Τρόποι για να αυξήσετε την τρέχουσα συχνότητα

Η πιο δημοφιλής μέθοδος αύξησης (ή μείωσης) της συχνότητας του ρεύματος σήμερα είναι η χρήση μετατροπέα συχνότητας. Οι μετατροπείς συχνότητας καθιστούν δυνατή τη λήψη από μονοφασικό ή τριφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα με βιομηχανική συχνότητα (50 ή 60 Hz) ρεύματος με την απαιτούμενη συχνότητα, για παράδειγμα από 1 έως 800 Hz, για την τροφοδοσία μονοφασικού ή τριφασικού κινητήρες φάσης.

Μαζί με τους ηλεκτρονικούς μετατροπείς συχνότητας, για να αυξηθεί η συχνότητα ρεύματος, χρησιμοποιούνται επίσης ηλεκτρικοί μετατροπείς συχνότητας επαγωγής, στους οποίους, για παράδειγμα, ένας ασύγχρονος κινητήρας με περιτυλιγμένο ρότορα λειτουργεί εν μέρει σε λειτουργία γεννήτριας. Υπάρχουν επίσης umformers — γεννήτριες κινητήρα, οι οποίες θα συζητηθούν επίσης σε αυτό το άρθρο.

Ηλεκτρονικοί μετατροπείς συχνότητας

Οι ηλεκτρονικοί μετατροπείς συχνότητας σάς επιτρέπουν να ελέγχετε ομαλά την ταχύτητα των σύγχρονων και ασύγχρονων κινητήρων λόγω της ομαλής αύξησης της συχνότητας εξόδου του μετατροπέα στην καθορισμένη τιμή. Η απλούστερη προσέγγιση παρέχεται ορίζοντας ένα σταθερό χαρακτηριστικό V / f και οι πιο προηγμένες λύσεις χρησιμοποιούν διανυσματικό έλεγχο.

Μετατροπείς συχνότηταςσυνήθως περιλαμβάνουν έναν ανορθωτή που μετατρέπει το εναλλασσόμενο ρεύμα συχνότητας ισχύος σε συνεχές ρεύμα. μετά τον ανορθωτή υπάρχει ένας μετατροπέας στην απλούστερη μορφή του, βασισμένος στο PWM, ο οποίος μετατρέπει μια σταθερή τάση σε εναλλασσόμενο ρεύμα φορτίου και η συχνότητα και το πλάτος έχουν ήδη οριστεί από τον χρήστη και αυτές οι παράμετροι μπορεί να διαφέρουν από τις παραμέτρους δικτύου του εισαγωγή προς τα πάνω ή προς τα κάτω.

Η μονάδα εξόδου ενός ηλεκτρονικού μετατροπέα συχνότητας είναι συνήθως μια γέφυρα θυρίστορ ή τρανζίστορ που αποτελείται από τέσσερις ή έξι διακόπτες που σχηματίζουν το απαραίτητο ρεύμα για την παροχή του φορτίου, ιδιαίτερα του ηλεκτροκινητήρα. Ένα φίλτρο EMC προστίθεται στην έξοδο για εξομάλυνση του θορύβου στην τάση εξόδου.

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, ένας ηλεκτρονικός μετατροπέας συχνότητας χρησιμοποιεί θυρίστορ ή τρανζίστορ ως διακόπτες για τη λειτουργία του. Για τον έλεγχο των κλειδιών χρησιμοποιείται μια μονάδα μικροεπεξεργαστή, η οποία χρησιμεύει ως ελεγκτής και ταυτόχρονα εκτελεί μια σειρά από διαγνωστικές και προστατευτικές λειτουργίες.

Εν τω μεταξύ, οι μετατροπείς συχνότητας εξακολουθούν να είναι δύο τάξεων: απευθείας συζευγμένου και συζευγμένου DC. Κατά την επιλογή μεταξύ αυτών των δύο κατηγοριών, σταθμίζονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα και των δύο τύπων και προσδιορίζεται η καταλληλότητα του ενός ή του άλλου για την επίλυση ενός επείγοντος προβλήματος.

Άμεση επικοινωνία

Οι μετατροπείς απευθείας σύζευξης διακρίνονται από το γεγονός ότι χρησιμοποιούν έναν ελεγχόμενο ανορθωτή, στον οποίο ομάδες θυρίστορ διαδοχικά, ξεκλειδώνοντας, αλλάζουν το φορτίο, για παράδειγμα, τις περιελίξεις του κινητήρα, απευθείας στο δίκτυο τροφοδοσίας.

Ως αποτέλεσμα, λαμβάνονται κομμάτια ημιτονοειδούς κύματος τάσης δικτύου στην έξοδο και η ισοδύναμη συχνότητα εξόδου (για τον κινητήρα) γίνεται μικρότερη από το δίκτυο, εντός του 60% του, δηλαδή από 0 έως 36 Hz για 60 Hz εισαγωγή.

Τέτοια χαρακτηριστικά δεν επιτρέπουν την αλλαγή των παραμέτρων του εξοπλισμού στη βιομηχανία σε ένα ευρύ φάσμα, επομένως η ζήτηση για αυτές τις λύσεις είναι χαμηλή. Επιπλέον, τα μη κλειδωμένα θυρίστορ είναι δύσκολο να ελεγχθούν, το κόστος των κυκλωμάτων γίνεται υψηλότερο και υπάρχει πολύς θόρυβος στην έξοδο, χρειάζονται αντισταθμιστές και ως αποτέλεσμα οι διαστάσεις είναι υψηλές και η απόδοση χαμηλή.

Σύνδεση DC

Πολύ καλύτεροι από αυτή την άποψη είναι οι μετατροπείς συχνότητας με έντονη σύνδεση συνεχούς ρεύματος, όπου πρώτα το εναλλασσόμενο ρεύμα δικτύου διορθώνεται, φιλτράρεται και μετά πάλι μέσω ενός κυκλώματος ηλεκτρονικών διακοπτών μετατρέπεται σε εναλλασσόμενο ρεύμα της απαιτούμενης συχνότητας και πλάτους. Εδώ η συχνότητα μπορεί να είναι πολύ μεγαλύτερη. Φυσικά, η διπλή μετατροπή μειώνει κάπως την απόδοση, αλλά οι παράμετροι συχνότητας εξόδου απλώς ταιριάζουν με τις απαιτήσεις του χρήστη.

Για να ληφθεί ένα καθαρό ημιτονοειδές κύμα στις περιελίξεις του κινητήρα, χρησιμοποιείται ένα κύκλωμα μετατροπέα, στο οποίο επιτυγχάνεται η τάση του επιθυμητού σχήματος χάρη στο διαμόρφωση πλάτους παλμού (PWM)… Οι ηλεκτρονικοί διακόπτες εδώ είναι θυρίστορ κλειδώματος ή τρανζίστορ IGBT.

Τα θυρίστορ αντέχουν μεγάλα παλμικά ρεύματα, σε σύγκριση με τα τρανζίστορ, γι' αυτό και καταφεύγουν όλο και περισσότερο σε κυκλώματα θυρίστορ, τόσο σε μετατροπείς άμεσης επικοινωνίας όσο και σε μετατροπείς με ενδιάμεση σύνδεση DC, η απόδοση είναι έως και 98%.

Για λόγους δικαιοσύνης, σημειώνουμε ότι οι ηλεκτρονικοί μετατροπείς συχνότητας για το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας είναι ένα μη γραμμικό φορτίο και δημιουργούν υψηλότερες αρμονικές σε αυτό, γεγονός που υποβαθμίζει την ποιότητα ισχύος.

Γεννήτρια κινητήρα (umformer)

Προκειμένου να μετατραπεί η ηλεκτρική ενέργεια από μια από τις μορφές της σε άλλη, ιδίως για να αυξηθεί η συχνότητα του ρεύματος, χωρίς να χρειάζεται να καταφύγουμε σε ηλεκτρονικές λύσεις, χρησιμοποιούνται τα λεγόμενα umformers - γεννήτριες κινητήρα. Τέτοιες μηχανές λειτουργούν ως αγωγοί ηλεκτρισμού, αλλά στην πραγματικότητα δεν υπάρχει άμεση μετατροπή του ηλεκτρισμού, όπως σε μετασχηματιστή ή σε ηλεκτρονικό μετατροπέα συχνότητας, ως τέτοια.

Οι ακόλουθες επιλογές είναι διαθέσιμες εδώ:

• Το συνεχές ρεύμα μπορεί να μετατραπεί σε εναλλασσόμενο ρεύμα με υψηλότερη τάση και την απαιτούμενη συχνότητα.

• συνεχές ρεύμα μπορεί να ληφθεί από εναλλασσόμενο ρεύμα.

• άμεση μηχανική μετατροπή της συχνότητας με την αύξηση ή τη μείωση της.

• λήψη τριφασικού ρεύματος με την απαιτούμενη συχνότητα από μονοφασικό ρεύμα στη συχνότητα του δικτύου.

Στην κανονική του μορφή, ένας κινητήρας-γεννήτρια είναι ένας ηλεκτροκινητήρας του οποίου ο άξονας συνδέεται απευθείας με τη γεννήτρια. Μια συσκευή σταθεροποίησης εγκαθίσταται στην έξοδο της γεννήτριας για τη βελτίωση των παραμέτρων συχνότητας και πλάτους της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας.

Σε ορισμένα μοντέλα umformers, ο οπλισμός περιέχει πηνία και έναν κινητήρα και μια γεννήτρια που γαλβανικά απομονωμένο, και των οποίων τα καλώδια συνδέονται με τον συλλέκτη και τους δακτυλίους εξόδου, αντίστοιχα.

Σε άλλες εκδόσεις, υπάρχουν κοινές περιελίξεις και για τα δύο ρεύματα, για παράδειγμα, δεν υπάρχει συλλέκτης με δακτυλίους ολίσθησης για τη μετατροπή του αριθμού των φάσεων, αλλά απλώς γίνονται κρουνοί από την περιέλιξη του στάτορα για κάθε μία από τις φάσεις εξόδου.Έτσι μια επαγωγική μηχανή μετατρέπει μονοφασικό ρεύμα σε τριφασικό ρεύμα (βασικά ταυτόσημο με την αύξηση της συχνότητας).

Έτσι, ο κινητήρας-γεννήτρια σας επιτρέπει να μετατρέψετε τον τύπο του ρεύματος, της τάσης, της συχνότητας, του αριθμού των φάσεων. Μέχρι τη δεκαετία του '70, οι μετατροπείς αυτού του τύπου χρησιμοποιήθηκαν στον στρατιωτικό εξοπλισμό της ΕΣΣΔ, όπου τροφοδοτούσαν, ειδικότερα, συσκευές λαμπτήρων. Οι μονοφασικοί και τριφασικοί μετατροπείς τροφοδοτούνται με σταθερή τάση 27 βολτ και η έξοδος είναι εναλλασσόμενη τάση 127 βολτ 50 Hertz μονοφασικός ή 36 volt 400 Hertz τριφασικός.

Η ισχύς τέτοιων μετασχηματιστών φτάνει τα 4,5 kVA. Παρόμοια μηχανήματα χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρικές ατμομηχανές, όπου μια άμεση τάση 50 βολτ μετατρέπεται σε εναλλασσόμενη τάση 220 βολτ με συχνότητα έως και 425 hertz για την τροφοδοσία λαμπτήρων φθορισμού και 127 volts 50 hertz για την τροφοδοσία των ξυριστικών μηχανών επιβατών. Οι πρώτοι υπολογιστές χρησιμοποιήθηκαν συχνά από umformers για να τους τροφοδοτήσουν.

Μέχρι σήμερα, τα umformers μπορούν να βρεθούν εδώ κι εκεί: σε τρόλεϊ, σε τραμ, σε ηλεκτρικά τρένα, όπου εγκαθίστανται για να αποκτήσουν χαμηλή τάση για την τροφοδοσία κυκλωμάτων ελέγχου. Αλλά τώρα έχουν ήδη μετατοπιστεί σχεδόν πλήρως από λύσεις ημιαγωγών ( θυρίστορ και τρανζίστορ).

Οι μετατροπείς γεννήτριας κινητήρα είναι πολύτιμοι για μια σειρά από πλεονεκτήματα. Πρώτον, είναι μια αξιόπιστη γαλβανική απομόνωση των κυκλωμάτων ισχύος εξόδου και εισόδου. Δεύτερον, η έξοδος είναι το πιο καθαρό ημιτονοειδές κύμα χωρίς παραμόρφωση, χωρίς θόρυβο. Η συσκευή είναι πολύ απλή στο σχεδιασμό και επομένως η συντήρηση είναι αρκετά πολυμήχανη.

Αυτός είναι ένας εύκολος τρόπος για να αποκτήσετε τάση τριών φάσεων. Η αδράνεια του ρότορα εξομαλύνει τις αιχμές του ρεύματος όταν οι παράμετροι του φορτίου αλλάζουν απότομα.Και φυσικά, είναι πολύ εύκολο να αποκατασταθεί η ηλεκτρική ενέργεια εδώ.

Όχι χωρίς τα ελαττώματα του. Τα Umformers έχουν κινούμενα μέρη και επομένως οι πόροι τους είναι περιορισμένοι. Μάζα, βάρος, αφθονία υλικών και, κατά συνέπεια, υψηλή τιμή. Θορυβώδεις εργασίες, δονήσεις. Η ανάγκη για συχνή λίπανση ρουλεμάν, καθαρισμός συλλεκτών, αντικατάσταση βουρτσών. Η απόδοση είναι εντός 70%.

Παρά τα μειονεκτήματα, οι μηχανικές γεννήτριες κινητήρων εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία ηλεκτρικής ενέργειας για τη μετατροπή μεγάλων δυνάμεων. Στο μέλλον, οι γεννήτριες κινητήρα μπορεί να βοηθήσουν στην αντιστοίχιση δικτύων 60 και 50 Hz ή να παρέχουν δίκτυα με αυξημένες απαιτήσεις ποιότητας ισχύος. Η τροφοδοσία των περιελίξεων του ρότορα του μηχανήματος σε αυτήν την περίπτωση είναι δυνατή από έναν μετατροπέα συχνότητας στερεάς κατάστασης χαμηλής ισχύος.