Как изменить частоту тока

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.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Изменение частоты тока источника

Регулирование скорости трехфазного асинхронного двигателя изменением частоты тока источника питания находит все большее применение для рольгангов, транспортеров и особенно для металлорежущих станков с целью обеспечения большой частоты вращения (более 20 000 мин -1 ).

При регулировании частоты возникает необходимость регулировать также и напряжение источника питания, так как

Из выражения (3.35) видно, что если увеличивается частота, а напряжение остается постоянным, то магнитный поток будет уменьшаться и, как следствие, будет уменьшаться допустимый момент.

При снижении частоты магнитный поток увеличивается (при = const), что приводит к насыщению стали машины и, как следствие, к резкому увеличению токов намагничивания и на гистерезис, следовательно, нагреву двигателя. Поэтому для наилучшего использования асинхронного двигателя при регулировании скорости изменением частоты необходимо регулировать одновременно частоту и напряжение, что возможно только в замкнутых системах электропривода:

Простых и дешевых силовых преобразователей, удовлетворяющих требованиям выражения (3.36), не существует. Используемые в настоящее время преобразователи частоты можно разделить:

  • 1) на электромашинные;
  • 2) вентильные или статические.

Электромашинные преобразователи частоты тока преобразуют переменный ток в постоянный, а затем генерируют переменный ток другой частоты либо с применением синхронного генератора, либо с применением непосредственной связи. Преобразователи с промежуточным звеном постоянного тока и непосредственной связью не нашли широкого применения из-за дороговизны.

Схема электромашинного преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока, в котором используется синхронный генератор, представлена на рис. 3.14. В этой схеме:

  • – Mj, Gx асинхронный двигатель и генератор постоянного тока для преобразования переменного сетевого напряжения неизменной частоты в регулируемое по величине постоянное напряжение, которое зависит от тока возбуждения генератора Gt;
  • — М2 — двигатель постоянного тока, способный изменять частоту вращения при изменении подаваемого на него напряжения;
  • – С2 — синхронный генератор переменного тока. При изменении его угловой скорости изменяются пропорционально частота и напряжение;

М3, М4, М5 — асинхронные двигатели (потребители).

Второй вариант электромашинных преобразователей — преобразователи с промежуточным звеном постоянного тока и непосредственной связью, а также асинхронные преобразователи частоты.

Основным недостатком электромашинных преобразователей является высокая потребляемая мощность. Если считать, что мощность, потребляемая двигателями М3, М4, М5, равна Рп потребителей, то при пренебрежении потерями в машинах общая установленная мощность преобразователя частоты составит

Рис. 3.14. Электромашинный преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока

и синхронным генератором переменного тока

С учетом потерь в машинах преобразователя его установленная мощность будет еще больше.

КПД электромагнитных преобразователей низок, так как определяется произведением КПД отдельных машин. Если КПД отдельных машин составляет 0,9, то суммарный КПД составит 0,94 = 0,66.

Электромашинным преобразователям присуща значительная инерционность.

Недостатки электромашинных преобразователей, перечисленные выше, потребовали создания статических преобразователей на основе тиристоров или транзисторов.

По структуре статические преобразователи могут быть разделены на два типа:

  • а) с непосредственной связью;
  • б) с промежуточным звеном постоянного тока.

Преобразователи с непосредственной связью (рис. 3.15) предназначены для преобразования высокой частоты в низкую.

Рис. 3.15. Статический (тиристорный) преобразователь частоты (ТПЧ) с непосредственной связью

Преимущества преобразователей с непосредственной связью:

  • – однократное преобразование частоты и, следовательно, высокий КПД (0,97-0,98);
  • — сохранение жесткости характеристик;
  • – возможность независимого от частоты тока регулирования амплитуды напряжения на выходе;
  • — плавность регулирования.
  • – ограниченное регулирование выходной частоты (до 40% от частоты сети);
  • — регулирование частоты только в сторону понижения.

Наибольшее применение в электроприводах нашел преобразователь

частоты с промежуточным звеном постоянного тока (рис. 3.16).

Преимущества преобразователей частоты с промежуточным звеном постоянного тока:

  • — могут как повышать, так и понижать частоту (/1>ЫХ= 5-И000 Гц);
  • — высокий КПД (до 0,96) и coscp > 0,85;
  • — быстрота действия, низкая инерционность;
  • — малые габариты, бесшумность в работе, надежность;
  • — плавность регулирования.

Главным недостатком преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока является высокая цена устройства регулирования.

Рис. 3.16. Схема преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока:

У В — управляемый выпрямитель; И — инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный с регулируемой частотой и амплитудой

Другие способы регулирования скорости

Кроме основных способов регулирования скорости, перечисленных выше, в некоторых случаях применяются:

  • – каскадное регулирование скорости при соединении двух и более ЭД;
  • — изменение подводимого к двигателю напряжения;
  • — импульсное регулирование скорости.

Регулирование частоты вращения асинхронного электродвигателя

Подписка на рассылку

  • ВКонтакте
  • Facebook
  • ok
  • Twitter
  • YouTube
  • Instagram
  • Яндекс.Дзен
  • TikTok

Рисунок 1. Асинхронный двигатель Асинхронный двигатель (рис. 1) имеет неподвижную часть, которая называется статор, и вращающуюся часть, именуемую ротором. Магнитное поле создается в обмотке, размещенной в статоре. Такая конструкция электродвигателя позволяет регулировать частоту его вращения различными способами.

Основные технические характеристики, учитываемые при изменении частоты вращения

При регулировании частоты вращения асинхронных электродвигателей следует учитывать несколько основных технических показателей, которые в значительной мере влияют на процесс работы двигателей.

  1. Диапазон регулирования Д, то есть предел, до которого возможно изменять частоту вращения. Эта характеристика вычисляется по соотношению минимальной и максимальной частоты вращения.
  2. Плавность регулирования — определяется по минимальному скачку частоты вращения электродвигателя, когда осуществляется переход одной механической характеристики на другую.
  3. Направление изменения частоты вращения двигателя (так называемая зона регулирования). Номинальные условия работы определяют естественную механическую характеристику двигателя. Когда осуществляется процесс регулирования частоты вращения, эти характеристики (напряжение и частота питающей сети) начнут изменяться. В результате получаются искусственные характеристики, которые обычно ниже естественных.

Есть несколько способов регулирования частоты вращения электродвигателя:

Регулирование частоты вращения изменением частоты питающей сети

Регулирование частоты вращения путем изменения частоты в питающей сети считается одним из самых экономичных способов регулирования, который позволяет добиться отличных механических характеристик электропривода. Когда происходит изменение частоты питающей сети, частота вращения магнитного поля также меняется.

Преобразование стандартной частоты сети, которая составляет 50 Гц, происходит за счет источника питания. Одновременно с изменением частоты происходит и изменение напряжения, которое необходимо для обеспечения высокой жесткости механических характеристик.

Регулирование частоты вращения позволяет добиться различных режимов работы электродвигателя:

  • с постоянным вращающим моментом;
  • с моментом, который пропорционален квадрату частоты;
  • с постоянной мощностью на валу.

В качестве источника питания для регулирования могут использоваться электромашинные вращающиеся преобразователи, а также статические преобразователи частоты, которые работают на полупроводниковых приборах, серийно выпускающихся промышленностью.

Несомненным преимуществом частотного регулирования является наличие возможности плавно регулировать частоту вращения в обе стороны от естественной характеристики. При регулировании достигается высокая жесткость характеристик и отличная перегрузочная способность.

Регулирование частоты вращения изменением числа полюсов

Регулирование частоты вращения путем изменения числа полюсов происходит за счет изменения частоты вращения магнитного поля статора. Частота питающей сети остается неизменной, в то время как происходит изменение частоты вращения магнитного поля и частоты вращения ротора. Они меняются обратно пропорционально числу полюсов. Например, число полюсов равно 2, 4, 6, 8, тогда обороты двигателя при изменении их количества будут составлять 3000, 1500, 1000, 750 оборотов в минуту.

Двигатели, которые обеспечивают переключение числа пар полюсов, имеют обычно короткозамкнутый ротор с обмоткой. Благодаря этому ротору обеспечивается возможность работы двигателя без дополнительных пересоединений в цепи.

Изменение частоты вращения включением в цепь ротора с реостатом

Еще одним способом изменения частоты вращения двигателя является включение в цепь ротора с реостатом. Такой метод имеет существенное ограничение, так как может быть применен только для двигателей с фазным ротором. Он обеспечивает плавное изменение частоты вращения в очень широких пределах. Минусом же являются большие потери энергии в регулировочном реостате.

Изменение направления вращения

Изменение направления вращения двигателя может быть осуществлено за счет изменения направления вращения магнитного поля, которое создается обмотками статора. Изменение направления вращения можно достичь, изменив порядок чередования тока в фазах обмотки статора.

Чипгуру

  • Форум
    • Правила форума
    • Правила для Редакторов
    • Правила конкурсов
    • Руководство барахольщика
    • Ликбез по форуму
      • Изменить цвет форума
      • Как вставлять фотографии
      • Как вставлять ссылки
      • Как вставлять видео
      • Как обозначить оффтоп
      • Как цитировать
      • Склеивание сообщений
      • Значки тем
      • Подписка на темы
      • Автоподписка на темы
    • БиБиКоды (BBCode)
    • Полигон для тренировок
  • Калькуляторы
    • Металла
    • Обороты, диаметр, скорость
    • Подбора гидроцилиндров
    • Развертки витка шнека
    • Расчёт треугольника
    • Теплотехнический
    • Усилия гибки
  • Каталоги
    • Подшипников
    • Универсально-сборные пр.
    • УСП-12
  • Справочники
    • Марки стали и сплавы
    • Открытая база ГОСТов
    • Применимость сталей
    • Справочник конструктора
    • Справочник ЧГ сталей
    • Сравнение материалов
    • Стандарты резьбы
  • Таблицы
    • Диаметров под резьбу
    • Конусов Морзе
    • Номеров модульных фрез
  • Темы без ответов
  • Активные темы
  • Поиск
  • Наша команда

О частотном регулировании асинхронного привода.

  • Перейти на страницу:

О частотном регулировании асинхронного привода.

Сообщение #1 T-Duke » 10 фев 2016, 16:37

Так как вижу что в соседней теме возникают некоторые споры и даже заблуждения, решил создать отдельную тему, где моя темность осветит некоторые вопросы связанные с асинхронным приводом. Буду стараться говорить простыми словами на пальцах. Всяких дотошных буквоедов, которые цепляются к тому о чем не упомянул для экономии места и времени – прошу идти мимо. Я не собираюсь здесь писать монографию из многих глав, описывая каждый нюанс. Только главное, важное для понимания. Так же для тех кому нечего делать, или хочется холиварить , прошу, не нужно превращать этот форум в подобие чипа. Троллям там самое место, а здесь хочется конструктивно общаться и если кому, что непонятно – задавйте вопросы.

О роторе.
Итак самое главное что нужно сказать и с чего нужно начать. Асинхронные двигатели работают при наличии такого явления как скольжение поля. Когда вращающееся магнитное поле статора по скорости вращения, опережает ротор.
Только при наличии скольжения в беличьем колесе ротора наодится ЭДС и возникает крутящий момент. Детально углубляться не будем. Главное что нужно понимать – если скольжение равно нулю, то есть ротор верится с той же скоростью, что и поле статора, то крутящий момент тоже нулевой.
Второе, что важно понимать – для конкретного двигателя есть предельная величина скольжения. При таком скольжении крутящий момент ротора максимален. Если еще больше увеличить скольжение, то момент начинает падать. Графики момента в зависимости от скольжения (скорости ротора) можно найти в учебниках. Классический пример запуск 50Гц асинхронника от сети 50Гц при большой нагрузке на валу. В начальный момент скольжение очень велико. Ибо ротор почти неподвижен, а поле вертится с полной частотой. Скольжение значительно выше предельного и крутящий момент сильно ниже, чем в случае предельного скольжения. Это объясняется резким ростом потерь в роторе при превышении критического скольжения.

Итак, чтобы получать максимально возможный момент асинхронника во всем диапазоне скоростей, ПЧ должен строго поддерживать одну и ту же величину скольжения – то есть предельное скольжение, или его можно назвать оптимальным. С такой задачей может справиться только векторный частотник. Если двигатель управляется векторным частотником, то там даже при частоте в несколько Гц, возможен полный крутящий момент. Если частотник не векторый, а обычный, у которого нет ОС по скорости ротора, скольжение ротора будет произвольно меняться в зависимости от нагрузки на двигатель, и оптимального момента во всем диапазоне оборотов мы не получим.

Второй важный фактор – статор двигателя. Вернее то, что он электрически представляет собой для сети переменного тока, или для ПЧ. Электрически двигатель собой представляет индуктивность, последовательно включенную со сопротивлением обмоток. И параллельно ко всему этому подключена распределенная межвитковая емкость. Для этой темы емкость обмоток не играет роли, поэтому будем рассматривать статор двигателя как индуктивность и сопростивление включенное последовательно с индуктивностью. Важный момент здесь – номинальная частота, на которую изготовлен двигатель и номинальне напряжение питания в рекомендованном подключении. например частота 50Гц, напряжение 380В – звезда.

Чтобы понять поведение двигателя при изменении частоты протекающего через него тока, для начала проведем эксперимент. Вытащим из двигателя ротор, оставим только статор и будем подавать в двигатель переменный ток различной частоты. Зачем убираем ротор? Когда поговорим об асинхроннике как о трансформаторе станет понятно. Убрав же ротор из асинхронника, мы превращием его в банальный дроссель.

Итак убрали ротор и подали на двигатель номинальное напряжение, номинальной частоты, скажем 50Гц. Через обмотки статора начнет течь ток ХХ двигателя и вокруг полюсов статора начнет вращаться магнитное поле с частотой обратной пропорциональной числу пар полюсов. В двухполюсном двигателе частота вращения поля совпадает со сетью – 50Гц. В 4-х полюсном в 2 раза меньше 25Гц, во 8-ми полюсном 12.5Гц и т.д. Но сейчас это не важно. Важно понять что статор предназначен для создания внутри своего объема, вращающегося магнитного поля заданной частоты и силы.

Так вот статор двигателя включен в сеть 50Гц, на которую он рассчитан и по обмоткам течет некий ток ХХ. Возникает вопрос – А что если мы частоту тока сети уменьшим, или увеличим? Возьмем и подадим вместо номинальных 50Гц, частоту 25Гц. Что-то изменится. А именно уменьшится сопротивление обмоток двигателя переменному току. Ровно в 2 раза. Ток ХХ вырастет в два раза. Если подадим на обмотки ток с частотой 100Гц, то сопротивление обмоток увеличится и ток ХХ упадет в 2 раза. То есть статор асинхронника без ротора, ведет себя как классический дроссель – обыная индуктивно-резистивная нагрузка в сети переменного тока.

Об асинхронном двигателе, как о вращающемся трансформаторе.

А теперь первый раз проведу аналогию между асинхронником и трансформатором. Пока на роторе нет нагрузки и ротор вращается равномерно, для сети переменного тока (или ПЧ) двигатель представляет собой аналог первичной обмотки трансформатора включенного в сеть переменного тока. При чем вторичная обмотка которого нагружена на довольно большое сопротивление, представляющее собой различные потери.
Пока на вторичной обмотке обычного транса нет нагрузки, то первичная обмотка ведет себя как дроссель большой индуктивности. Через первичку протекает небольшой ток ХХ, его еще называют током намагничивания.

То же самое и с асинхронником. Пока нагрузки на валу нет, то через обмотку статора протекает небольшой ток ХХ, создающий вращающееся магнитное поле в статоре и компенсирующий разные потери, например на трение в подшипниках.
Снова вернемся к обычному трансу, но теперь во вторичку включим нагрузку, например лампочку. Это моментально приведет к тому, что первичная обмотка почувствует эту нагрузку и отреагирует на это тем, что уменьшит свой имеданс переменногому току. Строго говоря тут нужно говорить не об импедансе, а о принципах работы трансформатора. Но чтобы короче – будем думать, что меняется импеданс, что в принципе тоже правильно, если не вдаваться в детали. То есть как только появится нагрузка на вторичке, в первичке сразу подскочит потребление тока. Аналогичная ситуация с асинхронником. Как только мы дадим нагрузку на ротор, это моментально скажется на обмотке статора и ток через обмотку увеличится, для компенсации воздействия нагрузки.

То есть асинхронный двигатель являет собой вращающийся трансформатор сразу преобразовывающий переменный ток в механическую работу на выходе. Первичкая обмотка такого транса – обмотка статора. Вторичная обмотка – беличье колесо в роторе. Выход не электрический а механический.

Об управлении асинхронным приводом.

Теперь когда мы понмаем, что асинхронник это по сути трансформатор, хоть и своеобразный, рассмотрим работу такого транса на разных частотах.

Если мы подаем на ненагруженный транс номинальную частоту 50Гц, то через первичку течет номинальный ток ХХ. Если уменьшаем частоту до 25Гц, то через транс начинает течь ток ХХ в два раза выше. То есть на ровном месте ток становится выше в два раза. Нагрев обмотки от холостого тока растет уже в четыре раза, по закону Джоуля-Ленца. То есть мы ничего не меняли кроме частоты. Нагрузку не подключали, а ток уже вырос.
Если еще уменьшим частоту, например до 12.5Гц, то ток ХХ вырастет в 4 раза по сравнению с номинальным при 50Гц. Нагрев обмотки током ХХ вырастет уже в 16 раз. То есть видим, что тут что-то нужно делать.

Выход есть. Он называется законом управления V/f = const. Если мы изменяем частоту которой питаем трансформатор, то мы должны изменить и напряжение подаваемое на транс, чтобы не менялся ток через первичку. То есть, если мы питаем двигатель рассчитанный на 380В и 50Гц, от сети частотой 25Гц, то напряжение в этой сети должно составлять уже половину – 190В. Иначе двигатель будет работать в нерасчетном режиме, с большими потерями как в меди, так и в стали статора.

Главный вывод из этого – при уменьшении частоты тока питающего двигатель – необходимо уменьшать напряжение подаваемое на этот двигатель. Этим и занимаются частотники. Когда мы выкручиваем регулятор на 25Гц, частотник вместо положенных 220В дает уже 110В и двигатель работает в своих номинальных параметрах.

А как же на счет крутящего момента ротора? А ему наплевать на напряжение, которым питают статор двигателя. Ротору нужно скольжение и номинальная индукция поля. Если нужное скольжение обеспечено, и хватает тока через обмотки для создания номинальной индукции поля, то обеспечен и номинальный крутящий момент. То есть, если мы питаем асинхронник током частоты 25Гц и напряжением 110В, то это никак не сказывается на крутящем моменте, если скольжение не изменилось.

Этот факт и говорит о том, что векторный частотник может давать хороший момент на низах, вплоть до нескольких Гц, так как он выдерживает заданное скольжение. Ограничением крутящего момента на низах, служит сопростивление провода обмоток статора, а если точнее то потери на обмотках при попытке достичь той же индукции поля, при пониженном напряжении питания. Когда частота вращения поля низкая, то на двигатель подается напряжение сильно ниже номинального и больше сказывается влияние оммического сопротивления обмоток. Это равноценно тому, что сам закон V/f=const начинает меняться. Вместо константы в правой части уравнения появляется переменная величина, которая может быть к тому же нелинейной. Хороший векторный частотник знает как управляться с этой перменной, поэтому возможен высокий крутящий момент, даже на частоте порядка 1Гц. Хотя все это ценой повышенных потерь, то есть пониженного КПД двигателя. Тут ничего не поделать это недостатки асинхронного привода.

Вот блин, затронул только самое главное в общих чертах, даже не трогал двигатели с переключением полюсов, а сколько текста уже. Если же вдаваться в детали, то можно целую книгу написать. Так что всяких педантов, прошу понять, что всех деталей нельзя упомянуть в одном посте и выясняя их можно на сотни страниц разойтись.

Если публике будет интересно, то мое темнейшество может осветить вопрос торможения асинхронника, когда он переходит в режим генератора.

Понятие пускового тока и его понижение до номинала при помощи преобразователей частоты

Частота электрического тока выступает одним из параметров качества электроэнергии и основной характеристикой режима энергосистемы. Количественно частота в энергосети равна количеству периодов в секунду. Изменение частоты в сети влияет на функционирование и, соответственно, производительность работы потребителей. Также свое влияние оказывает отклонение частоты на работу всей энергосистемы.

Нормируемые требования к показателям

В РФ требования к качеству работы энергосистемы стандартизированы.

В соответствии с ГОСТ 13109-97 частота в энергосистеме должна непрерывно поддерживаться на уровне f = 50 ± 0,2 Гц, при этом допускается кратковременное отклонение частоты до значения ∆f = 0,4 Гц.

Анализируя зависимость силы тока от частоты, можно сделать вывод, что если подключаемая нагрузка имеет чисто активный характер (к примеру, резистор), то в широком диапазоне сила тока от частоты иметь зависимость не будет. В случае достаточно высоких частот, когда индуктивность и ёмкость подключаемой нагрузки будут характеризоваться сопротивлением, сравнимым с активным, то сила тока будет иметь определенную зависимость от частоты.

Другими словами, при варьировании частоты тока происходит изменение ёмкостного сопротивления, изменение которого, в свою очередь, приводит к изменению тока, протекающего по цепи.

То есть при повышении частоты, снижается ёмкостное сопротивление, и повышается ток, протекающий по цепи.

Математическое выражение зависимости будет иметь следующий вид: I = UCω;

Зависимость при учете активного сопротивления будет определяться следующим выражением: I (ω) = UCω √(R2 • C2 • ω2 + 1).

Как повысить напряжение в сети

Часто в деревнях и на дачах говорят о плохом напряжении в электросети. Это связанно не только с их плохим техническим состоянием, но и с покупкой разнообразной бытовой техникой, которой требуется электричество, которого часто не хватает.

В то же время местные электросети не спешат менять оборудование на современное, а значит, на более совершенное которое с достоинством выдержит повышенные нагрузки.

Участник дачного форума «Дом и Дача» Terristor как-то столкнулся с проблемой – стиральная машина перестала работать. То есть барабан с трудом крутился, да и насос не мог поднять воду из скважины.

На 1-ом Рисунке обычная работа понижающего трансформатора. На 2-ом уже переделанный трансформатор готовый к работе на повышение напряжения.

Он замерил напряжение, и прибор показал всего 180 вольт, а этого напряжения не хватает для работы многих бытовых электроприборов.

Но нет, худа без добра. Как-то раз он читал журнал «Радио» и на глаза ему попалась статья о том, как при помощи обычного понижающего трансформатора сделать повышающий.

А фокус состоял в том, что если взять понижающий трансформатор, который из 220 вольт делает 40, поковыряться в нём, то после небольших изменений можно получить на выходе не понижение, а повышения напряжения на 40 вольт от напряжения в сети.

Случайно у Terristor был такой трансформатор. И обладая небольшими познаниями в радиотехнике, он через 15 минут его переделал и сделал пробный пуск.

Перед испытанием напряжение было 192 вольта, а после, как и намечалось, напряжение увеличилось на 40 вольт. Это оказалось отличным решением в сложившейся ситуации и несмотря на нехватку напряжения электроприборы работали безотказно.

Плюсы этой систем:

Простота при сборке. Например, при мощности вторичной обмотки трансформатора 100 вольт, можно не опасаясь подключить насос мощностью 500 Вт. Реальная дешевизна прибора.

Минусы этой системы:

Напряжение, выдаваемое прибором, автоматически не регулируется и если вдруг напряжение в сети стабилизировалось, и стало 220 вольт то на выходе у вас будет 260 вольт, многовато, но не опасно, если вовремя заметить.

Сам Terristor всю зиму пользовался этим трансформатором. За это время он ни разу не проверял напряжение и ни один электроприбор не испортился.

На случай если напряжение в вашем районе часто меняется можно использовать специальную розетку которая отключает электроприборы которые к ней подключаются если напряжение повысилось сверх нормы. Формулы для расчётов

Нужен трансформатор с первичной обмоткой на 220 вольт. Вторичная обмотка — на необходимое «недостающее напряжение». На вторичной обмотке максимальный ток даже у маломощных понижающих трансформаторов достаточен.

Расчёт можно сделать по нескольким формулам.

можно вычислить ток вторичной обмотки где Iн – номинальный ток нагрузки А; Pн – номинальная мощность нагрузки (по паспорту трансформатора) Вт; Uн — номинальное напряжение питания нагрузки.

Зная, какое напряжение нужно добавить, определяется требуемая мощность трансформатора по рис. 2

где P – мощность трансформатора в Вт., I2 – номинальный ток вторичной обмотки А, U2 — напряжение вторичной обмотки, В. Затем нужно взять трансформатор с подходящими данными – по мощности и выходному напряжению.

И в завершении нужно подсчитать результат по формуле на рис. 3. где Ктр — коэффициент трансформации; U1 — номинальное напряжение первичной обмотки (220), В.

В последней формуле можно видеть, что напряжение на нагрузке можно как увеличить, так и уменьшить. Чтобы правильно фазировать трансформатор, достаточно поменять местами выводы одной из обмоток.

Трансформатор лучше установить в коридоре или в подвале, потому что установка шумит, а уже оттуда сделать проводку до нужных электроприборов.

Размещено участником форума «Дом и Дача» Terristor Редактор: Адамов Роман

Подписывайтесь на наш Telegram каналЭксклюзивные посты каждую неделю

Влияние частоты тока на электроприборы

Далее рассмотрим влияние частоты электрического тока. Увеличение частоты до сравнительно невысоких величин (1 — 10 тыс. Гц), обычно является следствием исключительно повышения номинальной мощности электроаппаратуры, поскольку таким образом возрастает проводимость газовых промежутков. Для измерения частоты в системе используют частотомеры.

Паровая турбина разрабатываются и создаются таким образом, чтобы при номинальной скорости вращения (частоте) обеспечивалась максимальная выходная мощность на валу. При этом уменьшение номинальной частоты является следствием возникновения потерь на удар пара о лопатки с единовременным повышением момента вращения, а повышение частоты — к снижению момента вращения.

Таким образом, наиболее экономичный режим работы достигается при оптимальной частоте.

Помимо этого, работа на пониженных частотах приводит к ускоренному износу рабочих лопаток и прочих частей и механизмов. Снижение частоты оказывает влияние на расход на собственные нужды станций.

Инерция нагрузки

На реальное время разгона и замедления также влияют различные механические и электрические параметры системы электропривода. Например, при установке очень малого времени разгона или торможения фактическое время может быть больше из-за инерции нагрузки на валу двигателя.

Инерция нагрузки при разгоне может привести к перегрузке по току, при этом преобразователь частоты выходит в ошибку. Чтобы такого не произошло, время разгона нужно выбирать по нескольким критериям. Если данный параметр не принципиален, можно выставить автоматический разгон. В этом случае преобразователь будет выбирать максимальный скоростной режим разгона или замедления, чтобы избежать ошибки перегрузки по току (разгон) или перенапряжению на звене постоянного тока (замедление).

Когда время торможения должно быть минимальным, применяют тормозные резисторы для выделения «лишней» энергии, полученной в результате торможения.

Дополнительная инерция при разгоне и торможении может проявляться также при аналоговом способе задания выходной частоты. Это происходит, когда на аналоговом входе устанавливается низкочастотный фильтр для уменьшения помех, либо в настройках выставлена большая инерционность задающего аналогового сигнала.

Производители рекомендуют ограничить число пусков/остановов двигателя в единицу времени, поскольку при разгоне и торможении происходит наибольшая тепловая нагрузка на частотный преобразователь.

Во многих ПЧ имеется несколько вариантов времени разгона и торможения, которые можно применить для различных этапов технологического процесса. Переключение производится посредством подачи сигнала на соответственно запрограммированный дискретный вход.

И все-таки она существует!

Вопросительный знак в заголовке статьи превратился в восклицательный. «Яндекс» реабилитирован. Осталось только привести формулы зависимости напряжения от частоты для разных видов реактивных сопротивлений.

Емкостное: XC = 1/(w · C). Здесь w — угловая частота, C — емкость конденсатора.

Индуктивное: XL = w · L, где w — то же, что и в предыдущей формуле, L — индуктивность.

Как видно, частота влияет на величину сопротивления, изменяя его, следовательно, изменяет и падение напряжения. Если в сети имеется активное сопротивление R, емкостное XC и индуктивное XL, то сумма падений напряжений на каждом элементе будет равна разности потенциалов источника: U = Ur + Uxc+ Uxl.


Частота электрического тока выступает одним из параметров качества электроэнергии и основной характеристикой режима энергосистемы. Количественно частота в энергосети равна количеству периодов в секунду. Изменение частоты в сети влияет на функционирование и, соответственно, производительность работы потребителей. Также свое влияние оказывает отклонение частоты на работу всей энергосистемы.

Есть такие резисторы

Их еще называют реактивными, в отличие от активных собратьев. На что же они реагируют, изменяя свою величину? На частоту! Существует 2 вида реактивных сопротивлений:

Каждый вид связан со своим полем. Индуктивное — с магнитным, емкостное — с электрическим. На практике они представлены в первую очередь, соленоидами.

Они представлены на фото выше. И конденсаторами (ниже).

Их можно считать антиподами, потому что реакция на изменение частоты прямопротивоположная. Индуктивное сопротивление растет с частотой. Емкостное, наоборот, падает.

Теперь, учитывая особенности реактивных сопротивлений, в соответствии с законом Ома, можно утверждать, что зависимость напряжения от частоты переменного тока существует. Она может быть рассчитана с учетом величин реактивных сопротивлений в цепи. Только для ясности надо помнить, что речь идет именно о падении напряжения на элементе цепи.

Что является источником частоты

Тот же самый генератор. Частота его вращения превращается в одноименное свойство напряжения. Вращайте генератор быстрее — частота будет больше. И наоборот.

Хвост не может «вилять» собакой. По той же причине частота не может изменить напряжение. Следовательно, выражение «зависимость напряжения от частоты тока» не имеет смысла?

Чтобы найти ответ, надо правильно сформулировать вопрос. Есть такая присказка про глупца и 10 ученых мужей. Он задавал неправильные вопросы, а они не могли ответить.

Если назвать напряжение другим определением, все встанет на свои места. Оно применяется для цепей, состоящих из множества разных сопротивлений. «Падение напряжения». Оба выражения часто считаются синонимами, что почти всегда неправильно. Потому что падение напряжения действительно может зависеть от частоты.

Регулирование скорости изменением частоты тока питающей сети

Частотное регулирование на основе тиристорных преобразователей частоты все ши

ре применяется на судах мирового флота, особенно на специализированных – контейнеро-

возах, судах для транспортировки тяжеловесных грузов и т.п..

Этот вид регулирования – наиболее плавный и экономичный, с диапазоном регули-

рования до 12:1 и выше.

Изменение частоты тока питающей сети влияет на два важных параметра асинхрон

1. угловую скорость ω = 2πf ( 1 – s ) / р;

2. критический ( максимальный ) момент двигателя М = с .

Как следует из приведенных соотношений, при увеличении частоты тока угловая

скорость увеличивается прямо пропорционально частоте, а критический момент уменьша-

ется обратно пропорционально квадрату частоты, что может привести к опрокидыванию

асинхронного двигателя ( см. ниже ).

Рис. 245. Механические характеристики асинхронного двигателя при изменении частоты тока питающей сети: искусственная ( ИМХ ) при частоте f = 25 Гц;

естественная ( ЕМХ ) при частоте f = 50 Гц

Рассмотрим регулирование скорости изменением частоты тока питающей сети от

значения f = 25 Гц до значения f = 50 Гц ( рис. 245 ).

Пусть двигатель работает в точке «С» на искусственной механической характери-

стике при частоте f = 25 Гц. Этой характеристике соответствует критический момент

М и угловая скорость идеального холостого хода ω .

При скачкообразном увеличении частоты тока в 2 раза, т.е. до значения f = 50 Гц ,

критический момент уменьшится в 4 раза ( М = 0,25 М ), а угловая скорость иде-

ального холостого хода увеличится в 2 раза, до значения ω .

При этом двигатель при постоянстве скорости перейдет из точки «С» в точку «D».

Этой точке соответствует электромагнитный момент, меньший тормозного статического М . Поэтому двигатель станет тормозиться по участку «DE» характеристики, и в точке

При реактивном статическом моменте ( насосы, вентиляторы и т.п. ) переходный процесс в точке «Е» закончится, т.е. двигатель после остановки ротора в точке «Е» оста

нется стоять под током.

При активном статическом моменте ( грузовые лебедки и краны, брашпиль ) пере-

ходный процесс в точке «Е» не закончится, двигатель после кратковременной остановки ротора в точке «Е» реверсирует и под действием статического момента М , созданного подвешенным грузом ( или судовым якорем ), станет разгоняться в обратном направле-

Привод перейдет в режим тормозного спуска, при котором электромагнитный мо-

мент двигателя направлен на подъем, а фактически происходит спуск груза ( якоря ).

При этом скорость спуска будет непрерывно увеличиваться, т.к. по мере разгона

привода значение тормозного электромагнитного момента двигателя непрерывно умень-

шается ( М

1. регулирование плавное, при помощи тиристорных преобразователей частоты;

2. при увеличении только частоты тока, например, в процессе разгона двигателя,

уменьшается критический момент, что может привести к опрокидыванию ТАД и аварии;

3. для грузоподъемных и якорно-швартовных механизмов при регулировании ско-

рости изменяют в одинаковой степени как частоту тока, так и напряжение.

Это позволяет сохранить постоянным критический момент двигателя и тем самым избежать опрокидывания привода.

Дата добавления: 2017-08-01 ; просмотров: 1043 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий