Sätt att öka den aktuella frekvensen

Den mest populära metoden för att öka (eller minska) strömfrekvensen idag är att använda en frekvensomvandlare. Frekvensomformare gör det möjligt att från enfas eller trefas växelström med industriell frekvens (50 eller 60 Hz) få en ström med erforderlig frekvens, till exempel från 1 till 800 Hz, för att driva enfas eller trefas. fas-fas motorer.

Tillsammans med elektroniska frekvensomformare, för att öka strömfrekvensen, används också elektriska induktionsfrekvensomriktare, där till exempel en asynkronmotor med en lindad rotor arbetar delvis i generatorläge. Det finns också umformers — motorgeneratorer, som också kommer att diskuteras i den här artikeln.

Elektroniska frekvensomvandlare

Elektroniska frekvensomvandlare låter dig smidigt kontrollera hastigheten på synkrona och asynkrona motorer på grund av en jämn ökning av omvandlarens utfrekvens till det inställda värdet. Det enklaste tillvägagångssättet tillhandahålls genom att ställa in en konstant V/f-karaktäristik, och mer avancerade lösningar använder vektorkontroll.

Frekvensomvandlareinkluderar vanligtvis en likriktare som omvandlar effektfrekvensväxelström till likström; efter likriktaren finns en växelriktare i sin enklaste form, baserad på PWM, som omvandlar en konstant spänning till en växellastström, och frekvensen och amplituden är redan inställda av användaren, och dessa parametrar kan skilja sig från nätverksparametrarna för mata in uppåt eller nedåt.

Utgångsmodulen hos en elektronisk frekvensomformare är oftast en tyristor eller transistorbrygga som består av fyra eller sex omkopplare som bildar den nödvändiga strömmen för att försörja lasten, särskilt elmotorn. Ett EMC-filter läggs till utgången för att jämna ut bruset i utgångsspänningen.

Som nämnts ovan använder en elektronisk frekvensomformare tyristorer eller transistorer som omkopplare för dess drift. En mikroprocessormodul används för att styra nycklarna, som fungerar som en styrenhet och samtidigt utför ett antal diagnostiska och skyddande funktioner.

Samtidigt är frekvensomformare fortfarande av två klasser: direktkopplade och DC-kopplade. När man väljer mellan dessa två klasser vägs fördelarna och nackdelarna med båda typerna och bestäms lämpligheten av den ena eller den andra för att lösa ett akut problem.

Direkt kommunikation

Direktkopplade omvandlare kännetecknas av det faktum att de använder en kontrollerad likriktare, i vilken grupper av tyristorer sekventiellt, upplåsande, kopplar belastningen, till exempel motorlindningarna, direkt till matningsnätet.

Som ett resultat erhålls bitar av nätspänningens sinusvåg vid utgången, och den ekvivalenta utfrekvensen (för motorn) blir mindre än nätet, inom 60 % av det, det vill säga från 0 till 36 Hz för en 60 Hz inmatning.

Sådana egenskaper tillåter inte att ändra parametrarna för utrustningen i branschen i ett brett spektrum, därför är efterfrågan på dessa lösningar låg. Dessutom är icke-låsande tyristorer svåra att kontrollera, kostnaden för kretsarna blir högre och det är mycket brus vid utgången, kompensatorer behövs, och som ett resultat är dimensionerna höga och effektiviteten låg.

DC-anslutning

Mycket bättre i detta avseende är frekvensomformare med en uttalad likströmsanslutning, där först växelströmmen likriktas, filtreras och sedan återigen genom en krets av elektroniska omkopplare omvandlas den till växelström av erforderlig frekvens och amplitud. Här kan frekvensen vara mycket högre. Visst minskar den dubbla omvandlingen effektiviteten något, men utgångsfrekvensparametrarna matchar helt enkelt användarens krav.

För att få en ren sinusvåg på motorlindningarna används en växelriktarkrets, i vilken spänningen av önskad form erhålls tack vare pulsbreddsmodulering (PWM)… De elektroniska omkopplarna här är inlåsta tyristorer eller IGBT-transistorer.

Tyristorer tål stora impulsströmmar, jämfört med transistorer, varför de i allt högre grad tillgriper tyristorkretsar, både i direktkommunikationsomvandlare och i omvandlare med mellanliggande DC-länk är verkningsgraden upp till 98%.

För rättvisans skull noterar vi att elektroniska frekvensomvandlare för kraftnätet är en icke-linjär belastning och genererar högre övertoner i den, vilket försämrar strömkvaliteten.

Motorgenerator (umformer)

För att konvertera elektricitet från en av dess former till en annan, i synnerhet för att öka strömfrekvensen, utan att behöva tillgripa elektroniska lösningar, används så kallade umformers - motorgeneratorer. Sådana maskiner fungerar som en ledare av elektricitet, men det finns faktiskt ingen direkt omvandling av elektricitet, till exempel i en transformator eller i en elektronisk frekvensomformare, som sådan.

Följande alternativ finns här:

• likström kan omvandlas till växelström med högre spänning och erforderlig frekvens;

• likström kan erhållas från växelström;

• direkt mekanisk omvandling av frekvensen med dess ökning eller minskning;

• erhålla en trefasström med den erforderliga frekvensen från en enfasström vid nätfrekvensen.

I sin kanoniska form är en motorgenerator en elektrisk motor vars axel är direkt ansluten till generatorn. En stabiliseringsanordning är installerad vid generatorns utgång för att förbättra frekvens- och amplitudparametrarna för den genererade elektriciteten.

I vissa modeller av omformare innehåller ankaret spolar och en motor och generator som galvaniskt isolerade, och vars ledningar är anslutna till kollektorn respektive till utgångsringarna.

I andra versioner finns det gemensamma lindningar för båda strömmarna, till exempel finns det ingen kollektor med släpringar för att omvandla antalet faser, utan det görs helt enkelt uttag från statorlindningen för var och en av utgångsfaserna.Så en induktionsmaskin omvandlar enfasström till trefasström (i princip identisk med ökande frekvens).

Så, motorgeneratorn låter dig omvandla typen av ström, spänning, frekvens, antal faser. Fram till 70-talet användes omvandlare av denna typ i militärutrustningen i Sovjetunionen, där de framför allt drev lampanordningar. Enfas- och trefasomvandlarna matas med en konstant spänning på 27 volt, och utgången är en växelspänning på 127 volt 50 hertz enfas eller 36 volt 400 hertz trefas.

Kraften hos sådana transformatorer når 4,5 kVA. Liknande maskiner används i elektriska lok, där en likspänning på 50 volt omvandlas till en växelspänning på 220 volt med en frekvens på upp till 425 hertz för att driva lysrör och 127 volt 50 hertz för att driva passagerarrakapparater. De första datorerna användes ofta av omformers för att driva dem.

Än idag finns omformare här och där: i trolleybussar, i spårvagnar, i elektriska tåg, där de är installerade för att få en låg spänning för att driva styrkretsar. Men nu har de redan nästan helt förskjutits av halvledarlösningar ( tyristorer och transistorer).

Motor-generatoromvandlare är värdefulla för ett antal fördelar. För det första är det en pålitlig galvanisk isolering av utgångs- och ingångsströmkretsarna. För det andra är utsignalen den renaste sinusvågen utan distorsion, inget brus. Enheten är mycket enkel i design och därför är underhållet ganska fyndigt.

Detta är ett enkelt sätt att få trefasspänning. Rotorns tröghet jämnar ut strömtopparna när belastningsparametrarna ändras abrupt.Och visst är det väldigt enkelt att återställa elektriciteten här.

Inte utan sina brister. Omformare har rörliga delar och därför är deras resurser begränsade. Massa, vikt, överflöd av material och som ett resultat ett högt pris. Bullrigt arbete, vibrationer. Behovet av frekvent smörjning av lager, rengöring av samlare, byte av borstar. Verkningsgraden ligger inom 70 %.

Trots nackdelarna används fortfarande mekaniska motorgeneratorer inom elkraftindustrin för att omvandla stora krafter. I framtiden kan motorgeneratorer hjälpa till att matcha 60 och 50 Hz nät eller förse nät med ökade krav på strömkvalitet. Att driva maskinens rotorlindningar i detta fall är möjligt från en lågeffekts halvledarfrekvensomvandlare.