Начини за увеличаване на честотата на тока

Най -популярният метод за увеличаване (или намаляване) на честотата на тока днес е използването на честотен преобразувател. Честотните преобразуватели дават възможност да се получи от еднофазен или трифазен променлив ток с промишлена честота (50 или 60 Hz) ток с необходимата честота, например от 1 до 800 Hz, за захранване на еднофазен или трифазен -фазни двигатели.

Заедно с електронни честотни преобразуватели, за да се увеличи текущата честота, се използват и електрически индукционни честотни преобразуватели, при които например асинхронен двигател с навит ротор работи частично в режим генератор. Има и умформери — генератори на двигатели, които също ще бъдат разгледани в тази статия.

Електронни честотни преобразуватели

Електронните честотни преобразуватели ви позволяват плавно да контролирате скоростта на синхронни и асинхронни двигатели поради плавно увеличаване на честотата на изхода на преобразувателя до зададената стойност. Най -простият подход се осигурява чрез задаване на постоянна V / f характеристика, а по -прогресивните решения използват векторно управление.

Честотни преобразувателиобикновено включват токоизправител, който преобразува променлив ток с честота на мощност в постоянен ток; след токоизправителя има инвертор в най -простата му форма, базиран на PWM, който преобразува постоянно напрежение в променлив ток на натоварване, а честотата и амплитудата вече са зададени от потребителя и тези параметри могат да се различават от мрежовите параметри на входа нагоре или надолу.

Изходният модул на електронен честотен преобразувател най -често е тиристорен или транзисторен мост, състоящ се от четири или шест ключа, които образуват необходимия ток за захранване на товара, по -специално на електродвигателя. За изглаждане на шума в изходното напрежение към изхода се добавя ЕМС филтър.

Както бе споменато по -горе, електронният честотен преобразувател използва тиристори или транзистори като превключватели за своята работа. За управление на клавишите се използва микропроцесорен модул, който служи като контролер и в същото време изпълнява редица диагностични и защитни функции.

Междувременно честотните преобразуватели все още са от два класа: с директна връзка и с междинна DC връзка. При избора между тези два класа се претеглят предимствата и недостатъците на двата вида и се определя целесъобразността на един или друг за решаване на спешен проблем.

Директна комуникация

Преобразувателите с директно свързване се отличават с факта, че използват контролиран токоизправител, при който групи тиристори последователно, отключвайки, превключват товара, например намотките на двигателя, директно към захранващата мрежа.

В резултат на това на изхода се получават парчета синусоиди на мрежовото напрежение, а еквивалентната честота на изхода (за двигателя) става по -малка от мрежата, в рамките на 60% от нея, тоест от 0 до 36 Hz за вход от 60 Hz.

Такива характеристики не позволяват да се променят параметрите на оборудването в промишлеността в широк диапазон, поради което търсенето на тези решения е ниско. В допълнение, незаключващите се тиристори са трудни за управление, цената на схемите става по-висока и има много шум на изхода, необходими са компенсатори и в резултат на това размерите са високи и ефективността е ниска .

DC връзка

Много по -добри в това отношение са честотните преобразуватели с ясно изразена връзка с постоянен ток, където първо променливият мрежов ток се коригира, филтрира и след това отново чрез верига на електронни ключове се преобразува в променлив ток с необходимата честота и амплитуда. Тук честотата може да бъде много по -висока. Разбира се, двойното преобразуване донякъде намалява ефективността, но параметрите на изходната честота просто съответстват на изискванията на потребителя.

За да се получи чист синус върху намотките на двигателя, се използва инверторна верига, в която напрежението с желаната форма се получава благодарение на широчинно -импулсна модулация (ШИМ)… Електронните ключове тук са заключващи тиристори или IGBT транзистори.

Тиристорите издържат на големи импулсни токове, в сравнение с транзисторите, поради което те все по -често прибягват до тиристорни схеми, както в преобразуватели с директна комуникация, така и в преобразуватели с междинна DC връзка, ефективността е до 98%.

Заради справедливостта отбелязваме, че електронните честотни преобразуватели за захранващата мрежа са нелинеен товар и генерират по-високи хармоници в нея, което влошава качеството на мощността.

Моторен генератор (умформер)

За да се преобразува електричеството от една от формите му в друга, по -специално, за да се увеличи честотата на тока, без да е необходимо да се прибягва до електронни решения, се използват така наречените умформери — моторни генератори. Такива машини функционират като проводник на електричество, но всъщност няма директно преобразуване на електричество, като например в трансформатор или в електронен честотен преобразувател, като такъв.

Тук са налични следните опции:

• постоянният ток може да се преобразува в променлив ток с по -високо напрежение и необходимата честота;

• постоянен ток може да се получи от променлив ток;

• директно механично преобразуване на честотата с неговото увеличаване или намаляване;

• получаване на трифазен ток с необходимата честота от еднофазен ток на мрежовата честота.

В своята канонична форма мотор-генератор е електрически двигател, чийто вал е директно свързан с генератора. На изхода на генератора е инсталирано стабилизиращо устройство за подобряване на честотните и амплитудни параметри на генерираната електроенергия.

В някои модели умформери арматурата съдържа намотки и мотор и генератор, които галванично изолиран, и чиито проводници са свързани съответно към колектора и към изходните пръстени.

В други версии има общи намотки и за двата тока, например няма колектор с плъзгащи пръстени за преобразуване на броя на фазите, а просто се правят кранове от намотката на статора за всяка от изходните фази. Така че асинхронната машина преобразува еднофазен ток в трифазен (по принцип е идентичен с увеличаване на честотата).

И така, двигателят-генератор ви позволява да трансформирате типа на тока, напрежението, честотата, броя на фазите. До 70 -те години преобразуватели от този тип са били използвани във военната техника на СССР, където са захранвали, по -специално, устройства на лампи. Еднофазните и трифазните преобразуватели се захранват с постоянно напрежение от 27 волта, а изходът е променливо напрежение от 127 волта 50 херца еднофазно или 36 волта 400 херца трифазно.

Мощността на такива умформери достига 4,5 kVA. Подобни машини се използват в електрически локомотиви, където постоянно напрежение от 50 волта се преобразува в променливо напрежение от 220 волта с честота до 425 херца за захранване на флуоресцентни лампи и 127 волта 50 херца за захранване на самобръсначките на пътниците. Първите компютри често се използват от умформери за захранването им.

И до днес умформери могат да се намерят тук и там: в тролейбуси, в трамваи, в електрически влакове, където са инсталирани, за да се получи ниско напрежение за захранване на управляващи вериги.Но сега те вече са почти напълно изместени от полупроводникови решения (тиристори и транзистори).

Преобразувателите от тип мотор-генератор са ценни за редица предимства. Първо, това е надеждна галванична изолация на изходните и входните захранващи вериги. Второ, изходът е най -чистият синус без смущения, без шум. Устройството е много просто в дизайна и затова поддръжката е доста изобретателна.

Това е лесен начин да получите трифазно напрежение. Инерцията на ротора изглажда скоковете на тока, когато параметрите на натоварването се променят рязко. И разбира се, тук е много лесно да се възстанови електричеството.

Не без своите недостатъци. Umformers имат движещи се части и следователно техният ресурс е ограничен. Маса, тегло, изобилие от материали и в резултат — висока цена. Шумна работа, вибрации. Необходимостта от често смазване на лагери, почистване на колектори, подмяна на четки. Ефективността е в рамките на 70%.

Въпреки недостатъците, механичните генератори на двигатели все още се използват в електроенергийната промишленост за преобразуване на големи мощности. В бъдеще моторните генератори може да помогнат за съпоставяне на мрежи с честоти 60 и 50 Hz или за осигуряване на мрежи с повишени изисквания за качеството на електроенергията. Захранването на намотките на ротора на машината в този случай е възможно от твърдотелен честотен преобразувател с ниска мощност.