Zvýšení frekvence střídavého elektrického proudu. Vysokofrekvenční proudy. Rezonanční transformátor. Je elektrický proud bezpečný? Teslova přednáška o vysokofrekvenčních proudech. Jaká je aktuální síla

Regulace frekvence na bázi tyristorových frekvenčních měničů

re se používá na lodích světové flotily, zejména na specializovaných - kontejnerových

vozíky, lodě pro přepravu těžkých nákladů atd.

Tento typ regulace je nejplynulejší a nejekonomičtější s řadou úprav

vyrovnání na 12:1 a výš.

Změna frekvence napájecí sítě ovlivňuje dva důležité parametry: asynchronní

nový motor:

1. úhlová rychlost ω = 2πf (1 – s) / р;

2. kritický (maximální) moment motoru M = s.

Jak vyplývá z výše uvedených vztahů, s rostoucí frekvencí proudu úhl

rychlost se zvyšuje přímo úměrně s frekvencí a kritický moment klesá

je nepřímo úměrná druhé mocnině frekvence, což může vést k zastavení

asynchronní motor (viz níže).

Rýže. 245. Mechanická charakteristika asynchronního motoru při změně frekvence napájecí sítě: umělá (IMH) při frekvenci f = 25 Hz;

přirozený (EMX) při frekvenci f = 50 Hz

Uvažujme regulaci rychlosti změnou frekvence proudu napájecí sítě z

f = 25 Hz až f = 50 Hz (obr. 245).

Nechte motor pracovat v bodě „C“ na umělé mechanické charakteristice

hůl na frekvenci f = 25 Hz. Tato charakteristika odpovídá kritickému okamžiku

M a úhlové otáčky ideálních volnoběžných otáček ω.

Při náhlém zvýšení frekvence proudu o 2x, tzn. až f = 50 Hz,

kritický moment se sníží 4krát (M = 0,25 M) a úhlová rychlost ideálního

normální volnoběžné otáčky se zvýší 2krát na hodnotu ω.

V tomto případě se motor při konstantní rychlosti bude pohybovat z bodu „C“ do bodu „D“.

Tento bod odpovídá elektromagnetickému momentu, který je menší než statický brzdný moment M. Proto motor začne zpomalovat podél části „DE“ charakteristiky a v bodě

"E" se zastaví.

S reaktivním statickým momentem (čerpadla, ventilátory atd.) přechodový proces v bodě „E“ skončí, tzn. motor po zastavení rotoru v bodě „E“ zůstává

není třeba stát pod elektrickým proudem.

Při aktivním statickém momentu (nákladní navijáky a jeřáby, rumpál) se

běh v bodě „E“ neskončí, motor se po krátkém zastavení rotoru v bodě „E“ obrátí a vlivem statického momentu M vytvořeného zavěšeným břemenem (nebo kotvou lodi) , začne zrychlovat v opačném směru.

Pohon přejde do režimu uvolnění brzdění, ve kterém je elektromagnetické

Točivý moment motoru je zaměřen na zvedání, ale ve skutečnosti se náklad (kotva) spouští.

V tomto případě se bude rychlost klesání plynule zvyšovat, protože jak zrychlujete

pohonu, hodnota brzdného elektromagnetického momentu motoru plynule klesá

váhá (M< М ). Если привод своевременно не остановить, произойдет авария.

Proto pro elektrické pohony zvedacích a kotevních vyvazovacích mechanismů

při regulaci otáček se současně rovnoměrně mění frekvence proudu i napětí napájecí sítě.

Rýže. 246. Mechanická charakteristika asynchronního motoru se současnou změnou frekvence proudu a napětí napájecí sítě: přirozená při frekvenci f = 50 Hz; umělé při frekvencích f = 10, 20, 30 a 40 Hz

Pak kritický moment motoru M = c = konst (viz obr. 246), proto

3.2.1 Ke zvýšení frekvence proudu dochází při přebytku vyrobeného výkonu v důsledku odpojení výkonných spotřebičů, uzlů energetického propojení, přerušení mezisystémových spojení a přidělení elektrárny k napájení samostatného uzlu energetického propojení.

3.2.2 S rostoucí frekvencí může docházet k asynchronnímu pohybu, který může mít za následek zničení rotorů turbíny a generátoru a poškození pomocných zařízení elektrárny. Doba provozu turbogenerátorů při zvýšené frekvenci je omezená. Při náhlém (během několika sekund) zvýšení frekvence v rozsahu do 50,1 Hz zjišťuje společně s dispečerem důvod zvýšení frekvence a při frekvenci nad 50,2 Hz NSS , s povolením dispečera energetického propojení, přijímá nezbytná opatření ke změně výrobní kapacity tepelné elektrárny za účelem snížení frekvencí v elektrizační soustavě. Zároveň jsou řízeny toky podél vedení opouštějících elektrárnu.

3.2.3 Při zvýšení frekvence nad 50,4 Hz, kdy jsou regulační schopnosti tepelných elektráren a vodních elektráren z hlediska snižování frekvence prakticky vyčerpány (zahájí se havarijní vykládka jaderné elektrárny), přijme provozní personál elektrárny opatření ke snížení kmitočet vypnutím nebo vyložením potřebného počtu pohonných jednotek co nejvíce po dohodě s dispečerem . V tomto případě jsou bloky vypnuty při zachování s.n. nebo bloky zůstávají v síti s minimálním možným zatížením. Snížení vyrobeného výkonu se provádí dálkovým ovlivňováním (kromě působení automatických regulátorů) na systém řízení výkonu turbíny a na snižování parního výkonu kotlů při zachování přijatelných parametrů a stabilního provozu kotlů a řízení průtoků podél vedení opouštějící elektrárnu.

3.2.4 Směnoví dozorci elektráren přidělení k samostatné činnosti personálu s dalším zvýšením frekvence na 51,5 Hz (pokud nejsou v podnikových pokynech jiné pokyny) bez pokynů dispečera silového propojení (obsluha dispečinku pouze na pokyn NSS), urychleně snížit vyrobený výkon vypnutím části jednotek nebo energetických jednotek, zachováním přijatelných parametrů a stabilním provozem kotlů.

Seznam zařízení, které může personál samostatně vypnout, stejně jako pořadí vypínání je uvedeno v pokynech organizace. V tomto případě se berou v úvahu podmínky pro zachování výživy s.n. elektráren, udržování odpojených kotlů a turbín na volnoběh pro následnou synchronizaci generátorů a výroby elektřiny.

3.2.5 Zaměstnanci elektrárny by měli neprodleně oznámit dispečerovi energetické společnosti jakékoli nouzové odstavení zařízení provedené nezávisle.

3.2.6 Ve speciálních případech, kdy se při zvyšování frekvence v jednotlivých energetických soustavách (uzlech energetických soustav) ukazuje jako nutné zabránit provozu automatického vybíjení stanice (APS) pro udržení stability podél jakéhokoli konkrétního mezi- systémových nebo vnitrosystémových propojení, provozní personál elektrárny v mezích rezerv a přípustných přetížení zvýší výkon turbín a parní výkon kotlů nebo v krajním případě zachová jejich předchozí zatížení. V tomto případě jsou v případě potřeby vyřazena z provozu ta automatická zařízení, jejichž provoz narušuje plnění požadavků režimu.

Důvody pro tyto kroky provozního personálu mohou zahrnovat:

Přijímání příkazů od vyšších provozních pracovníků;

Spuštění speciálního příkazového poplachu;

Spolehlivá detekce (pomocí přístrojů a signálů) výskytu režimu vyžadujícího přesně takové akce (pokud je to stanoveno v podnikových pokynech).

3.2.7 V případě prudkého nárůstu frekvence (51 Hz a více) s výskytem výkyvů při nefunkčnosti ARS je pracovníkům TPP umožněno odpojit turbogenerátory od sítě a zajistit tak možnost resynchronizace. V tomto případě musí turbogenerátory pracovat za normálních podmínek. při zachování jmenovité rychlosti. Personál musí pečlivě sledovat parametry kotlů a turbogenerátorů, předcházet porušování režimu a zajišťovat jejich připravenost k zařazení do sítě a také zatížení.

Asynchronní režimy

3.3.1 K asynchronnímu režimu v silovém propojení může dojít v důsledku narušení statické nebo dynamické stability v důsledku přetížení mezisystémových tranzitních spojení (nouzové odstavení velkého výrobního výkonu, prudké zvýšení příkonu, výpadek nouzových automatů), výpadek spínačů popř. ochrany při zkratu, nesynchronní spojení spojů (například nesynchronní automatické opětovné sepnutí ). V tomto případě je narušena synchronizace jednotlivých elektráren ve vztahu k energetickému propojení nebo mezi jednotlivými částmi energetického propojení a dochází k asynchronnímu provozu.

Kromě uvedených asynchronních režimů v energetické soustavě dochází někdy z jiných důvodů k asynchronnímu chodu samostatného generátoru pracujícího s buzením a k asynchronnímu chodu generátoru při ztrátě buzení.

3.3.2 Znakem asynchronního provozu jednotlivých elektráren ve vztahu k energetickému propojení nebo mezi jednotlivými částmi energetického propojení jsou stabilní hluboké periodické výkyvy proudu a výkonu na elektrárnách a podél komunikačních vedení, určované výkyvem ručiček ampérmetrů a wattmetry v obvodech generátorů, transformátorů a elektrických vedení. Charakteristickým znakem je výskyt frekvenčního rozdílu mezi částmi energetických systémů, které jsou mimo synchronizaci, a to i přes zachování elektrického spojení mezi nimi. Spolu s kolísáním proudu a výkonu jsou pozorovány kolísání napětí. Největší kolísání napětí se obvykle vyskytuje v bodech blízko středu výkyvu. Nejpravděpodobnějším bodem výkyvného centra je střed tranzitního elektrického vedení spojujícího elektrárny nebo části energetického systému, které vypadly ze synchronizace. Jak se vzdalujete od středu houpání, kolísání napětí se snižuje na sotva znatelné hodnoty. V závislosti na konfiguraci systému a poměru indukčních reaktancí však může být střed výkyvu také na přípojnicích elektrárny. Na přípojnicích elektráren umístěných v blízkosti středu kmitů dochází k periodickým hlubokým výkyvům napětí s jeho poklesem pod havarijní přípustné hodnoty včetně při s.n. s případným odstavením odpovědných mechanismů s.n. a jednotlivé jednotky. Generátory těchto elektráren se vyznačují ztrátou synchronizace se ztrátou výkonu. Pokud je synchronismus narušen a frekvence v oblasti deficitu je hluboce snížena na hodnotu odezvy AFR, je možná automatická synchronizace a ukončení asynchronního režimu.

3.3.3 Ukončení asynchronního provozu je zajištěno činností systémové havarijní automatizace, dispečerského personálu energetického sdružení a provozního personálu elektrárny. Pokud je narušena stabilita mezisystémových tranzitních komunikačních linek, výsledný asynchronní režim by měl být normálně eliminován ALAR. Pokud z nějakého důvodu ALAR selže a pokračuje asynchronní režim, dá dispečer příkaz k oddělení tranzitů, asynchronně fungujících energetických systémů nebo uzlů v místech, kde je ALAR instalován.

Když se objeví charakteristické známky asynchronního provozu, provozní personál elektráren, pokud automatické odstranění asynchronního provozu režimu nefunguje nebo chybí, okamžitě přijme opatření k obnovení normální frekvence, aniž by čekal na příkaz energie. dispečer propojení. To může podpořit resynchronizaci.

V částech sítě, kde dochází k hlubokému poklesu napětí, mohou frekvenční měřiče, zejména vibrační měřiče, poskytovat nepravidelné nebo nesprávné údaje. V těchto případech se personál řídí údaji na tachometrech turbín.

3.3.4 Pokud se asynchronní provoz při dosažení normální frekvence nezastaví, personál elektrárny, kde se frekvence při havárii zvýšila, ji dále sníží pouze na příkaz dispečera.

3.3.5 Snížení frekvence v elektrárnách, kde došlo k jejímu zvýšení, se provádí nepřetržitým působením na ovládací mechanismus turbíny, a to jak dálkově, tak ručně, ve směru snižování zátěže, dokud se nezastaví výkyv nebo se frekvence nesníží, ne však nižší než 48,5 Hz. ; Dále je povoleno (pouze po dobu resynchronizace) snížit zátěž omezovačem výkonu.

3.3.6 Zvyšování frekvence v těch částech elektrizační soustavy, ve kterých došlo k jejímu poklesu, se provádí zvýšením zátěže u elektráren, které mají rezervu, s maximální přípustnou rychlostí zatěžování turbín podle pokynů organizace do doby, než ustanou oscilace nebo normální stav. frekvence (nebo normálního počtu otáček podle stavu tachometru).

3.3.7 Během asynchronního provozu zvýší provozní personál elektrárny, pokud je to stanoveno v pokynech organizace, napětí na maximální přípustnou hodnotu.

3.3.8 Ukazatelem správného jednání obsluhujícího personálu je snížení frekvence výkyvů.

Když se frekvence v rozvodné síti vyrovnají, prodlouží se perioda kmitů a při rozdílu frekvencí v řádu 1,0 - 0,5 Hz jsou elektrárny, které jsou mimo synchronizaci, vtaženy do synchronizace.

3.3.9 Po ukončení asynchronního provozu se obnoví normální zatížení elektrárny (s přihlédnutím ke skutečnému obvodu).

3.3.10 Když dojde ke kolísání proudu, výkonu a napětí, personál elektrárny může rozlišit synchronní výkyvy od asynchronních výkyvů. Při synchronních výkyvech podél komunikačních linek výkon zpravidla nemění své znaménko a zachovává si průměrnou hodnotu po dobu, proto u synchronních výkyvů není v odpovídajících částech energetického systému stabilní frekvenční rozdíl. Synchronní kolísání proudů a napětí na generátorech se obvykle vyskytuje kolem průměrné hodnoty blízké normální (než se kolísání objeví) hodnotě. Nejčastěji jsou blednoucího charakteru. Pro urychlení zastavení synchronních výkyvů generátorů je jejich činný výkon odlehčen a jalový výkon zvýšen bez přetížení tranzitních spojů. Při synchronních výkyvech mezisystémovými spoji se zvyšuje napětí na elektrárnách přijímací části soustavy (snížení průtoku v důsledku využití rezervy nebo odpojení spotřebičů).

3.3.11 Asynchronní chod jednoho generátoru při ztrátě buzení v důsledku poruchy nebo chyb personálu má své vlastní charakteristiky. Při ztrátě buzení lze generátor ponechat v provozu a nést aktivní zátěž. Ponechání generátoru v provozu nebo jeho vypnutí ochranou proti ztrátě buzení je dáno místními provozními podmínkami generátoru v síti a možnostmi jeho rychlého vyložení.

U každé elektrárny je sestaven seznam generátorů umožňujících provoz bez buzení s uvedením přípustného činného výkonu a doby provozu bez buzení.

Vnější známky ztráty buzení na generátorech jsou:

Odběr velkého jalového výkonu generátorem z elektrické sítě, jehož hodnota závisí na napětí v elektrizační soustavě a činném výkonu generátoru;

Snížení napětí na autobusech elektrárny;

Částečný reset činného výkonu a jeho výkyvu;

Zrychlení a rotace rotoru s pokročilým posuvem. V tomto případě rotorový proud zmizí nebo se v rotoru objeví střídavý proud s frekvencí skluzu.

V případě, že se generátor nevypne při ztrátě buzení, provedou pracovníci elektrárny při přijímání opatření k obnovení buzení nebo jeho převedení na záložní budič následující opatření:

Snižuje činný výkon generátoru na 40 % (je vhodné použít automatické odlehčení při provozu ochrany proti ztrátě buzení pomocí nástavce v rámci ECSR, nebo nástavce a mechanismu řízení turbíny při vysokých otáčkách);

Poskytuje zvýšení napětí zvýšením jalového výkonu ostatních provozních generátorů;

Při jídle s.n. Odpojením od jednotky generátor-transformátor poskytuje generátor-transformátor normální napětí na svých sběrnicích přenosem výkonu pomocí zařízení ATS do záložního transformátoru nebo pomocí regulace napětí na transformátorech.

Pokud se buzení nepodaří obnovit do doby stanovené v pokynech organizace, generátor se vyloží a odpojí od sítě.

3.3.12 Když jeden generátor vypadne ze synchronizace s buzením, NSS, pokud nedošlo k automatickému vypnutí, jej okamžitě odpojí od sítě a současně vypne AGP. Synchronismus generátoru může být způsoben nesprávným jednáním obsluhy (např. prudký pokles rotorového proudu při provozu generátoru se záložním budičem elektrického stroje) nebo poškozením automatického regulačního ventilu a např. výsledkem je jeho nesprávná funkce při zkratu a jiných režimech.

Výstup generátoru ze synchronizace je doprovázen změnami hodnot (kolísání) proudů, napětí, činného a jalového výkonu. V důsledku nerovnoměrného zrychlení centrální gravitace měnícího se magnetického pole vydává generátor, který není synchronizován, hučení. Frekvence elektrického proudu v síti zůstává prakticky nezměněna.

Obsluhující personál elektrárny po vypnutí nesynchronizovaného generátoru toto nahlásí dispečerovi, zreguluje provozní režim elektrárny, zjistí a odstraní příčinu poruchy synchronizace. Pokud je zařízení v dobrém stavu (bez poškození generátoru nebo jiných výkonových prvků) a automatizačních zařízení, je turbogenerátor synchronizován, připojen k síti a zátěž je zvednuta.

Když se objeví kolísání proudu, výkonu a napětí na všech generátorech elektrárny a prudká změna frekvence (zvýšení, snížení), obsluhující personál jedná v souladu s požadavky odstavců. 3.3.2 -3.3.9.

Sdílení systému napájení

3.4.1 Rozdělení energetického systému na části a vymizení napětí v jeho jednotlivých částech může nastat v důsledku:

Hluboké snížení frekvence a napětí;

Odstávky tranzitních elektrických vedení z důvodu přetížení;

Nesprávné fungování ochran nebo nesprávné jednání provozního personálu;

Selhání ovládání spínačů;

Asynchronní chod a chod dělicích ochran.

3.4.2 Při rozdělení energetického propojení dochází v některých jeho částech k deficitu, v jiných k přebytku činného a jalového výkonu a v důsledku toho ke zvýšení nebo snížení frekvence a napětí.

3.4.3 Obsluhující personál elektráren, když nastanou uvedené režimy:

Informuje dispečera energetického propojení o výpadcích, ke kterým na elektrárně došlo, odchylkách frekvence a napětí a výskytu přetížení na tranzitním vedení;

Provádí opatření k obnovení napětí a frekvence na sběrnicích elektráren v oddělených částech soustavy v souladu s pokyny odstavců. 3.3.5, 3.3.6. Není-li možné zvýšit frekvenci v oddělené soustavě s nedostatkem výkonu, provede se zvýšení frekvence (po provedení všech opatření) odpojením spotřebičů po dohodě s dispečerem;

Uvolňuje přetížení z tranzitního elektrického vedení, když hrozí narušení statické stability;

Zajišťuje spolehlivý provoz s.n. mechanismů. až do jejich přiřazení k nesynchronnímu napájení při snížení frekvence na limity stanovené pro danou elektrárnu;

Synchronizuje generátory oddělené při nehodě v přítomnosti napětí z elektrické sítě (nebo když se objeví po zmizení).

Při absenci napětí na sběrnicích jsou odpojené generátory (nezahrnuté v přidělovacím obvodu napájení) udržovány v klidu nebo ve stavu připravenosti k rychlému obratu a opětovnému připojení k síti se zvýšením zátěže.

Na žádost dispečera jsou od části energetického systému odděleny jednotlivé generátory nebo celá elektrárna, která je synchronizována s deficitní částí energetického systému.

3.4.4 Když se na sběrnicích elektrárny přidělené k provozu ve vyvážené oblasti elektrické sítě nebo na SN objeví napětí, obsluha zapne generátory běžící naprázdno pro paralelní provoz. Zapnutí lze provést pomocí autosynchronizace, pokud tento způsob zapnutí umožňují a pokud s.n. Tyto generátory jsou napájeny oddělovacím obvodem. Snížené hodnoty napětí a frekvence nejsou důvodem k odmítnutí použití metody samosynchronizace.

Obsluha elektráren, kde došlo k úplné ztrátě napětí, jakmile se napětí objeví, okamžitě přijme opatření k otočení mechanismů napájení. a generátory a jejich zařazení do sítě.

3.4.5 Rozmístění zařízení elektrárny se provádí podle předem vypracovaného schématu s napájením z generátorů, elektrárny pracující s vyhrazenými s.n. Po otočení generátorů dochází k jejich synchronizaci s generátory záložního zdroje, ze kterého bylo napájeno napětí.

Pod napětím

3.5.1 Automatické regulátory buzení generátorů zajišťují udržování napětí na přípojnicích elektráren s poklesem 3-5% při změně jalového výkonu generátoru na jmenovitý výkon (Q nom) - Při napětí v řídicích bodech generátorů AVR klesá, ve snaze udržet konstantní napětí na přípojnicích stanice zvyšují výkon jalového výkonu . Výkon Q může na pokyn výpravčího změnit obsluha stanice v návaznosti na harmonogram výpravy ovlivněním nastavení ARV. Pokud však napětí v daném řídicím bodě nebo na energetických zařízeních systému klesne pod určitou hodnotu, bude toto napětí udržováno využitím přetížitelnosti generátorů. V tomto případě automatika po určité době v souladu s charakteristikou přetížení generátoru sníží rotorový proud na jmenovitou hodnotu, což může vést k hlubšímu poklesu napětí a možnému kolapsu energetického systému. V případě selhání omezení automatika vypne generátor s ochranou proti přetížení. Během této doby, po společném objasnění důvodů poklesu napětí s dispečerem, dispečer přijme opatření ke zvýšení napětí v elektrizační soustavě (zvýšení zátěže el. soustavy, zapnutí baterií statických kondenzátorů, vypnutí bočníkových tlumivek změna transformačních poměrů transformátorů vybavených přepínači odboček pod zatížením, snížení toků energie podél vedení). Pokud se využití rezerv jalového výkonu ukáže jako nedostatečné, lze zvýšení zatížení jalovým výkonem v energetických soustavách se sníženým napětím dosáhnout odlehčením činného výkonu turbínových generátorů. V deficitním systému se to nedoporučuje z důvodu možného zvýšení přípustných toků podél komunikační linky. Pokud však pokles napětí klesne pod hodnotu potřebnou pro provoz s.n. elektrárně, pak bude nutné vyložit činný výkon spolu s odpojením některých spotřebičů.

Nejoblíbenější metodou dnes zvyšování (nebo snižování) frekvence proudu je použití frekvenčního měniče. Frekvenční měniče umožňují získat z jednofázového nebo třífázového střídavého proudu průmyslové frekvence (50 nebo 60 Hz) proud o požadované frekvenci, například od 1 do 800 Hz, pro napájení jednofázových nebo třífázových motory.

Spolu s elektronickými frekvenčními měniči se pro zvýšení frekvence proudu používají i elektrické indukční frekvenční měniče, u kterých např. asynchronní motor s vinutým rotorem pracuje částečně v generátorovém režimu. Existují také umformery - motorgenerátory, o kterých bude také pojednáno v tomto článku.

Elektronické frekvenční měniče

Elektronické frekvenční měniče umožňují plynule regulovat otáčky synchronních a asynchronních motorů díky plynulému nárůstu frekvence na výstupu z měniče na danou hodnotu. Nejjednodušší přístup poskytuje nastavení konstantní charakteristiky U/f, zatímco pokročilejší řešení využívají vektorové řízení.

Obvykle obsahují usměrňovač, který převádí střídavý proud průmyslové frekvence na stejnosměrný proud; Za usměrňovačem je invertor v nejjednodušší podobě - ​​založený na PWM, který převádí stejnosměrné napětí na střídavý zatěžovací proud a frekvence a amplituda jsou nastaveny uživatelem a tyto parametry se mohou lišit od parametrů sítě na vstupu nahoru nebo dolů.

Výstupním blokem elektronického frekvenčního měniče je nejčastěji tyristorový nebo tranzistorový můstek sestávající ze čtyř nebo šesti spínačů, které generují potřebný proud pro napájení zátěže, zejména elektromotoru. Pro vyhlazení šumu ve výstupním napětí je na výstupu přidán EMC filtr.

Jak již bylo zmíněno výše, elektronický frekvenční měnič využívá ke své činnosti tyristory nebo tranzistory jako spínače. Pro správu klíčů slouží mikroprocesorový modul, který slouží jako ovladač a současně plní řadu diagnostických a ochranných funkcí.

Mezitím se frekvenční měniče stále dodávají ve dvou třídách: s přímou vazbou a s mezilehlým stejnosměrným meziobvodem. Při výběru mezi těmito dvěma třídami se zvažují výhody a nevýhody obou a určuje se vhodnost jedné nebo druhé pro řešení naléhavého problému.

S přímým připojením

Měniče s přímou vazbou se vyznačují tím, že využívají řízený usměrňovač, ve kterém skupiny tyristorů střídavě spínají zátěž, například vinutí motoru, přímo do napájecí sítě.

Výsledkem je, že výstup vytváří kousky sinusoidů síťového napětí a ekvivalentní výstupní frekvence (pro motor) se sníží o 60 % pod síťovou frekvenci, tj. od 0 do 36 Hz pro 60 Hz. vstup.

Takové vlastnosti neumožňují velké odchylky v parametrech zařízení v průmyslu, a proto je poptávka po těchto řešeních nízká. Kromě toho se neuzamykatelné tyristory obtížně ovládají, náklady na obvody se zvyšují a na výstupu je velký šum, jsou vyžadovány kompenzátory a v důsledku toho jsou rozměry velké a účinnost je nízká.

S DC linkem

Mnohem lepší jsou v tomto ohledu frekvenční měniče s výrazným stejnosměrným meziobvodem, kde je nejprve střídavý síťový proud usměrněn, filtrován a poté opět obvodem pomocí elektronických spínačů přeměněn na střídavý proud požadované frekvence a amplitudy. Zde může být frekvence výrazně vyšší. Dvojitá konverze samozřejmě poněkud snižuje účinnost, ale parametry výstupní frekvence přesně odpovídají požadavkům zákazníka.

Pro získání čisté sinusovky na vinutí motoru se používá invertorový obvod, ve kterém se získá napětí požadovaného tvaru díky. Elektronickými klíči jsou zde uzamykatelné tyristory nebo IGBT tranzistory.

Tyristory snesou oproti tranzistorům velké pulzní proudy, proto se stále častěji uchyluje k tyristorovým obvodům, jak u měničů s přímou vazbou, tak u měničů s meziobvodem je účinnost až 98 %.

Pro spravedlnost poznamenáváme, že elektronické frekvenční měniče pro napájecí síť jsou nelineární zátěží a generují v ní vyšší harmonické, což zhoršuje kvalitu elektřiny.

Pro přeměnu elektřiny z jedné formy na druhou, zejména pro zvýšení frekvence proudu bez nutnosti uchýlit se k elektronickým řešením, se používají tzv. umformery - motorgenerátory. Takové stroje fungují jako vodič elektřiny, ale ve skutečnosti nedochází k přímé přeměně elektřiny, jako například v transformátoru nebo elektronickém frekvenčním měniči jako takovém.

Zde jsou k dispozici následující možnosti:

stejnosměrný proud lze převést na střídavý proud o vyšším napětí a požadované frekvenci;

stejnosměrný proud lze získat ze střídavého proudu;

přímá mechanická konverze frekvence s jejím zvyšováním nebo snižováním;

získání třífázového proudu požadované frekvence z jednofázového proudu síťové frekvence.

Ve své kanonické podobě je motor-generátor elektromotor, jehož hřídel je přímo spojena s generátorem. Pro zlepšení frekvenčních a amplitudových parametrů vyráběné elektřiny je na výstupu generátoru instalováno stabilizační zařízení.

U některých modelů umformerů obsahuje kotva vinutí motoru i generátoru, které a jejichž závěry jsou připojeny ke kolektoru a výstupním sběracím kroužkům.

V dalších možnostech jsou společná vinutí pro oba proudy, například pro převod počtu fází, není zde kolektor se sběracími kroužky, ale jsou jednoduše vyrobeny odbočky z vinutí statoru pro každou z výstupních fází. Asynchronní stroj takto převádí jednofázový proud na třífázový (v principu je to totožné se zvýšením frekvence).

Motor-generátor vám tedy umožňuje převádět typ proudu, napětí, frekvenci, počet fází. Až do 70. let se měniče tohoto typu používaly ve vojenské výzbroji SSSR, kde napájely zejména zařízení využívající lampy. Jednofázové a třífázové měniče byly napájeny konstantním napětím 27 voltů a na výstupu bylo střídavé napětí 127 voltů 50 hertzů jednofázové nebo 36 voltů 400 hertzů třífázové.

Výkon takových umformerů dosahoval 4,5 kVA. Podobné stroje se používaly i v elektrických lokomotivách, kde se stejnosměrné napětí 50 voltů přeměňovalo na střídavé napětí 220 voltů s frekvencí až 425 hertzů pro napájení zářivek a 127 voltů 50 hertzů pro napájení břitev cestujících. První počítače často používaly pro své napájení umformery.

Dodnes stále na některých místech najdete umformery: v trolejbusech, v tramvajích, v elektrických vlacích, kde byly instalovány pro získání nízkého napětí pro napájení řídicích obvodů. Nyní však již byly téměř zcela nahrazeny polovodičovými řešeními (s použitím tyristorů a tranzistorů).

Měniče typu motor-generátor mají řadu výhod. Za prvé je to spolehlivé galvanické oddělení výstupního a vstupního napájecího obvodu. Za druhé, výstup je čistá sinusovka bez rušení, bez šumu. Zařízení je designově velmi jednoduché, což značně zjednodušuje údržbu.

Toto je snadný způsob, jak získat třífázové napětí. Setrvačnost rotoru vyhlazuje proudové rázy při náhlých změnách parametrů zátěže. A samozřejmě je zde velmi snadné rekuperovat elektřinu.

Ne bez nedostatků. Umformery mají pohyblivé části, a proto je jejich životnost omezená. Hmotnost, hmotnost, množství materiálů a v důsledku toho vysoké náklady. Hlučný provoz, vibrace. Nutnost častého mazání ložisek, čištění komutátorů a výměny kartáčů. Účinnost do 70 %.

Přes nedostatky se v elektroenergetice stále používají mechanické motorgenerátory k přeměně velkých výkonů. Motorgenerátory mohou v budoucnu dobře pomoci koordinovat sítě s frekvencemi 60 a 50 Hz nebo zajistit sítě se zvýšenými požadavky na kvalitu elektrické energie. V tomto případě je napájení rotorových vinutí stroje možné z nízkovýkonového polovodičového frekvenčního měniče.

Všem, kterých se to může týkat:

Ať je všem známo, že já, Nikola Tesla, americký občan žijící na Manhattanu, jsem vynalezl nová a užitečná vylepšení v prostředcích zvýšení intenzity elektrických vibrací, která jsou popsána níže.

V mnoha vědeckých a praktických aplikacích elektrických impulsů nebo kmitů - například v systémech pro přenos dat na velké vzdálenosti - je velmi důležité co nejvíce zvýšit impulsy nebo proudové oscilace, které jsou generovány v obvodech vysílače a přijímače, zejména v obvodech vysílače a přijímače. poslední.

Je známo, že když se elektrické impulsy přiváděné do obvodu shodují s volnými kmity, závisí intenzita v něm vytvořených kmitů na hodnotě fyzikální konstanty a poměru period přiváděných a volných kmitů. Pro dosažení nejlepších výsledků je nutné, aby se periody vynucených a volných kmitů shodovaly, přičemž v tomto případě bude intenzita druhých kmitů největší a závisí především na indukčnosti a odporu obvodu, jejich hodnota bude přímo úměrná indukčnosti a nepřímo úměrné odporu.

Abyste tedy zvýšili oscilace v obvodu, jinými slovy, abyste zvýšili proud nebo napětí, musíte udělat indukčnost co největší a odpor co nejmenší. S ohledem na to jsem vynalezl a použil dráty zvláštního tvaru a velmi velkého průřezu; Ale zjistil jsem, že schopnost zvýšit indukčnost a snížit odpor je omezená. To je pochopitelné, vezmeme-li v úvahu, že rezonanční nárůst proudu nebo napětí v obvodu je úměrný frekvenci pulsů a že velká indukčnost obecně způsobuje oscilace nízké frekvence.

Na druhé straně zvětšení průřezu vodiče za účelem snížení odporu po určitém limitu snižuje odpor jen málo nebo ne, protože elektrické vibrace, zejména vysoké frekvence, proudí v povrchové vrstvě a že toto rušení může lze obejít pomocí lankových, kroucených drátů, ale v praxi vznikají další překážky, které jsou často větší než výhody jejich použití.

Je známou skutečností, že s rostoucí teplotou vodiče roste i jeho odpor, a proto konstruktéři umísťují cívky tak, aby nedocházelo k jejich zahřívání při používání.

Zjistil jsem, že aby obvod mohl volně kmitat, musí obvod pracovat při nízké teplotě a také musí do značné míry narůstat kmitání buzení.

Stručně řečeno, můj vynález spočívá ve vytvoření vysoké intenzity a trvání vibrací ve volně oscilujícím nebo rezonančním obvodu prováděním tohoto procesu při nízké teplotě.

Typicky se toho v komerčních zařízeních dosahuje izolací předmětu od zbytečného tepla, čímž se ztráty udrží na minimu.

Můj vynález zajišťuje nejen úsporu energie, ale má zcela novou a cennou vlastnost zvýšení stupně intenzity a trvání volných vibrací. To může být užitečné vždy, když je potřeba akumulovat volně oscilující výboje.

Nejlepším způsobem realizace vynálezu je obklopit volně kmitající obvod nebo vodič, udržovaný na nízké teplotě, vhodným prostředím (studený vzduch, chladivo), což povede k největší vlastní indukčnosti a nejmenšímu odporu. Pokud jsou například v systému pro přenos energie prostředím vysílač a přijímač připojeny k zemi a k ​​izolovaným svorkám pomocí vodičů, pak by délka těchto vodičů měla být rovna jedné až jedné čtvrtině vlnové délky procházející skrz jim.

Přiložený obrázek ukazuje schéma zařízení použitého v mém vynálezu.

Schéma představuje dvě zařízení, z nichž jedno může být přijímač a druhé vysílač. Každý obsahuje cívku o několika závitech nízkého odporu (označené A a A"). Primární cívka, která má být součástí vysílače, je připojena ke zdroji proudu. Každé zařízení obsahuje ploché spirálově vinuté indukční cívky B a B", jehož jeden konec je připojen k zemi C a druhý, přicházející ze středu, k izolovanému terminálu vypuštěnému do vzduchu. Cívky B jsou umístěny v nádobě obsahující chladivo, kolem které jsou navinuty cívky A. Cívky ve tvaru spirály jsou navrženy tak, aby vytvářely volné vibrace. Samozřejmě mohou mít jakoukoli podobu.

Nyní předpokládejme v nejjednodušším případě, že na cívku A vysílače působí impulsy libovolné frekvence. Podobné impulsy budou indukovány v cívkách B, ale s vyšší frekvencí. A toto zvýšení bude přímo úměrné jejich indukčnosti a nepřímo úměrné jejich odporu. A protože ostatní podmínky zůstávají stejné, intenzita kmitů v rezonančním obvodu B vzroste ve stejném poměru, v jakém bude klesat odpor.

Často však mohou být podmínky takové, že dosažení cíle není pouze snížením odporu obvodu, ale také manipulací s délkou vodičů a podle toho s indukčností a odporem, který určuje intenzitu volných kmitů.

Oscilace v cívce B, výrazně zesílené, se rozšíří a dosáhnou cívky B konfigurované tak, aby v ní přijímala odpovídající oscilace, které jsou z podobného důvodu zesíleny, což vede ke zvýšení proudů nebo oscilací v obvodech A obvodu. přijímací zařízení. Když se obvod A periodicky otevírá a zavírá, účinek v přijímači se zesílí popsaným způsobem nejen kvůli zesílení impulsů v cívkách B, ale také kvůli jejich schopnosti existovat ve velkých časových intervalech.

Vynález je nejúčinnější, když impulzy v obvodu A vysílače mají místo libovolných frekvencí frekvenci vlastních kmitů, jinými slovy byly buzeny volnými kmity vysokofrekvenčních výbojů kondenzátoru. V tomto případě vede ochlazení vodiče A k výraznému nárůstu oscilací v rezonančním obvodu B. Propustné cívky B" jsou úměrně buzeny silněji a indukují proudy o vysoké intenzitě v obvodu A." Je zřejmé, že čím větší bude počet volně vibrujících obvodů střídavě vysílajících a přijímajících energii, tím relativně větší bude účinek při aplikaci mého vynálezu.

V důsledku zvýšení počtu nábojů přenášených po obvodu se frekvence zvyšuje aktuální. Na druhé straně zvýšení počtu poplatků přenesených za jednotku času odpovídá zvýšení aktuální v obvodu a snížení jeho odporu, a toho lze dosáhnout pomocí obvodu s kondenzátorem.

Budete potřebovat

• - kondenzátor;
• - generátor;
• - klíč;
• - dráty.

Instrukce

Sestavte obvod s kondenzátorem, ve kterém je střídavým generátorem vytvářeno sinusové napětí aktuální.

Při nulovém napětí v okamžiku sepnutí spínače v první čtvrtině periody se napětí na svorkách generátoru začne zvyšovat a kondenzátor se začne nabíjet. V sestaveném obvodu se objeví proud, ale navzdory skutečnosti, že napětí na deskách generátoru je stále poměrně nízké, hodnota aktuální v obvodu bude největší (hodnota jeho náboje).

Všimněte si, že jak se vybíjení kondenzátoru snižuje, indikátor aktuální v obvodu klesá a v okamžiku úplného vybití je proud nulový. V tomto případě se bude hodnota napětí na deskách kondenzátoru neustále zvyšovat a v okamžiku, kdy je kondenzátor zcela vybit, dosáhne své maximální hodnoty (tj. hodnota bude zcela opačná než napětí na deskách generátoru). Můžeme tedy dojít k závěru: v počátečním okamžiku se proud s největší silou vrhne do nenabitého kondenzátoru a jak se nabíjí, začne zcela klesat.

Poznámka

Pamatujte, že s rostoucí frekvencí proudu klesá i odpor kondenzátoru vůči střídavému proudu (kapacita kondenzátoru). Odporová kapacita je tedy nepřímo úměrná kapacitě obvodu a frekvenci proudu, který jej dodává.

Užitečná rada

Kondenzátor je poměrně univerzální prvek. Při jeho vybití se chová jako zkrat – proud jím protéká bez omezení a jeho hodnota tíhne k nekonečnu. Když se nabije, dojde v tomto bodě obvodu k přerušení a napětí obvodu se začne neustále zvyšovat. Ukazuje se zajímavý vztah - existuje napětí, ale žádný proud a naopak. Proto je možné dosáhnout zvýšení frekvence proudu pouze s vybitým kondenzátorem, který se do tohoto stavu dostane v určitém intervalu požadovaný počet krát. Tyto informace použijte při vytváření obvodu.