Voolusageduse suurendamise viisid

Tänapäeval on kõige populaarsem meetod voolu sageduse suurendamiseks (või vähendamiseks) sagedusmuunduri kasutamine. Sagedusmuundurid võimaldavad saada tööstusliku sagedusega (50 või 60 Hz) ühe- või kolmefaasilisest vahelduvvoolust vajaliku sagedusega voolu, näiteks 1 kuni 800 Hz, et toita ühefaasilist või kolmefaasilist. faas-faasimootorid.

Koos elektrooniliste sagedusmuunduritega kasutatakse voolusageduse tõstmiseks ka elektrilisi induktsioonsagedusmuundureid, milles näiteks keritud rootoriga asünkroonmootor töötab osaliselt generaatorrežiimis. Samuti on olemas umformerid — mootorigeneraatorid, millest samuti käesolevas artiklis juttu tuleb.

Elektroonilised sagedusmuundurid

Elektroonilised sagedusmuundurid võimaldavad sujuvalt juhtida sünkroonsete ja asünkroonsete mootorite kiirust tänu muunduri väljundsageduse sujuvale tõusule seatud väärtuseni. Lihtsaim lähenemine on konstantse V / f karakteristiku seadistamine ja täiustatud lahendused kasutavad vektorjuhtimist.

Sagedusmuunduridsisaldavad tavaliselt alaldit, mis muundab võimsuse sagedusega vahelduvvoolu alalisvooluks; pärast alaldit on kõige lihtsamal kujul PWM-il põhinev inverter, mis muundab konstantse pinge vahelduvkoormusvooluks ning sageduse ja amplituudi on juba kasutaja seadistanud ning need parameetrid võivad erineda alaldi võrguparameetritest. sisend üles või alla.

Elektroonilise sagedusmuunduri väljundmooduliks on enamasti türistor- või transistorsild, mis koosneb neljast või kuuest lülitist, mis moodustavad koormuse, eelkõige elektrimootori, varustamiseks vajaliku voolu. Väljundile on lisatud EMC-filter, et tasandada väljundpinges tekkivat müra.

Nagu eespool mainitud, kasutab elektrooniline sagedusmuundur oma tööks lülititena türistoreid või transistore. Klahvide juhtimiseks kasutatakse mikroprotsessori moodulit, mis toimib kontrollerina ja täidab samal ajal mitmeid diagnostilisi ja kaitsefunktsioone.

Samal ajal on sagedusmuundurid endiselt kahte klassi: otseühendusega ja alalisvooluga ühendatud. Nende kahe klassi vahel valiku tegemisel kaalutakse mõlema tüübi eeliseid ja puudusi ning määratakse ühe või teise sobivus kiireloomulise probleemi lahendamiseks.

Otsene suhtlus

Otseühendusega muundurid eristuvad selle poolest, et nad kasutavad juhitavat alaldit, milles türistorirühmad lülitavad järjestikku, lukust vabastades, koormuse, näiteks mootori mähised, otse toitevõrku.

Selle tulemusena saadakse väljundis võrgupinge siinuslaine bitid ja ekvivalentne väljundsagedus (mootori jaoks) muutub võrgust väiksemaks, 60% piires sellest, see tähendab 60 Hz korral 0 kuni 36 Hz. sisend.

Sellised omadused ei võimalda muuta tööstuses olevate seadmete parameetreid laias vahemikus, mistõttu nõudlus nende lahenduste järele on väike. Lisaks on mittelukustuvaid türistoreid raske juhtida, ahelate maksumus tõuseb ja väljundis on palju müra, vaja on kompensaatoreid ning sellest tulenevalt on mõõdud suured ja kasutegur madal.

DC ühendus

Palju paremad on selles osas väljendunud alalisvooluühendusega sagedusmuundurid, kus esmalt alaldatakse võrgu vahelduvvool, filtreeritakse ja seejärel jällegi läbi elektrooniliste lülitite vooluringi muudetakse see vajaliku sageduse ja amplituudiga vahelduvvooluks. Siin võib sagedus olla palju suurem. Muidugi vähendab topeltkonversioon mõnevõrra efektiivsust, kuid väljundsageduse parameetrid vastavad lihtsalt kasutaja nõudmistele.

Puhta siinuslaine saamiseks mootori mähistel kasutatakse inverteri ahelat, milles soovitud kujuga pinge saadakse tänu impulsi laiuse modulatsioon (PWM)… Elektroonilised lülitid on siin lukustatavad türistorid või IGBT-transistorid.

Türistorid taluvad suuri impulssvoolusid, võrreldes transistoridega, mistõttu hakatakse üha enam kasutama türistori ahelaid, nii otsesidemuundurites kui ka vahepealse alalislüliga muundurites on kasutegur kuni 98%.

Õigluse huvides märgime, et elektrivõrgu elektroonilised sagedusmuundurid on mittelineaarne koormus ja tekitavad selles kõrgemaid harmoonilisi, mis halvendab toite kvaliteeti.

Mootori generaator (umformer)

Elektrienergia muundamiseks ühest selle vormist teise, eelkõige voolu sageduse suurendamiseks, ilma et oleks vaja kasutada elektroonilisi lahendusi, kasutatakse nn umformereid - mootorigeneraatoreid. Sellised masinad toimivad küll elektrijuhina, kuid tegelikult puudub elektri otsene muundamine, näiteks trafos või elektroonilises sagedusmuunduris kui sellises.

Siin on saadaval järgmised valikud:

• alalisvoolu saab muundada kõrgema pinge ja vajaliku sagedusega vahelduvvooluks;

• alalisvoolu saab vahelduvvoolust;

• sageduse otsene mehaaniline muundamine selle suurenemise või vähenemisega;

• nõutava sagedusega kolmefaasilise voolu saamine ühefaasilisest voolust võrgusagedusel.

Kanoonilisel kujul on mootor-generaator elektrimootor, mille võll on otse generaatoriga ühendatud. Generaatori väljundisse on paigaldatud stabiliseerimisseade, et parandada toodetava elektri sagedust ja amplituudi parameetreid.

Mõnes umformeri mudelis sisaldab armatuur mähiseid ning mootorit ja generaatorit, mis galvaaniliselt isoleeritud, ja mille juhtmed on ühendatud vastavalt kollektori ja väljundrõngastega.

Teistes versioonides on mõlema voolu jaoks ühised mähised, näiteks pole faaside arvu teisendamiseks liugrõngastega kollektorit, vaid iga väljundfaasi jaoks tehakse staatori mähisest lihtsalt kraanid.Seega muudab induktsioonmasin ühefaasilise voolu kolmefaasiliseks (põhimõtteliselt identne sageduse suurenemisega).

Niisiis võimaldab mootorigeneraator muuta voolu tüüpi, pinget, sagedust, faaside arvu. Kuni 70ndateni kasutati seda tüüpi muundureid NSV Liidu sõjavarustuses, kus need toitasid eelkõige lampseadmeid. Ühefaasilisi ja kolmefaasilisi muundureid toidetakse konstantse pingega 27 volti ja väljundiks on vahelduvpinge 127 volti 50 hertsi ühefaasiline või 36 volti 400 hertsi kolmefaasiline.

Selliste trafode võimsus ulatub 4,5 kVA-ni. Sarnaseid masinaid kasutatakse elektrivedurites, kus 50-voldine alalispinge muundatakse 220-voldseks vahelduvpingeks sagedusega kuni 425 hertsi luminofoorlampide ja 127 volti 50 hertsi reisijate pardlite toiteks. Esimesi arvuteid kasutasid umformers sageli nende toiteks.

Tänaseni võib umformereid leida siit-sealt: trollibussides, trammides, elektrirongides, kuhu need on paigaldatud juhtahelate toiteks madalpinge saamiseks, kuid nüüd on need pooljuhtlahendustega ( türistorid) peaaegu täielikult välja tõrjutud ja transistorid).

Mootori-generaatori muundurid on väärtuslikud mitmete eeliste poolest. Esiteks on see väljund- ja sisendvooluahelate usaldusväärne galvaaniline isolatsioon. Teiseks on väljund puhtaim siinuslaine, millel pole moonutusi ega müra. Seade on disainilt väga lihtne ja seetõttu on hooldus üsna leidlik.

See on lihtne viis kolmefaasilise pinge saamiseks. Rootori inerts tasandab voolu naelu, kui koormuse parameetrid muutuvad järsult.Ja loomulikult on siin väga lihtne elektrit taastada.

Mitte ilma oma vigadeta. Umformeritel on liikuvad osad ja seetõttu on nende ressurss piiratud. Mass, kaal, materjalide rohkus ja sellest tulenevalt kõrge hind. Mürarikas töö, vibratsioon. Laagrite sagedase määrimise vajadus, kollektorite puhastamine, harjade vahetus. Kasutegur jääb 70% piiridesse.

Vaatamata puudustele kasutatakse mehaanilisi mootorigeneraatoreid elektrienergiatööstuses suurte võimsuste muundamiseks. Tulevikus võivad mootorigeneraatorid aidata sobitada 60 ja 50 Hz võrke või pakkuda võrke kõrgendatud toitekvaliteedinõuetega. Masina rootori mähiste toide on sel juhul võimalik väikese võimsusega pooljuhtsagedusmuundurist.