Modi per aumentare la frequenza corrente

Il metodo più popolare per aumentare (o diminuire) la frequenza della corrente oggi è utilizzare un convertitore di frequenza. I convertitori di frequenza consentono di ottenere da corrente alternata monofase o trifase con frequenza industriale (50 o 60 Hz) una corrente con la frequenza richiesta, ad esempio da 1 a 800 Hz, per alimentare monofase o trifase motori fase-fase.

Insieme ai convertitori di frequenza elettronici, per aumentare la frequenza di corrente, vengono utilizzati anche convertitori di frequenza a induzione elettrica, in cui, ad esempio, un motore asincrono con rotore avvolto funziona parzialmente in modalità generatore. Ci sono anche umformer - generatori di motori, che saranno discussi anche in questo articolo.

Convertitori elettronici di frequenza

I convertitori di frequenza elettronici consentono di controllare uniformemente la velocità dei motori sincroni e asincroni grazie a un aumento graduale della frequenza di uscita del convertitore al valore impostato. L'approccio più semplice è fornito impostando una caratteristica V / f costante e soluzioni più avanzate utilizzano il controllo vettoriale.

Convertitori di frequenzadi solito includono un raddrizzatore che converte la corrente alternata a frequenza industriale in corrente continua; dopo il raddrizzatore c'è un inverter nella sua forma più semplice, basato su PWM, che converte una tensione costante in una corrente di carico alternata, e la frequenza e l'ampiezza sono già impostate dall'utente e questi parametri possono differire dai parametri di rete del ingresso su o giù.

Il modulo di uscita di un convertitore di frequenza elettronico è molto spesso un tiristore o un ponte a transistor costituito da quattro o sei interruttori che formano la corrente necessaria per alimentare il carico, in particolare il motore elettrico. Un filtro EMC viene aggiunto all'uscita per attenuare il rumore nella tensione di uscita.

Come accennato in precedenza, un convertitore di frequenza elettronico utilizza tiristori o transistor come interruttori per il suo funzionamento. Per controllare i tasti viene utilizzato un modulo a microprocessore, che funge da controller e allo stesso tempo svolge una serie di funzioni diagnostiche e protettive.

Nel frattempo, i convertitori di frequenza sono ancora di due classi: ad accoppiamento diretto e ad accoppiamento CC. Quando si sceglie tra queste due classi, vengono soppesati i vantaggi e gli svantaggi di entrambi i tipi e viene determinata l'adeguatezza dell'uno o dell'altro per risolvere un problema urgente.

Comunicazione diretta

I convertitori ad accoppiamento diretto si distinguono per il fatto che utilizzano un raddrizzatore controllato, in cui gruppi di tiristori in sequenza, sbloccandosi, commutano il carico, ad esempio gli avvolgimenti del motore, direttamente alla rete di alimentazione.

Di conseguenza, all'uscita si ottengono bit di onda sinusoidale della tensione di rete e la frequenza di uscita equivalente (per il motore) diventa inferiore alla griglia, entro il 60% di essa, ovvero da 0 a 36 Hz per un 60 Hz ingresso.

Tali caratteristiche non consentono di modificare i parametri delle apparecchiature del settore in un ampio intervallo, pertanto la domanda di queste soluzioni è bassa. Inoltre, i tiristori non bloccabili sono difficili da controllare, il costo dei circuiti aumenta e c'è molto rumore in uscita, sono necessari compensatori e, di conseguenza, le dimensioni sono elevate e l'efficienza è bassa.

Collegamento CC

Molto meglio a questo proposito sono i convertitori di frequenza con una connessione di corrente continua pronunciata, dove prima la corrente alternata di rete viene raddrizzata, filtrata e poi di nuovo attraverso un circuito di interruttori elettronici viene convertita in corrente alternata della frequenza e dell'ampiezza richieste. Qui la frequenza può essere molto più alta. Naturalmente, la doppia conversione riduce in qualche modo l'efficienza, ma i parametri della frequenza di uscita corrispondono semplicemente alle esigenze dell'utente.

Per ottenere un'onda sinusoidale pura sugli avvolgimenti del motore, viene utilizzato un circuito inverter, in cui si ottiene la tensione della forma desiderata grazie a modulazione di larghezza di impulso (PWM)… Gli interruttori elettronici qui sono tiristori lock-in o transistor IGBT.

I tiristori resistono a grandi correnti di impulso, rispetto ai transistor, motivo per cui ricorrono sempre più a circuiti a tiristori, sia nei convertitori di comunicazione diretta che nei convertitori con un collegamento CC intermedio, l'efficienza arriva fino al 98%.

Per motivi di correttezza, notiamo che i convertitori di frequenza elettronici per la rete di alimentazione sono un carico non lineare e generano armoniche più elevate al suo interno, che deteriorano la qualità dell'alimentazione.

Generatore di motori (umformer)

Per convertire l'elettricità da una delle sue forme a un'altra, in particolare per aumentare la frequenza della corrente, senza la necessità di ricorrere a soluzioni elettroniche, vengono utilizzati i cosiddetti umformer - motogeneratori. Tali macchine funzionano come conduttori di elettricità, ma in realtà non vi è alcuna conversione diretta dell'elettricità, come in un trasformatore o in un convertitore di frequenza elettronico, in quanto tale.

Qui sono disponibili le seguenti opzioni:

• la corrente continua può essere convertita in corrente alternata con una tensione più elevata e la frequenza richiesta;

• la corrente continua può essere ottenuta dalla corrente alternata;

• conversione meccanica diretta della frequenza con il suo aumento o diminuzione;

• ottenere una corrente trifase con la frequenza richiesta da una corrente monofase alla frequenza di rete.

Nella sua forma canonica, un motogeneratore è un motore elettrico il cui albero è direttamente collegato al generatore. Un dispositivo stabilizzatore è installato all'uscita del generatore per migliorare i parametri di frequenza e ampiezza dell'elettricità generata.

In alcuni modelli di umformer, l'armatura contiene bobine e un motore e un generatore che isolata galvanicamente, e i cui fili sono collegati rispettivamente al collettore e agli anelli di uscita.

In altre versioni, ci sono avvolgimenti comuni per entrambe le correnti, ad esempio non c'è un collettore con collettori rotanti per convertire il numero di fasi, ma vengono semplicemente effettuate prese dall'avvolgimento dello statore per ciascuna delle fasi di uscita.Quindi una macchina a induzione converte la corrente monofase in corrente trifase (sostanzialmente identica all'aumentare della frequenza).

Quindi, il motore-generatore consente di trasformare il tipo di corrente, tensione, frequenza, numero di fasi. Fino agli anni '70, convertitori di questo tipo venivano utilizzati nell'equipaggiamento militare dell'URSS, dove alimentavano, in particolare, dispositivi a lampada. I convertitori monofase e trifase sono alimentati con una tensione costante di 27 volt, e l'uscita è una tensione alternata di 127 volt 50 hertz monofase o 36 volt 400 hertz trifase.

La potenza di tali trasformatori raggiunge i 4,5 kVA. Macchine simili sono utilizzate nelle locomotive elettriche, dove una tensione continua di 50 volt viene convertita in una tensione alternata di 220 volt con una frequenza fino a 425 hertz per alimentare lampade fluorescenti e 127 volt 50 hertz per alimentare rasoi passeggeri. I primi computer venivano spesso usati dagli umformer per alimentarli.

Ancora oggi gli umformer si trovano qua e là: nei filobus, nei tram, nei treni elettrici, dove vengono installati per ottenere una bassa tensione per l'alimentazione dei circuiti di comando, ma ora sono già stati quasi del tutto soppiantati dalle soluzioni a semiconduttore ( tiristori e transistor).

I convertitori motore-generatore sono preziosi per una serie di vantaggi. Innanzitutto, è un isolamento galvanico affidabile dei circuiti di alimentazione di uscita e di ingresso. In secondo luogo, l'uscita è l'onda sinusoidale più pura senza distorsione, nessun rumore. Il dispositivo è molto semplice nel design e quindi la manutenzione è piuttosto intraprendente.

Questo è un modo semplice per ottenere una tensione trifase. L'inerzia del rotore attenua i picchi di corrente quando i parametri di carico cambiano bruscamente.E, naturalmente, è molto facile ripristinare l'elettricità qui.

Non senza i suoi difetti. Gli Umformer hanno parti mobili e quindi la loro risorsa è limitata. Massa, peso, abbondanza di materiali e, di conseguenza, un prezzo elevato. Lavoro rumoroso, vibrazioni. La necessità di lubrificazione frequente dei cuscinetti, pulizia dei collettori, sostituzione delle spazzole. L'efficienza è entro il 70%.

Nonostante gli svantaggi, i generatori di motori meccanici sono ancora utilizzati nell'industria dell'energia elettrica per convertire grandi potenze. In futuro, i generatori a motore potrebbero aiutare a soddisfare le reti a 60 e 50 Hz o fornire reti con maggiori requisiti di qualità dell'energia. L'alimentazione degli avvolgimenti del rotore della macchina in questo caso è possibile da un convertitore di frequenza a stato solido a bassa potenza.