Способы увеличения частоты тока
Наиболее популярным на сегодняшний день методом увеличения (или уменьшения) частоты тока является применение частотного преобразователя. Частотные преобразователи позволяют получить из однофазного или трехфазного переменного тока промышленной частоты (50 или 60 Гц) ток требуемой частоты, например от 1 до 800 Гц, для питания однофазных или трехфазных двигателей.
Наряду с электронными частотными преобразователями, с целью увеличения частоты тока, применяют и электроиндукционные частотные преобразователи, в которых например асинхронный двигатель с фазным ротором работает частично в режиме генератора. Еще есть умформеры — двигатели-генераторы, о которых также будет рассказано в данной статье.
Электронные преобразователи частоты
Электронные преобразователи частоты позволяют плавно регулировать скорость синхронных и асинхронных двигателей благодаря плавному повышению частоты на выходе преобразователя до заданного значения. Наиболее простой подход обеспечивается заданием постоянной характеристики V/f, а более прогрессивные решения используют векторное управление.
Частотные преобразователи, обычно, включают в себя выпрямитель, который преобразует переменный ток промышленной частоты в постоянный; после выпрямителя стоит инвертор, в простейшем виде — на базе ШИМ, который преобразует постоянное напряжение в переменный ток нагрузки, причем частота и амплитуда задаются уже пользователем, и эти параметры могут отличаться от сетевых параметров на входе в большую или в меньшую сторону.
Выходной блок электронного преобразователя частоты чаще всего представляет собой тиристорный или транзисторный мост, состоящий из четырех или из шести ключей, которые и формируют требуемый ток для питания нагрузки, в частности — электродвигателя. Для сглаживания помех в выходном напряжении, на выходе добавляют EMC-фильтр.
Как говорилось выше, электронный преобразователь частоты использует для своей работы в качестве ключей тиристоры или транзисторы. Для управления ключами применяется микропроцессорный модуль, служащий контроллером, и одновременно выполняющий ряд диагностических и защитных функций.
Между тем, частотные преобразователи бывают все таки двух классов: с непосредственной связью, и с промежуточным звеном постоянного тока. При выборе между этими двумя классами взвешивают достоинства и недостатки того и другого, и определяют целесообразность того или иного для решения насущной задачи.
С непосредственной связью
Преобразователи с непосредственной связью отличаются тем, что в них используется управляемый выпрямитель, в котором группы тиристоров поочередно отпираясь коммутируют нагрузку, например обмотки двигателя, прямо к питающей сети.
В результате на выходе получаются кусочки синусоид сетевого напряжения, а эквивалентная частота на выходе (для двигателя) становится меньше сетевой, в пределах 60% от нее, то есть от 0 до 36 Гц для 60 Гц входа.
Такие характеристики не позволяют в широких пределах варьировать параметры оборудования в промышленности, от того и спрос на данные решения низок. Кроме этого незапираемые тиристоры сложно управляются, стоимость схем становится выше, да и помех на выходе много, требуются компенсаторы, и как следствие габариты высокие, а КПД низкий.
С звеном постоянного тока
Гораздо лучше в этом отношении частотные преобразователи с ярко выраженным звеном постоянного тока, где сначала переменный сетевой ток выпрямляется, фильтруется, а затем снова схемой на электронных ключах преобразуется в переменный ток нужной частоты и амплитуды. Здесь частота может быть значительно выше. Безусловно, двойное преобразование несколько снижает КПД, зато выходные параметры по частоте как раз соответствуют требованиям потребителя.
Чтобы на обмотках двигателя получить чистый синус, используют схему инвертора, в котором напряжение нужной формы получается благодаря широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Электронными ключами здесь служат запираемые тиристоры или IGBT-транзисторы.
Тиристоры выдерживают большие импульсные токи, по сравнению с транзисторами, поэтому все чаще прибегают именно к тиристорным схемам, как в преобразователях с непосредственной связью, так и в преобразователях с промежуточным звеном постоянного тока, КПД получается до 98%.
Справедливости ради отметим, что электронные преобразователи частоты для питающей сети являются нелинейной нагрузкой, и порождают в ней высшие гармоники, это ухудшает качество электроэнергии.
С целью преобразования электроэнергии из одной ее формы в другую, в частности — для повышения частоты тока без необходимости прибегать к электронным решениям, применяют так называемые умформеры — двигатели-генераторы. Такие машины функционируют подобно проводнику электроэнергии, однако на самом деле прямого преобразования электроэнергии, как например в трансформаторе или в электронном частотном преобразователе, как такового не происходит.
Здесь доступны следующие возможности:
- постоянный ток может быть преобразован в переменный более высокого напряжения и требуемой частоты;
- постоянный ток может быть получен из переменного;
- прямое механическое преобразование частоты с повышением или понижением оной;
- получение трехфазного тока требуемой частоты из однофазного тока сетевой частоты.
В каноническом виде мотор-генератор представляет собой электродвигатель, вал которого напрямую соединен с генератором. На выходе генератора устанавливают стабилизирующее устройство для улучшения частотных и амплитудных параметров получаемой электроэнергии.
В некоторых моделях умформеров якорь содержит обмотки и моторные и генераторные, которые гальванически развязаны, и выводы которых соединены соответственно с коллектором и с выходными контактными кольцами.
В других вариантах встречаются общие обмотки для обоих токов, например для преобразования числа фаз коллектора с контактными кольцами нет, а просто от обмотки статора делаются отводы для каждой из выходных фаз. Так асинхронная машина преобразует однофазный ток в трехфазный (тождественно в принципе увеличению частоты).
Итак, мотор-генератор позволяет преобразовать род тока, напряжение, частоту, количество фаз. До 70-х годов в военной технике СССР использовались преобразователи данного типа, где они питали, в частности, устройства на лампах. Однофазные и трехфазные преобразователи питались постоянным напряжением 27 вольт, а на выходе получалось переменное напряжение 127 вольт 50 герц однофазное или 36 вольт 400 герц трехфазное.
Мощность таких умформеров достигала 4,5 кВА. Подобные машины использовались и в электровозах, где постоянное напряжение 50 вольт преобразовывалось в переменное 220 вольт частотой до 425 герц для питания люминесцентных ламп, и 127 вольт 50 герц для питания бритв пассажиров. Первые ЭВМ часто использовали для своего питания умформеры.
По сей день кое-где еще можно встретить умформеры: на троллейбусах, в трамваях, в электропоездах, где их устанавливали с целью получения низкого напряжения для питания цепей управления. Но нынче они уже вытеснены почти полностью полупроводниковыми решениями (на тиристорах и транзисторах).
Преобразователи типа мотор-генератор ценны рядом достоинств. Во-первых это надежная гальваническая развязка выходной и входной силовых цепей. Во-вторых, на выходе получается чистейший синус без помех, без шумов. Устройство очень просто по своей конструкции, от того и обслуживание довольно бесхитростно.
Это легкий способ получения трехфазного напряжения. Инерция ротора сглаживает броски тока при резком изменении параметров нагрузки. И конечно, здесь очень просто осуществлять рекуперацию электроэнергии.
Не обошлось и без недостатков. Умформеры имеют движущиеся части, от того и ресурс их ограничен. Масса, вес, обилие материалов, и как следствие — высокая стоимость. Шумная работа, вибрации. Необходимость в частой смазке подшипников, чистке коллекторов, замене щеток. КПД в пределах 70%.
Несмотря на недостатки, механические моторы-генераторы по сей день применяются в электроэнергетической отрасли для преобразования больших мощностей. В перспективе моторы-генераторы вполне могут помочь согласованию сетей с частотами 60 и 50 Гц, либо для обеспечения сетей с повышенными требованиями по качеству электроэнергии. Питание обмоток ротора машины в данном случае возможно от твердотельного преобразователя частоты небольшой мощности.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Другими словами, повышение частоты тока усиливает поверхностный эффект и способствует концентрации плотности тока на поверхности проводника. Если к этому добавить, что с повышением частоты тока облегчается явление индукции, то станет вполне очевидной целесообразность применения для поверхностной закалки именно токов повышенной и высокой частоты. [46]
Однако обычно применяют напряжение в пределах 8000 — 10000 в, так как при повышении напряжения усложняются условия изоляции и снижается коэффициент мощности озонатора. Следовательно, более выгодным путем увеличения мощности озонаторов ( при постоянных их габаритах) является повышение частоты тока . По данным Ю. В. Филиппова [26], при переходе с промышленной частоты на частоту 3000 пер / сек количество озонаторов может быть уменьшено в 60 раз. [47]
Изменение фазы токов, поступающих к ближнему концу, на 180 вследствие электрического скрещивания, происходящего через каждую / 4 длины волны, является очень важным фактором. Этот фактор как бы ограничивает влияние между нескрещенными цепями, так как шаг электрического скрещивания с повышением частоты тока уменьшается. Вследствие этого оказывается, что влияние между нескрещенными электрически длинными цепями почти не зависит от частоты тока. Иначе говоря, величины В0, приведенные на рис. 1.14, 1.15 и 1.1 ба остаются почти неизменными для всех тональных и высоких частот. [48]
Аналогично проводят испытания на стойкость к сквозному пробою. При этом желательно иметь напряженности электрического поля как можно ближе к реально существующим в системах изоляции и форсировать испытания по времени путем повышения частоты тока . [50]
Существенное влияние на электротравматизм оказывает также частота переменного тока. Наиболее опасен ток частотой 40 — 50 Гц, широко применяемый на строительной площадке. Повышение частоты тока уменьшает опасность поражения человека. Ток от 200 000 Гц и выше безопасен. [52]
При переменном токе промышленной частоты влияние поляризации электродов сохраняется, хотя и в значительно меньшей степени, чем при постоянном токе. Поляризация зависит от природы материала и условий измерения. Повышение частоты тока существенно ослабляет поляризацию электродов, однако с повышением частоты все большее значение приобретают диэлектрические характеристики материала, и кондуктометрический метод переходит в диэлькометрический. [53]
В проводнике, находящемся в переменном магнитном поле индуцируется ( возникает) электрический ток, который нагревает его. Переменный ток низкой частоты течет по всему сечению проводника. Повышение частоты тока приводит к тому, что последний концентрируется на поверхности. Это явление позволяет распределять выделяющееся тепло по поверхности изделия. Толщина прогреваемого слоя регулируется изменением частоты тока. Индукционный ток применяют для нагрева проводников ( металлов) на определенную глубину или строго ограниченных площадей. [54]
Осциллятор подключается параллельно или последовательно к сварочной цепи. С помощью осциллятора создается — ток высокого напряжения повышенной частоты. Повышение напряжения вызывает увеличение сварочного тока, а повышение частоты тока уменьшает период, в течение которого напряжение и ток имеют максимальные; значения. Применяются осцилляторы в основном для ручной дуговой сварки электродами с низкими ионизирующими свойствами и дуговой сварки в защитных газах неплавящимся электродом. [55]
Концентрация тока на поверхности кромок достигается также вследствие поверхностного эффекта. Кромки трубной заготовки интенсивно нагреваются и при последующем обжатии свариваются. Проявление поверхностного эффекта и эффекта близости усиливается при повышении частоты тока . [56]
Ошибки измерений могут быть связаны с электрохимическими процессами на электродах — разрядкой ионов, приводящей к изменению концентрации ионов у поверхности электрода. Вследствие медленной диффузии ионов к электроду наблюдается концентрационная поляризация, которая создает поляризационную емкость сп и поляризационное сопротивление Rn. Ошибки, связанные с поляризационными явлениями, уменьшаются с повышением частоты тока и увеличением концентрации. При частоте тока выше 1000 гц влияние поляризации незначительно. [58]
Ошибки измерений могут быть связаны с электрохимическими процессами на электродах — разрядкой ионов, приводящей к изменению концентрации ионов у поверхности электрода. Вследствие медленной диффузии ионов к электроду наблюдается концентрационная поляризация, которая создает поляризационную емкость Сп и поляризационное сопротивление Rn. Ошибки, связанные с поляризационными явлениями, уменьшаются с повышением частоты тока и увеличением концентрации. При частоте тока выше 1000 Гц влияние поляризации незначительно. [60]
Как повысить частоту переменного тока
| Текущее время: Пт ноя 03, 2023 11:59:44 |
Часовой пояс: UTC + 3 часа
Уменьшение и увеличение частоты переменного тока
| Страница 1 из 2 | [ Сообщений: 23 ] | На страницу 1 , 2 След. |
|
Заголовок сообщения: Уменьшение и увеличение частоты переменного тока Добавлено: Вс мар 25, 2012 16:45:19 Необходимо увеличить или уменьшить частоту переменного тока(50 Гц) на 20 Гц. С помощью чего это можно сделать? Заголовок сообщения: Re: Уменьшение и увеличение частоты переменного тока С помощю дорогущего «частотника», например, или тормоза на валу генератора электростанции. Заголовок сообщения: Re: Уменьшение и увеличение частоты переменного тока Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет Заголовок сообщения: Re: Уменьшение и увеличение частоты переменного тока Приглашаем всех желающих принять участие в вебинаре, посвященном разработке узла питания в автономных устройствах, что является сложной задачей, т.к. необходимо не только выбрать надежный и качественный аккумулятор, но и правильно спроектировать схему управления и контроля. На вебинаре мы расскажем о линейке аккумуляторной продукции EVE, а также как выбрать правильную модель аккумулятора, режимы его работы, сформулировать требования для проектирования узла управления. Рассмотрим основные функциональные блоки работы аккумуляторного узла и компоненты для их реализации. Заголовок сообщения: Re: Уменьшение и увеличение частоты переменного тока Необходимо для лабораторного стенда. Нужно 2 источника — 1-й 50 Гц, а 2-й на 20 Гц больше или меньше. Собираюсь использовать звуковой генератор, но возможно есть аналоги(кроме частотника)? Напряжение источника 12В. Выбирая продукцию того или иного производителя, важно быть уверенным в надежности продукции. Компэл в качестве официального дистрибьютора представляет различные надежные литиевые аккумуляторы и батарейки от мирового лидера EVE Energy, в том числе популярного типа 18650. Для оказания помощи в подборе аккумуляторов этого типа, сочетающих оптимальные технические параметры и приемлемую цену, инженер Компэл провел собственное тестирование. Аккумуляторы типа 18650 изготавливаются по двум имеющимся электрохимическим системам – ICR и INR – с различной емкостью. Заголовок сообщения: Re: Уменьшение и увеличение частоты переменного тока Jek_Rock Заголовок сообщения: Re: Уменьшение и увеличение частоты переменного тока Jek_Rock С нагрузкой еще не определился(не больше 30-40 Ом), выходная мощность неважно какая(достаточно пары ватт). В принципе звуковой генератор у меня уже есть, но боюсь не потянет схему, а усилитель можно достать с платы Скифа. Заголовок сообщения: Re: Уменьшение и увеличение частоты переменного тока Усилитель низкой частоты для сигнала (синусоидального?) 12В (амплитудное или действующее значение?), на нагрузку 30-40 Ом (и даже до 4 Ом) делается на одной маленькой микросхемке, при желании. Заголовок сообщения: Re: Уменьшение и увеличение частоты переменного тока Усилитель низкой частоты для сигнала (синусоидального?) 12В (амплитудное или действующее значение?), на нагрузку 30-40 Ом (и даже до 4 Ом) делается на одной маленькой микросхемке, при желании. У нас в городе нет возможности купить радиодетали, к сожалению. Приходится использовать то, что есть. Под рукой оказалась часть платы от Скифа. Сигнал синусоидальный, 12В — напряжение питание от трансформатора. Заголовок сообщения: Re: Уменьшение и увеличение частоты переменного тока Усилитель низкой частоты для сигнала (синусоидального?) 12В (амплитудное или действующее значение?), на нагрузку 30-40 Ом (и даже до 4 Ом) делается на одной маленькой микросхемке, при желании. Ну тогда лучше мостовую схему использовать, чтоб на развязывающем кондюке всё не потерять, или с двуполярным питанием. Или вообще ШИМ. Чем страшны колебания частоты в электросети
Частота переменного тока, используемого мировыми потребителями электроэнергии, допускает два стандарта. Практически во всех странах обоих Америк, Саудовской Аравии и ряде островных государств частота электросети составляет 60Гц, в остальных странах, включая Россию, электрооборудование потребляет переменный ток промышленной частоты 50Гц. Физически частоту переменного тока электросети легко представить в виде частоты вращения генераторов электростанций, точнее их подвижных частей – роторов. Это один из наиболее важных параметров, характеризующих электрическую сеть, недаром отклонениям частоты в стандарте качества электроэнергии уделено особое внимание. Среди продолжительных отклонений напряжения от номинальных параметров, колебания частоты стоят на первом месте, и лишь потом сосредотачивается внимание на отклонениях напряжения. Стандартом ГОСТ 32144-2013 установлено максимальное отклонение значения частоты от принятых 50 герц, которые составляют ±0.4Гц. При этом номинальные значения частоты должны находиться в пределах 50±0.2Гц. В чем опасность отклонений от нормально допустимых значений? Чтобы оценить ущерб, который может принести факт изменения, в частности снижения частоты переменного тока, проблему следует рассматривать в двух аспектах: технологическом и электромагнитном. В обоих вариантах изменение частоты оборачивается экономическими потерями, в той либо иной степени несущими материальный ущерб. В первом случае снижение частоты ведет к нарушению технологических процессов, связанных с замедлением работы производственного оборудования. Иллюстрацией этому служат частотные преобразователи – регуляторы частоты, предназначенные для плавного пуска мощных электродвигателей. Таким образом, в лучшем случае падает производительность оборудования, в худшем приводит к производству брака. Электромагнитные потери связаны с изменением баланса реактивных и активных мощностей. Это негативным образом отражается на эффективности работы электрооборудования, так, например понижению частоты питающей сети на 1% сопутствует снижение мощности нагрузки асинхронного двигателя на 3%.
Неблагоприятным образом отклонения от основной частоты сказываются на электрооборудовании с сердечниками из электротехнической стали. Разогрев магнитопроводов приводит к общему нагреву электродвигателей, силовых трансформаторов, что в целом отражается на ресурсах оборудования. Критично к понижению частоты и собственное технологическое оборудование электростанций. При значительных отклонениях (46 … 45Гц), связанных со снижением активной мощности, наступает так называемая «лавина частоты», происходит отключение энергосистемы. Опасны для электрооборудования ситуации в случаях повышения частоты, как правило, возникающих при резком снижении потребителями электрической энергии нагрузки. Избыточная мощность в первую очередь опасна для оборудования электростанции. Повышение частоты питающего напряжения приводит к увеличению скорости вращения двигателя асинхронного типа, однако вращательный момент при этом падает. В случае отсутствия запаса по мощности это приводит торможению электродвигателя, вплоть до полного останова. В дилетантской среде существует ошибочное мнение, что к изменениям частоты критично качество изоляции, вызывающее ее старение. Это не совпадает с действительностью, поскольку боится изоляция воздействия высших гармоник, а отклонения в несколько герц ей не страшны. Причина деструктивных процессов материала изоляции вызвана плохой синусоидальностью напряжения обусловленной наличием гармоник, кратных частоте основного напряжения. Правда, гармоники негативным образом отражаются и на самом оборудовании, что определяет необходимость борьбы с этим явлением. В нашей компании Вы можете заказать измерение качества электроэнергии, посмотреть информацию о стоимости и порядке проведения работ можно здесь Остались вопросы? Заполните форму обратно связи ниже, наши специалисты свяжутся с Вами, проконсультируют, расскажут про возможные способы решения Вашей задачи. |
