Modalități de creștere a frecvenței curente

Cea mai populară metodă de creștere (sau scădere) a frecvenței curentului astăzi este utilizarea unui convertor de frecvență. Convertizoarele de frecvență fac posibilă obținerea din curent alternativ monofazat sau trifazat cu o frecvență industrială (50 sau 60 Hz) a unui curent cu frecvența necesară, de exemplu de la 1 la 800 Hz, pentru a alimenta monofazat sau trifazat. motoare faza-fazata.

Alături de convertoarele electronice de frecvență, pentru a crește frecvența curentului, se folosesc și convertoare electrice de frecvență cu inducție, în care, de exemplu, un motor asincron cu rotor bobinat funcționează parțial în modul generator. Există, de asemenea, umformatori — generatoare de motoare, despre care vor fi discutate și în acest articol.

Convertoare electronice de frecvență

Convertizoarele electronice de frecvență vă permit să controlați fără probleme viteza motoarelor sincrone și asincrone datorită creșterii line a frecvenței de ieșire a convertorului până la valoarea setată. Cea mai simplă abordare este oferită prin setarea unei caracteristici V/f constante, iar soluțiile mai avansate folosesc controlul vectorial.

Convertoare de frecvențăinclude de obicei un redresor care convertește curentul alternativ de frecvență de putere în curent continuu; după redresor există un invertor în forma sa cea mai simplă, bazată pe PWM, care convertește o tensiune constantă într-un curent de sarcină alternativ, iar frecvența și amplitudinea sunt deja setate de utilizator, iar acești parametri pot diferi de parametrii de rețea ai rețelei. intrare în sus sau în jos.

Modulul de ieșire al unui convertor electronic de frecvență este cel mai adesea un tiristor sau o punte de tranzistor constând din patru sau șase întrerupătoare care formează curentul necesar pentru a alimenta sarcina, în special motorul electric. La ieșire este adăugat un filtru EMC pentru a atenua zgomotul din tensiunea de ieșire.

După cum sa menționat mai sus, un convertor de frecvență electronic folosește tiristoare sau tranzistoare ca comutatoare pentru funcționarea sa. Pentru controlul tastelor este utilizat un modul cu microprocesor, care servește ca controler și în același timp realizează o serie de funcții de diagnosticare și protecție.

Între timp, convertoarele de frecvență sunt încă din două clase: cuplate direct și cuplate DC. Atunci când se alege între aceste două clase, se cântăresc avantajele și dezavantajele ambelor tipuri și se determină oportunitatea uneia sau celeilalte pentru a rezolva o problemă urgentă.

Comunicare directă

Convertizoarele cu cuplare directă se disting prin faptul că folosesc un redresor controlat, în care grupurile de tiristoare, deblocându-se secvențial, comută sarcina, de exemplu, înfășurările motorului, direct la rețeaua de alimentare.

Ca rezultat, la ieșire se obțin biți de undă sinusoidală a tensiunii rețelei, iar frecvența de ieșire echivalentă (pentru motor) devine mai mică decât grila, în 60% din aceasta, adică de la 0 la 36 Hz pentru un 60 Hz. intrare.

Astfel de caracteristici nu permit modificarea parametrilor echipamentelor din industrie într-o gamă largă, prin urmare cererea pentru aceste soluții este scăzută. În plus, tiristoarele fără blocare sunt greu de controlat, costul circuitelor devine mai mare și există mult zgomot la ieșire, sunt necesare compensatoare și, ca urmare, dimensiunile sunt mari și eficiența este scăzută.

Conexiune DC

Mult mai bune în acest sens sunt convertizoarele de frecvență cu o conexiune pronunțată de curent continuu, unde mai întâi curentul alternativ de rețea este redresat, filtrat și apoi din nou printr-un circuit de întrerupătoare electronice este convertit în curent alternativ cu frecvența și amplitudinea necesară. Aici frecvența poate fi mult mai mare. Desigur, dubla conversie reduce oarecum eficiența, dar parametrii frecvenței de ieșire pur și simplu se potrivesc cerințelor utilizatorului.

Pentru a obține o undă sinusoidală pură pe înfășurările motorului, se utilizează un circuit invertor, în care se obține tensiunea formei dorite datorită modularea lățimii impulsului (PWM)… Comutatoarele electronice de aici sunt tiristoare blocate sau tranzistoare IGBT.

Tiristoarele suportă curenți de impuls mari, în comparație cu tranzistoarele, motiv pentru care recurg din ce în ce mai mult la circuitele tiristoare, atât în ​​convertoarele de comunicație directă, cât și în convertoarele cu legătură intermediară DC, randamentul este de până la 98%.

Din motive de corectitudine, observăm că convertoarele electronice de frecvență pentru rețeaua de alimentare sunt o sarcină neliniară și generează armonici mai mari în ea, ceea ce deteriorează calitatea puterii.

Motor generator (umformer)

Pentru a converti energia electrică dintr-una din formele sale în alta, în special, pentru a crește frecvența curentului, fără a fi nevoie de a recurge la soluții electronice, se folosesc așa-numitele umformatoare - generatoare de motoare. Astfel de mașini funcționează ca un conductor de electricitate, dar de fapt nu există o conversie directă a electricității, cum ar fi într-un transformator sau într-un convertor electronic de frecvență, ca atare.

Următoarele opțiuni sunt disponibile aici:

• curentul continuu poate fi transformat în curent alternativ cu o tensiune mai mare și cu frecvența necesară;

• curentul continuu poate fi obtinut din curent alternativ;

• conversia mecanică directă a frecvenței cu creșterea sau scăderea acesteia;

• obţinerea unui curent trifazat cu frecvenţa necesară dintr-un curent monofazat la frecvenţa reţelei.

În forma sa canonică, un motor-generator este un motor electric al cărui arbore este conectat direct la generator. Un dispozitiv de stabilizare este instalat la ieșirea generatorului pentru a îmbunătăți parametrii de frecvență și amplitudine ai energiei electrice generate.

La unele modele de umformatoare, armătura conține bobine și un motor și un generator care izolat galvanic, și ale căror fire sunt conectate la colector și, respectiv, la inelele de ieșire.

În alte versiuni, există înfășurări comune pentru ambii curenți, de exemplu, nu există un colector cu inele colectoare pentru a converti numărul de faze, ci pur și simplu se fac robinete din înfășurarea statorului pentru fiecare dintre fazele de ieșire.Deci, o mașină de inducție convertește curentul monofazat în curent trifazat (practic identic cu creșterea frecvenței).

Deci, motorul-generator vă permite să transformați tipul de curent, tensiune, frecvență, număr de faze. Până în anii 70, convertizoarele de acest tip erau folosite în echipamentele militare ale URSS, unde alimentau, în special, dispozitivele cu lămpi. Convertizoarele monofazate și trifazate sunt alimentate cu o tensiune constantă de 27 volți, iar ieșirea este o tensiune alternativă de 127 volți 50 herți monofazat sau 36 volți 400 hertzi trifazat.

Puterea unor astfel de transformatoare ajunge la 4,5 kVA. Mașini similare sunt folosite în locomotivele electrice, unde o tensiune continuă de 50 volți este convertită într-o tensiune alternativă de 220 volți cu o frecvență de până la 425 herți pentru a alimenta lămpi fluorescente și 127 volți 50 herți pentru a alimenta aparatele de ras pentru pasageri. Primele computere au fost adesea folosite de către cei care le formează pentru a le alimenta.

Până în ziua de azi, umformatoare se găsesc ici și colo: în troleibuze, în tramvaie, în trenuri electrice, unde sunt instalate pentru a obține o tensiune joasă pentru alimentarea circuitelor de control.Dar acum au fost deja aproape complet înlocuite de soluții de semiconductori ( tiristoare). și tranzistori).

Convertoarele motor-generator sunt valoroase pentru o serie de avantaje. În primul rând, este o izolație galvanică fiabilă a circuitelor de ieșire și de intrare. În al doilea rând, ieșirea este cea mai pură undă sinusoidală, fără distorsiuni, fără zgomot. Dispozitivul este foarte simplu în design și, prin urmare, întreținerea este destul de plină de resurse.

Aceasta este o modalitate ușoară de a obține tensiune trifazată. Inerția rotorului netezește vârfurile de curent atunci când parametrii de sarcină se modifică brusc.Și, desigur, este foarte ușor să restabiliți electricitatea aici.

Nu fără defectele sale. Umformatorii au părți mobile și, prin urmare, resursele lor sunt limitate. Masa, greutatea, abundența materialelor și, ca urmare, un preț ridicat. Lucru zgomotos, vibrații. Necesitatea lubrifierii frecvente a rulmenților, curățarea colectoarelor, înlocuirea periilor. Eficiența este de 70%.

În ciuda dezavantajelor, generatoarele mecanice cu motoare sunt încă folosite în industria energiei electrice pentru a converti puteri mari. În viitor, generatoarele de motoare pot ajuta la potrivirea rețelelor de 60 și 50 Hz sau pot oferi rețele cu cerințe sporite de calitate a energiei. Alimentarea înfășurărilor rotorului mașinii în acest caz este posibilă de la un convertor de frecvență cu semiconductor de putere redusă.