Måder at øge den aktuelle frekvens

Den mest populære metode til at øge (eller mindske) strømfrekvensen i dag er at bruge en frekvensomformer. Frekvensomformere gør det muligt fra enfaset eller trefaset vekselstrøm med en industriel frekvens (50 eller 60 Hz) at opnå en strøm med den nødvendige frekvens, for eksempel fra 1 til 800 Hz, til at forsyne enfaset eller tre- fase-fase motorer.

Sammen med elektroniske frekvensomformere, for at øge strømfrekvensen, bruges også elektriske induktionsfrekvensomformere, hvor for eksempel en asynkronmotor med en viklet rotor arbejder delvist i generatortilstand. Der er også umformere - motorgeneratorer, som også vil blive diskuteret i denne artikel.

Elektroniske frekvensomformere

Elektroniske frekvensomformere giver dig mulighed for jævnt at kontrollere hastigheden af ​​synkrone og asynkrone motorer på grund af en jævn stigning i konverterens udgangsfrekvens til den indstillede værdi. Den enkleste tilgang er tilvejebragt ved at indstille en konstant V/f-karakteristik, og mere avancerede løsninger bruger vektorstyring.

Frekvensomformereomfatter sædvanligvis en ensretter, der konverterer strømfrekvens vekselstrøm til jævnstrøm; efter ensretteren er der en inverter i sin enkleste form, baseret på PWM, som konverterer en konstant spænding til en veksellaststrøm, og frekvensen og amplituden er allerede indstillet af brugeren, og disse parametre kan afvige fra netværksparametrene for input op eller ned.

Udgangsmodulet på en elektronisk frekvensomformer er oftest en tyristor eller transistorbro bestående af fire eller seks kontakter, der danner den nødvendige strøm til at forsyne belastningen, især den elektriske motor. Et EMC-filter tilføjes til udgangen for at udjævne støjen i udgangsspændingen.

Som nævnt ovenfor bruger en elektronisk frekvensomformer tyristorer eller transistorer som omskiftere til dens drift. Et mikroprocessormodul bruges til at styre tasterne, som fungerer som en controller og samtidig udfører en række diagnostiske og beskyttende funktioner.

I mellemtiden er frekvensomformere stadig af to klasser: direkte koblede og DC-koblede. Når der vælges mellem disse to klasser, afvejes fordele og ulemper ved begge typer, og den ene eller den andens egnethed til at løse et presserende problem bestemmes.

Direkte kommunikation

Direkte koblede omformere er kendetegnet ved, at de bruger en styret ensretter, hvor grupper af tyristorer sekventielt, oplåsning, skifter belastningen, for eksempel motorens viklinger, direkte til forsyningsnettet.

Som et resultat opnås bits af netspændingens sinusbølge ved udgangen, og den ækvivalente udgangsfrekvens (for motoren) bliver mindre end nettet inden for 60 % af det, det vil sige fra 0 til 36 Hz for en 60 Hz input.

Sådanne egenskaber tillader ikke at ændre parametrene for udstyret i industrien i en bred vifte, derfor er efterspørgslen efter disse løsninger lav. Derudover er ikke-låsende tyristorer svære at kontrollere, omkostningerne til kredsløbene bliver højere, og der er meget støj ved udgangen, kompensatorer er nødvendige, og som et resultat er dimensionerne høje og effektiviteten lav.

DC forbindelse

Meget bedre i denne henseende er frekvensomformere med en udtalt jævnstrømsforbindelse, hvor først vekselstrømsnettet ensrettes, filtreres og så igen gennem et kredsløb af elektroniske afbrydere omdannes til vekselstrøm med den nødvendige frekvens og amplitude. Her kan frekvensen være meget højere. Den dobbelte konvertering reducerer naturligvis effektiviteten noget, men udgangsfrekvensparametrene matcher simpelthen brugerens krav.

For at opnå en ren sinusbølge på motorviklingerne anvendes et inverterkredsløb, hvor spændingen af ​​den ønskede form opnås takket være pulsbreddemodulation (PWM)… De elektroniske kontakter her er lock-in tyristorer eller IGBT transistorer.

Tyristorer modstår store impulsstrømme, sammenlignet med transistorer, hvorfor de i stigende grad tyer til tyristorkredsløb, både i direkte kommunikationskonvertere og i omformere med mellemliggende DC-link, er virkningsgraden op til 98%.

For retfærdighedens skyld bemærker vi, at elektroniske frekvensomformere til strømnettet er en ikke-lineær belastning og genererer højere harmoniske i den, hvilket forringer strømkvaliteten.

Motorgenerator (umformer)

For at konvertere elektricitet fra en af ​​dens former til en anden, især for at øge strømmens frekvens, uden at det er nødvendigt at ty til elektroniske løsninger, bruges såkaldte umformere - motorgeneratorer. Sådanne maskiner fungerer som en leder af elektricitet, men der er faktisk ingen direkte konvertering af elektricitet, såsom i en transformer eller i en elektronisk frekvensomformer, som sådan.

Følgende muligheder er tilgængelige her:

• jævnstrøm kan omdannes til vekselstrøm med en højere spænding og den nødvendige frekvens;

• jævnstrøm kan opnås fra vekselstrøm;

• direkte mekanisk konvertering af frekvensen med dens stigning eller fald;

• opnåelse af en trefaset strøm med den nødvendige frekvens fra en enfaset strøm ved netfrekvensen.

I sin kanoniske form er en motorgenerator en elektrisk motor, hvis aksel er direkte forbundet med generatoren. En stabiliseringsenhed er installeret ved udgangen af ​​generatoren for at forbedre frekvens- og amplitudeparametrene for den genererede elektricitet.

I nogle modeller af umformere indeholder ankeret spoler og en motor og generator, som galvanisk isoleret, og hvis ledninger er forbundet til henholdsvis kollektoren og til udgangsringene.

I andre versioner er der fælles viklinger for begge strømme, for eksempel er der ingen kollektor med slæberinge til at konvertere antallet af faser, men der laves blot udtag fra statorviklingen for hver af udgangsfaserne.Så en induktionsmaskine konverterer enfaset strøm til trefaset strøm (dybest set identisk med stigende frekvens).

Så motorgeneratoren giver dig mulighed for at transformere typen af ​​strøm, spænding, frekvens, antal faser. Indtil 70'erne blev konvertere af denne type brugt i militærudstyret i USSR, hvor de især drev lampeanordninger. De enfasede og trefasede omformere forsynes med en konstant spænding på 27 volt, og udgangen er en vekselspænding på 127 volt 50 hertz enfaset eller 36 volt 400 hertz trefaset.

Effekten af ​​sådanne transformere når 4,5 kVA. Lignende maskiner bruges i elektriske lokomotiver, hvor en jævnspænding på 50 volt omdannes til en vekselspænding på 220 volt med en frekvens på op til 425 hertz til at drive lysstofrør og 127 volt 50 hertz til at drive passagerbarbermaskiner. De første computere blev ofte brugt af umformere til at drive dem.

Den dag i dag kan omformere findes hist og her: i trolleybusser, i sporvogne, i elektriske tog, hvor de er installeret for at opnå en lav spænding til strømforsyning af styrekredsløb. Men nu er de allerede næsten fuldstændig fortrængt af halvlederløsninger ( tyristorer og transistorer).

Motor-generator omformere er værdifulde for en række fordele. For det første er det en pålidelig galvanisk isolering af udgangs- og indgangsstrømkredsløbene. For det andet er output den reneste sinusbølge uden forvrængning, ingen støj. Enheden er meget enkel i designet, og vedligeholdelsen er derfor ret ressourcestærk.

Dette er en nem måde at få trefaset spænding på. Rotorens inerti udjævner strømspidserne, når belastningsparametrene ændres brat.Og selvfølgelig er det meget nemt at genoprette strømmen her.

Ikke uden sine fejl. Omformere har bevægelige dele, og derfor er deres ressource begrænset. Masse, vægt, overflod af materialer og som et resultat en høj pris. Støjende arbejde, vibrationer. Behovet for hyppig smøring af lejer, rengøring af samlere, udskiftning af børster. Effektiviteten er inden for 70%.

På trods af ulemperne bruges mekaniske motorgeneratorer stadig i elindustrien til at konvertere store kræfter. I fremtiden kan motorgeneratorer hjælpe med at matche 60 og 50 Hz net eller give net med øgede krav til strømkvalitet. I dette tilfælde er det muligt at drive maskinens rotorviklinger fra en laveffekts solid-state frekvensomformer.