to znamená od 0 do 36 Hz pre 60 Hz. vstup.

Takéto charakteristiky neumožňujú meniť parametre zariadení v priemysle v širokom rozsahu, preto je dopyt po týchto riešeniach nízky. Okrem toho sa neblokovacie tyristory ťažko ovládajú, náklady na obvody sa zvyšujú a na výstupe je veľa šumu, sú potrebné kompenzátory a v dôsledku toho sú rozmery veľké a účinnosť je nízka.

DC pripojenie

Oveľa lepšie sú na tom v tomto smere frekvenčné meniče s výrazným jednosmerným zapojením, kde sa striedavý sieťový prúd najskôr usmerní, filtruje a potom opäť obvodom elektronických spínačov premieňa na striedavý prúd požadovanej frekvencie a amplitúdy. Tu môže byť frekvencia oveľa vyššia. Samozrejme, dvojitá konverzia trochu znižuje efektivitu, ale parametre výstupnej frekvencie jednoducho zodpovedajú požiadavkám používateľa.

Na získanie čistej sínusovej vlny na vinutí motora sa používa invertorový obvod, v ktorom sa napätie požadovaného tvaru získa vďaka pulzne šírková modulácia (PWM)… Elektronické spínače sú tu lock-in tyristory alebo IGBT tranzistory.

Tyristory odolávajú veľkým impulzným prúdom, v porovnaní s tranzistormi, preto sa čoraz viac uchyľuje k tyristorovým obvodom, a to ako v meničoch priamej komunikácie, tak aj v meničoch s medziobvodom, účinnosť je až 98%.

Pre spravodlivosť uvádzame, že elektronické frekvenčné meniče pre elektrickú sieť sú nelineárne zaťaženie a generujú v ňom vyššie harmonické, čo zhoršuje kvalitu elektrickej energie.

Motorgenerátor (umformer)

Na premenu elektriny z jednej z jej foriem na inú, najmä na zvýšenie frekvencie prúdu, bez toho, aby bolo potrebné uchýliť sa k elektronickým riešeniam, sa používajú takzvané umformery – motorgenerátory. Takéto stroje fungujú ako vodič elektriny, ale v skutočnosti nedochádza k priamej premene elektriny, ako napríklad v transformátore alebo v elektronickom frekvenčnom meniči ako takom.

K dispozícii sú nasledujúce možnosti:

• jednosmerný prúd možno premeniť na striedavý prúd s vyšším napätím a požadovanou frekvenciou;

• jednosmerný prúd možno získať zo striedavého prúdu;

• priama mechanická premena frekvencie s jej zvýšením alebo znížením;

• získanie trojfázového prúdu s požadovanou frekvenciou z jednofázového prúdu na frekvencii siete.

Vo svojej kanonickej forme je motor-generátor elektrický motor, ktorého hriadeľ je priamo spojený s generátorom. Na zlepšenie frekvenčných a amplitúdových parametrov vyrábanej elektriny je na výstupe generátora inštalované stabilizačné zariadenie.

V niektorých modeloch umformerov kotva obsahuje cievky a motor a generátor, ktorý galvanicky oddelenéa ktorých vodiče sú pripojené ku kolektoru a k výstupným krúžkom.

V iných verziách sú spoločné vinutia pre oba prúdy, napríklad neexistuje kolektor so zberacími krúžkami na konverziu počtu fáz, ale jednoducho sa z vinutia statora vyrábajú odbočky pre každú z výstupných fáz.Takže indukčný stroj premieňa jednofázový prúd na trojfázový prúd (v podstate identický so zvyšujúcou sa frekvenciou).

Motor-generátor vám teda umožňuje transformovať typ prúdu, napätie, frekvenciu, počet fáz. Do 70-tych rokov sa meniče tohto typu používali vo vojenskej výzbroji ZSSR, kde napájali najmä svietidlá. Jednofázové a trojfázové meniče sú napájané konštantným napätím 27 voltov a na výstupe je striedavé napätie 127 voltov 50 Hz jednofázové alebo 36 voltov 400 Hz trojfázové.

Výkon takýchto transformátorov dosahuje 4,5 kVA. Podobné stroje sa používajú v elektrických lokomotívach, kde sa jednosmerné napätie 50 voltov premieňa na striedavé napätie 220 voltov s frekvenciou až 425 hertzov na napájanie žiariviek a 127 voltov 50 hertzov na napájanie holiacich strojčekov pre cestujúcich. Prvé počítače často používali umformeri na ich napájanie.

Dodnes sa tu a tam nachádzajú umforméry: v trolejbusoch, električkách, elektrických vlakoch, kde sú inštalované na získanie nízkeho napätia na napájanie riadiacich obvodov. Teraz ich však už takmer úplne vytlačili polovodičové riešenia ( tyristory a tranzistory).

Meniče motor-generátor sú cenné pre množstvo výhod. Po prvé, je to spoľahlivé galvanické oddelenie výstupného a vstupného napájacieho obvodu. Po druhé, výstup je najčistejšia sínusoida bez skreslenia, bez šumu. Zariadenie je dizajnovo veľmi jednoduché, a preto je údržba pomerne náročná.

Toto je jednoduchý spôsob, ako získať trojfázové napätie. Zotrvačnosť rotora vyhladzuje prúdové špičky pri prudkej zmene parametrov zaťaženia.A samozrejme, je tu veľmi jednoduché obnoviť elektrinu.

Nie bez nedostatkov. Umformery majú pohyblivé časti, a preto sú ich zdroje obmedzené. Hmotnosť, hmotnosť, množstvo materiálov a v dôsledku toho vysoká cena. Hlučná práca, vibrácie. Potreba častého mazania ložísk, čistenie kolektorov, výmena kief. Účinnosť je do 70%.

Napriek nevýhodám sa mechanické motorgenerátory stále používajú v elektroenergetike na premenu veľkých výkonov. V budúcnosti môžu motorgenerátory pomôcť prispôsobiť 60 a 50 Hz sieťam alebo poskytnúť sieťam so zvýšenými požiadavkami na kvalitu energie. Napájanie rotorových vinutí stroja je v tomto prípade možné z polovodičového frekvenčného meniča s nízkym výkonom.