Az aktuális frekvencia növelésének módjai

Az áram frekvenciájának növelésére (vagy csökkentésére) manapság a legnépszerűbb módszer a frekvenciaváltó használata. A frekvenciaváltók lehetővé teszik, hogy ipari frekvenciájú (50 vagy 60 Hz) egyfázisú vagy háromfázisú váltakozó áramból a szükséges frekvenciájú, például 1 és 800 Hz közötti áramot állítsanak elő egyfázisú vagy háromfázisú tápellátáshoz. fázis-fázisú motorok.

Az elektronikus frekvenciaváltók mellett az áramfrekvencia növelése érdekében elektromos indukciós frekvenciaváltókat is alkalmaznak, amelyekben például egy tekercses forgórészes aszinkron motor részben generátor üzemmódban működik. Vannak umformerek is – motorgenerátorok, amelyekről szintén szó lesz ebben a cikkben.

Elektronikus frekvenciaváltók

Az elektronikus frekvenciaváltók lehetővé teszik a szinkron és aszinkron motorok fordulatszámának zökkenőmentes szabályozását az átalakító kimeneti frekvenciájának a beállított értékre való egyenletes növekedése miatt. A legegyszerűbb megközelítést az állandó V / f karakterisztika beállítása biztosítja, a fejlettebb megoldások pedig vektorvezérlést használnak.

Frekvenciaváltókáltalában tartalmaznak egy egyenirányítót, amely a teljesítmény-frekvenciás váltakozó áramot egyenárammá alakítja; az egyenirányító után a legegyszerűbb formában, PWM alapú inverter található, amely az állandó feszültséget váltakozó terhelési árammá alakítja, és a frekvenciát és az amplitúdót már a felhasználó állítja be, és ezek a paraméterek eltérhetnek a hálózati paramétereitől. bevitel felfelé vagy lefelé.

Az elektronikus frekvenciaváltó kimeneti modulja leggyakrabban egy tirisztor vagy tranzisztor híd, amely négy vagy hat kapcsolóból áll, amelyek a terhelés, különösen a villanymotor ellátásához szükséges áramot képezik. A kimenethez egy EMC-szűrőt adnak, hogy kisimítsa a zajt a kimeneti feszültségben.

Mint fentebb említettük, az elektronikus frekvenciaváltó tirisztorokat vagy tranzisztorokat használ működéséhez kapcsolóként. A billentyűk vezérlésére egy mikroprocesszoros modul szolgál, amely vezérlőként szolgál, és egyidejűleg számos diagnosztikai és védelmi funkciót lát el.

Eközben a frekvenciaváltók továbbra is két osztályba tartoznak: közvetlen csatolásúak és egyenáramúak. A két osztály közötti választás során mérlegeljük mindkét típus előnyeit és hátrányait, és meghatározzuk, hogy az egyik vagy a másik alkalmas-e egy sürgős probléma megoldására.

Közvetlen kommunikáció

A közvetlen csatolású konvertereket az a tény különbözteti meg, hogy vezérelt egyenirányítót használnak, amelyben a tirisztorok csoportjai egymás után, feloldva a terhelést, például a motor tekercseit közvetlenül a táphálózatra kapcsolják.

Ennek eredményeként a kimeneten a rácsfeszültség szinuszhullám bitjei jönnek létre, és az egyenértékű kimeneti frekvencia (a motor számára) kisebb lesz, mint a rács, annak 60%-án belül, azaz 0-36 Hz 60 Hz-en. bemenet.

Az ilyen jellemzők nem teszik lehetővé az ipari berendezések paramétereinek széles körű megváltoztatását, ezért ezekre a megoldásokra alacsony az igény. Ráadásul a nem reteszelő tirisztorok nehezen szabályozhatók, az áramkörök költsége megnő, és a kimeneten nagy a zaj, kompenzátorokra van szükség, aminek következtében a méretek nagyok és a hatásfok alacsony.

DC csatlakozás

Ebből a szempontból sokkal jobbak a hangsúlyos egyenáramú csatlakozású frekvenciaváltók, ahol először a váltakozó hálózati áramot egyenirányítják, szűrik, majd ismét egy elektronikus kapcsolók áramkörén keresztül alakítják át a kívánt frekvenciájú és amplitúdójú váltóárammá. Itt a frekvencia sokkal magasabb lehet. Természetesen a kettős átalakítás némileg csökkenti a hatékonyságot, de a kimeneti frekvencia paraméterei egyszerűen megfelelnek a felhasználó igényeinek.

A tiszta szinuszhullám eléréséhez a motortekercseken inverter áramkört használnak, amelyben a kívánt alakú feszültséget kapják impulzusszélesség moduláció (PWM)… Az elektronikus kapcsolók itt reteszelő tirisztorok vagy IGBT tranzisztorok.

A tirisztorok a tranzisztorokhoz képest nagy impulzusáramoknak ellenállnak, ezért egyre gyakrabban veszik igénybe a tirisztoros áramköröket, mind a közvetlen kommunikációs átalakítóknál, mind a közbenső DC kapcsolattal rendelkező átalakítóknál a hatásfok akár 98%.

Az igazságosság kedvéért megjegyezzük, hogy az elektromos hálózathoz használt elektronikus frekvenciaváltók nem lineáris terhelést jelentenek, és magasabb harmonikusokat generálnak benne, ami rontja az áramminőséget.

Motor generátor (umformer)

Az elektromos áram egyik formájából a másikba történő átalakítására, különösen az áram frekvenciájának növelésére, anélkül, hogy elektronikus megoldásokhoz kellene folyamodni, úgynevezett umformereket – motorgenerátorokat – használnak. Az ilyen gépek elektromos áramvezetőként működnek, de valójában nincs elektromos áram közvetlen átalakítása, mint például transzformátorban vagy elektronikus frekvenciaváltóban.

A következő lehetőségek állnak rendelkezésre itt:

• az egyenáram nagyobb feszültséggel és a szükséges frekvenciával váltakozó árammá alakítható;

• váltakozó áramból egyenáram nyerhető;

• a frekvencia közvetlen mechanikus átalakítása annak növelésével vagy csökkentésével;

• a szükséges frekvenciájú háromfázisú áram előállítása egyfázisú áramból a hálózati frekvencián.

Kanonikus formájában a motor-generátor olyan villanymotor, amelynek tengelye közvetlenül kapcsolódik a generátorhoz. A generátor kimenetére stabilizáló berendezés van felszerelve, amely javítja a megtermelt villamos energia frekvenciáját és amplitúdója paramétereit.

Az umformerek egyes modelljeiben az armatúra tekercseket, valamint egy motort és generátort tartalmaz galvanikusan szigetelt, és amelynek vezetékei a kollektorra, illetve a kimeneti gyűrűkre csatlakoznak.

Más változatokban mindkét áramhoz vannak közös tekercsek, például nincs csúszógyűrűs kollektor a fázisok számának átalakítására, hanem egyszerűen leágazások készülnek az állórész tekercséből az egyes kimeneti fázisokhoz.Tehát egy indukciós gép az egyfázisú áramot háromfázisúvá alakítja (alapvetően azonos a frekvencia növekedésével).

Tehát a motor-generátor lehetővé teszi az áram típusának, a feszültségnek, a frekvenciának, a fázisok számának átalakítását. A 70-es évekig az ilyen típusú konvertereket a Szovjetunió katonai felszerelésében használták, ahol különösen lámpaberendezéseket tápláltak. Az egyfázisú és háromfázisú konvertereket 27 V állandó feszültséggel látják el, a kimenet pedig 127 V 50 Hz egyfázisú vagy 36 V 400 Hz háromfázisú váltakozó feszültség.

Az ilyen transzformátorok teljesítménye eléri a 4,5 kVA-t. Hasonló gépeket használnak az elektromos mozdonyokban, ahol az 50 voltos egyenfeszültséget 220 voltos váltakozó feszültséggé alakítják át legfeljebb 425 hertz frekvenciájú fénycsövek meghajtására és 127 voltos 50 hertzes utasborotvák meghajtására. Az első számítógépeket gyakran az umformerek használták tápellátásukra.

Az umformerek a mai napig megtalálhatók itt-ott: trolibuszokban, villamosokban, villamos vonatokban, ahol a vezérlőáramkörök táplálásához kisfeszültséget biztosítanak, de mára szinte teljesen kiszorították őket a félvezető megoldások ( tirisztorok és tranzisztorok).

A motor-generátor átalakítók számos előnnyel bírnak. Először is, ez a kimeneti és bemeneti áramkörök megbízható galvanikus leválasztása. Másodszor, a kimenet a legtisztább szinuszhullám, nincs torzítás, nincs zaj. A készülék kialakítása nagyon egyszerű, ezért a karbantartás is meglehetősen találékony.

Ez egy egyszerű módja a háromfázisú feszültség elérésének. A forgórész tehetetlensége kisimítja az áramcsúcsokat, amikor a terhelési paraméterek hirtelen megváltoznak.És persze itt nagyon könnyű visszaállítani az áramot.

Nem hibái nélkül. Az Umformers mozgó alkatrészekkel rendelkezik, ezért erőforrásaik korlátozottak. Tömeg, tömeg, anyagbőség és ennek eredményeként magas ár. Zajos munka, rezgések. A csapágyak gyakori kenésének szükségessége, kollektorok tisztítása, kefék cseréje. A hatásfok 70%-on belül van.

A hátrányok ellenére a mechanikus motorgenerátorokat még mindig használják a villamosenergia-iparban nagy teljesítmények átalakítására. A jövőben a motorgenerátorok segíthetnek a 60 és 50 Hz-es hálózatok összehangolásában, vagy magasabb energiaminőségi követelményeket támasztó hálózatokat biztosíthatnak. A gép forgórész tekercseinek táplálása ebben az esetben kis teljesítményű félvezető frekvenciaváltóról lehetséges.