Регулятор частоты тока: Частотные преобразователи | Регуляторы частоты

Содержание

Регуляторы частоты — Каталог

Преобразователь частоты PROSTAR Pr6000

Преобразователи частоты PR6000 являются высокотехнологичными устройствами, обладающие высокой точностью, широким диапазоном регулирования и развивающие высокий момент на валу электродвигателя. С помощью частотного преобразователя можно осуществлять регулирование производительности вентилятора, плавный пуск, защиту от перегрузок, задание скорости вращения вентилятора при помощи аналогового сигнала 0…10В, 4…20мА от удаленного управляющего источника или при помощи потенциометра.

Трансформаторный регулятор оборотов

Работа трансформаторных регуляторов скорости основана на использовании автотрансформатора для управления напряжением питания электродвигателя. Он предназначен для регулирования скорости вращения электродвигателя вентилятора, насоса и т.д., управляемых напряжением. Допускается управление несколькими двигателями, если общий потребляемый ток двигателей не превышает номинального тока регулятора.

Трансформаторные 5-ступенчатые устройства управления 1~ 230 В альтернативно с 2 отдельными 5-ступенчатыми выключателями

Управление частотой вращения одного или нескольких управляемых по напряжению вентиляторов.

Основные технические характеристики:

— напряжение сети 1~ 230 В, 50/60 Гц;

— выход 65-110-135-170-230 В;

— встроенная лампа сигнализации работы технологического оборудования;

— после отказа сети автоматическое повторное включение;

— дополнительный выход напряжения 230 В, макс. 1 A;

— макс. температура окружающей среды +40°С;

— производство ZIEHL-ABEGG, Германия.

Трансформаторные 5-ступенчатые устройства управления 3~ 400 В

Управление частотой вращения одного или нескольких управляемых по напряжению 3~ вентиляторов.

Основные технические характеристики:

— напряжение сети 3~ 400 В, 50/60 Гц;

— выход 95-145-190-240-400 В;

— встроенная лампа сигнализации работы технологического оборудования;

— после отказа сети автоматическое повторное включение;

  1. — дополнительный выход напряжения, у R-D-1…7 230 В, макс. 1 A;

— макс. температура окружающей среды +40°С;

— производство ZIEHL-ABEGG, Германия.

Тиристорный преобразователь частоты и принцип его работы

Содержание:

Преобразователи частоты в схемах подключения двигателя пользуются большой популярностью и спросом, поскольку позволяют строить стабильные и управляемые системы, которые без таких электронных схем спроектировать и внедрить затруднительно. К таким специфическим применениям, связанным с работой синхронных и асинхронных двигателей, относят:

  • необходимость обеспечить плавный, безопасный пуск и остановку электромотора;
  • потребность обеспечить необходимый крутящий момент на низких оборотах и при выходе на номинальный режим;
  • потребность регулировки частоты вращения ротора в широких пределах;
  • создание экономичных систем;
  • разработку систем на базе электромоторов с обратной связью, при помощи которой регулируется состояние системы.

Это достаточно сложная задача, учитывая, что мощные электродвигатели, особенно двигатели трехфазного тока, работают при достаточно высоких напряжениях, мощностях и, соответственно, большой силе тока. Поэтому первые регуляторы частоты были созданы на основе тиристоров, которые появились значительно раньше мощных IGBT-транзисторов. Cхемотехника тиристорных регуляторов частоты вращения электромотора достаточно проста и может быть реализована даже без применения сложных контроллеров, интегральных микросхем и микропроцессоров.

В первых разработках частотных преобразователей на тиристорах использовались временные цепи с регулировкой, построенной на базе конденсаторов и резисторов, которые задают собственную частоту колебаний системы. 

Особенности тиристоров

Такой радиоэлектронный компонент, как тиристор, можно условно представить как управляемый диод. Когда на управляющий электрод не подается напряжение, тиристор закрыт и не пропускает ток в обоих направлениях.

Когда на управляющий электрод подается напряжение, тиристор начинает работать как диод, то есть пропускает ток только в одном направлении. Эта их особенность широко используется в регуляторах мощности электрического тока — диммерах, где тиристор работает в режиме отсечения части полуволны электрического тока и пропускает в нагрузку только часть мощности. Для более плавной регулировки в таких схемах используется два тиристора, включенных навстречу друг другу, чтобы пропускать положительную и отрицательную составляющую переменного тока.

При определенном подборе RC-цепочки возможно создание простого генератора на основе тиристора, который питается от постоянного тока. Эти особенности и стали основой различных схемотехнических решений, которые позволяют получать от сети 220 В и 50 Гц переменный электрический ток, частота которого может изменяться практически от 0 и значительно превышать частоту питающей сети. Более сложные решения позволяют получать от однофазной сети напряжение для питания трехфазных двигателей, а также управлять работой трехфазных моторов, подключенных через такой преобразователь к трехфазной сети.

Необходимо отметить, что несмотря на достаточно старый тип подобных систем управления частотой вращения двигателя, тиристорные преобразователи частоты до сих пор широко применяются, особенно для управления мощной нагрузкой в десятки киловатт. При этом их схемотехническое решение, как правило, значительно дешевле современных систем управления на базе транзисторов с микропроцессорным управлением. Впрочем, современные тиристорные преобразователи частоты также имеют сложное электронное управление, которое обеспечивает:

  • согласованность плеч управления напряжением и частотой;
  • обратную связь по контролируемому критерию работы системы;
  • защиту как самого преобразователем, так и подключенной нагрузки от различных внештатных аварийных ситуаций.

Тем не менее, несмотря на простоту решений схемотехники на тиристорах, преобразователи на их основе имеют ряд недостатков, постепенно вытесняющих их из промышленного использования. К ним относят:

  • достаточно объемную элементную базу, которая не позволяет создавать компактные решения;
  • необходимость использования дросселей, согласующих трансформаторов (реакторов),которые при больших мощностях нагрузки отличаются значительными габаритами и стоимостью;
  • сложности в формировании чистого синусоидального сигнала на выходе тиристорного частотного преобразователя;
  • принципы работы тиристора, основанные на отсечении части волны электрического тока. Это приводит к тому, что тиристорный ключ становится источником мощных электромагнитных помех в широком гармоническом спектре, который может влиять на работу оборудования расположенного в непосредственной близости или подключенного к той же питающей сети.

Кроме того, ТПЧ должен быть оборудован хорошо отлаженной схемой управления, поскольку тиристор, в отличие от транзистора, открывается полностью при достижении на управляющем электроде заданного значения напряжения. Как правило, в тиристорных схемах устройств управления частотой используется несколько тиристоров, и синхронность их работы должна быть настроена точно и согласованно, поскольку только в этом случае можно добиться высокого КПД преобразователя и максимальной точности управления нагрузкой.

Рассмотрим особенности нескольких типовых схем работы тиристорных преобразователей частоты.

ТПЧ с непосредственной гальванической связью с сетью питания

Это решение можно назвать одним из наиболее простых в плане реализации принципа управления электродвигателем. Такая схема позволяет генерировать на выходе питающие напряжения с заданной частотой и фазой. Необходимо подчеркнуть, что частота выходного сигнала не может превышать частоту питающего напряжения, поэтому такие системы применяют, в основном, для мощных низкооборотных двигателей.

Схемотехническое решение включает в себя комбинацию тиристорных электронных ключей, которые могут быть:

  • управляемыми;
  • неуправляемыми;
  • включены встречно-параллельно;
  • включены по схеме мост;
  • подключены перекрестно;
  • соединены по нулевым схемам.

Все эти соединения используются в одном ТПЧ с гальванической связью и обеспечивают формирование выходного синусоидального сигнала из фрагментов входного синусоидального сигнала. Эти фрагменты формируются таким образом, чтобы получить сигнал на выходе с требуемой частотой и фазой. 

Однако такое внешне простое схемотехническое решением обладает рядом недостатков, к которым можно отнести:

  • сложную форму выходного сигнала. Она не синусоидальна, поэтому может приводить к появлению дополнительных вибраций, а также гармонических помех в питающей сети;
  • ограниченность в частоте вращения двигателя, которая, как правило, не может превышать номинальную частоту питающей сети;
  • сложную схему управления ключами, которая либо требует сложной настройки, либо использования цифровой системы управления, сложности и стоимость которой также достаточно велики.

Вместе с тем, у такого решения есть и преимущества, благодаря которым оно до сих пор используется для управления электромоторами, работающими на невысоких оборотах и в режиме значительной нагрузки. Среди преимуществ этого решения можно назвать:

  • стоимость оборудования. Цена такого ТПЧ значительно ниже, чем стоимость частотного преобразователя на транзисторных элементах с аналогичными параметрами мощности нагрузки и диапазона регулирования;
  • высокий КПД системы, находящийся в пределах 95%;
  • сохранение амплитуды напряжения входной сети на выходе преобразователя;
  • возможность работы в рекуперативном режиме, когда двигатель используется в режиме генератора при торможении;
  • простую возможность модернизации ТПЧ при увеличении мощности нагрузки путем добавления параллельных тиристорных модулей, при этом мощность теоретически можно наращивать практически до бесконечности.

ТПЧ с выпрямителем и инвертором

Если на выходе преобразователя частоты требуется получить ее значение, которое превышает частоту питающей сети и номинальную частоту работы двигателя, приходится использовать более сложные схемы с выпрямителем и генератором частоты. Схемотехническое решение такого устройства на тиристорах включает следующие ключевые блоки:

  • выпрямительный модуль, который также может быть построен на нескольких тиристорах;
  • фильтр постоянного тока, задачей которого является сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения. В зависимости от модификации преобразователя частоты с двойным преобразованием может использоваться либо дроссельный, либо комбинированный фильтр с катушкой индуктивности и конденсатором;
  • генератор выходного напряжения с изменяемой частотой выходного тока;
  • схема управления работой преобразователя, которая, как правило, строится на современных цифровых компонентах, в том числе и микропроцессорных.Задача такой схемы – обеспечить стабильность частоты на выходе преобразователя, а также регулировать параметры работы преобразователя по цепям обратной связи и обеспечивать защиту нагрузки и самого устройства от аварийных ситуаций.

По особенностям схемотехники ТПЧ, построенного по такой схеме, различают преобразователи с инвертором тока и инвертором напряжения, область применения которых может отличаться. Инвертор тока характеризуется обеспечением на нагрузке постоянной амплитуды силы тока. При использовании дополнительных схемотехнических решений можно обеспечить возможность рекуперации электроэнергии, что важно при использовании оборудования в системах с частой остановкой и пуском электродвигателя или при необходимости его реверсивной работы.

Преобразователи, построенные по схеме инвертора напряжения, обеспечивают постоянное напряжение на выходе, причем его величина не изменяется при увеличении силы тока, естественно в рамках паспортных характеристик ТПЧ.

К преимуществам таких ТПЧ с двойным преобразованием принято относить:

  • широкий диапазон регулировки частоты вращения электромотора. При этом в режиме преобразователя тока пределы регулировки частоты напряжения на выходе составляют от 0 до 125 Герц, а при работе в режиме источника напряжения выходная частота генератора может достигать полутора тысяч Герц;
  • выходной сигнал такого ТПЧ с двойным преобразованием максимально приближен к синусоидальному, поэтому создается минимум гармонических помех, обеспечивается работа двигателя в штатном режиме, и не требуется дополнительная синхронизации частоты питающей сети и выходного напряжения;
  • число тиристорных ключей в таких преобразователях меньше,чем у ТПЧ с гальванической связью, поэтому устройства этого типа имеют более простую схему управления, следовательно они проще в первичной настройке и ремонте;
  • выходной генератор в таких преобразователях нечувствителен к коротким замыканием в нагрузке, которые не приводят к его выходу из строя.

Есть у этой технологии и недостатки, среди которых:

  • невозможность подключать ТПЧ инверторного типа к нагрузке, состоящей из группы электромоторов;
  • дороговизна компонентов фильтра, включаемого после выпрямителя;
  • необходимость использования дополнительной схемотехники для обеспечения рекуперации электроэнергии;
  • зависимость фазового сдвига от степени нагрузки на электромотор.

На сегодняшний день ТПЧ с двойным преобразованием является одним из самых популярных и доступных решений и успешно конкурирует с частотными преобразователями на транзисторах.

Также необходимо отметить, что тиристорные системы регулировки частоты вращения электромоторов используются не только на низковольтных схемах питания до 1000 Вольт, но и на высоковольтных, которые могут работать при питающем напряжении до 6 киловольт и выше. Транзисторных аналогов для решения таких производственных задач на сегодняшний день не существует.

Подводя итог, можно сказать, что несмотря на достаточно устаревший тип таких преобразователей и худшие параметры управляемости и качества выходного сигнала по сравнению с транзисторными и преобразователями частоты, ТПЧ всё еще используются, особенно там, где нет необходимости поддерживать высокоточный режим работы электромотора и нужно:

  • обеспечить большой крутящий момент на низких оборотах мощных электродвигателей;
  • управлять высоковольтными моторами, питание которых превышает 660 Вольт;
  • создать оптимальное по стоимости и функциональности решения без переплаты за более современное, но более дорогое оборудование.

Наша компания “IES-drives” предлагает широкий ассортимент оборудования для управления электродвигателями и системами на их основе. Мы предлагаем частотники разных производителей и серий, как универсальные, так и специализированные, в том числе и на тиристорной элементной базе.

Кроме частотных преобразователей мы также предлагаем услуги по подбору оборудования, разработке промышленных систем на его основе, их наладки, обслуживанию и ремонту.

Если вам требуется подобрать оптимальный вариант частотников для решения конкретной производственной задачи, вы всегда можете обратиться за помощью к специалистам нашей компании.

 



вернуться в блог

Частотный преобразователь

Дмитрий Левкин

Частотный преобразователь, или преобразователь частоты — электротехническое устройство (система управления), используемое для контроля скорости и/или момента двигателей переменного тока путем изменения частоты и напряжения питания электродвигателя.

Согласно ГОСТ 23414-84 полупроводниковый преобразователь частоты — полупроводниковый преобразователь переменного тока, осуществляющий преобразование переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты

Частотный преобразователь — это устройство, используемое для того чтобы обеспечить непрерывное управление процессом. Обычно частотный преобразователь способен управлять скоростью и моментом асинхронных и/или синхронных двигателей.

Частотный преобразователь небольшой мощности

Высоковольтный преобразователь

Преобразователи частоты находят все более широкое применение в различных приложениях промышленности и транспорта. Благодаря развитию силовых полупроводниковых элементов, инверторы напряжения и инверторы тока с ШИМ управлением получают все более широкое распространение. Устройства, которые преобразуют постоянный сигнал в переменный, с желаемым напряжением и частотой, называются инверторами. Такое преобразование может быть осуществлено с помощью электронных ключей (BJT, MOSFET, IGBT, MCT, SIT, GTO) и тиристоров в зависимости от задачи.

На данный момент основная часть всей производимой электрической энергии в мире используется для работы электрических двигателей. Преобразование электрической мощности в механическую мощность осуществляется с помощью электродвигателей мощностью от меньше ватта до нескольких десятков мегаватт.

    Современные электроприводы должны отвечать различным требованиям таким как:
  • максимальный КПД;
  • широкий диапазон плавной установки скорости вращения, момента, ускорения, угла и линейного положения;
  • быстрое удаление ошибок при изменении управляющих сигналов и/или помех;
  • максимальное использование мощности двигателя во время сниженного напряжения или тока;
  • надежность, интуитивное управление.

Основными элементами частотного преобразователя являются силовая часть (преобразователь электрической энергии) и управляющее устройство (контроллер). Современные частотные преобразователи обычно имеют модульную архитектуру, что позволяет расширять возможности устройства. Также зачастую имеется возможность установки дополнительных интерфейсных модулей и модулей расширения каналов ввода/вывода.

Функциональная схема частотного преобразователя

На микроконтроллере частотного преобразователя выполняется программное обеспечение, которое управляет основными параметрами электродвигателя (скоростью и моментом). Основные методы управления бесщеточными двигателями, используемые в частотных преобразователях представлены в таблице ниже.

Характеристики основных способов управления электродвигателями используемых в частотных преобразователях [3]

Примечание:

  1. Без обратной связи.
  2. С обратной связью.
  3. В установившемся режиме

Широкое развитие силовых электрических преобразователей в последние десятилетия привело к увеличению количества исследований в области модуляции. Метод модуляции непосредственно влияет на эффективность всей энергосистемы (силовой части, системы управления), определяя экономическую выгоду и производительность конечного продукта.

Главная цель методов модуляции – добиться лучшей формы сигналов (напряжений и токов) с минимальными потерями. Другие второстепенные задачи управления могут быть решены посредством использования правильного способа модуляции, такие как уменьшение синфазной помехи, выравнивание постоянного напряжения, уменьшение пульсаций входного тока, снижение скорости нарастания напряжения. Одновременное достижение всех целей управления невозможно, необходим компромисс. Каждая схема силового преобразователя и каждое приложение должны быть глубоко изучены для определения наиболее подходящего метода модуляции.

    Методы модуляции можно разделить на четыре основные группы:
  • ШИМ — широтно-импульсная модуляция
  • ПВМ — пространственно-векторная модуляция
  • гармоническая модуляция
  • методы переключения переменной частоты

Корни силовой электроники уходят к 1901 году, когда П.К. Хьюитт изобрел ртутный вентиль. Однако современная эра полупроводниковой силовой электроники началась с коммерческого представления управляемого кремниевого выпрямителя (тиристора) компанией General Electric в 1958 году. Затем развитие продолжалось в области новых полупроводниковых структур, материалов и в производстве, давая рынку много новых устройств с более высокой мощностью и улучшенными характеристиками. Сегодня силовая электроника строится на металл-оксид-полупроводниковых полевых транзисторах (MOSFET — metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) и биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT — Insulated-gate bipolar transistors), а для диапазона очень высоких мощностей — на тиристорах с интегрированным управлением (IGCT – Integrated gate-commutated thyristor). Также сейчас доступны интегрированные силовые модули. Новая эра высоковольтных, высокочастотных и высокотемпературных технологий открывается многообещающими полупроводниковыми устройствами, основанными на широкой запрещенной зоне карбида кремния (SiC). Новые силовые полупроводниковые устройства всегда инициируют развитие новых топологий преобразователей [3].

Инвертор напряжения

Инвертор напряжения наиболее распространен среди силовых преобразователей.

Двухуровневый инвертор напряжения

Двухуровневый инвертор напряжения (two-level voltage-source inverter) – наиболее широко применяемая топология преобразователя энергии. Он состоит из конденсатора и двух силовых полупроводниковых ключей на фазу. Управляющий сигнал для верхнего и нижнего силовых ключей связан и генерирует только два возможных состояния выходного напряжения (нагрузка соединяется с положительной или отрицательной шиной источника постоянного напряжения).

Схема двухуровневого инвертора напряжения

Фазное напряжение двухуровневого инвертора напряжения

Используя методы модуляции для генерирования управляющих импульсов возможно синтезировать выходное напряжение с желаемыми параметрами (формой, частотой, амплитудой). Из-за содержания высоких гармоник в выходном сигнале для генерирования синусоидальных токов выходной сигнал необходимо фильтровать, но так как данные преобразователи обычно имеют индуктивную нагрузку (электродвигатели) дополнительные фильтры используются только при необходимости.

Максимальное выходное напряжение определяется значением постоянного напряжения звена постоянного тока. Для эффективного управления мощной нагрузкой требуется высокое постоянное напряжение звена постоянного тока, но на практике это напряжение ограничено максимальным рабочим напряжением полупроводников. Для примера низковольтные IGBT транзисторы обеспечивают выходное напряжение до 690 В. Для того чтобы обойти данное ограничение по напряжению в последние десятилетия были разработаны схемы многоуровневых преобразователей. Данные преобразователи сложнее, чем двухуровневые в плане топологии, модуляции и управления, но при этом имеют лучшие показатели по мощности, надежности, габаритам, производительности и эффективности.

Трехуровневый преобразователь с фиксированной нейтральной точкой

В трехуровневом преобразователе с фиксированной нейтральной точкой (three-level neutral point clamped converter) постоянное напряжение делится поровну посредством двух конденсаторов, поэтому фаза может быть подключена к линии положительного напряжения (посредством включения двух верхних ключей), к средней точке (посредством включения двух центральных ключей) или к линии отрицательного напряжения (посредством включения двух нижних ключей). Каждому ключу в данном случае требуется блокировать только половину напряжения звена постоянного тока, тем самым позволяя увеличить мощность устройства, используя те же самые полупроводниковые ключи, как и в обычном двухуровневом преобразователе. В данном преобразователе обычно используются высоковольтные IGBT транзисторы и IGCT тиристоры.

Схема трехуровневого преобразователя с фиксированной нейтральной точкой

    Недостатками данных преобразователей являются:
  • Дисбаланс конденсаторов, создающий асимметрию в преобразователе. Данную проблему предлагается решать путем изменения метода модуляции.
  • Неравное распределение потерь из-за того, что потери на переключение внешних и центральных ключей отличаются в зависимости от режима работы. Данная проблема не может быть решена с использованием обычной схемы, поэтому была предложена измененная топология – активный преобразователь со связанной нейтральной точкой (active NPC). В этой схеме диоды заменены управляемыми ключами. Таким образом, выбирая соответствующую комбинацию ключей, возможно уменьшить и равномерно распределить потери.
    • Фазное напряжение трехуровневого преобразователя с фиксированной нейтральной точкой

      Преобразователь с фиксированной нейтральной точкой может масштабироваться для достижения больше чем трех уровней выходного сигнала путем деления напряжения звена постоянного тока более чем на два значения посредством конденсаторов. Каждое из этих деленных напряжений может быть подключено к нагрузке с использованием расширенного набора ключей и ограничительных диодов. Вместе с увеличением мощности преимуществами многоуровневого преобразователя является лучшее качество электроэнергии, меньшее значение скорости нарастания напряжения (dv/dt) и связанных электромагнитных помех. Однако, когда преобразователь со связанной нейтральной точкой имеет более трех уровней, появляются другие проблемы. С точки зрения схемотехники в таком случае ограничительные диоды требуют более высокое максимальное рабочее напряжение чем основные ключи, что требует использования различных технологий или нескольких ограничительных диодов соединенных последовательно. В дополнение становится критическим неравномерное использование силовых элементов в схеме. В итоге из-за увеличения количества элементов снижается надежность. Приведенные недостатки ограничивают использование преобразователей с фиксированной нейтральной точкой с более чем тремя уровнями в промышленных приложениях.

      Многоуровневые преобразователи

      Каскадные преобразователи основанные на модульных силовых ячейках со схемой H-мост (cascaded H-bridge — CHB) и преобразователи с плавающими конденсаторами (flying capacitor converter) были предложены для обеспечения большего количества уровней выходного напряжения в сравнении с преобразователями с фиксированной нейтральной точкой.

      Каскадный Н-мостовой преобразователь

      Каскадный преобразователь — высоко модульный преобразователь, состоящий из нескольких однофазных инверторов, обычно называемыми силовыми ячейками, соединенными последовательно для формирования фазы. Каждая силовая ячейка выполнена на стандартных низковольтных компонентах, что обеспечивает их легкую и дешевую замену в случае выхода из строя.

      Схема каскадного преобразователя

      Основным преимуществом данного преобразователя является использование только низковольтных компонентов, при этом он дает возможность управлять мощной нагрузкой среднего диапазона напряжения. Несмотря на то что частота коммутации в каждой ячейке низкая, эквивалентная частота коммутации приложенная к нагрузке – высокая, что уменьшает потери на переключение ключей, дает низкую скорость нарастания напряжения (dv/dt) и помогает избежать резонансов.

      Фазное напряжение каскадного преобразователя

      Преобразователь с плавающими конденсаторами

      Выходное напряжение преобразователя с плавающими конденсаторами получается путем прямого соединения выхода фазы с положительной, отрицательной шиной или подключением через конденсаторы. Количество уровней выходных напряжений зависит от количества навесных конденсаторов и отношения между различными напряжениями.

      Схема преобразователя с плавающими конденсаторами

      Этот преобразователь, как и в случае каскадного преобразователя, также имеет модульную топологию, где каждая ячейка состоит из конденсатора и двух связанных ключей. Однако, в отличие от каскадного преобразователя добавление дополнительных силовых ключей к конденсаторному преобразователю не увеличивает номинальную мощность преобразователя, а только уменьшает скорость нарастания напряжения (dv/dt), улучшая коэффициент гармоник выходного сигнала. Как и у каскадного преобразователя, модульность уменьшает стоимость замены элементов, облегчает поддержку и позволяет реализовать отказоустойчивую работу.

      Фазное напряжение преобразователя с плавающими конденсаторами

      Конденсаторный преобразователь требует только один источник постоянного тока для питания всех ячеек и фаз. Поэтому, можно обойтись без входного трансформатора, а количество ячеек может быть произвольно увеличено в зависимости от требуемой выходной мощности. Подобно преобразователю с фиксированной нейтральной точкой, этому преобразователю требуется специальный алгоритм управления для регулирования напряжения на конденсаторах.

      Инвертор тока

      Для работы инвертору тока всегда требуется управляемый выпрямитель, чтобы обеспечить постоянный ток в звене постоянного тока. В стандартной топологии обычно используются тиристорные выпрямители. Чтобы уменьшить помехи в нагрузке, в звене постоянного тока используется расщепленная индуктивность. Инвертор тока имеет схему силовых ключей наподобие инвертора напряжения, но в качестве силовых ключей используются тиристоры с интегрированным управлением (IGCT). Выходной ток имеет форму ШИМ и не может быть напрямую приложен к индуктивной нагрузке (электродвигателю), поэтому инвертор тока обязательно включает выходной емкостной фильтр, который сглаживает ток и выдает гладкое напряжение на нагрузку. Этот преобразователь может быть реализован для работы на средних напряжениях и более того он по природе имеет возможность рекуперации энергии.

      Схема инвертора тока с выпрямителем

      Прямые преобразователи

      Прямые преобразователи передают энергию прямо от входа к выходу без использования элементов накопления энергии. Основным преимуществом таких преобразователей является меньшие габариты. Недостатком – необходимость более сложной схемы управления.

      Циклоконвертер относится к категории прямых преобразователей. Данный преобразователь широко использовался в приложениях требующих высокую мощность. Этот конвертер состоит из двойных тиристорных преобразователей на фазу, который может генерировать изменяемое постоянное напряжение, контролируемое таким образом, чтобы следовать опорному синусоидальному сигналу. Вход каждого преобразователя питается от фозосмещающего трансформатора, где устраняются гармоники входного тока низкого порядка. Выходное напряжение является результатом комбинации сегментов входного напряжения в котором основная гармоника следует за опорным сигналом. По своей природе данный преобразователь хорошо подходит для управления низкочастотными мощными нагрузками.

      Схема циклоконвертера

      Матричный преобразователь в его прямой и непрямой версии также принадлежит к категории прямых преобразователей. Основной принцип работы прямого матричного преобразователя (direct matrix converter) — возможность соединения выходной фазы к любому из входных напряжений. Преобразователь состоит из девяти двунаправленных ключей, которые могут соединить любую входную фазу с любой выходной фазой, позволяя току течь в обоих направлениях. Для улучшения входного тока требуется индуктивно-емкостной фильтр второго порядка. Выход напрямую соединяется с индуктивной нагрузкой. Не все доступные комбинации ключей возможны, они ограничены только 27 правильными состояниями коммутации. Как говорилось ранее, основное преимущество матричных преобразователей — меньшие габариты, что важно для автомобильных и авиационных приложений.

      Схема прямого матричного преобразователя

      Непрямой матричный преобразователь (indirect matrix converter) состоит из двунаправленного трехфазного выпрямителя, виртуального звена постоянного тока и трехфазного инвертора. Количество силовых полупроводников такое же как у прямых матричных преобразователей (если двунаправленный ключ рассматривается как два однонаправленных ключа), но количество возможных состояний включения отличается. Используя ту же самую конфигурацию непрямого матричного преобразователя, возможно упростить его топологию и уменьшить количество элементов ограничив его работу от положительного напряжения в виртуальном звене постоянного тока. Уменьшенная топология называется разреженный матричный преобразователь (sparse matrix converter).

      Схема непрямого матричного преобразователя

      Схема разреженного матричного преобразователя

        Библиографический список
      • ГОСТ Р 50369-92 Электроприводы. Термины и определения.
      • Rahul Dixit, Bindeshwar Singh, Nupur Mittal. Adjustable speeds drives: Review on different inverter topologies.- Sultanpur, India.:International Journal of Reviews in Computing, 2012.
      • Marian P. Kazmierkowski, Leopoldo G. Franquelo, Jose Rodriguez, Marcelo A. Perez, Jose I. Leon, «High-Performance Motor Drives», IEEE Industrial Electronicsd, vol. 5, no. 3, pp. 6-26, Sep.2011.

Регулирование частоты оборотов электродвигателя с помощью частотных преобразователей | Полезные статьи

Частотные преобразователи применяются для плавной регулировки скорости вращения электродвигателей, а также для их защиты от перегрева и перегрузок. Эти устройства обеспечивают плавный пуск и торможение электродвигателей.

Используя частотник для электродвигателя, принцип работы которого заключается в эффективном способе управления напряжением, можно будет уже не беспокоиться за производственный или ремонтный процесс, осуществляемый соответствующим агрегатом — все будет находиться под контролем частотного преобразователя. В процессе своей работы частотник способен создавать выходное импульсное напряжение заданной частоты в диапазоне от нуля до шестисот герц. Частотное регулирование электродвигателей позволяет добиваться изменения их скорости вращения по заданным критериям. В современных моделях частотников может использоваться и бездатчиковый способ векторного регулирования, когда на валу электродвигателя нет датчика скорости, а сама скорость изменяется лишь в небольших диапазонах. Такого вида частотный регулятор для электродвигателя обычно применяется при управлении низковольтными двигателями переменного тока. В любом случае следует выбирать тот частотный преобразователь, который будет соответствовать мощности и условиям работы электродвигателя.

За счет преобразователя могут контролироваться самые разные параметры электродвигателя — например, это настройка крутящего момента, выходной мощности, изменение напряжения, скорости вращения вала и многое другое. Как видим, частотное регулирование электродвигателей — это очень широкое понятие, и поэтому оно может быть совершенно разным в зависимости от конкретной ситуации. Надо заметить, что частотник также еще позволяет экономить электроэнергию при переменном токе; к тому же это устройство, без сомнения, повышает в целом и срок работы электродвигателя. Получается, что устройство частотного регулирования оборотов электродвигателей — очень важное и нужное средство для любого электродвигателя.

Частотные преобразователи могут использоваться на конвейерах различных видов, в подъемном оборудовании (на кранах и в лифтовых системах), в центробежных насосах, вентиляторах и на металлообрабатывающем оборудовании. Частотный регулятор оборотов электродвигателя — неотъемлемый компонент на любом производстве, так как даже в экономическом плане их использование окупает себя на все сто процентов. Ведь частотники помогают существенно снижать расходы на обслуживание электродвигателей и приводных механизмов. Что и говорить про оптимизацию всего рабочего процесса с помощью частотника. Например, при помощи дополнительных входов управления частотного привода можно синхронизировать различные процессы на конвейере, а также задавать соотношения изменения одних показателей в зависимости от других — например, сделать зависимой скорость вращения шпинделя станка от скорости подачи резца. То есть в результате нагрузки на резец в данном случае подача будет уменьшена.

Для оформления заказа позвоните менеджерам компании Кабель.РФ® по телефону +7 (495) 646-08-58 или пришлите заявку на электронную почту [email protected] с указанием требуемой модели электродвигателя, целей и условий эксплуатации. Менеджер поможет Вам подобрать нужную марку с учетом Ваших пожеланий и потребностей

Преобразователи частоты (инверторы) VFD. Общее описание и выбор частотных преобразователей.

Преобразователь частоты (иначе частотно-регулируемый электропривод) представляет из себя статическое преобразовательное устройство, предназначенное для изменения скорости вращения асинхронных электродвигателей переменного тока.

Асинхронные электродвигатели имеют значительное преимущество перед электродвигателями постоянного тока за счет простоты конструкции и удобства обслуживания. Это обуславливает их однозначное преобладание и повсеместное применение практически во всех отраслях промышленности, энергетики и городской инфраструктуре.

Известно, что регулирование скорости вращения исполнительного механизма можно осуществлять с помощью различных устройств (способов), среди которых наиболее известны и распространены следующие:

  • механический вариатор
  • гидравлическая муфта
  • электромеханический преобразователь частоты (системы Генератор-Двигатель)
  • дополнительно вводимые в статор или фазный ротор сопротивления и др.
  • статический преобразователь частоты

Первые четыре способа отличются различными комбинациями из следующих недостатков:

  • сложности в применении, обслуживании, эксплуатации
  • низкое качество и диапазон регулирования
  • неэкономичность

Все указанные недостатки отсутствуют при использовании частотных преобразователей.

Регулирование скорости вращения асинхронного электродвигателя в этом случае производится путем изменения частоты и величины напряжения питания двигателя. КПД такого преобразования составляет около 98 %, из сети потребляется практически только активная составляющая тока нагрузки, микропроцессорная система управления обеспечивает высокое качество управления электродвигателем и контролирует множество его параметров, предотвращая возможность развития аврийных ситуаций.

На рисунке показан состав силовой части такого преобразователя частоты: входной неуправляемый выпрямитель – звено постоянного тока с LC-фильтром – автономный инвертор напряжения с ШИМ.

Это необходимо для решения стандартных проблем практически любого предприятия или организации:

  • экономии энергоресурсов,
  • увеличения сроков службы технологического оборудования,
  • снижения затрат на планово-предупредительные и ремонтные работы,
  • обеспечения оперативного управления и достоверного контроля за ходом технологических процессов и др.
  • Значительная экономия электронергии легко достигается при одном условии – приводной механизм должен что-либо регулировать (поддерживать какой – либо технологический параметр).
  • Если это насос, то нужно регулировать расход воды, давление в сети или температуру чего-либо охлаждаемого или нагреваемого.

Если это вентилятор или дымосос, то регулировать нужно температуру или давление воздуха, разрежение газов.

Если это конвейер, то часто бывает нужно регулировать его производительность. Если это станок, то нужно регулировать скорости подачи или главного движения.

Можно сразу выделить типовые механизмы, отличающиеся высокой эксплуатационной и экономической эффективностью при внедрении преобразователей частоты и систем автоматизации на их базе:

  • насосы, вентиляторы, дымососы;
  • конвейеры, транспортеры;
  • подъемники, краны, лифты и др.

Особый экономический эффект от использования преобразователей частоты дает примение частотного регулирования на объектах, обеспечивающих транспортировку жидкостей. До сих пор самым распространённым способом регулирования производительности таких объектов является использование задвижек или регулирующих клапанов, но сегодня абсолютно доступным становится частотное регулирование асинхронного двигателя, приводящего в движение, например, рабочее колесо насосного агрегата или вентилятора.

Перспективность частотного регулирования наглядно видна из приведённого ниже рисунка.

Очень важно сделать правильный выбор преобразователя. От него будет зависеть эффективность и ресурс работы частотного преобразователя и всего электропривода в целом. В первую очередь при выборе модели преобразователя частоты следует исходить из конкретной задачи, которую должен решать электропривод, типа и мощности подключаемого электродвигателя, точности и диапазона регулирования скорости, точности поддержания момента вращения на валу двигателя, времени, отведенного для разгона и торможения, продолжительности включения и количества включений в час.

Так же, можно учитывать конструктивные особенности преобразователя, такие как размеры, форма, возможность выноса пульта управления и др.

При работе со стандартным асинхронным двигателем частотный преобразователь  следует выбирать с соответствующей мощностью. Если требуется большой пусковой момент или короткое время разгона/замедления, выбирайте преобразователь частоты на ступень выше стандартного.

При выборе частотного преобразователя для работы со специальными двигателями (двигатели с тормозами, погружные двигатели, с втяжным ротором, синхронные двигатели, высокоскоростные и т.д.) следует руководствоваться, прежде всего, номинальным током преобразователя, который должен быть больше номинального тока двигателя, а также особенностями настройки параметров преобразователя. В этом случае, желательно проконсультироваться со специалистами поставщика.

Для увеличения точности поддержания момента и скорости на валу двигателя в наиболее совершенных преобразователях частоты от Delta Electronics (VFD-VE/VL/B/E/M) реализовано векторное управление, позволяющее работать с полным моментом двигателя в области нулевых частот, поддерживать скорость при переменной нагрузке без датчиков обратной связи, точно контролировать момент на валу двигателя.

Рекомендации по выбору преобразователя частоты (инвертора):

  • Частотный  алгоритм управления 
    рекомендуется применять  в случаях, когда зависимость момента нагрузки двигателя известна и нагрузка практически не меняется при одном и том же значении частоты, а так же нижняя граница регулирования частоты не ниже 5…10 Гц при независимом от частоты моменте. При работе на центробежный насос или вентилятор (это типичные нагрузки с моментом, зависящим от скорости вращения) диапазон регулирования частоты – от 5 до 50 Гц и выше. При работе с двумя и более двигателями.
  • Частотный алгоритм управления с обратной связью по скорости
    рекомендуется применять  для прецизионного регулирования (необходимо использовать инкрементальный энкодер) с известной зависимостью момента от скорости вращения.
  • Векторный алгоритм управления
    рекомендуется применять для случаев, когда в процессе эксплуатации нагрузка может меняться на одной и той же частоте, т. е. нет четкой зависимости между моментом нагрузки и скоростью вращения, а также в случаях, когда необходимо получить расширенный диапазон регулирования частоты при номинальных моментах, например, 0…50 Гц для момента 100% или даже кратковременно 150–200% от номинального момента. Векторный алгоритм работает нормально, если введены правильно паспортные величины двигателя и успешно прошло его автотестирование. Векторный метод реализуется путем сложных расчетов в реальном времени, производимых процессором преобразователя на основе информации о выходном токе, частоте и напряжении. Процессором используется так же информация о паспортных характеристиках двигателя, которые вводит пользователь. Время реакции преобразователя на изменение выходного тока (момента нагрузки) составляет 50…200 мсек. Векторный метод позволяет минимизировать реактивный ток двигателя при уменьшении нагрузки путем адекватного снижения напряжения на двигателе. Если нагрузка на валу двигателя увеличивается, то преобразователь адекватно увеличивает напряжение на двигателе.
  • Векторный алгоритм управления с обратной связью по скорости
    рекомендуется применять  для прецизионного регулирования (необходимо использовать инкрементальный энкодер) скорости, когда в процессе эксплуатации нагрузка может меняться на одной и той же частоте, т.е. нет четкой зависимости между моментом нагрузки и скоростью вращения, а также в случаях, когда необходим максимальный диапазон регулирования частоты.

Механические характеристики асинхронного двигателя (8А/1720об/мин/12Нхм)
при использовании векторного управления в VFD022B23B при моментах близких к номинальному.

Механические характеристики асинхронного двигателя (8А/1720об/мин/12Нхм)
при использовании частотного и векторного управления в VFD022М23B

преобразователи частоты на 220В и 380В ELHART для асинхронных двигателей

totalkip.ru/report.local/photo/photo1/Foto_elhart_5461.jpg»> totalkip.ru/report.local/photo/photo1/Foto_elhart_7162.jpg»> totalkip.ru/report.local/photo/photo1/Foto_elhart_7163.jpg»> totalkip.ru/report.local/photo/photo1/Foto_elhart_7160.jpg»> totalkip.ru/report.local/photo/photo1/Foto_elhart_7164.jpg»> totalkip.ru/report.local/photo/photo1/Foto_elhart_5446.jpg»> totalkip.ru/report.local/photo/photo1/Foto_elhart_7161.jpg»> totalkip.ru/report.local/photo/photo1/Foto_elhart_7159.jpg»> totalkip.ru/report.local/photo/photo1/Foto_elhart_5977.jpg»> totalkip.ru/report.local/photo/photo1/Foto_elhart_5977.jpg»> totalkip.ru/report.local/photo/photo1/Foto_elhart_5979.jpg»> totalkip.ru/report.local/photo/photo1/Foto_elhart_5979.jpg»>

EMD-MINI – 004 S Преобразователь частоты ELHART (0,4кВт, 2,5А, 220В, встр. ПИД-регулятор, 4 дискр. входа (NPN), 1 дискр. выход (реле НО, 250В, 3А),1 аналоговый вход 4-20мА/0-10В, поворотный задатчик частоты, RS-485 Modbus RTU, монтаж на DIN-рейку), серия EMD-MINI

В наличии

Преобразователь частоты ELHART (0,4кВт, 2,5А, 220В, встр. ПИД-регулятор, 4 дискр. входа (NPN), 1 дискр. выход (реле НО, 250В, 3А),1 аналоговый вход 4-20мА/0-10В, поворотный задатчик частоты, RS-485 Modbus RTU, монтаж на DIN-рейку), серия EMD-MINI

Преобразователи частоты ELHART

ELHART

 В наличии 15 095 Купить

EMD-MINI – 004 T Преобразователь частоты ELHART (0,4кВт, 1,5А, 380В, встр. ПИД-регулятор, 4 дискр. входа (NPN), 1 дискр. выход (реле НО, 250В, 3А),1 аналоговый вход 4-20мА/0-10В, поворотный задатчик частоты, RS-485 Modbus RTU, монтаж на DIN-рейку), серия EMD-MINI

В наличии

Преобразователь частоты ELHART (0,4кВт, 1,5А, 380В, встр. ПИД-регулятор, 4 дискр. входа (NPN), 1 дискр. выход (реле НО, 250В, 3А),1 аналоговый вход 4-20мА/0-10В, поворотный задатчик частоты, RS-485 Modbus RTU, монтаж на DIN-рейку), серия EMD-MINI

Преобразователи частоты ELHART

ELHART

 В наличии 20 989 Купить

EMD-MINI – 007 S Преобразователь частоты ELHART (0,75кВт, 5А, 220В, встр. ПИД-регулятор, 4 дискр. входа (NPN), 1 дискр. выход (реле НО, 250В, 3А),1 аналоговый вход 4-20мА/0-10В, поворотный задатчик частоты, RS-485 Modbus RTU, монтаж на DIN-рейку), серия EMD-MINI

В наличии

Преобразователь частоты ELHART (0,75кВт, 5А, 220В, встр. ПИД-регулятор, 4 дискр. входа (NPN), 1 дискр. выход (реле НО, 250В, 3А),1 аналоговый вход 4-20мА/0-10В, поворотный задатчик частоты, RS-485 Modbus RTU, монтаж на DIN-рейку), серия EMD-MINI

Преобразователи частоты ELHART

ELHART

 В наличии 15 900 Купить

EMD-MINI – 007 T Преобразователь частоты ELHART (0,75кВт, 2,7А, 380В, встр. ПИД-регулятор, 4 дискр. входа (NPN), 1 дискр. выход (реле НО, 250В, 3А),1 аналоговый вход 4-20мА/0-10В, поворотный задатчик частоты, RS-485 Modbus RTU, монтаж на DIN-рейку), серия EMD-MINI

В наличии

Преобразователь частоты ELHART (0,75кВт, 2,7А, 380В, встр. ПИД-регулятор, 4 дискр. входа (NPN), 1 дискр. выход (реле НО, 250В, 3А),1 аналоговый вход 4-20мА/0-10В, поворотный задатчик частоты, RS-485 Modbus RTU, монтаж на DIN-рейку), серия EMD-MINI

Преобразователи частоты ELHART

ELHART

 В наличии 21 371 Купить

EMD-MINI – 015 S Преобразователь частоты ELHART (1,5кВт, 7А, 220В, встр. ПИД-регулятор, 4 дискр. входа (NPN), 1 дискр. выход (реле НО, 250В, 3А),1 аналоговый вход 4-20мА/0-10В, поворотный задатчик частоты, RS-485 Modbus RTU, монтаж на DIN-рейку), серия EMD-MINI

В наличии

Преобразователь частоты ELHART (1,5кВт, 7А, 220В, встр. ПИД-регулятор, 4 дискр. входа (NPN), 1 дискр. выход (реле НО, 250В, 3А),1 аналоговый вход 4-20мА/0-10В, поворотный задатчик частоты, RS-485 Modbus RTU, монтаж на DIN-рейку), серия EMD-MINI

Преобразователи частоты ELHART

ELHART

 В наличии 17 577 Купить

EMD-MINI – 015 T Преобразователь частоты ELHART (1,5кВт, 4А, 380В, встр. ПИД-регулятор, 4 дискр. входа (NPN), 1 дискр. выход (реле НО, 250В, 3А),1 аналоговый вход 4-20мА/0-10В, поворотный задатчик частоты, RS-485 Modbus RTU, монтаж на DIN-рейку), серия EMD-MINI

В наличии

Преобразователь частоты ELHART (1,5кВт, 4А, 380В, встр. ПИД-регулятор, 4 дискр. входа (NPN), 1 дискр. выход (реле НО, 250В, 3А),1 аналоговый вход 4-20мА/0-10В, поворотный задатчик частоты, RS-485 Modbus RTU, монтаж на DIN-рейку), серия EMD-MINI

Преобразователи частоты ELHART

ELHART

 В наличии 24 330 Купить

EMD-MINI – 022 S Преобразователь частоты ELHART (2,2кВт, 11А, 220В, встр. ПИД-регулятор, 4 дискр. входа (NPN), 1 дискр. выход (реле НО, 250В, 3А),1 аналоговый вход 4-20мА/0-10В, поворотный задатчик частоты, RS-485 Modbus RTU, монтаж на DIN-рейку), серия EMD-MINI

В наличии

Преобразователь частоты ELHART (2,2кВт, 11А, 220В, встр. ПИД-регулятор, 4 дискр. входа (NPN), 1 дискр. выход (реле НО, 250В, 3А),1 аналоговый вход 4-20мА/0-10В, поворотный задатчик частоты, RS-485 Modbus RTU, монтаж на DIN-рейку), серия EMD-MINI

Преобразователи частоты ELHART

ELHART

 В наличии 24 471 Купить

EMD-MINI – 022 T Преобразователь частоты ELHART (2,2 кВт, 5А, 380В, встр. ПИД-регулятор, 4 дискр. входа (NPN), 1 дискр. выход (реле НО, 250В, 3А),1 аналоговый вход 4-20мА/0-10В, поворотный задатчик частоты, RS-485 Modbus RTU, монтаж на DIN-рейку), серия EMD-MINI

В наличии

Преобразователь частоты ELHART (2,2 кВт, 5А, 380В, встр. ПИД-регулятор, 4 дискр. входа (NPN), 1 дискр. выход (реле НО, 250В, 3А),1 аналоговый вход 4-20мА/0-10В, поворотный задатчик частоты, RS-485 Modbus RTU, монтаж на DIN-рейку), серия EMD-MINI

Преобразователи частоты ELHART

ELHART

 В наличии 25 278 Купить

EMD-MINI – 037 T Преобразователь частоты ELHART (3,7 кВт, 8,6А, 380В, встр. ПИД-регулятор, 4 дискр. входа (NPN), 1 дискр. выход (реле НО, 250В, 3А),1 аналоговый вход 4-20мА/0-10В, поворотный задатчик частоты, RS-485 Modbus RTU, монтаж на DIN-рейку), серия EMD-MINI

В наличии

Преобразователь частоты ELHART (3,7 кВт, 8,6А, 380В, встр. ПИД-регулятор, 4 дискр. входа (NPN), 1 дискр. выход (реле НО, 250В, 3А),1 аналоговый вход 4-20мА/0-10В, поворотный задатчик частоты, RS-485 Modbus RTU, монтаж на DIN-рейку), серия EMD-MINI

Преобразователи частоты ELHART

ELHART

 В наличии 34 777 Купить

EMD-MINI – 055 T Преобразователь частоты ELHART (5,5 кВт, 12,5А, 380В, встр. ПИД-регулятор, 4 дискр. входа (NPN), 1 дискр. выход (реле НО, 250В, 3А),1 аналоговый вход 4-20мА/0-10В, поворотный задатчик частоты, RS-485 Modbus RTU, монтаж на DIN-рейку), серия EMD-MINI

В наличии

Преобразователь частоты ELHART (5,5 кВт, 12,5А, 380В, встр. ПИД-регулятор, 4 дискр. входа (NPN), 1 дискр. выход (реле НО, 250В, 3А),1 аналоговый вход 4-20мА/0-10В, поворотный задатчик частоты, RS-485 Modbus RTU, монтаж на DIN-рейку), серия EMD-MINI

Преобразователи частоты ELHART

ELHART

 В наличии 39 558 Купить

EMD-MINI – 075 T Преобразователь частоты ELHART (7,5 кВт, 17,5А, 380В, встр. ПИД-регулятор, 4 дискр. входа (NPN), 1 дискр. выход (реле НО, 250В, 3А),1 аналоговый вход 4-20мА/0-10В, поворотный задатчик частоты, RS-485 Modbus RTU), серия EMD-MINI

В наличии

Преобразователь частоты ELHART (7,5 кВт, 17,5А, 380В, встр. ПИД-регулятор, 4 дискр. входа (NPN), 1 дискр. выход (реле НО, 250В, 3А),1 аналоговый вход 4-20мА/0-10В, поворотный задатчик частоты, RS-485 Modbus RTU), серия EMD-MINI

Преобразователи частоты ELHART

ELHART

 В наличии 51 537 Купить

EMD-MINI – 110 T Преобразователь частоты ELHART (11 кВт, 24А, 380В, встр. ПИД-регулятор, 4 дискр. входа (NPN), 1 дискр. выход (реле НО, 250В, 3А),1 аналоговый вход 4-20мА/0-10В, поворотный задатчик частоты, RS-485 Modbus RTU), серия EMD-MINI

В наличии

Преобразователь частоты ELHART (11 кВт, 24А, 380В, встр. ПИД-регулятор, 4 дискр. входа (NPN), 1 дискр. выход (реле НО, 250В, 3А),1 аналоговый вход 4-20мА/0-10В, поворотный задатчик частоты, RS-485 Modbus RTU), серия EMD-MINI

Преобразователи частоты ELHART

ELHART

 В наличии 62 674 Купить

Автоматическое регулирование частоты и активной мощности

Постоянство частоты тока — основное условие нормальной работы потребителей электроэнергии.

Снижение частоты тока приводит к уменьшению частоты вращения электродвигателей электромеханизмов и к значительному понижению их производительности. Понижение частоты приводит к уменьшению к. п. д. первичных двигателей.

Повышение частоты тока сверх номинальной приводит к возрастанию мощности электродвигателей и к увеличению потребления электроэнергии судовыми механизмами; возрастает также температура нагрева, перегрев электро-двигателей.

Регулирование частоты тесно связано с распределением активной мощности между агрегатами судовой электростанции, так как восстановление частоты в электроэнергетической системе достигается путем изменения активной мощности этих агрегатов.

Устройства автоматического регулирования должны поддерживать постоянство частоты в электроэнергетической системе при экономически наивыгоднейшем распределении нагрузки между агрегатами и обеспечивать высокую надежность работы системы как в нормальных, так и в аварийных режимах.

Причиной изменения частоты вращения является нарушение баланса между суммарной мощностью, вырабатываемой генераторами, и суммарной мощностью, потребляемой приемниками.

Регулирование частоты тока осуществляется регуляторами частоты вращения первичных двигателей и регуляторами частоты тока. Первые непосредственно реагируют на изменение частоты вращения первичного двигателя, а вторые — на изменение тока генератора и его частоты.

Структурная схема системы автоматического регулирования частоты тока и распределения активной мощности (рис. 21.6) включает следующие элементы: измерительный элемент регулятора частоты вращения ИЭРЧВ, реагирующий на отклонение частоты вращения от заданного значения; исполнительный орган регулятора частоты вращения ИОРЧВ; измерительный орган частоты тока (датчик частоты) ДЧ; измерительный орган активного тока (датчик активного тока) ДАТ; усилитель У; серводвигатель СД- исполнительный орган устройства регулирования частоты тока и распределения активной мощности;. первичный двигатель ПД; генератор Г.

При нарушении установившегося режима в системе приходят в действие регуляторы частоты вращения и частоты тока.

В процессе регулирования устанавливается новое значение частоты тока, определяемое статизмом характеристик регулирования.

Регулирование частоты тока и активной мощности генераторов осуществляется воздействием на исполнительный орган регулятора частоты вращения первичного двигателя.

Для регулирования частоты вращения и частоты тока применяются регуляторы с астатической 1 и статической 2 характеристиками (рис. 21.7), выражающими зависимость угловой скорости ω и частоты f от значения активной мощности Р.

При регулировании по астатической характеристике частота в системе остается постоянной независимо от величины нагрузки. Регулирование по статической характеристике дает возможность получить заданное распределение активной нагрузки между генераторами, но при этом с увеличением нагрузки частота уменьшается.

Коэффициент статизма характеристики регулирования определяется по формулам:

где ωx.x, fx.x— угловая скорость и частота при холостом ходе;

ωном , fном — угловая скорость и частота при номинальной активной нагрузке генератора.

Регуляторы частоты вращения характеризуются также степенью неравномерности

где nх.х — частота вращения при холостом ходе;

nном— частота вращения при номинальной нагрузке;

nср — частота вращения при половинной нагрузке.

Основной способ регулирования частоты вращения — по мгновенному отклонению регулируемого параметра. На этом принципе основаны центробежные регуляторы частоты вращения, широко используемые в судовых электроэнергетических системах.

На каждой из генераторных секций ГЭРЩ (рис. 21.8) установлены: датчик активного тока ДАТ и усилитель У; кроме того, на секции генератора Г1 установлен прибор регулирования частоты ПРЧ.

Каждый из датчиков активного тока ДАТ измеряет активную составляющую нагрузки своего генератора. Датчики активного тока через блокирующие контакты генераторных выключателей соединены по дифференциальной схеме. Разностный ток их выходов протекает по обмоткам управления всех магнитных усилителей устройства. Выбор балластного агрегата (т. е. агрегата, регулировочная характеристика которого в процессе распределения остается фиксированной) осуществляется путем выключения питания усилителя выбранного агрегата. Выход каждого усилителя включен на обмотку управления двигателя регулятора частям вращения агрегата.

Устройство типа УРЧН, включенное в систему, работает следующим образом. При равенстве значений активных нагрузок генераторов выходные токи датчиков активного тока равны, ток в цепи дифференциальной связи между датчиками отсутствует, напряжения на выходах усилителей равны нулю и двигатели регуляторов частоты вращения не работают.

При рассогласовании значений активных нагрузок агрегатов в цепи дифференциальной связи протекает ток, определяемый значением разности выходных токов датчиков ДАТ; на выходах усилителей появляется напряжение, полярность которого определяется направлением тока в обмотке управления усилителя У. Включенные к выходам усилителей серводвигатели СД в зависимости от полярности сигналов воздействуют на настройки регуляторов частоты вращения РЧВ, которые соответственно перемещают регулировочные характеристики регуляторов частоты вращения агрегатов в сторону уменьшения величины рассогласования активных нагрузок, чем достигается пропорциональное распределение активной мощности между генераторами.

Уравнительные связи применяются для равномерного распределения реактивных нагрузок между параллельно работающими синхронными генераторами, имеющими автоматическую систему регулирования напряжения.

Уравнительные связи осуществляют на постоянном и на переменном токе.

Принцип осуществления уравнительных связей на постоянном токе является единым для всех систем регулирования. В этом случае силовые выпрямители параллельно работающих генераторов по существу в свою очередь работают параллельно на общие шины, от которых при одинаковом напряжении питаются обмотки возбуждения генераторов. Если генераторы разной мощности, то в обмотку возбуждения генератора меньшей мощности включается соответствующий уравнительный резистор.

Схемы уравнительных связей на переменном токе для различных систем регулирования имеют специфические особенности.

Литература

Судовой механик: Справочник. Том 3 — Фока А.А. (2016)

Что такое преобразователь частоты? Как это работает?

Работа с переменной частотой в виде генератора переменного тока существует с момента появления асинхронного двигателя. Измените скорость вращения генератора, и вы измените его выходную частоту. До появления высокоскоростных транзисторов это был один из немногих доступных вариантов изменения скорости двигателя, однако изменения частоты были ограничены, поскольку снижение скорости генератора снижало выходную частоту, но не напряжение. Чуть позже мы увидим, почему это важно.В нашей отрасли применение насосов с регулируемой скоростью в прошлом было намного сложнее, чем сегодня. Один из более простых методов заключался в использовании многополюсного двигателя, который был намотан таким образом, что позволял переключателю (или переключателям) изменять количество полюсов статора, которые были активны в любой момент времени. Скорость вращения можно было изменить вручную или с помощью датчика, подключенного к переключателям. Этот метод до сих пор используется во многих приложениях с насосами с переменным расходом. Примеры включают циркуляционные насосы горячей и охлажденной воды, насосы для бассейнов, вентиляторы и насосы градирен.В некоторых бытовых бустерных насосах использовался гидравлический привод или системы регулируемого ременного привода (своего рода автоматическая коробка передач) для изменения скорости насоса в зависимости от обратной связи от мембранного клапана давления. И некоторые другие были еще более сложными.

Основываясь на том, через что нам приходилось прыгать в прошлом, становится совершенно очевидным, почему появление современного преобразователя частоты произвело революцию (еще один каламбур) в насосной среде с регулируемой скоростью. Все, что вам нужно сделать сегодня, это установить относительно простую электронную коробку (которая часто заменяет более сложное пусковое оборудование) на месте применения, и вдруг вы сможете вручную или автоматически изменить скорость насоса по своему желанию.

Итак, давайте взглянем на компоненты преобразователя частоты и посмотрим, как они на самом деле работают вместе для изменения частоты и, следовательно, скорости двигателя. Я думаю, вы будете поражены простотой этого процесса. Все, что для этого потребовалось, — это доработка твердотельного устройства, которое мы знаем как транзистор.

Компоненты преобразователя частоты

Выпрямитель
Поскольку изменить частоту синусоиды переменного тока в режиме переменного тока сложно, первой задачей преобразователя частоты является преобразование волны в постоянный ток. Как вы увидите чуть позже, относительно легко манипулировать DC, чтобы он выглядел как AC. Первым компонентом всех преобразователей частоты является устройство, известное как выпрямитель или преобразователь, и оно показано слева на рисунке ниже.

Схема выпрямителя преобразует переменный ток в постоянный и делает это почти так же, как в зарядном устройстве для аккумуляторов или дуговой сварке. Он использует диодный мост, чтобы ограничить движение синусоидальной волны переменного тока только в одном направлении. В результате получается полностью выпрямленная форма волны переменного тока, которая интерпретируется цепью постоянного тока как исходная форма волны постоянного тока.Трехфазные преобразователи частоты принимают три отдельных входных фазы переменного тока и преобразуют их в один выходной постоянный ток. Большинство трехфазных преобразователей частоты также могут работать с однофазным питанием (230 В или 460 В), но, поскольку есть только две входные ветви, выходная мощность преобразователя частоты (HP) должна быть снижена, поскольку пропорционально уменьшается производимый постоянный ток. С другой стороны, настоящие однофазные преобразователи частоты (те, которые управляют однофазными двигателями) используют однофазный вход и выдают выход постоянного тока, который пропорционален входу.

Есть две причины, по которым трехфазные двигатели более популярны, чем их однофазные аналоги, когда речь идет о работе с переменной скоростью. Во-первых, они предлагают гораздо более широкий диапазон мощностей. Но не менее важна их способность начинать вращение самостоятельно. С другой стороны, однофазный двигатель часто требует некоторого внешнего вмешательства, чтобы начать вращение. В этом случае мы ограничим наше обсуждение трехфазными двигателями, используемыми в трехфазных преобразователях частоты.

Шина постоянного тока
Второй компонент, известный как шина постоянного тока (показана в центре рисунка), не виден во всех преобразователях частоты, поскольку он не участвует непосредственно в работе с переменной частотой.Но он всегда будет присутствовать в высококачественных преобразователях частоты общего назначения (производимых специализированными производителями преобразователей частоты). Не вдаваясь в подробности, шина постоянного тока использует конденсаторы и индуктор для фильтрации «пульсаций» напряжения переменного тока из преобразованного постоянного тока, прежде чем он попадет в секцию инвертора. Он также может включать фильтры, препятствующие гармоническим искажениям, которые могут возвращаться обратно в источник питания, питающий преобразователь частоты. Для более старых преобразователей частоты и преобразователей частоты для некоторых насосов для выполнения этой задачи требуются отдельные сетевые фильтры.

Инвертор
Справа от иллюстрации — «внутренности» преобразователя частоты. Инвертор использует три набора высокоскоростных переключающих транзисторов для создания «импульсов» постоянного тока, которые имитируют все три фазы синусоиды переменного тока. Эти импульсы определяют не только напряжение волны, но и ее частоту. Термин «инвертор» или «инверсия» означает «обращение» и просто относится к движению вверх и вниз генерируемой формы волны. В современном инверторе преобразователя частоты используется метод, известный как «широтно-импульсная модуляция» (ШИМ), для регулирования напряжения и частоты.Мы рассмотрим это более подробно, когда будем смотреть на выход инвертора.

Другим термином, с которым вы, вероятно, сталкивались, читая литературу или рекламу преобразователей частоты, является «IGBT». IGBT относится к «изолированному затвору, биполярному транзистору», который является переключающим (или импульсным) компонентом инвертора. Транзистор (заменивший вакуумную лампу) в нашем электронном мире выполняет две функции. Он может действовать как усилитель и усиливать сигнал, как в радио или стереосистеме, или он может действовать как переключатель и просто включать и выключать сигнал.IGBT — это просто современная версия, которая обеспечивает более высокие скорости переключения (3000–16000 Гц) и меньшее тепловыделение. Более высокая скорость переключения приводит к повышению точности имитации волны переменного тока и уменьшению слышимого шума двигателя. Уменьшение выделяемого тепла означает меньший размер радиаторов и, следовательно, меньшую занимаемую площадь преобразователя частоты.

Выход инвертора
На рисунке справа показана форма волны, генерируемой инвертором ШИМ-преобразователя частоты, по сравнению с истинной синусоидой переменного тока.Выход инвертора состоит из серии прямоугольных импульсов фиксированной высоты и регулируемой ширины. В этом конкретном случае есть три набора импульсов — широкий набор в середине и узкий набор в начале и конце как положительной, так и отрицательной частей цикла переменного тока. Сумма площадей импульсов равна эффективному напряжению истинной волны переменного тока (мы обсудим эффективное напряжение через несколько минут). Если бы вы отсекли части импульсов выше (или ниже) истинной волны переменного тока и использовали их для заполнения пробелов под кривой, вы бы обнаружили, что они совпадают почти идеально.Именно таким образом преобразователь частоты регулирует напряжение, подаваемое на двигатель.

Сумма ширины импульсов и пустых промежутков между ними определяет частоту волны (отсюда ШИМ или широтно-импульсная модуляция), воспринимаемой двигателем. Если бы импульс был непрерывным (то есть без пробелов), частота все равно была бы правильной, но напряжение было бы намного больше, чем у истинной синусоидальной волны переменного тока. В зависимости от желаемого напряжения и частоты преобразователь частоты будет изменять высоту и ширину импульса, а также ширину пустых промежутков между ними.Несмотря на то, что внутренние механизмы, обеспечивающие это, относительно сложны, результат получается элегантно простым!

Теперь некоторые из вас, вероятно, задаются вопросом, как этот «фальшивый» переменный ток (на самом деле постоянный) может управлять асинхронным двигателем переменного тока. В конце концов, разве не требуется переменный ток, чтобы «индуцировать» ток и соответствующее ему магнитное поле в роторе двигателя? Что ж, переменный ток естественным образом вызывает индукцию, потому что он постоянно меняет направление. С другой стороны, постоянный ток не работает, потому что обычно он неподвижен после активации цепи.Но постоянный ток может индуцировать ток, если он включается и выключается. Для тех из вас, кто достаточно взрослый, чтобы помнить, автомобильные системы зажигания (до появления твердотельного зажигания) имели набор точек в распределителе. Назначение очков состояло в том, чтобы «импульсно» подавать питание от батареи в катушку (трансформатор). Это вызвало заряд в катушке, который затем увеличил напряжение до уровня, который позволил бы свечам зажигания загореться. Широкие импульсы постоянного тока, показанные на предыдущей иллюстрации, на самом деле состоят из сотен отдельных импульсов, и именно это движение включения и выключения выхода инвертора позволяет происходить индукции через постоянный ток.

Действующее напряжение
Мощность переменного тока — довольно сложная величина, и неудивительно, что Эдисон почти выиграл битву за то, чтобы сделать постоянный ток стандартом в США. К счастью для нас, все его сложности были объяснены, и все, что нам нужно сделать, это следовать правилам, которые изложили до нас.

Одно из свойств, которое делает переменный ток сложным, заключается в том, что он непрерывно изменяет напряжение, переходя от нуля к некоторому максимальному положительному напряжению, затем обратно к нулю, затем к некоторому максимальному отрицательному напряжению, а затем снова к нулю.Как определить фактическое напряжение, приложенное к цепи? На рисунке слева показана синусоида 60 Гц, 120 В. Обратите внимание, однако, что его пиковое напряжение составляет 170 В. Как мы можем назвать это волной 120 В, если ее фактическое напряжение составляет 170 В? В течение одного цикла оно начинается с 0 В и поднимается до 170 В, затем снова падает до 0. Продолжает падать до -170 и снова поднимается до 0. Получается, что площадь зеленого прямоугольника, верхняя граница которого находится на уровне 120 В, равна к сумме площадей под положительной и отрицательной частями кривой. Может ли 120В быть средним? Что ж, если бы вы усреднили все значения напряжения в каждой точке цикла, результат был бы примерно 108 В, так что это не должно быть ответом. Почему же тогда значение, измеренное ВОМ, составляет 120 В? Это связано с тем, что мы называем «эффективным напряжением».

Если бы вам нужно было измерить тепло, выделяемое постоянным током, протекающим через сопротивление, вы бы обнаружили, что оно больше, чем тепло, выделяемое эквивалентным переменным током. Это связано с тем, что переменный ток не поддерживает постоянное значение на протяжении всего своего цикла.Если вы сделаете это в лаборатории в контролируемых условиях и обнаружите, что конкретный постоянный ток вызывает повышение температуры на 100 градусов, его эквивалент переменного тока вызовет повышение температуры на 70,7 градуса или всего 70,7% от значения постоянного тока. Следовательно, действующее значение переменного тока составляет 70,7% от значения постоянного тока. Также оказывается, что действующее значение напряжения переменного тока равно квадратному корню из суммы квадратов напряжения на первой половине кривой. Если пиковое напряжение равно 1, и вы должны измерить каждое из отдельных напряжений от 0 до 180 градусов, эффективное напряжение будет равно 0.707 пикового напряжения. 0,707-кратное пиковое напряжение 170, показанное на иллюстрации, равно 120 В. Это эффективное напряжение также известно как среднеквадратичное или среднеквадратичное напряжение. Отсюда следует, что пиковое напряжение всегда будет в 1,414 раза больше эффективного напряжения. Ток 230 В переменного тока имеет пиковое напряжение 325 В, а 460 В имеет пиковое напряжение 650 В. Чуть позже мы увидим влияние пикового напряжения.

Что ж, возможно, я говорил об этом дольше, чем необходимо, но я хотел, чтобы вы получили представление об эффективном напряжении, чтобы вы поняли иллюстрацию ниже.В дополнение к изменению частоты преобразователь частоты также должен изменять напряжение, даже если оно не имеет ничего общего со скоростью, с которой работает двигатель переменного тока.

На рисунке показаны две синусоидальные волны переменного тока 460 В. Красный — это кривая 60 Гц, а синий — 50 Гц. Оба имеют пиковое напряжение 650 В, но 50 Гц намного шире. Вы можете легко увидеть, что площадь под первой половиной (0–10 мс) кривой 50 Гц больше, чем площадь первой половины (0–8,3 мс) кривой 60 Гц.А поскольку площадь под кривой пропорциональна эффективному напряжению, ее эффективное напряжение выше. Это увеличение эффективного напряжения становится еще более значительным по мере уменьшения частоты. Если бы двигатель на 460 В мог работать при таких более высоких напряжениях, его срок службы мог бы существенно сократиться. Поэтому преобразователь частоты должен постоянно изменять «пиковое» напряжение по отношению к частоте, чтобы поддерживать постоянное действующее напряжение. Чем ниже рабочая частота, тем ниже пиковое напряжение и наоборот.Именно по этой причине двигатели с частотой 50 Гц, используемые в Европе и некоторых частях Канады, рассчитаны на 380 В. Видите ли, я говорил вам, что AC может быть немного сложным!

Теперь у вас должно быть достаточно хорошее представление о работе преобразователя частоты и о том, как он регулирует скорость двигателя. Большинство преобразователей частоты предлагают пользователю возможность устанавливать скорость двигателя вручную с помощью многопозиционного переключателя или клавиатуры или использовать датчики (давление, расход, температура, уровень и т. д.) для автоматизации процесса.

Преобразователь частоты — преобразователь частоты сети

ЧТО ТАКОЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ?

Преобразователь частоты, также известный как преобразователь частоты сети, представляет собой устройство, которое принимает входную мощность, обычно 50 или 60 Гц, и преобразует ее в выходную мощность 400 Гц.

Существуют различные типы преобразователей частоты, в частности, есть как вращающиеся преобразователи частоты, так и полупроводниковые преобразователи частоты. Вращающиеся преобразователи частоты используют электрическую энергию для привода двигателя. Твердотельные преобразователи частоты принимают входящий переменный ток (AC) и преобразуют его в постоянный ток (DC).

Каково назначение преобразователя частоты промышленного назначения?

Стандартная коммерческая электроэнергия — это электроэнергия переменного тока. Переменный ток относится к числу циклов в секунду («герц» или Гц), в течение которых мощность колеблется, положительная и отрицательная, вокруг нейтральной точки отсчета. В мире существует два стандарта, 50 герц и 60 герц. 50 Гц преобладает в Европе, Азии и Африке, а 60 Гц является стандартом в большей части Северной Америки и некоторых других странах (Бразилия, Саудовская Аравия, Южная Корея) по всему миру.

У одной частоты нет явного преимущества перед другой частотой. Но могут быть и существенные недостатки.Проблемы возникают, когда питаемая нагрузка чувствительна к частоте входной мощности. Например, двигатели вращаются со скоростью, кратной частоте сети. Таким образом, двигатель с частотой 60 Гц будет вращаться со скоростью 1800 или 3600 об/мин. Однако при подаче питания с частотой 50 Гц частота вращения составляет 1500 или 3000 об/мин. Машины, как правило, чувствительны к скорости, поэтому мощность для их работы должна соответствовать предполагаемой расчетной скорости вращения. Таким образом, типичному европейскому оборудованию требуется входная мощность 50 Гц, а если оно работает в Соединенных Штатах, для преобразования доступной мощности 60 Гц в 50 Гц требуется преобразователь 60 Гц в 50 Гц.То же самое относится и к преобразованию мощности 50 Гц в 60 Гц. Хотя для преобразователей частоты существуют стандартные номинальные мощности и мощности, наши преобразователи работают в диапазоне напряжений от 100 до 600 В. Наиболее часто используемые напряжения: 110 В, 120 В, 200 В, 220 В, 230 В, 240 В, 380 В, 400 В и 480 В. Поскольку наши возможности стандартного и индивидуального проектирования могут удовлетворить ряд потребностей энергосистемы, Georator – ваш поставщик преобразователей частоты в напряжение.

ПОЧЕМУ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ТАК ДОРОГО СТОИТ?

Многие клиенты испытывают «шок от наклеек», когда смотрят на преобразователь частоты.Не имеет большого значения, является ли преобразователь частоты вращающимся блоком (двигатель-генератор) или полупроводниковым (электронным) блоком. И действительно, разброс стоимости среди продавцов на удивление мал.

Так что же делает преобразователи частоты такими дорогими? Что ж, это закон. Точнее, законы физики.

В отличие от преобразования напряжения, для которого требуется лишь довольно пассивный трансформатор, преобразователь частоты должен полностью переделать мощность, чтобы изменить частоту. Во вращающемся преобразователе поступающая электрическая энергия преобразуется в механическую энергию в приводном двигателе.Затем эта мощность вращения подается на генератор, где энергия вращения преобразуется в выходную электрическую энергию. Много движущихся частей, много оборудования, много затрат.

Аналогичным образом полупроводниковый преобразователь частоты преобразует поступающую мощность переменного тока в постоянный с помощью выпрямителя. Энергия постоянного тока затем преобразуется в мощность переменного тока с помощью секции инвертора. Опять же, много запчастей, много затрат.

Одним из положительных преимуществ преобразователя частоты любого типа является то, что любое желаемое преобразование напряжения происходит «бесплатно» как часть процесса преобразования частоты. К сожалению, зачастую это мало утешает наших клиентов.

Извините, это просто закон.

МНЕ ДЕЙСТВИТЕЛЬНО НУЖЕН ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ?

Когда потенциальные клиенты сталкиваются с необходимостью приобретения преобразователя частоты, нашего или наших конкурентов, они часто считают, что стоимость является основным препятствием. Действительно ли им нужен преобразователь частоты? Что ж, ответ заключается в том, какой тип нагрузки обслуживается.

В приложениях, включающих двигательные нагрузки, часто требуется преобразователь частоты, поскольку характеристики вращения, в частности число оборотов в минуту (об/мин), являются прямой функцией входной частоты электричества.Двигатель с частотой 60 Гц будет вращаться со скоростью, кратной 60, например, 1800 об/мин. В то же время двигатель с частотой 50 Гц будет вращаться со скоростью, кратной 50, например. 1500 об/мин. Таким образом, при работе с нагрузкой двигателя, особенно в машине с несколькими двигателями, может оказаться необходимым использовать преобразователь частоты, чтобы обеспечить вращение двигателей в соответствии с исходной схемой вращения.

Однако для резистивных нагрузок, таких как резистивные нагреватели и некоторые осветительные приборы, не важна частота поступающей мощности. Таким образом, если нагрузка неактивна, преобразование частоты может не понадобиться.Единственное предостережение – напряжение должно быть в правильном диапазоне. Даже если резистивной является только основная часть нагрузки, может оказаться более экономичным разделить нагрузку на части и подать преобразователь только на частотно-зависимый компонент.

Также целесообразно рассмотреть возможность замены двигателя (двигателей) в нагрузке на соответствующую частоту, поскольку это может оказаться менее дорогостоящим решением, чем использование преобразователя частоты.

Специалисты по применению Georator готовы обсудить с вами эти вопросы; свяжитесь с нашей командой для помощи.Хотя мы ценим ваш бизнес, мы не хотим продавать вам то, что вам не нужно.

Как выбрать частоту импульсного регулятора

В этой статье обсуждаются некоторые детали — КПД, уровень шума и т. д., — влияющие на выбор рабочих частот для импульсных источников питания.

Импульсные стабилизаторы, как следует из названия, выполняют преобразование постоянного тока в постоянный, включая и выключая что-либо. В типичной схеме на основе индуктора переключатели управляют током, протекающим через индуктор; в регуляторах на основе зарядового насоса заряд от входного источника «накачивается» через переключатели на конденсатор.Переключение является периодической вещью, и, следовательно, регулирование режима переключения всегда зависит от частоты.

Я уверен, вы заметили, что микросхемы импульсных регуляторов бывают самых разных частот. Я бы сказал, что типичный диапазон составляет от 100 кГц до 2 МГц, хотя вы можете найти частоты ниже 100 кГц, а есть части, которые значительно выше (до 3 или 4 МГц). Вы также могли заметить, что многие импульсные ИС позволяют выбирать рабочую частоту (в пределах заданного диапазона) с помощью внешнего резистора.Почему запчасти предлагают такой широкий диапазон частот? И какова правильная частота для данного приложения? Давайте взглянем.

 

Влияние частоты переключения

Когда вы начинаете вникать в детали, импульсные преобразователи постоянного тока в постоянный не совсем просты. На самом деле, они даже не близки к простым, а частота переключения является фундаментальным параметром, который так или иначе влияет практически на каждый аспект функциональности и производительности схемы.Поэтому я сосредоточусь на самых важных и практических соображениях и постараюсь излагать информацию точно, но не вдаваясь в сложные детали.

Следующие подразделы написаны с точки зрения переключения на основе индуктора, но это не означает, что никакая информация не применима к регуляторам подкачки заряда.

Шум

Когда я думаю о частоте переключения, первое, что приходит на ум, это шум, как кондуктивный, так и излучаемый.Вы не можете заставить шум переключения исчезнуть, увеличив или понизив частоту, но вы можете сделать шум менее проблематичным.

Основная идея заключается в том, что ваш видеомикшер будет генерировать шум на частоте коммутации и на гармониках частоты коммутации.

 

Этот график любезно предоставлен Analog Devices и взят из статьи об артефактах на выходе импульсного регулятора. Пик, помеченный как «уровень пульсации», соответствует основной частоте.Мы обсудим выходную пульсацию ближе к концу этой статьи.

 

Регулируя основную частоту, вы можете «управлять» шумом так, чтобы он не сталкивался с чувствительными аналоговыми схемами или ограничениями излучения FCC.

Например: предположим, что ваш преобразователь находится в непосредственной близости от АЦП, который производит выборку сигнала основной полосы частот 50 кГц. Если ваш коммутатор работает на частоте 1 МГц, вы сможете подавить шум, связанный с основной частотой и всеми гармониками, с помощью однополюсного или (лучше) двухполюсного фильтра нижних частот.

Использование более высокой частоты переключения иногда является простым способом борьбы с шумом, потому что вы можете более эффективно решать проблемы, добавляя фильтр нижних частот. Однако вам необходимо убедиться, что вы не распространяете шум в полосы частот, которые имеют более низкие пределы излучения или которые используются соседними радиочастотными схемами.

 

Эффективность

Мы не хотим снижать эффективность наших высокоэффективных импульсных регуляторов просто за счет выбора неподходящей частоты переключения.Основная идея здесь заключается в том, что более высокая частота означает более низкую эффективность.

Это имеет смысл, если подумать: импульсное регулирование эффективно, потому что оно использует преимущества малой рассеиваемой мощности, связанной с состояниями «полностью включен» и «полностью выключен» транзистора. Значительное рассеивание мощности происходит только в промежуточной области между включением и выключением, и если транзистор чаще переключается между включением и выключением, теряется больше энергии и падает эффективность.

На следующем графике показан пример зависимости между частотой переключения и эффективностью.

 

График взят из таблицы данных для LT8610 от Linear Tech/Analog Devices.
Место для платы

Универсальность и высокая эффективность импульсных стабилизаторов делают их привлекательными вариантами для небольших устройств с батарейным питанием. Это означает, что площадь печатной платы иногда является критическим фактором в процессе проектирования. Важным аргументом в пользу более высокой частоты переключения является уменьшение места на плате: вообще говоря, более высокая частота переключения позволяет выходному фильтру преобразователя достигать сравнимых характеристик при более низких значениях емкости и индуктивности, а более низкие значения емкости и индуктивности соответствуют меньшим конденсаторам и катушкам индуктивности.

 

Пульсация

В первом подразделе (озаглавленном «Шум») рассматриваются помехи, которые создаются при переключении преобразователя, а затем вводятся или излучаются в другие части системы или в близлежащие электронные устройства. Это отличается от «пульсаций», которые относятся к периодическим изменениям, непосредственно присутствующим в выходном напряжении преобразователя.

Важность пульсации зависит от приложения. Цифровая схема обладает высокой устойчивостью к пульсациям питания, но некоторые аналоговые компоненты также обладают высокой устойчивостью, а именно компоненты с хорошим коэффициентом ослабления питания (PSRR) на соответствующей частоте .

Основная взаимосвязь здесь заключается в том, что более высокая частота коммутации означает меньшую пульсацию. Следующий график дает вам пример этого эффекта:

 

Сюжет взят из этого примечания к приложению (стр. 10), опубликованного Texas Instruments. Вы можете видеть, что как теоретические расчеты, так и моделирование SPICE показывают, что более высокая частота переключения приводит к меньшим пульсациям.

 

Тем не менее, вы должны быть осторожны, потому что, если вы увеличите частоту коммутации, вы можете увеличить частоту пульсаций в диапазоне, в котором ваши аналоговые компоненты имеют более низкий PSRR. На самом деле это вполне вероятно, так как PSRR имеет тенденцию к уменьшению с увеличением частоты. Тем не менее, вам может повезти, и вы получите такой компонент, как MAX40018 от Maxim:

.

 

График взят из этого описания.

 

PSRR сначала уменьшается с частотой, как и ожидалось, но затем увеличивается после 10 кГц. (Хотя мы не знаем, что происходит после 100 кГц.)

Резюме

Частота переключения преобразователя постоянного тока влияет на многие аспекты функциональности схемы.Мне кажется, что самые важные отношения следующие:

  • При более высокой частоте коммутации шум легче контролировать (путем фильтрации), но в целом частоту следует регулировать в соответствии с шумовыми характеристиками и требованиями каждой системы.
  • Более высокая частота снижает эффективность.
  • При использовании более высоких частот требуется меньше места на плате (поскольку пассивные компоненты могут быть меньше).
  • Увеличение частоты коммутации приводит к уменьшению амплитуды пульсаций.

Если у вас есть какие-либо мысли или практические советы по выбору частоты переключения для схемы преобразователя постоянного тока в постоянный, не стесняйтесь сообщить нам об этом в комментариях.

Важность точной частоты переключения и предела тока при выборе понижающих регуляторов. Управление питанием. Технические статьи Регулятор SIMPLE SWITCHER® LM2576

компании TI уже более 20 лет является популярным выбором для регулирования постоянного/постоянного тока.Но с таким количеством различных регуляторов на рынке может показаться трудным выбрать правильную деталь для работы. Вот на что следует обратить внимание, выбирая между, казалось бы, идентичными продуктами.

Чтобы облегчить это обсуждение, давайте сравним аналогичные альтернативные устройства с разъемами pin-to-pin (P2P), сделанные другими производителями, в сравнении с SIMPLE SWITCHER LM2576 от TI. Назовем эти похожие продукты «регулятор X». Спецификация регулятора X очень похожа на техпаспорт регулятора TI; на самом деле, это может выглядеть идентично.Чтобы проверить, насколько характеристики стабилизатора X соответствуют заявленным критическим параметрам, таким как частота коммутации и ограничение по току, команда разработчиков приложений в TI создала специальную оценочную плату для сбора данных о производительности и надежности 40-вольтового, 3-амперного LM2576 от TI. понижающий преобразователь, а также три других регулятора X, которые я буду называть Xa, Xb, Xc, от разных производителей.

Все четыре устройства были оценены на эффективность при входном напряжении и токе нагрузки для стандартного приложения 5 В OUT .Испытания проводились при температурах -40°С, 25°С и 85°С. Выходной ток также был протестирован вплоть до 7 А на устройствах с номинальным током 3 А, чтобы выявить пределы производительности, риски для безопасности и риски для надежности.

Результаты испытаний показали, что по крайней мере одно устройство производителя переключается с частотой, почти в три раза превышающей частоту, указанную в паспорте устройства. Измеренная частота переключения составила 150 кГц, в то время как устройство рассчитано на переключение на частоте 52 кГц в соответствии с техническими данными производителя.Точное знание частоты переключения устройства имеет решающее значение для правильного выбора внешних компонентов для вашего проекта. Если частота переключения выбранного вами устройства ниже ожидаемой, номиналы внешних компонентов, таких как индуктивность основного выхода, будут слишком малы. Это может привести к множеству проблем, включая насыщение выходного тока дросселя, повреждение выходного конденсатора из-за более высокого среднеквадратичного (RMS) тока и нестабильность системы. Если частота коммутации выше ожидаемой, номиналы компонентов будут слишком большими и не полностью оптимизированными для приложения, что приведет к неэффективному использованию места на плате.Нельзя недооценивать важность точного знания частоты коммутации. На рис. 1 показана простая схема понижающего преобразователя, которая была смоделирована при различных частотах переключения с помощью инструмента PSpice® for TI. PSpice for TI — это бесплатная платформа моделирования схем, которая позволяет пользователю моделировать устройства TI до того, как приступать к компоновке и изготовлению, что сокращает время выхода на рынок и затраты на разработку.

Рис. 1: Схема простого моделирования обратного сопротивления

Ширина импульса и период источника импульсного напряжения изменялись для достижения трех различных частот переключения: медленной (20 кГц показано красным), номинальной (52 кГц показано зеленым) и быстрой (150 кГц показано синим).Результирующие смоделированные формы сигналов тока катушки индуктивности, показанные на рис. 2, иллюстрируют влияние изменения частоты коммутации на пульсации тока катушки индуктивности. Эти пульсации тока индуктивности шунтируются через выходной конденсатор, обеспечивая плавный выходной постоянный ток на нагрузку. В таблице 1 показано, как увеличение размаха пульсаций тока дросселя приводит к увеличению среднеквадратичного значения тока через выходной конденсатор. Более высокий среднеквадратичный ток для случая низкой частоты переключения, вероятно, вызовет повреждение выходных конденсаторов, рассчитанных на номинальную или быструю частоту переключения.

Рис. 2. Выходные данные моделирования формы кривой тока катушки индуктивности при различных частотах переключения

Частота переключения (кГц)

Пульсации тока дросселя (мА)

Среднеквадратичное значение тока выходного конденсатора (мА)

20

2300

1030

52

890

830

150

280

795

Таблица 1. Понижающие токи выходного фильтра для различной частоты коммутации

Наиболее распространенная неточность производительности, обнаруженная во время тестирования, заключалась в сравнении заявленного и номинального.фактическое ограничение тока. Высокие ограничения по току вызывают чрезмерный нагрев индуктора, диода и интегральной схемы (ИС) в условиях короткого замыкания, что может повредить ИС и помешать ее правильной работе. Это, в свою очередь, может помешать функционированию конечного продукта. В спецификациях регуляторов Xa, Xb и Xc указан максимальный предел тока 6,9 А. Однако в ходе оценки было обнаружено, что пределы тока регуляторов Xa, Xb и Xc фактически находятся в диапазоне от 4,9 А до 7,5 А; см. Таблицу 2.

 

12 Вин

24 Вин

36 Вин

TI LM2576

4. 49 А

4,71 А

4,89 А

Производитель Ха

5,67 А

6,04 А

7,00 А

Производитель Xb

4,92 А

5,25 А

Не могу запустить

Производитель Xc

6.01 А

6,89 А

7,56 А

Таблица 2: Сравнение ограничения тока между SIMPLE SWITCHER LM2576 и альтернативными устройствами

В этой статье основное внимание уделялось важности точного знания частоты коммутации и предела тока, но как вы узнаете, что эти параметры точны при выборе понижающего преобразователя для вашей следующей конструкции? Вот несколько шагов, которые вы можете предпринять, чтобы убедиться, что ваш проект понижающего преобразователя работает должным образом:

  1. Дважды проверьте спецификацию, чтобы убедиться, что требования к конструкции соответствуют спецификациям устройства; раздел абсолютных максимальных номинальных значений и таблица электрических характеристик являются хорошими отправными точками.
  2. Разместите свой вопрос на онлайн-форуме, например на E2E.
  3. Запрос модуля оценки (EVM) для тестирования.

Дополнительные ресурсы:

Преобразование частоты генератора: 60 ​​Гц и 50 Гц Используемая мощность генератора

Скорость и частота генератора пропорциональны Выходная частота генератора является одним из важных параметров, определяющих мощность генератора. Выходная электрическая мощность генератора должна поддерживаться на фиксированной частоте 50 Гц или 60 Гц, чтобы соответствовать выходной мощности стандартной электрической сети или номинальной частоте ваших приборов.

Частота обычно составляет 60 Гц в США и 50 Гц в Европе. Вы также можете столкнуться с различными изолированными участками одной и той же сети, работающими на разных частотах. Затем становится необходимым изменить выходную частоту генератора, чтобы она соответствовала частоте питаемых приборов или сети, к которой подключен ваш генератор.

Изменение частоты вращения двигателя для изменения выходной частоты Современные генераторы состоят из двигателя, напрямую подключенного к генератору переменного тока для производства электроэнергии.Одним из наиболее распространенных способов изменения выходной частоты генератора является изменение скорости вращения двигателя.

Два коэффициента связаны по следующей формуле – Частота генератора (f) = число оборотов двигателя в минуту (Н) * количество магнитных полюсов (P) / 120 И наоборот, P = 120*f/N

Согласно приведенной выше формуле, двухполюсный генератор с выходной частотой 60 Гц имеет частоту вращения двигателя 3600 об/мин. Чтобы изменить выходную частоту на 50 Гц для той же конфигурации генератора, скорость двигателя необходимо уменьшить до 3000 об/мин.Точно так же для 4-полюсного генератора частота вращения двигателя 1800 об/мин дает выходную мощность 60 Гц. Снижение частоты вращения двигателя до 1500 об/мин дает выходную мощность 50 Гц.

В случае небольших или бытовых генераторов вы можете изменить настройки оборотов двигателя, внеся несколько изменений на панели управления вашего устройства. Следуйте приведенным ниже инструкциям, чтобы изменить частоту генератора с 60 Гц на 50 Гц:

  1. Запустите двигатель генератора и настройте частотомер на панели управления на частоту 50 Гц
  2. Проверьте вольтметр переменного тока или потенциометр, в зависимости от обстоятельств, и считайте выходное напряжение генератора.Выходное напряжение уменьшается по мере уменьшения частоты и может быть ниже желаемого значения
  3. Отрегулируйте вольтметр переменного тока или потенциометр на панели управления, пока не получите желаемое выходное напряжение при 50 Гц
  4. Внеся аналогичные изменения в панель управления, можно увеличить частоту с 50 Гц до 60 Гц
  5.  Если на панели управления не отображается частота, необходимо сначала подключить устройство, которое будет измерять частоту при работающем генераторе, а затем изменять обороты двигателя.
    Контроллеры генераторов осуществляют мониторинг и управление вашей установкой в ​​режиме реального времени. Встроенные защитные функции автоматически отключают генератор в случае превышения оборотов двигателя или очень низкой выходной частоты. Для получения дополнительной информации о функциональности генератора, пожалуйста, прочитайте следующую статью, Как работают генераторы..

Преобразователи частоты

Если вы используете генератор с фиксированной скоростью, вы можете подключить к своему устройству преобразователь частоты.Преобразователь частоты представляет собой комбинацию выпрямителя и инвертора. Выпрямитель использует выход переменного тока (AC) генератора для получения постоянного тока (DC). Затем инвертор преобразует это для получения выходного переменного тока желаемой частоты. Любое сопровождающее изменение напряжения не зависит от назначения блока, а также зависит от области применения, для которой используется преобразователь частоты.


Традиционно преобразователи частоты, такие как роторные преобразователи и мотор-генераторные установки, изготавливались из электромеханических компонентов.С появлением твердотельной электроники они стали полностью электронными.

Помимо изменения выходной частоты, эти устройства также используются для управления крутящим моментом и скоростью двигателей переменного тока. Преобразователи частоты также находят применение в аэрокосмической промышленности для преобразования частоты 50 или 60 Гц в выходную частоту 400 Гц, которая используется в наземных силовых установках самолетов. Эти системы также используются для управления скоростью вращения вентиляторов и насосов, а также других нагрузок с переменным крутящим моментом, работающих на переменной скорости.

Генераторные установки с электронным регулированием скорости Существует особый класс генераторов, известных как генераторы с электронной переменной скоростью, в которых изменение скорости двигателя изменяет скорость генератора переменного тока, чтобы автоматически производить выходную мощность с переменной частотой. Затем преобразователь частоты используется для выпрямления меняющейся выходной мощности генератора, чтобы соответствовать требуемой выходной частоте 50 Гц или 60 Гц.

Использование этого устройства устраняет необходимость в частотно-регулируемом приводе и трансформаторе.Недостатком этой технологии является то, что электронный компонент, помимо дороговизны, не подходит для использования в суровых условиях, в которых обычно работает генератор.

Важно отметить, что они отличаются от генераторов с переменной скоростью, которые имеют бесступенчатую трансмиссию (CVT), которая позволяет изменять скорость вращения двигателя, но поддерживает постоянную скорость генератора переменного тока. Это не изменяет выходную частоту, но позволяет генератору изменять выходную мощность генератора в соответствии с требованиями переменной нагрузки.

>>Вернуться к статьям и информации<<

50 Гц против 60 Гц | КСБ

Источники питания частотой 50 Гц и 60 Гц чаще всего используются в международных энергосистемах. В некоторых странах (регионах) обычно используется электросеть с частотой 50 Гц, в то время как в других странах используется электросеть с частотой 60 Гц.

  • Переменный ток (AC) периодически меняет направление тока.
  • Цикл — время циклического изменения тока.
  • Частота – количество изменений тока в секунду, единицы Герц (Гц).
  • Направление переменного тока изменяется 50 или 60 циклов в секунду, в соответствии со 100 или 120 изменениями в секунду, тогда частота составляет 50 или 60 Гц.

ЧТО ТАКОЕ ГЕРЦ?

Герц, сокращенно Гц, — это основная единица измерения частоты, установленная в честь открытия электромагнитных волн немецким физиком Генрихом Рудольфом Герцем. В 1888 году немецкий физик Генрих Рудольф Герц (с 22 февраля 1857 года по 1 января 1894 года) первым подтвердил существование радиоволн и внес большой вклад в электромагнетизм, поэтому единица измерения частоты в системе СИ Герц названа в честь ему.

ДЛЯ ЧЕГО ИСПОЛЬЗУЕТСЯ Гц?

Гц (Герц) — единица частоты колебательного цикла электрических, магнитных, акустических и механических колебаний, т. е. число раз в секунду (цикл/сек).

ЧТО ТАКОЕ 50 ГЦ?

50 Герц (Гц) означает, что ротор генератора вращается 50 раз в секунду, ток меняется 50 раз в секунду вперед и назад, направление меняется 100 раз. Это означает, что напряжение меняется с положительного на отрицательное и с отрицательного на положительное, этот процесс преобразует 50 раз в секунду.Электричество 380 В переменного тока и 220 В переменного тока с частотой 50 Гц.

Скорость двухполюсного синхронного генератора 50 Гц составляет 3000 об/мин. Частота сети переменного тока определяется числом полюсов генератора p и скоростью n , Гц  = p * n /120. Стандартная частота сети составляет 50 Гц, что является постоянной величиной. Для 2-полюсного двигателя скорость n = 50 * 120 / 2 = 3000 об/мин; для 4-полюсного двигателя скорость n = 50 * 120 / 4 = 1500 об/мин.

ЗАЧЕМ ИСПОЛЬЗОВАТЬ 50 ГЦ?
При увеличении частоты потребление меди и стали в генераторе и трансформаторе уменьшается вместе с уменьшением веса и стоимости, но увеличивает индуктивность электрического оборудования и линии передачи, уменьшает емкости и увеличивает потери, тем самым снижение эффективности передачи. Если частота слишком низкая, количество материалов, из которых изготовлено электрооборудование, возрастет, а также увеличится его стоимость и стоимость, а свет будет явно мигать.Практика показала, что использование частот 50 Гц и 60 Гц является приемлемым.

МОЖЕТ ЛИ МОТОР 50 ГЦ РАБОТАТЬ НА 60 ГЦ?

Так как формула для управления синхронной скоростью трехфазного двигателя n  = (120 * Гц )/ p  если это 4-полюсный двигатель, то при 50 Гц скорость будет 1500 об/мин, тогда как при 60 Гц скорость будет 1800 об/мин. Поскольку двигатели представляют собой машины с постоянным крутящим моментом, то, применив формулу л.с.  = ( крутящий момент * n )/5252, можно увидеть, что при увеличении скорости на 20% двигатель также сможет производить 20% больше лошадиных сил.Двигатель сможет создавать номинальный крутящий момент на обеих частотах 50/60 Гц. Это применимо только в том случае, если отношение В/Гц постоянно, а это означает, что при 50 Гц напряжение питания должно быть 380 В, а при 60 Гц напряжение питания должно быть должно быть 460 В. В обоих случаях отношение В/Гц составляет 7,6 В/Гц.

ЧТО ТАКОЕ 60 ГЦ?

При частоте 60 Гц ротор генератора совершает 60 оборотов в секунду, ток меняется 60 раз в секунду вперед и назад, направление меняется 100 раз. Это означает, что напряжение меняется с положительного на отрицательное и с отрицательного на положительное, этот процесс преобразует 60 раз в секунду.Электричество 480 В переменного тока и 110 В переменного тока с частотой 60 Гц.

Частота вращения двухполюсного синхронного генератора 60 Гц составляет 3600 об/мин. Частота сети переменного тока определяется числом полюсов генератора p и частотой вращения n, freq. = р*п/120. Стандартная частота сети составляет 60 Гц, что является постоянной величиной. Для 2-полюсного двигателя скорость n = 60 * 120 / 2 = 3600 об/мин; для 4-полюсного двигателя скорость n = 60 * 120 / 4 = 1800 об/мин.

КАК ИЗМЕНИТЬ 60 Гц НА 50 Гц

Преобразователь частоты может преобразовывать мощность переменного тока фиксированной частоты (50 Гц или 60 Гц) в переменную частоту, мощность переменного напряжения посредством преобразования переменного тока в постоянный ток в переменный, выходную чистую синусоидальную волну, и регулируемая частота и напряжение. Это отличается от преобразователя частоты, который предназначен только для управления скоростью двигателя, а также отличается от обычного стабилизатора напряжения. Идеальный источник питания переменного тока имеет стабильную частоту, стабильное напряжение, сопротивление приблизительно равно нулю, а форма волны напряжения представляет собой чистую синусоидальную волну (без искажений). Выходная мощность преобразователя частоты очень близка к идеальному источнику питания, поэтому все больше и больше стран используют источник питания преобразователя частоты в качестве стандартного источника питания, чтобы обеспечить наилучшие условия электропитания для приборов для оценки их технических характеристик.

50 Гц против 60 Гц В РАБОЧЕЙ СКОРОСТИ

Основное различие между 50 Гц (Герц) и 60 Гц (Герц) заключается просто в том, что 60 Гц на 20% выше по частоте. Для генератора или насоса с асинхронным двигателем (просто говоря) это означает 1500/3000 об/мин или 1800/3600 об/мин (для 60 Гц). Чем ниже частота, тем ниже будут потери в стали и потери на вихревые токи. Уменьшите частоту, скорость асинхронного двигателя и генератора будет ниже. Например, при 50 Гц генератор будет работать со скоростью 3000 об/мин против 3600 об/мин при 60 Гц.Механические центробежные силы будут на 20% выше при частоте 60 Гц (стопорное кольцо обмотки ротора должно воспринимать центробежную силу при проектировании).

Но при более высокой частоте мощность генератора и асинхронных двигателей будет выше для двигателя/генератора одинакового размера из-за увеличения скорости на 20%.

50Гц VS 60Гц ПО КПД

Конструкция таких магнитных машин такова, что они действительно либо одно, либо другое. В некоторых случаях это может сработать, но не всегда. Переключение между различными частотами источника питания, безусловно, повлияет на эффективность и может означать необходимость снижения номинальных характеристик.Существует небольшая реальная разница между системами 50 Гц и 60 Гц, если оборудование спроектировано соответствующим образом для этой частоты.

Важнее иметь стандарт и придерживаться его. Более существенная разница заключается в том, что системы с частотой 60 Гц обычно используют 110 В (120 В) или около того для бытового электроснабжения, в то время как системы с частотой 50 Гц, как правило, используют 220 В, 230 В и т. д. в разных странах. Это приводит к тому, что домашняя проводка должна иметь поперечное сечение в два раза больше для системы 110 В для той же мощности.Однако считается, что оптимальная система составляет около 230 В (требуемый размер провода и мощность в сравнении с безопасностью).

60 Гц ЛУЧШЕ ЧЕМ 50 Гц?

Большой разницы между 50 Гц и 60 Гц нет, в принципе нет ничего плохого или хорошего. Для независимого энергетического оборудования, такого как корабли, самолеты или изолированные зоны, такие как газовые/масляные установки, может быть разработана любая частота (например, 400 Гц) в зависимости от пригодности.

Источник: http://www.gohz.com/difference-between-50hz-and-60hz-frequency

РАБОТА ДВИГАТЕЛЕЙ С ЧАСТОТОЙ 60 ГЦ, 50 ГЦ

быть специально спроектированы и изготовлены для частоты 50 Гц. Часто поставки продуктов с частотой 50 Гц таковы, что желателен альтернативный курс действий с использованием продуктов с частотой 60 Гц.

Общие указания по эксплуатации двигателей с частотой 60 Гц в системах с частотой 50 Гц касаются того факта, что напряжение за цикл должно оставаться постоянным при любом изменении частоты. Кроме того, поскольку двигатель будет работать только на пяти шестых скорости 60 Гц, выходная мощность при 50 Гц ограничена максимум пятью шестыми паспортной л.с.

Источник: У.S. Motors   http://www.usmotors.com/TechDocs/ProFacts/50Hz-Operation-60Hz.aspx

НА ЧТО СЛЕДУЕТ УЧИТЫВАТЬ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ С ЧАСТОТОЙ 50 Гц ПРИ 60 Гц?

Машины, импортированные в США, часто рассчитаны на рабочую частоту 50 Гц, если только они не предназначены для работы на частоте 60 Гц. Это может быть проблематично для электродвигателей. Это особенно верно при работе с насосами и вентиляторами.

Часто дистрибьюторы и покупатели этого оборудования предполагают, что производитель оригинального оборудования принял это во внимание. Это распознается, когда двигатели поступают в ремонт, прогоревшие от перегрузки.

Преобразователь частоты (VFD) может использоваться для надлежащего решения проблем, связанных с работой оборудования с частотой 50 Гц на частоте 60 Гц.

Скорость двигателя прямо пропорциональна рабочей частоте. Изменение рабочей частоты насоса или вентилятора увеличивает рабочую скорость и, следовательно, увеличивает нагрузку на двигатель. Нагрузка насоса или вентилятора представляет собой нагрузку с переменным крутящим моментом. Нагрузка с переменным крутящим моментом зависит от куба скорости.

Двигатель с частотой 50 Гц, работающий на частоте 60 Гц, будет пытаться вращаться с увеличением скорости на 20 %. Нагрузка станет в 1,23 (1,2 х 1,2 х 1,2) или в 1,73 раза больше (173 %), чем на исходной частоте. Модернизация двигателя для такого увеличения мощности невозможна.

Одним из решений может быть модификация ведомого оборудования для снижения нагрузки. Это может включать в себя уменьшение диаметра крыльчатки вентилятора или крыльчатки для обеспечения такой же производительности при частоте 60 Гц, как у агрегата при частоте 50 Гц. Для этого потребуется консультация с OEM. Есть и другие соображения, связанные с увеличением скорости помимо увеличения нагрузки. К ним относятся механические ограничения, пределы вибрации, рассеивание тепла и потери.

Лучшее решение — эксплуатировать двигатель на той скорости, для которой он был разработан. Если это 50 Гц, то можно установить частотный преобразователь. Эти приводы будут преобразовывать сетевую мощность 60 Гц в 50 Гц на клеммах двигателя.

Это решение дает множество других преимуществ.К этим преимуществам относятся:

  • повышенная эффективность
  • регулировка мощности (часто лучше, чем обеспечивает сеть)
  • защита двигателя от перегрузки по току
  • улучшенное управление скоростью
  • программируемый выход для выполнения других задач
  • улучшенная производительность.

Источник: Precision Electric, Inc.,   Автор   Крейг Чемберлин , 25 ноября 2009 г.

http://www. precision-elec.com/faq-vfds-есть-есть-что-следовать-при-эксплуатации-50-Гц-оборудования-на-60-Гц/

 

9.1.2 Регулирование частоты | EBF 483: Введение в рынки электроэнергии

9.1.2 Регулирование частоты

В этом уроке мы уже несколько раз упоминали системную частоту. Поддержание частоты во всей системе на уровне, близком к 60 Гц, критически важно. Каждый отдельный генератор в большой энергосистеме должен вращаться с одной и той же скоростью, иначе сама система может стать нестабильной.В качестве аналогии представьте себе машину, движущуюся по прямой. Все колеса должны вращаться с одинаковой скоростью. Если бы одно колесо вдруг начало двигаться быстрее других, что бы произошло? Ну, если это одно колесо начнет вращаться немного быстрее, то остальная часть автомобиля может воздействовать на это одно колесо, чтобы заставить его замедлиться. Машина продолжала ехать прямо. Если это одно колесо начнет вращаться намного быстрее, машина может выйти из-под контроля.

Та же логика применима и к электросетям.Если частота системы немного отклоняется от 60 Гц, то вращающиеся генераторы, естественно, будут прилагать больше усилий друг к другу, чтобы вернуть эту частоту к 60 Гц. Если отклонение действительно большое, то сама по себе сетка станет нестабильной. Регулирование частоты (или просто «регулирование») — это инструмент, используемый операторами электросетей в тех случаях, когда системная частота становится слишком высокой или слишком низкой.

Чтобы понять, как частота может стать слишком высокой или слишком низкой, воспользуемся еще одной аналогией, показанной на рисунках ниже.Думайте об электросети как о ванне с краном и сливом. Уровень воды в ванне подобен частоте электросети. Если кран намного больше сливного, то уровень воды в ванне поднимется. Точно так же в энергосистеме, если предложение внезапно станет намного больше, чем спрос, частота поднимется выше 60 Гц. Это может произойти, если произойдет внезапный всплеск предложения (например, если ветер внезапно усилится, быстро увеличивая мощность ветра) или если произойдет внезапное падение спроса (например, все в США выключают свои телевизоры в одно и то же время). окончание Суперкубка).

Рисунок 9.2: Частота энергосистемы подобна воде, втекающей и вытекающей из ванны. Чтобы уровень воды оставался постоянным, приток должен точно равняться оттоку.

Щелкните здесь, чтобы прочитать подробное описание фигуры

.

Имеются три стаканообразные схемы с входными (генерирующими) и выходными (нагрузочными) портами:

  • На первой диаграмме приток равен оттоку, а частота стабильна на уровне 60 Гц.

  • На второй диаграмме приток больше, чем отток, а частота повышается примерно на 60 Гц.<

  • третья диаграмма, приток меньше оттока и частота падает ниже 60Гц.

Источник: Джо Это, Национальная лаборатория Лоуренса Беркли

Рисунок 9.3: Отклонения от частоты 60 Гц могут привести к корректирующим действиям, которые могут поставить под угрозу надежность энергосистемы.

Источник: Джо Это, Национальная лаборатория Лоуренса Беркли

Если слив больше, чем кран, то происходит обратное — уровень воды в ванне упадет. В энергосистеме, если спрос начинает превышать предложение, частота системы упадет ниже 60 Гц. Чаще всего это происходит при внезапном падении подачи, например, при внезапном отключении от сети большого генератора.

Как правило, операторам сети легче обрабатывать события превышения частоты, чем события понижения частоты. Если частота начинает превышать 60 Гц, это обычно происходит медленно, и операторы сети могут отреагировать, уменьшив мощность некоторых генераторов. Однако события пониженной частоты могут быть более серьезными, поскольку они часто бывают неожиданными и связаны с потерей крупного источника электроэнергии.Когда это происходит, восстановление частоты системы до 60 Гц включает в себя три этапа, которые в совокупности известны как «регулировка частоты». Эти три этапа показаны на рисунке ниже и могут быть обобщены следующим образом:

  • Первичное управление частотой запускается автоматически, без вмешательства человека, сразу после события пониженной частоты. Генераторы, оснащенные частотными датчиками, автоматически регулируют свою мощность.
  • Вторичное регулирование частоты срабатывает в течение десятков секунд, также автоматически, если событие пониженной частоты не устраняется само по себе.Вторичное регулирование частоты иногда называют автоматическим управлением генерацией (АРУ).
  • Третичное управление частотой запускается в течение нескольких минут, если событие пониженной частоты не устраняется само по себе с помощью первичных или вторичных механизмов управления частотой. Третичное управление частотой обычно предполагает, что оператор энергосистемы вручную регулирует диспетчеризацию некоторых электростанций.
Рисунок 9.4: Внезапное падение частоты системы вызывает автоматическую реакцию для корректировки частоты, за которой следует ручное вмешательство операторов энергосистемы.Вспомогательные службы предоставляют эти ответы.

Щелкните здесь, чтобы прочитать подробное описание фигуры

.

На схеме показаны две картинки:

  • Первый — это график, показывающий резкое падение частоты на графике. Частота находится на оси y, а время — на оси x. На графике частота падает до 59,90 Гц между 0 и 8 секундами. Это называется периодом задержания. Между 8 и 21 секундой происходит период отскока, когда система поднимается примерно до 59.94 Гц на графике. Через 21 секунду система находится в периоде восстановления. Системная частота начинает постепенно увеличиваться с 59,94 Гц через 30 секунд, но требуется около десяти минут после первоначального падения, чтобы вернуться к начальной частоте 60 Гц.

  • Второй — это график с мощностью по оси Y и временем по оси X, показывающий, какие элементы управления используются при падении мощности. Первичная регулировка частоты происходит сразу же, примерно через 10 минут, и потребляет мощность по колоколообразной кривой.Первичное управление частотой — это реакция регулятора и реакция на спрос в зависимости от частоты. Затем включается вторичный регулятор частоты. Он начинается примерно через 10 секунд, но не начинает потреблять много энергии примерно до 30 секунд. Затем мощность увеличивается примерно до 10 минут, после чего начинает снижаться. Secondary Frequency Control – это генераторы на автоматическом управлении выработкой. Окончательный контроль — это третичный контроль частоты, мощность которого постепенно увеличивается через десять минут и выравнивается при произвольной мощности примерно через 25 минут.Третичное управление частотой осуществляется генераторами через операторскую диспетчерскую.

Источник: Джо Это, Национальная лаборатория Лоуренса Беркли

Услуга, которую мы называем «регулирование частоты», обычно запускается через несколько минут после события отклонения частоты, после того как заработало вторичное регулирование частоты. операторам через процесс аукциона заранее, аналогичный рынку энергии на сутки вперед и в режиме реального времени.Оператор рынка (например, PJM) объявляет, какая мощность необходима для регулирования частоты, а производители подают предложения, чтобы иметь возможность обеспечить это регулирование частоты. Это устанавливает отдельную цену за регулирование частоты.

На большинстве рынков электроэнергии предложение регулирования частоты оператору сети означает, что производитель готов увеличить или уменьшить выходную мощность (известную как «регулирование вверх» и «регулирование вниз») на некоторую величину. (Рынок ERCOT в Техасе работает немного по-другому, где есть отдельные рынки для повышающего и понижающего регулирования.) Это означает, что генератор одновременно снимает мощность с рынка энергии на сутки вперед/в режиме реального времени и обязуется производить некоторое количество электроэнергии. Например, допустим, что генератор мощностью 100 МВт предложил на регулируемый рынок 5 МВт мощности. Это означает, что генератор готов снизить мощность на 5 МВт, если это необходимо, и увеличить мощность на 5 МВт, если это необходимо. Таким образом, производитель не мог предложить более 95 МВт своей мощности на рынке электроэнергии на сутки вперед/в режиме реального времени, и ему нужно было убедиться, что на рынке энергии на сутки вперед/в режиме реального времени реализовано не менее 5 МВт.

Плата за регулирование состоит из двух компонентов. Во-первых, производителям платят за мощность, которую они выделяют для обеспечения регулирования. Это иногда называется ценой «мощности» и принимает единицы $ за МВт мощности. Во-вторых, когда генератор вызывается для увеличения или уменьшения мощности в ответ на событие отклонения частоты, ему платят за произведенную или не произведенную энергию. Это иногда называют платежом за производительность, и он часто устанавливается равным цене энергии в реальном времени (поэтому принимает единицы в долларах за МВтч).

Для примера возьмем наш тот же генератор, дающий 5 МВт регулирования. Цена регулируемой мощности составляет $5 за МВт. Генератор предназначен для производства 50 МВтч энергии через рынок в реальном времени по цене 10 долларов за МВтч. Из-за события отклонения частоты генератору предлагается произвести дополнительные 2 МВт мощности в течение 10 минут. Общий доход генератора за этот час составит:

  • Выручка рынка электроэнергии: 50 МВтч * 10 долл.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.