Manieren om de huidige frequentie te verhogen

De meest populaire methode om de huidige frequentie te verhogen (of te verlagen) is het gebruik van een frequentieomvormer. Frequentieomvormers maken het mogelijk om uit eenfasige of driefasige wisselstroom met een industriële frequentie (50 of 60 Hz) een stroom te verkrijgen met de vereiste frequentie, bijvoorbeeld van 1 tot 800 Hz, om eenfasige of driefasige fase-fase motoren.

Om de huidige frequentie te verhogen, worden naast elektronische frequentieomvormers ook elektrische inductiefrequentieomvormers gebruikt, waarbij bijvoorbeeld een asynchrone motor met een gewikkelde rotor gedeeltelijk in generatormodus werkt. Er zijn ook umformers - motorgeneratoren, die ook in dit artikel zullen worden besproken.

Elektronische frequentieomvormers

Met elektronische frequentieomvormers kunt u de snelheid van synchrone en asynchrone motoren soepel regelen door een soepele verhoging van de uitgangsfrequentie van de omvormer tot de ingestelde waarde. De eenvoudigste aanpak wordt geboden door een constante V / f-karakteristiek in te stellen, en meer geavanceerde oplossingen gebruiken vectorbesturing.

Frequentieomvormersbevatten meestal een gelijkrichter die wisselstroom met wisselstroom omzet in gelijkstroom; na de gelijkrichter is er een omvormer in zijn eenvoudigste vorm, gebaseerd op PWM, die een constante spanning omzet in een wisselende belastingsstroom, en de frequentie en amplitude zijn al ingesteld door de gebruiker, en deze parameters kunnen verschillen van de netwerkparameters van de omhoog of omlaag invoeren.

De uitgangsmodule van een elektronische frequentieomvormer is meestal een thyristor- of transistorbrug die bestaat uit vier of zes schakelaars die de benodigde stroom vormen om de belasting, met name de elektromotor, te voeden. Een EMC-filter wordt aan de uitgang toegevoegd om de ruis in de uitgangsspanning af te vlakken.

Zoals hierboven vermeld, gebruikt een elektronische frequentieomvormer thyristors of transistors als schakelaars voor zijn werking. Voor de aansturing van de toetsen wordt een microprocessormodule gebruikt, die als controller dient en tegelijkertijd een aantal diagnostische en beschermende functies vervult.

Ondertussen zijn er nog steeds twee klassen frequentieomvormers: direct gekoppeld en DC-gekoppeld. Bij het kiezen tussen deze twee klassen worden de voor- en nadelen van beide typen afgewogen en wordt bepaald of de een of de ander geschikt is om een ​​urgent probleem op te lossen.

Directe communicatie

Direct gekoppelde converters onderscheiden zich door het feit dat ze een gestuurde gelijkrichter gebruiken, waarbij groepen thyristors achtereenvolgens ontgrendelen, de belasting, bijvoorbeeld de wikkelingen van de motor, rechtstreeks naar het voedingsnetwerk schakelen.

Als gevolg hiervan worden stukjes sinusgolf van de netspanning verkregen aan de uitgang, en wordt de equivalente uitgangsfrequentie (voor de motor) lager dan die van het net, binnen 60% daarvan, dat wil zeggen van 0 tot 36 Hz voor een 60 Hz invoer.

Dergelijke kenmerken laten niet toe om de parameters van de apparatuur in de industrie in een breed bereik te wijzigen, daarom is de vraag naar deze oplossingen laag. Bovendien zijn niet-vergrendelende thyristors moeilijk te regelen, worden de kosten van de circuits hoger en is er veel ruis aan de uitgang, zijn compensatoren nodig, met als gevolg dat de afmetingen hoog zijn en het rendement laag.

DC-aansluiting

Veel beter zijn in dit opzicht frequentieomvormers met een uitgesproken gelijkstroomaansluiting, waarbij eerst de wisselstroom wordt gelijkgericht, gefilterd en vervolgens via een schakeling van elektronische schakelaars weer wordt omgezet in wisselstroom van de gewenste frequentie en amplitude. Hier kan de frequentie veel hoger zijn. Natuurlijk vermindert de dubbele conversie de efficiëntie enigszins, maar de uitgangsfrequentieparameters komen gewoon overeen met de eisen van de gebruiker.

Om een ​​zuivere sinusgolf op de motorwikkelingen te verkrijgen, wordt een invertercircuit gebruikt, waarin de spanning van de gewenste vorm wordt verkregen dankzij pulsbreedtemodulatie (PWM)… De elektronische schakelaars hier zijn lock-in thyristors of IGBT-transistors.

Thyristors zijn bestand tegen grote impulsstromen in vergelijking met transistors, daarom nemen ze steeds vaker hun toevlucht tot thyristorcircuits, zowel in directe communicatie-omvormers als in omvormers met een tussenliggende DC-tussenkring, de efficiëntie is tot 98%.

Eerlijkheidshalve merken we op dat elektronische frequentieomvormers voor het elektriciteitsnet een niet-lineaire belasting zijn en daarin hogere harmonischen genereren, wat de netkwaliteit verslechtert.

Motorgenerator (umformer)

Om elektriciteit van de ene vorm in de andere om te zetten, met name om de frequentie van de stroom te verhogen, zonder dat elektronische oplossingen nodig zijn, worden zogenaamde umformers - motorgeneratoren - gebruikt. Dergelijke machines functioneren als geleider van elektriciteit, maar er is eigenlijk geen directe omzetting van elektriciteit, zoals in een transformator of in een elektronische frequentieomvormer als zodanig.

De volgende opties zijn hier beschikbaar:

• gelijkstroom kan worden omgezet in wisselstroom met een hogere spanning en de gewenste frequentie;

• gelijkstroom kan worden verkregen uit wisselstroom;

• directe mechanische conversie van de frequentie met zijn toename of afname;

• het verkrijgen van een driefasige stroom met de vereiste frequentie uit een enkelfasige stroom op de netfrequentie.

In zijn canonieke vorm is een motor-generator een elektromotor waarvan de as rechtstreeks is verbonden met de generator. Aan de uitgang van de generator is een stabilisatieapparaat geïnstalleerd om de frequentie- en amplitudeparameters van de opgewekte elektriciteit te verbeteren.

In sommige modellen van umformers bevat het anker spoelen en een motor en generator die galvanisch gescheiden, en waarvan de draden respectievelijk zijn verbonden met de collector en met de uitgangsringen.

In andere versies zijn er gemeenschappelijke wikkelingen voor beide stromen, er is bijvoorbeeld geen collector met sleepringen om het aantal fasen om te zetten, maar er worden gewoon aftakkingen gemaakt van de statorwikkeling voor elk van de uitgangsfasen.Dus een inductiemachine zet enkelfasige stroom om in driefasige stroom (in principe identiek met toenemende frequentie).

Met de motorgenerator kunt u dus het type stroom, spanning, frequentie en aantal fasen transformeren. Tot de jaren 70 werden dergelijke omvormers gebruikt in de militaire uitrusting van de USSR, waar ze met name lampapparaten aandreven. De enkelfasige en driefasige omvormers worden gevoed met een constante spanning van 27 volt en de uitgang is een wisselspanning van 127 volt 50 hertz enkelfasig of 36 volt 400 hertz driefasig.

Het vermogen van dergelijke transformatoren bereikt 4,5 kVA. Soortgelijke machines worden gebruikt in elektrische locomotieven, waar een gelijkspanning van 50 volt wordt omgezet in een wisselspanning van 220 volt met een frequentie tot 425 hertz om fluorescentielampen van stroom te voorzien en 127 volt 50 hertz om scheerapparaten voor passagiers aan te drijven. De eerste computers werden vaak gebruikt door umformers om ze van stroom te voorzien.

Tot op de dag van vandaag zijn umformers hier en daar te vinden: in trolleybussen, in trams, in elektrische treinen, waar ze worden geïnstalleerd om een ​​laagspanning te verkrijgen voor het voeden van stuurcircuits, maar nu zijn ze al bijna volledig vervangen door halfgeleideroplossingen ( thyristors en transistoren).

Motor-generatoromvormers zijn waardevol vanwege een aantal voordelen. Ten eerste is het een betrouwbare galvanische isolatie van de uitgangs- en ingangsstroomcircuits. Ten tweede is de uitvoer de zuiverste sinusgolf zonder vervorming, zonder ruis. Het apparaat is zeer eenvoudig van opzet en daarom is het onderhoud behoorlijk vindingrijk.

Dit is een gemakkelijke manier om driefasige spanning te krijgen. De traagheid van de rotor verzacht de stroompieken wanneer de belastingsparameters abrupt veranderen.En natuurlijk is het heel eenvoudig om hier elektriciteit te herstellen.

Niet zonder gebreken. Umformers hebben bewegende delen en daarom zijn hun middelen beperkt. Massa, gewicht, overvloed aan materialen en daardoor een hoge prijs. Lawaaierig werk, trillingen. De behoefte aan frequente smering van lagers, reiniging van collectoren, vervanging van borstels. De efficiëntie is binnen 70%.

Ondanks de nadelen worden in de elektriciteitsindustrie nog steeds mechanische motorgeneratoren gebruikt om grote vermogens om te zetten. In de toekomst kunnen motorgeneratoren helpen bij het matchen van 60- en 50 Hz-netten of bij het leveren van netten met hogere eisen aan de netkwaliteit. Het voeden van de rotorwikkelingen van de machine is in dit geval mogelijk via een low-power solid-state frequentieomvormer.