Mevcut frekansı artırmanın yolları

Günümüzde akımın frekansını artırmanın (veya azaltmanın) en popüler yöntemi, bir frekans dönüştürücü kullanmaktır. Frekans dönüştürücüler, endüstriyel frekanslı (50 veya 60 Hz) tek fazlı veya üç fazlı alternatif akımdan, tek fazlı veya üç fazlı güç sağlamak için gerekli frekansta, örneğin 1 ila 800 Hz arasında bir akım elde etmeyi mümkün kılar. faz - faz motorları.

Elektronik frekans dönüştürücülerin yanı sıra, mevcut frekansı artırmak için, örneğin sargı rotorlu bir asenkron motorun kısmen jeneratör modunda çalıştığı elektrikli endüksiyon frekans dönüştürücüler de kullanılır. Bu makalede de tartışılacak olan motor jeneratörleri olan umformer'lar da vardır.

Elektronik frekans dönüştürücüler

Elektronik frekans konvertörleri, konvertörün çıkış frekansında ayarlanan değere yumuşak bir artış nedeniyle senkron ve asenkron motorların hızını sorunsuz bir şekilde kontrol etmenizi sağlar. En basit yaklaşım, sabit bir V / f karakteristiği ayarlayarak sağlanır ve daha gelişmiş çözümler vektör kontrolünü kullanır.

Frekans dönüştürücülergenellikle güç frekansı alternatif akımını doğru akıma çeviren bir doğrultucu içerir; doğrultucudan sonra en basit haliyle sabit bir gerilimi alternatif yük akımına çeviren PWM tabanlı bir invertör vardır ve frekans ve genlik zaten kullanıcı tarafından ayarlanmıştır ve bu parametreler cihazın şebeke parametrelerinden farklılık gösterebilir. yukarı veya aşağı girin.

Bir elektronik frekans dönüştürücünün çıkış modülü çoğunlukla, yükü, özellikle elektrik motorunu beslemek için gerekli akımı oluşturan dört veya altı anahtardan oluşan bir tristör veya transistör köprüsüdür. Çıkış voltajındaki gürültüyü yumuşatmak için çıkışa bir EMC filtresi eklenir.

Yukarıda bahsedildiği gibi, bir elektronik frekans dönüştürücü, çalışması için anahtar olarak tristörler veya transistörler kullanır. Anahtarları kontrol etmek için, denetleyici görevi gören ve aynı zamanda bir dizi teşhis ve koruma işlevi gerçekleştiren bir mikroişlemci modülü kullanılır.

Bu arada, frekans konvertörleri hala iki sınıfa ayrılır: direkt kuplajlı ve DC kuplajlı. Bu iki sınıf arasında seçim yapılırken her iki türün de avantaj ve dezavantajları tartılır ve acil bir sorunu çözmek için birinin veya diğerinin uygunluğu belirlenir.

Doğrudan iletişim

Doğrudan bağlı dönüştürücüler, tristör gruplarının sırayla kilidi açarak yükü, örneğin motor sargılarını doğrudan besleme ağına anahtarladığı kontrollü bir doğrultucu kullanmalarıyla ayırt edilir.

Sonuç olarak, çıkışta şebeke voltajı sinüs dalgasının bitleri elde edilir ve eşdeğer çıkış frekansı (motor için) şebekeden daha az, %60'ı içinde, yani 60 Hz için 0 ila 36 Hz olur. giriş.

Bu tür özellikler, endüstrideki ekipmanların parametrelerinin geniş bir yelpazede değiştirilmesine izin vermediğinden, bu çözümlere olan talep düşüktür. Ayrıca kilitlenmeyen tristörlerin kontrolü zordur, devrelerin maliyeti yükselir ve çıkışta çok fazla gürültü olur, kompansatörlere ihtiyaç duyulur ve bunun sonucunda boyutlar yüksek ve verim düşüktür.

doğru akım bağlantısı

Bu açıdan çok daha iyi, belirgin bir doğru akım bağlantısına sahip frekans dönüştürücülerdir; burada önce alternatif şebeke akımı doğrultulur, filtrelenir ve ardından tekrar bir elektronik anahtar devresi aracılığıyla gerekli frekans ve genlikte alternatif akıma dönüştürülür. Burada frekans çok daha yüksek olabilir. Tabii ki, çift dönüşüm verimliliği bir şekilde azaltır, ancak çıkış frekansı parametreleri kullanıcının gereksinimlerine uygundur.

Motor sargılarında saf sinüs dalgası elde etmek için invertör devresi kullanılır ve bu devre sayesinde istenilen şekilde gerilim elde edilir. darbe genişlik modülasyonu (PWM)… Buradaki elektronik anahtarlar, kilitli tristörler veya IGBT transistörlerdir.

Tristörler, transistörlere kıyasla büyük darbe akımlarına dayanır, bu nedenle hem doğrudan iletişim dönüştürücülerde hem de ara DC bağlantısına sahip dönüştürücülerde tristör devrelerine giderek daha fazla başvuruyorlar, verimlilik% 98'e kadar çıkıyor.

Adalet adına, güç şebekesi için elektronik frekans dönüştürücülerin doğrusal olmayan bir yük olduğunu ve içinde güç kalitesini bozan daha yüksek harmonikler ürettiğini not ediyoruz.

Motorlu jeneratör (umformer)

Elektriği bir formundan diğerine dönüştürmek, özellikle akımın frekansını artırmak için, elektronik çözümlere başvurmaya gerek kalmadan, umformers - motor jeneratörleri - kullanılır. Bu tür makineler bir elektrik iletkeni olarak işlev görür, ancak aslında bir transformatörde veya bir elektronik frekans dönüştürücüde olduğu gibi elektriğin doğrudan dönüşümü yoktur.

Aşağıdaki seçenekler burada mevcuttur:

• doğru akım, daha yüksek voltaj ve gerekli frekans ile alternatif akıma dönüştürülebilir;

• alternatif akımdan doğru akım elde edilebilir;

• frekansın artması veya azalmasıyla doğrudan mekanik dönüşümü;

• şebeke frekansındaki tek fazlı akımdan gerekli frekansta üç fazlı akım elde edilmesi.

Kanonik biçiminde, bir motor-jeneratör, şaftı doğrudan jeneratöre bağlı bir elektrik motorudur. Üretilen elektriğin frekans ve genlik parametrelerini iyileştirmek için jeneratörün çıkışına bir dengeleyici cihaz monte edilir.

Bazı umformer modellerinde, armatür bobinler ve bir motor ve jeneratör içerir. galvanik olarak izole edilmişve kabloları sırasıyla toplayıcıya ve çıkış halkalarına bağlanır.

Diğer versiyonlarda, her iki akım için ortak sargılar vardır, örneğin, faz sayısını dönüştürmek için kayma halkalı bir toplayıcı yoktur, ancak çıkış fazlarının her biri için stator sargısından basitçe kademeler yapılır.Böylece bir endüksiyon makinesi, tek fazlı akımı üç fazlı akıma dönüştürür (temel olarak artan frekansla aynıdır).

Böylece, motor jeneratörü akım tipini, voltajı, frekansı, faz sayısını dönüştürmenize izin verir. 70'li yıllara kadar, bu tür dönüştürücüler, özellikle lamba cihazlarına güç sağladıkları SSCB'nin askeri teçhizatında kullanılıyordu. Tek fazlı ve üç fazlı dönüştürücüler, 27 volt sabit voltajla beslenir ve çıkış, 127 volt 50 hertz tek fazlı veya 36 volt 400 hertz üç fazlı alternatif voltajdır.

Bu tür transformatörlerin gücü 4,5 kVA'ya ulaşır. Benzer makineler, 50 voltluk doğrudan voltajın, flüoresan lambalara güç sağlamak için 425 hertz'e kadar frekansla ve yolcu tıraş makinelerini çalıştırmak için 127 volt (50 hertz) frekansla 220 voltluk alternatif bir voltaja dönüştürüldüğü elektrikli lokomotiflerde kullanılır. İlk bilgisayarlar genellikle umformers tarafından onlara güç sağlamak için kullanılıyordu.

Bugüne kadar, umformer'lar burada burada bulunabilir: troleybüslerde, tramvaylarda, elektrikli trenlerde, kontrol devrelerine güç sağlamak için düşük bir voltaj elde etmek için kuruldukları yerde, ancak şimdi yarı iletken çözümler ( tristörler) tarafından neredeyse tamamen yerlerini almış durumdalar. ve transistörler).

Motor-jeneratör konvertörleri bir dizi avantaj açısından değerlidir. Birincisi, çıkış ve giriş güç devrelerinin güvenilir bir galvanik izolasyonudur. İkincisi, çıktı bozulma ve gürültü olmadan en saf sinüs dalgasıdır. Cihazın tasarımı çok basittir ve bu nedenle bakımı oldukça beceriklidir.

Bu, üç fazlı voltaj elde etmenin kolay bir yoludur. Rotorun ataleti, yük parametreleri aniden değiştiğinde akım yükselmelerini yumuşatır.Ve tabii ki burada elektriği geri getirmek çok kolay.

Kusurları olmadan değil. Umformer'ların hareketli parçaları vardır ve bu nedenle kaynakları sınırlıdır. Kütle, ağırlık, malzeme bolluğu ve sonuç olarak yüksek fiyat. Gürültülü çalışma, titreşimler. Yatakların sık sık yağlanması, toplayıcıların temizlenmesi, fırçaların değiştirilmesi ihtiyacı. Verimlilik% 70 içindedir.

Dezavantajlarına rağmen, elektrik enerjisi endüstrisinde büyük güçleri dönüştürmek için mekanik motor jeneratörleri hala kullanılmaktadır. Gelecekte, motor jeneratörleri 60 ve 50 Hz şebekeleri eşleştirmeye yardımcı olabilir veya şebekelere daha yüksek güç kalitesi gereksinimleri sağlayabilir. Bu durumda makinenin rotor sargılarına güç sağlamak, düşük güçlü bir katı hal frekans dönüştürücüsünden mümkündür.