Načini povećanja trenutne frekvencije

Najpopularnija metoda povećanja (ili smanjenja) frekvencije struje danas je korištenje pretvarača frekvencije. Frekvencijski pretvarači omogućuju dobivanje iz jednofazne ili trofazne izmjenične struje industrijske frekvencije (50 ili 60 Hz) struje potrebne frekvencije, na primjer od 1 do 800 Hz, za napajanje jednofaznih ili trofaznih faza -fazni motori.

Uz elektroničke pretvarače frekvencije, za povećanje trenutne frekvencije, koriste se i električni indukcijski pretvarači frekvencije, u kojima, na primjer, asinkroni motor s namotanim rotorom djelomično radi u generatorskom načinu rada. Tu su i umformers — generatori motora, o kojima će također biti riječi u ovom članku.

Elektronički pretvarači frekvencije

Elektronički pretvarači frekvencije omogućuju glatku kontrolu brzine sinkronih i asinkronih motora zbog glatkog povećanja izlazne frekvencije pretvarača na zadanu vrijednost. Najjednostavniji pristup je omogućen postavljanjem konstantne V/f karakteristike, a naprednija rješenja koriste vektorsko upravljanje.

Pretvarači frekvencijeobično uključuju ispravljač koji pretvara izmjeničnu struju energetske frekvencije u istosmjernu; nakon ispravljača nalazi se inverter u svom najjednostavnijem obliku, temeljen na PWM-u, koji konstantni napon pretvara u izmjeničnu struju opterećenja, a frekvenciju i amplitudu već postavlja korisnik, te se ti parametri mogu razlikovati od mrežnih parametara unos gore ili dolje.

Izlazni modul elektroničkog pretvarača frekvencije najčešće je tiristorski ili tranzistorski most koji se sastoji od četiri ili šest sklopki koje tvore potrebnu struju za napajanje opterećenja, posebice elektromotora. EMC filtar dodan je izlazu kako bi se ublažio šum u izlaznom naponu.

Kao što je gore spomenuto, elektronički pretvarač frekvencije koristi tiristore ili tranzistore kao sklopke za svoj rad. Za upravljanje tipkama koristi se mikroprocesorski modul koji služi kao kontroler, a ujedno obavlja niz dijagnostičkih i zaštitnih funkcija.

U međuvremenu, pretvarači frekvencije još uvijek su dvije klase: izravno spregnuti i istosmjerno spojeni. Prilikom odabira između ove dvije klase, važu se prednosti i nedostaci obje vrste i utvrđuje se prikladnost jedne ili druge za rješavanje hitnog problema.

Izravna komunikacija

Izravno spojeni pretvarači razlikuju se po tome što koriste kontrolirani ispravljač, u kojem skupine tiristora sekvencijalno, otključavajući, prebacuju opterećenje, na primjer, namote motora, izravno na opskrbnu mrežu.

Kao rezultat toga, na izlazu se dobivaju sinusni valovi napona mreže, a ekvivalentna izlazna frekvencija (za motor) postaje manja od mreže, unutar 60% od nje, to jest od 0 do 36 Hz za 60 Hz ulazni.

Takve karakteristike ne dopuštaju promjenu parametara opreme u industriji u širokom rasponu, stoga je potražnja za ovim rješenjima mala. Osim toga, tiristore bez zaključavanja je teško kontrolirati, trošak krugova postaje veći i ima puno buke na izlazu, potrebni su kompenzatori, a kao rezultat toga, dimenzije su velike, a učinkovitost niska.

DC priključak

Puno su bolji u tom pogledu frekvencijski pretvarači s izraženim istosmjernim spojem, gdje se prvo izmjenična mrežna struja ispravlja, filtrira, a zatim ponovno kroz sklop elektroničkih sklopki pretvara u izmjeničnu struju potrebne frekvencije i amplitude. Ovdje frekvencija može biti puno veća. Naravno, dvostruka pretvorba donekle smanjuje učinkovitost, ali parametri izlazne frekvencije jednostavno odgovaraju zahtjevima korisnika.

Za dobivanje čistog sinusnog vala na namotima motora koristi se inverterski krug u kojem se napon željenog oblika dobiva zahvaljujući modulacija širine impulsa (PWM)… Elektroničke sklopke ovdje su zaključani tiristori ili IGBT tranzistori.

Tiristori podnose velike impulsne struje, u usporedbi s tranzistorima, zbog čega se sve više pribjegava tiristorskim sklopovima, kako u pretvaračima s izravnom komunikacijom, tako i u pretvaračima s međukrugom istosmjerne struje, učinkovitost je do 98%.

Poštenosti radi napominjemo da su elektronički pretvarači frekvencije za elektroenergetsku mrežu nelinearno opterećenje i u njemu stvaraju više harmonike, što pogoršava kvalitetu električne energije.

Motor generator (umformer)

Za pretvorbu električne energije iz jednog oblika u drugi, posebice za povećanje frekvencije struje, bez potrebe za pribjegavanjem elektroničkim rješenjima, koriste se takozvani umformeri — motorni generatori. Takvi strojevi funkcioniraju kao vodiči električne energije, ali zapravo ne postoji izravna pretvorba električne energije, kao u transformatoru ili elektroničkom pretvaraču frekvencije, kao takvom.

Ovdje su dostupne sljedeće opcije:

• istosmjerna struja se može pretvoriti u izmjeničnu s višim naponom i potrebnom frekvencijom;

• istosmjerna struja može se dobiti iz izmjenične struje;

• izravna mehanička pretvorba frekvencije s njezinim povećanjem ili smanjenjem;

• dobivanje trofazne struje s potrebnom frekvencijom iz jednofazne struje na mrežnoj frekvenciji.

U svom kanonskom obliku, motor-generator je električni motor čija je osovina izravno povezana s generatorom. Na izlazu generatora ugrađen je stabilizacijski uređaj za poboljšanje parametara frekvencije i amplitude proizvedene električne energije.

U nekim modelima umformera armatura sadrži zavojnice te motor i generator koji galvanski izolirani, a čije su žice spojene na kolektor, odnosno na izlazne prstenove.

U drugim izvedbama postoje zajednički namoti za obje struje, na primjer, nema kolektora s kliznim prstenima za pretvorbu broja faza, već se jednostavno izvode iz namota statora za svaku od izlaznih faza.Dakle, indukcijski stroj pretvara jednofaznu struju u trofaznu (u osnovi identičnu s povećanjem frekvencije).

Dakle, motor-generator vam omogućuje transformaciju vrste struje, napona, frekvencije, broja faza. Do 70-ih godina prošlog stoljeća pretvarači ove vrste korišteni su u vojnoj opremi SSSR-a, gdje su napajali, posebno, uređaje za svjetiljke. Jednofazni i trofazni pretvarači napajaju se konstantnim naponom od 27 volti, a izlaz je izmjenični napon od 127 volti 50 herca monofazni ili 36 volti 400 herca trofazni.

Snaga takvih transformatora doseže 4,5 kVA. Slični se strojevi koriste u električnim lokomotivama, gdje se izravni napon od 50 volti pretvara u izmjenični napon od 220 volti s frekvencijom do 425 herca za napajanje fluorescentnih svjetiljki i 127 volti od 50 herca za napajanje putničkih brijača. Umformeri su često koristili prva računala za njihovo napajanje.

I do danas se umformeri mogu naći tu i tamo: u trolejbusima, tramvajima, električnim vlakovima, gdje se ugrađuju za dobivanje niskog napona za napajanje upravljačkih krugova, ali sada su ih već gotovo potpuno istisnula poluvodička rješenja ( tiristori i tranzistori).

Pretvarači motor-generator vrijedni su zbog niza prednosti. Prvo, to je pouzdana galvanska izolacija izlaznih i ulaznih strujnih krugova. Drugo, izlaz je najčišći sinusni val bez izobličenja, bez šuma. Uređaj je vrlo jednostavnog dizajna pa je održavanje prilično snalažljivo.

Ovo je jednostavan način za dobivanje trofaznog napona. Inercija rotora izglađuje strujne skokove kada se parametri opterećenja naglo promijene.I naravno, ovdje je vrlo lako vratiti struju.

Nije bez mana. Umformeri imaju pokretne dijelove i stoga je njihov resurs ograničen. Masa, težina, obilje materijala i, kao rezultat toga, visoka cijena. Bučan rad, vibracije. Potreba za čestim podmazivanjem ležajeva, čišćenjem kolektora, zamjenom četkica. Učinkovitost je unutar 70%.

Unatoč nedostacima, mehanički motor-generatori još uvijek se koriste u elektroprivredi za pretvorbu velikih snaga. U budućnosti bi motorni generatori mogli pomoći u usklađivanju mreža od 60 i 50 Hz ili osigurati mreže s povećanim zahtjevima za kvalitetom električne energije. Napajanje namota rotora stroja u ovom slučaju moguće je iz poluprovodničkog pretvarača frekvencije male snage.