Formas de aumentar la frecuencia actual.

El método más popular para aumentar (o disminuir) la frecuencia de la corriente hoy en día es usar un convertidor de frecuencia. Los convertidores de frecuencia permiten obtener de corriente alterna monofásica o trifásica con una frecuencia industrial (50 o 60 Hz) una corriente con la frecuencia requerida, por ejemplo de 1 a 800 Hz, para alimentar corriente monofásica o trifásica. motores fase-fase.

Junto con los convertidores de frecuencia electrónicos, para aumentar la frecuencia actual, también se utilizan convertidores de frecuencia de inducción eléctrica, en los que, por ejemplo, un motor asíncrono con rotor bobinado funciona parcialmente en modo generador. También hay umformers: generadores de motor, que también se discutirán en este artículo.

Convertidores de frecuencia electrónicos

Los convertidores de frecuencia electrónicos le permiten controlar suavemente la velocidad de los motores síncronos y asíncronos debido a un aumento suave en la frecuencia de salida del convertidor al valor establecido. El enfoque más simple se proporciona mediante el establecimiento de una característica V/f constante, y las soluciones más avanzadas utilizan el control vectorial.

Convertidores de frecuenciageneralmente incluyen un rectificador que convierte la corriente alterna de frecuencia industrial en corriente continua; después del rectificador hay un inversor en su forma más simple, basado en PWM, que convierte un voltaje constante en una corriente de carga alterna, y la frecuencia y la amplitud ya están configuradas por el usuario, y estos parámetros pueden diferir de los parámetros de red del entrada hacia arriba o hacia abajo.

El módulo de salida de un convertidor de frecuencia electrónico suele ser un puente de tiristores o transistores que consta de cuatro o seis interruptores que forman la corriente necesaria para alimentar la carga, en particular, el motor eléctrico. Se agrega un filtro EMC a la salida para suavizar el ruido en el voltaje de salida.

Como se mencionó anteriormente, un convertidor de frecuencia electrónico utiliza tiristores o transistores como interruptores para su funcionamiento. Se utiliza un módulo de microprocesador para controlar las teclas, que sirve como controlador y al mismo tiempo realiza una serie de funciones de diagnóstico y protección.

Mientras tanto, los convertidores de frecuencia siguen siendo de dos clases: de acoplamiento directo y de CC. Al elegir entre estas dos clases, se sopesan las ventajas y desventajas de ambos tipos y se determina la idoneidad de uno u otro para resolver un problema urgente.

Comunicación directa

Los convertidores de acoplamiento directo se distinguen por el hecho de que utilizan un rectificador controlado, en el que los grupos de tiristores se desbloquean secuencialmente y cambian la carga, por ejemplo, los devanados del motor, directamente a la red de suministro.

Como resultado, se obtienen bits de onda sinusoidal de tensión de red en la salida, y la frecuencia de salida equivalente (para el motor) se vuelve menor que la red, dentro del 60% de la misma, es decir, de 0 a 36 Hz para una frecuencia de 60 Hz. aporte.

Tales características no permiten cambiar los parámetros de los equipos en la industria en un amplio rango, por lo que la demanda de estas soluciones es baja. Además, los tiristores sin bloqueo son difíciles de controlar, el costo de los circuitos aumenta y hay mucho ruido en la salida, se necesitan compensadores y, como resultado, las dimensiones son altas y la eficiencia es baja.

Conexión CC

Mucho mejor a este respecto son los convertidores de frecuencia con una conexión de corriente continua pronunciada, donde primero se rectifica, se filtra la corriente alterna de la red y luego nuevamente a través de un circuito de interruptores electrónicos se convierte en corriente alterna de la frecuencia y amplitud requeridas. Aquí la frecuencia puede ser mucho mayor. Por supuesto, la doble conversión reduce un poco la eficiencia, pero los parámetros de frecuencia de salida simplemente coinciden con los requisitos del usuario.

Para obtener una onda sinusoidal pura en los devanados del motor, se utiliza un circuito inversor, en el que se obtiene el voltaje de la forma deseada gracias a modulación de ancho de pulso (PWM)… Los interruptores electrónicos aquí son tiristores de bloqueo o transistores IGBT.

Los tiristores soportan grandes corrientes de impulso, en comparación con los transistores, por lo que cada vez se recurre más a los circuitos de tiristores, tanto en convertidores de comunicación directa como en convertidores con enlace DC intermedio, la eficiencia es de hasta el 98%.

En aras de la equidad, observamos que los convertidores de frecuencia electrónicos para la red eléctrica son una carga no lineal y generan armónicos más altos en ella, lo que deteriora la calidad de la energía.

Motor generador (formador)

Para convertir la electricidad de una de sus formas a otra, en particular, para aumentar la frecuencia de la corriente, sin necesidad de recurrir a soluciones electrónicas, se utilizan los llamados umformers (motores generadores). Tales máquinas funcionan como conductoras de electricidad, pero en realidad no hay conversión directa de electricidad, como en un transformador o en un convertidor de frecuencia electrónico, como tales.

Las siguientes opciones están disponibles aquí:

• la corriente continua se puede convertir en corriente alterna con un voltaje más alto y la frecuencia requerida;

• la corriente continua se puede obtener de la corriente alterna;

• conversión mecánica directa de la frecuencia con su aumento o disminución;

• obtener una corriente trifásica con la frecuencia requerida a partir de una corriente monofásica a la frecuencia de la red.

En su forma canónica, un motor-generador es un motor eléctrico cuyo eje está conectado directamente al generador. Se instala un dispositivo estabilizador a la salida del generador para mejorar los parámetros de frecuencia y amplitud de la electricidad generada.

En algunos modelos de transformadores, la armadura contiene bobinas y un motor y un generador que aislado galvánicamente, y cuyos cables están conectados al colector y a los anillos de salida, respectivamente.

En otras versiones, hay devanados comunes para ambas corrientes, por ejemplo, no hay colector con anillos colectores para convertir el número de fases, sino que simplemente se hacen tomas del devanado del estator para cada una de las fases de salida.Entonces, una máquina de inducción convierte la corriente monofásica en corriente trifásica (básicamente idéntica con el aumento de la frecuencia).

Entonces, el motor-generador le permite transformar el tipo de corriente, voltaje, frecuencia, número de fases. Hasta los años 70, los convertidores de este tipo se utilizaron en el equipo militar de la URSS, donde alimentaban, en particular, dispositivos de lámparas. Los convertidores monofásicos y trifásicos se alimentan con una tensión constante de 27 voltios, y la salida es una tensión alterna de 127 voltios 50 hercios monofásicos o 36 voltios 400 hercios trifásicos.

La potencia de tales transformadores alcanza los 4,5 kVA. Máquinas similares se utilizan en locomotoras eléctricas, donde un voltaje continuo de 50 voltios se convierte en un voltaje alterno de 220 voltios con una frecuencia de hasta 425 hercios para alimentar lámparas fluorescentes y 127 voltios 50 hercios para alimentar afeitadoras de pasajeros. Las primeras computadoras fueron utilizadas a menudo por umformers para alimentarlas.

Hasta el día de hoy, los umformers se pueden encontrar aquí y allá: en trolebuses, en tranvías, en trenes eléctricos, donde se instalan para obtener un bajo voltaje para alimentar circuitos de control, pero ahora ya han sido casi completamente desplazados por soluciones de semiconductores (tiristores y transistores).

Los convertidores de motor-generador son valiosos por una serie de ventajas. Primero, es un aislamiento galvánico confiable de los circuitos de potencia de entrada y salida. En segundo lugar, la salida es la onda sinusoidal más pura sin distorsión ni ruido. El dispositivo tiene un diseño muy simple y, por lo tanto, el mantenimiento es bastante ingenioso.

Esta es una manera fácil de obtener voltaje trifásico. La inercia del rotor suaviza los picos de corriente cuando los parámetros de carga cambian abruptamente.Y, por supuesto, es muy fácil restablecer la electricidad aquí.

No sin sus defectos. Los transformadores tienen partes móviles y, por lo tanto, su recurso es limitado. Masa, peso, abundancia de materiales y, en consecuencia, un precio elevado. Trabajo ruidoso, vibraciones. La necesidad de lubricación frecuente de cojinetes, limpieza de colectores, reemplazo de cepillos. La eficiencia está dentro del 70%.

A pesar de las desventajas, los motogeneradores mecánicos todavía se utilizan en la industria de la energía eléctrica para convertir grandes potencias. En el futuro, los motogeneradores pueden ayudar a igualar las redes de 60 y 50 Hz o proporcionar redes con mayores requisitos de calidad de energía. En este caso, es posible alimentar los devanados del rotor de la máquina desde un convertidor de frecuencia de estado sólido de baja potencia.