Увеличение частоты переменного электрического тока. Токи высокой частоты. Резонансный трансформатор. Безопасен ли электрический ток? Лекция Теслы о токах высокой частоты. Что такое сила тока

Частотное регулирование на основе тиристорных преобразователей частоты все ши

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

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

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

рования до 12:1 и выше.

Изменение частоты тока питающей сети влияет на два важных параметра асинхрон

ного двигателя:

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

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

Как следует из приведенных соотношений, при увеличении частоты тока угловая

скорость увеличивается прямо пропорционально частоте, а критический момент уменьша-

ется обратно пропорционально квадрату частоты, что может привести к опрокидыванию

асинхронного двигателя (см. ниже).

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

естественная (ЕМХ) при частоте f = 50 Гц

Рассмотрим регулирование скорости изменением частоты тока питающей сети от

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

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

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

М и угловая скорость идеального холостого хода ω .

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

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

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

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

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

«Е» остановится.

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

нется стоять под током.

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

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

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

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

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

привода значение тормозного электромагнитного момента двигателя непрерывно умень-

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

Поэтому для электроприводов грузоподъемных и якорно-швартовных механизмов

при регулировании скорости одновременно, в равной степени, изменяют как частоту тока, так и напряжения питающей сети.

Рис. 246. Механические характеристики асинхронного двигателя при одновременном изменении частоты тока и напряжения питающей сети: естественная при частоте f = 50 Гц; искусственные при частотах f = 10, 20, 30 и 40 Гц

Тогда критический момент двигателя М = с = const (cм. рис. 246), поэтому

3.2.1 Повышение частоты тока происходит при избытке генерируемой мощности из-за отключения мощных потребителей, узлов энергообъединений, разрыва межсистемных связей, выделения электростанции на питание отдельного узла энергообъединения.

3.2.2 При повышении частоты может возникнуть асинхронный ход, в результате которого может произойти разрушение роторов турбины и генератора, повреждение вспомогательного оборудования электростанции. Продолжительность работы турбогенераторов при повышенной частоте ограничена. При внезапном (в течение нескольких секунд) повышении частоты в пределах до 50,1 Гц совместно с диспетчером определяется причина повышения частоты, а при частоте более 50,2 Гц НСС с разрешения диспетчера энергообъединения принимает необходимые меры к изменению генерирующей мощности тепловой электростанции с целью понижения частоты в энергосистеме. При этом контролируются перетоки по линиям, отходящим от электростанции.

3.2.3 При повышении частоты выше 50,4 Гц, когда практически исчерпаны регулировочные возможности ТЭС и ГЭС в части понижения частоты (начинает осуществляться аварийная разгрузка АЭС), оперативный персонал электростанции принимает меры к понижению частоты путем отключения или максимально возможной разгрузки требуемого количества энергоблоков по согласованию с диспетчером. При этом производится отключение блоков с сохранением с.н. либо блоки остаются в сети с минимально возможной нагрузкой. Снижение генерируемой мощности осуществляется дистанционным воздействием (дополнение к действию автоматических регуляторов) на систему управления мощностью турбин и на уменьшение паропроизводительности котлов, при этом удерживаются допустимые параметры и устойчивый режим работы котлов и контролируются перетоки по линиям, отходящим от электростанции.

3.2.4 Начальники смен электростанций, выделенных для самостоятельных действий персонала, при дальнейшем повышении частоты до 51,5 Гц (если нет других указаний в инструкции предприятия) без указаний диспетчера энергообъединения (оперативный персонал БЩУ только по указанию НСС) экстренно снижают генерируемую мощность отключением части агрегатов или энергоблоков, удерживая допустимые параметры и устойчивый режим работы котлов.

Перечень самостоятельно отключаемого персоналом оборудования, а также очередность отключения приводятся в инструкциях организации. При этом учитываются условия сохранения питания с.н. электростанций, поддержания отключенных котлов и турбин на холостом ходу для последующей синхронизации генераторов и набора мощности.

3.2.5 О выполненных самостоятельно экстренных отключениях оборудования персонал электростанции сразу же ставить в известность диспетчера энергообъединения.

3.2.6 В особых случаях, когда при повышении частоты в отдельных энергосистемах (узлах энергосистем) оказывается необходимым для сохранения устойчивости по каким-либо конкретным межсистемным или внутрисистемным связям не допустить срабатывания автоматической разгрузки станции (АРС), оперативный персонал электростанции в пределах резервов и допускаемых перегрузок повышает мощность турбин и паропроизводительность котлов или в крайнем случае сохраняет их прежнюю нагрузку. При этом в случае необходимости выводятся из работы те автоматические устройства, действие которых мешает реализации требований режима.

Основаниями для указанных действий оперативного персонала могут служить:

Получение распоряжения вышестоящего оперативного персонала;

Срабатывание специальной командной сигнализации;

Достоверное выявление (по приборам и сигналам) возникновения режима, требующего именно таких действий (если это предусмотрено инструкцией предприятия).

3.2.7 При резком повышении частоты (51 Гц и более) с возникновением качаний при несрабатывании АРС персоналу ТЭС разрешается отключить турбогенераторы от сети с обеспечением возможности повторной синхронизации. При этом турбогенераторы должны работать на с.н. с сохранением номинальной частоты вращения. Персоналу необходимо внимательно следить за параметрами котлов и турбогенераторов, не допуская нарушения режима и обеспечивая их готовность к включению в сеть, а также нагружению.

Асинхронные режимы

3.3.1 Асинхронный режим в энергообъединении может возникнуть вследствие нарушения статической или динамической устойчивости ввиду перегрузки межсистемных транзитных связей (аварийное отключение большой генерирующей мощности, резкий рост потребляемой мощности, отказ устройств противоаварийной автоматики), отказа выключателей или защит при КЗ, несинхронного включении связей (например, несинхронного АПВ). При этом нарушается синхронизм отдельных электростанций по отношению к энергообъединению или между отдельными частями энергообъединения и возникает асинхронный ход.

Кроме перечисленных асинхронных режимов в энергообъединении иногда по другим причинам возникает асинхронный ход отдельного генератора, работающего с возбуждением, и асинхронный ход генератора при потере им возбуждения.

3.3.2 Признаком асинхронного хода отдельных электростанций по отношению к энергообъединению или между отдельными частями энергообъединения являются устойчивые глубокие периодические колебания тока и мощности на электростанциях и по линии связи, определяемые по качанию стрелок амперметров, ваттметров в цепях генераторов, трансформаторов, линий электропередачи. Характерным является возникновение разности частот между частями энергосистем, вышедшими из синхронизма, несмотря на сохранение электрической связи между ними. Одновременно с колебаниями тока и мощности наблюдаются колебания напряжения. Наибольшие колебания напряжения обычно имеют место в точках, близких к центру качаний. Наиболее вероятной точкой центра качаний является середина транзитных линий электропередачи, связывающих вышедшие из синхронизма электростанции или части энергосистемы. По мере удаления от центра качаний колебания напряжения понижаются до малозаметных значений. Однако в зависимости от конфигурации системы и соотношения индуктивных сопротивлений центр качаний может оказаться и на шинах электростанции. На шинах электростанций, находящихся вблизи центра качаний, происходят периодические глубокие колебания напряжения с понижением его ниже аварийно допустимых значений, в том числе на с.н. с возможным отключением ответственных механизмов с.н. и отдельных агрегатов. Для генераторов этих электростанций характерно нарушение синхронизма со сбросом мощности. При нарушении синхронизма и глубоком понижении частоты в дефицитном районе до значения срабатывания АЧР возможна автоматическая синхронизация и прекращение асинхронного режима.

3.3.3 Прекращение асинхронного хода обеспечивается действиями системной противоаварийной автоматики, диспетчерского персонала энергообъединения, оперативного персонала электростанции. При нарушении устойчивости межсистемных транзитных линий связи возникший асинхронный режим нормально должен ликвидироваться АЛАР. Если почему-либо АЛАР отказала и асинхронный режим продолжается, диспетчер дает команду на разделение транзитов, асинхронно работающих энергосистем или узлов в местах установки АЛАР.

При появлении характерных признаков асинхронного хода оперативный персонал электростанций, если не сработала или отсутствует автоматика ликвидации асинхронного хода режима, немедленно принимает меры к восстановлению нормальной частоты, не дожидаясь распоряжения диспетчера энергообъединения. Это может способствовать ресинхронизации.

В частях энергообъединения, где наблюдается глубокое понижение напряжения, частотомеры, особенно вибрационные, могут давать неустойчивые или неправильные показания. В этих случаях персонал руководствуется показаниями тахометров турбин.

3.3.4 Если при достижении нормальной частоты асинхронный ход не прекращается, персонал электростанции, на которой при возникновении аварии частота повысилась, производит ее дальнейшее понижение только по распоряжению диспетчера.

3.3.5 Понижение частоты на электростанциях, где она повысилась, производится непрерывным воздействием на механизм управления турбин как дистанционно, так и вручную в сторону снижения нагрузки до прекращения качания или понижения частоты, но не ниже 48,5 Гц; допускается также (только на время ресинхронизации) снижение нагрузки ограничителем мощности.

3.3.6 Повышение частоты в тех частях энергообъединения, в которых она понизилась, производится путем набора нагрузки на электростанциях, имеющих резерв, с максимально допустимой по инструкциям организации скоростью нагружения турбин до прекращения качаний или достижения нормальной частоты (или нормального числа оборотов по показаниям тахометров).

3.3.7 При асинхронном ходе оперативный персонал электростанции, если это предусмотрено в инструкциях организации, поднимает напряжение до предельно допустимого.

3.3.8 Показателем правильных действий оперативного персонала является уменьшение частоты качаний.

По мере выравнивания частот в энергообъединении период качаний увеличивается, и при разнице частот порядка 1,0 - 0,5 Гц вышедшие из синхронизма электростанции втягиваются в синхронизм.

3.3.9 После прекращения асинхронного хода восстанавливается (с учетом фактической схемы) нормальная нагрузка электростанции.

3.3.10 При появлении качаний токов, мощности и напряжения персонал электростанции может отличить синхронные качания от асинхронного режима. При синхронных качаниях по линиям связи мощность, как правило, не меняет своего знака и сохраняет свое среднее значение за период, поэтому при синхронных качаниях не бывает устойчивой разности частот в соответствующих частях энергосистемы. Синхронные качания токов и напряжений на генераторах обычно происходят около среднего значения, близкого к нормальному (до появления качаний) значению. Чаще всего они носят затухающий характер. Для ускорения прекращения синхронных качаний генераторов производится разгрузка их по активной мощности и повышается реактивная мощность без перегрузки транзитных связей. При синхронных качаниях по межсистемным связям повышается напряжение на электростанциях приемной части системы (уменьшение перетока за счет использования резерва или отключения потребителей).

3.3.11 Асинхронный ход одного генератора при потере возбуждения ввиду неисправности либо ошибок персонала имеет свои особенности. При потере возбуждения генератор может быть оставлен в работе и нести активную нагрузку. Оставление генератора в работе в этом случае либо его отключение защитой от потери возбуждения определяется местными условиями работы генератора в сети и возможностями быстрой его разгрузки.

На каждой электростанции составляется перечень генераторов, допускающих работу без возбуждения, с указанием допустимой активной мощности и длительности работы без возбуждения.

Внешними признаками потери возбуждения на генераторах являются:

Потребление генератором из электросети большой реактивной мощности, значение которой зависит от напряжения в энергосистеме и активной мощности генератора;

Понижение напряжения на шинах электростанции;

Частичный сброс активной мощности и ее качания;

Ускорение ротора и его вращение с опережающим скольжением. Ток ротора при этом исчезает или в роторе появляется переменный ток с частотой скольжения.

Персонал электростанции в случае, когда генератор не отключается при потере возбуждения, одновременно с принятием мер к восстановлению возбуждения или переводу его на резервный возбудитель проводит следующие мероприятия:

Снижает активную мощность генератора до 40 % (целесообразно применять автоматическую разгрузку при работе защиты от потери возбуждения с помощью приставки в составе ЭЧСР, либо приставку и механизм управления турбин с высокой скоростью);

Обеспечивает повышение напряжения за счет увеличения реактивной мощности других работающих генераторов;

При питании с.н. отпайкой от блока генератор-трансформатор обеспечивает нормальное напряжение на его шинах переводом питания с помощью устройства АВР на резервный трансформатор или использованием регулирования напряжения на трансформаторах с.н.

Если в течение времени, указанного в инструкциях организации, восстановить возбуждение не удается, генератор разгружается и отключается от сети.

3.3.12 При выходе из синхронизма одного генератора с возбуждением НСС, если не произошло автоматического отключения, немедленно отключает его от сети с одновременным отключением АГП. Выход генератора из синхронизма может быть вызван неправильными действиями оперативного персонала (например, резким уменьшением тока ротора при работе генератора с резервным электромашинным возбудителем) либо повреждением в АРВ и в результате его неправильным функционированием при КЗ и других режимах.

Выход генератора из синхронизма сопровождается изменением значений (качаниями) токов, напряжения, активной и реактивной мощности. Из-за неравномерного ускорения цт изменяющегося магнитного поля вышедший из синхронизма генератор издает гул. Частота электрического тока в сети остается практически неизменной.

Оперативный персонал электростанции после отключения генератора, вышедшего из синхронизма, докладывает об этом диспетчеру, регулирует режим работы электростанции, определяет и устраняет причину нарушения синхронизма. При исправном состоянии оборудования (отсутствии повреждения генератора и других силовых элементов) и устройств автоматики турбогенератор синхронизируется, включается в сеть, производится подъем нагрузки.

При появлении качаний токов, мощности и напряжения на всех генераторах электростанции и резком изменении частоты (повышении, понижении) оперативный персонал действует согласно требованиям пп. 3.3.2 -3.3.9.

Разделение энергосистемы

3.4.1 Разделение энергообъединения на части и исчезновение напряжения в отдельных его частях может произойти вследствие:

Глубокого понижения частоты и напряжения;

Отключения транзитных линий электропередачи из-за перегрузки;

Неправильной работы защит или неправильных действий оперативного персонала;

Отказа в работе выключателей;

Асинхронного хода и действия делительных защит.

3.4.2 При разделении энергообъединения в одних его частях возникает дефицит, а в других - избыток активной и реактивной мощности и, как следствие, повышение или понижение частоты и напряжения.

3.4.3 Оперативный персонал электростанций при возникновении указанных режимов:

Сообщает диспетчеру энергообъединения о происшедших отключениях на электростанции, отклонениях частоты и напряжения и наличии перегрузок транзитных линий электропередачи;

Принимает меры к восстановлению напряжения и частоты на шинах электростанций в разделившихся частях системы согласно указаниям пп. 3.3.5, 3.3.6. При невозможности повысить частоту в дефицитной по мощности отделившейся системе повышение частоты (после принятия всех мер) выполняется отключением потребителей по согласованию с диспетчером;

Снимает перегрузки с транзитных линий электропередачи при угрозе нарушения статической устойчивости;

Обеспечивает надежную работу механизмов с.н. вплоть до выделения их на несинхронное питание при понижении частоты до установленных для данной электростанции пределов;

Синхронизирует отделившиеся во время аварии генераторы при наличии напряжения от энергообъединения (или при появлении его после исчезновения).

При отсутствии напряжения на шинах отключенные генераторы (не входящие в схему выделения с.н.) удерживаются на холостом ходу или в состоянии готовности к быстрому развороту и обратному включению в сеть с набором нагрузки.

По требованию диспетчера отделяются от части энергообъединения отдельные генераторы или целиком электростанция, ее синхронизируют с дефицитной частью энергообъединения.

3.4.4 При появлении напряжения на шинах электростанции, выделенной для работы на сбалансированный район электросети или на с.н., оперативный персонал включает на параллельную работу генераторы, работающие на холостом ходу. Включение может выполняться с помощью самосинхронизации, если такой способ включения им разрешен и если с.н. этих генераторов получают питание от схемы выделения. Пониженные значения напряжения и частоты не являются причиной отказа от применения метода самосинхронизации.

Оперативный персонал электростанций, напряжение на которых было полностью потеряно, при появлении напряжения немедленно принимает меры к развороту механизмов с.н. и генераторов и к их включению в сеть.

3.4.5 Разворот оборудования электростанции производится по заранее разработанной схеме с питанием от генераторов, электростанций, работающих с выделенными с.н. После разворота генераторов осуществляется их синхронизация с генераторами резервного источника, от которого подавалось напряжение.

Понижение напряжения

3.5.1 Автоматические регуляторы систем возбуждения генераторов обеспечивают подержание напряжения на шинах электростанций со статизмом 3-5 % при изменении реактивной мощности генератора на номинальную (Q ном)- При понижении напряжения в контрольных точках АРВ генераторов, стремясь поддержать неизменным напряжение на шинах станции, увеличивают выдачу реактивной мощности. По указанию диспетчера выдача Q может меняться персоналом станции по отношению к диспетчерскому графику воздействием на уставку АРВ. Однако при понижении напряжения в заданной контрольной точке или у энергообъектов системы ниже определенного значения это напряжение будет поддерживаться за счет использования перегрузочной способности генераторов. При этом через определенное время, в соответствии с перегрузочными характеристиками генератора, автоматика уменьшит ток ротора до номинального значения, что может привести к более глубокому понижению напряжения и возможному распаду энергосистемы. В случае отказа ограничения автоматика отключит генератор защитой от перегрузки. В течении этого времени после совместного с диспетчером выяснения причин понижения напряжения диспетчер принимает меры к повышению напряжения в энергосистеме (увеличение загрузки СК, включение батарей статических конденсаторов, отключение шунтирующих реакторов, изменение коэффициентов трансформации трансформаторов, оснащенных РПН, снижению перетоков мощности по линиям). Если использование резервов реактивной мощности оказывается недостаточным, увеличение загрузки по реактивной мощности в энергосистемах с пониженным напряжением может быть получено при разгрузке турбогенераторов по активной мощности. В дефицитной системе это не рекомендуется из-за возможных увеличений допустимых перетоков по линии связи. Однако если понижение напряжения станет ниже необходимого для работы с.н. электростанции, то разгрузка по активной мощности вместе с отключением части потребителей станет необходимой.

Наиболее популярным на сегодняшний день методом увеличения (или уменьшения) частоты тока является применение частотного преобразователя. Частотные преобразователи позволяют получить из однофазного или трехфазного переменного тока промышленной частоты (50 или 60 Гц) ток требуемой частоты, например от 1 до 800 Гц, для питания однофазных или трехфазных двигателей.

Наряду с электронными частотными преобразователями, с целью увеличения частоты тока, применяют и электроиндукционные частотные преобразователи, в которых например асинхронный двигатель с фазным ротором работает частично в режиме генератора. Еще есть умформеры - двигатели-генераторы, о которых также будет рассказано в данной статье.

Электронные преобразователи частоты

Электронные преобразователи частоты позволяют плавно регулировать скорость синхронных и асинхронных двигателей благодаря плавному повышению частоты на выходе преобразователя до заданного значения. Наиболее простой подход обеспечивается заданием постоянной характеристики V/f, а более прогрессивные решения используют векторное управление.

Обычно, включают в себя выпрямитель, который преобразует переменный ток промышленной частоты в постоянный; после выпрямителя стоит инвертор, в простейшем виде - на базе ШИМ, который преобразует постоянное напряжение в переменный ток нагрузки, причем частота и амплитуда задаются уже пользователем, и эти параметры могут отличаться от сетевых параметров на входе в большую или в меньшую сторону.

Выходной блок электронного преобразователя частоты чаще всего представляет собой тиристорный или транзисторный мост, состоящий из четырех или из шести ключей, которые и формируют требуемый ток для питания нагрузки, в частности - электродвигателя. Для сглаживания помех в выходном напряжении, на выходе добавляют EMC-фильтр.

Как говорилось выше, электронный преобразователь частоты использует для своей работы в качестве ключей тиристоры или транзисторы. Для управления ключами применяется микропроцессорный модуль, служащий контроллером, и одновременно выполняющий ряд диагностических и защитных функций.

Между тем, частотные преобразователи бывают все таки двух классов: с непосредственной связью, и с промежуточным звеном постоянного тока. При выборе между этими двумя классами взвешивают достоинства и недостатки того и другого, и определяют целесообразность того или иного для решения насущной задачи.

С непосредственной связью

Преобразователи с непосредственной связью отличаются тем, что в них используется управляемый выпрямитель, в котором группы тиристоров поочередно отпираясь коммутируют нагрузку, например обмотки двигателя, прямо к питающей сети.

В результате на выходе получаются кусочки синусоид сетевого напряжения, а эквивалентная частота на выходе (для двигателя) становится меньше сетевой, в пределах 60% от нее, то есть от 0 до 36 Гц для 60 Гц входа.

Такие характеристики не позволяют в широких пределах варьировать параметры оборудования в промышленности, от того и спрос на данные решения низок. Кроме этого незапираемые тиристоры сложно управляются, стоимость схем становится выше, да и помех на выходе много, требуются компенсаторы, и как следствие габариты высокие, а КПД низкий.

С звеном постоянного тока

Гораздо лучше в этом отношении частотные преобразователи с ярко выраженным звеном постоянного тока, где сначала переменный сетевой ток выпрямляется, фильтруется, а затем снова схемой на электронных ключах преобразуется в переменный ток нужной частоты и амплитуды. Здесь частота может быть значительно выше. Безусловно, двойное преобразование несколько снижает КПД, зато выходные параметры по частоте как раз соответствуют требованиям потребителя.

Чтобы на обмотках двигателя получить чистый синус, используют схему инвертора, в котором напряжение нужной формы получается благодаря . Электронными ключами здесь служат запираемые тиристоры или IGBT-транзисторы.

Тиристоры выдерживают большие импульсные токи, по сравнению с транзисторами, поэтому все чаще прибегают именно к тиристорным схемам, как в преобразователях с непосредственной связью, так и в преобразователях с промежуточным звеном постоянного тока, КПД получается до 98%.

Справедливости ради отметим, что электронные преобразователи частоты для питающей сети являются нелинейной нагрузкой, и порождают в ней высшие гармоники, это ухудшает качество электроэнергии.

С целью преобразования электроэнергии из одной ее формы в другую, в частности - для повышения частоты тока без необходимости прибегать к электронным решениям, применяют так называемые умформеры - двигатели-генераторы. Такие машины функционируют подобно проводнику электроэнергии, однако на самом деле прямого преобразования электроэнергии, как например в трансформаторе или в электронном частотном преобразователе, как такового не происходит.

Здесь доступны следующие возможности:

постоянный ток может быть преобразован в переменный более высокого напряжения и требуемой частоты;

постоянный ток может быть получен из переменного;

прямое механическое преобразование частоты с повышением или понижением оной;

получение трехфазного тока требуемой частоты из однофазного тока сетевой частоты.

В каноническом виде мотор-генератор представляет собой электродвигатель, вал которого напрямую соединен с генератором. На выходе генератора устанавливают стабилизирующее устройство для улучшения частотных и амплитудных параметров получаемой электроэнергии.

В некоторых моделях умформеров якорь содержит обмотки и моторные и генераторные, которые , и выводы которых соединены соответственно с коллектором и с выходными контактными кольцами.

В других вариантах встречаются общие обмотки для обоих токов, например для преобразования числа фаз коллектора с контактными кольцами нет, а просто от обмотки статора делаются отводы для каждой из выходных фаз. Так асинхронная машина преобразует однофазный ток в трехфазный (тождественно в принципе увеличению частоты).

Итак, мотор-генератор позволяет преобразовать род тока, напряжение, частоту, количество фаз. До 70-х годов в военной технике СССР использовались преобразователи данного типа, где они питали, в частности, устройства на лампах. Однофазные и трехфазные преобразователи питались постоянным напряжением 27 вольт, а на выходе получалось переменное напряжение 127 вольт 50 герц однофазное или 36 вольт 400 герц трехфазное.

Мощность таких умформеров достигала 4,5 кВА. Подобные машины использовались и в электровозах, где постоянное напряжение 50 вольт преобразовывалось в переменное 220 вольт частотой до 425 герц для питания люминесцентных ламп, и 127 вольт 50 герц для питания бритв пассажиров. Первые ЭВМ часто использовали для своего питания умформеры.

По сей день кое-где еще можно встретить умформеры: на троллейбусах, в трамваях, в электропоездах, где их устанавливали с целью получения низкого напряжения для питания цепей управления. Но нынче они уже вытеснены почти полностью полупроводниковыми решениями (на тиристорах и транзисторах).

Преобразователи типа мотор-генератор ценны рядом достоинств. Во-первых это надежная гальваническая развязка выходной и входной силовых цепей. Во-вторых, на выходе получается чистейший синус без помех, без шумов. Устройство очень просто по своей конструкции, от того и обслуживание довольно бесхитростно.

Это легкий способ получения трехфазного напряжения. Инерция ротора сглаживает броски тока при резком изменении параметров нагрузки. И конечно, здесь очень просто осуществлять рекуперацию электроэнергии.

Не обошлось и без недостатков. Умформеры имеют движущиеся части, от того и ресурс их ограничен. Масса, вес, обилие материалов, и как следствие - высокая стоимость. Шумная работа, вибрации. Необходимость в частой смазке подшипников, чистке коллекторов, замене щеток. КПД в пределах 70%.

Несмотря на недостатки, механические моторы-генераторы по сей день применяются в электроэнергетической отрасли для преобразования больших мощностей. В перспективе моторы-генераторы вполне могут помочь согласованию сетей с частотами 60 и 50 Гц, либо для обеспечения сетей с повышенными требованиями по качеству электроэнергии. Питание обмоток ротора машины в данном случае возможно от твердотельного преобразователя частоты небольшой мощности.

Ко всем, кого это может коснуться:

Да будет всем известно, что я, Никола Тесла, гражданин Америки, проживающий в Манхеттене, изобрел новые и полезные улучшение в средствах увеличения интенсивности электрических колебаний, которые описаны ниже.

Во многих научных и практичных случаях использования электрических импульсов или колебаний - как, например, в системах передачи данных на расстояния - очень важно увеличить как можно больше импульсы или колебания тока, которые генерируются в схемах передатчика и приемника, особенно в последнем.

Известно, что когда электрические импульсы поданные в схему совпадают со свободными колебаниями, интенсивность колебаний созданных в ней зависит от величины физической константы и соотношения периодов поданных и свободных колебаний. Для получения наилучших результатов необходимо, чтобы периоды вынужденных и свободных колебаний совпадали, в случае чего интенсивность последних будет наибольшей и зависит в основном от индуктивности и сопротивления цепи, их величина будет прямо пропорциональна индуктивности и обратно пропорциональна сопротивлению.

Таким образом, для того, чтобы увеличить колебания в цепи, иными словами увеличить ток или напряжение, нужно делать индуктивность как можно больше и сопротивления как можно меньше. Помня об этом, я изобрел и использовал провода специальной формы и очень большого поперечного сечения; Но я нашел, что возможность увеличивать индуктивность и уменьшать сопротивления ограничено. Это понятно, если принять во внимание, что резонансное увеличение тока или напряжения в цепи пропорционально частоте импульсов и что большая индуктивность в общем вызывает колебания малой частоты.

С другой стороны, увеличение сечения проводника с целью уменьшения сопротивления, после какой-то границы, уменьшает сопротивление мало или не уменьшает, поскольку электрические колебания, особенно высокой частоты, текут в приповерхностном слое, и что эту помеху можно обойти используя многожильные, скрученные провода, но на практике при этом возникают другие преграды, которые часто больше чем польза от их использования.

Хорошо известный факт, что если температура проводника увеличивается, увеличивается и его сопротивление, поэтому конструкторы размещают катушки так, чтобы избежать их нагрева в процессе использования.

Я открыл, что чтобы колебания в цепи были свободными цепь должна работать при низкой температуре при этом колебания возбуждения также должны в большой степени увеличиватся.

Если коротко, то моё изобретение заключается в создании большой интенсивности и длительности колебаний в свободно колеблющейся или резонирующей цепи посредством проведения этого процесса при низкой температуре.

Обычно в коммерческих аппаратах это достигается когда объект изолируется от бесполезного нагревания, что сводит потери к минимуму.

Моё изобретение не только предусматривает экономию энергии, но имеет совершенно новое и ценное свойство увеличивать степень интенсивности и длительности свободных колебаний. Это может быть полезно всегда, когда необходимио накапливать свободно колеблющиеся разряды.

Наилучшим способом реализации изобретения является окружение свободноколеблющейся цепи или проводника, содержашегося при низкой температуре, с помощью подходящей среды (холодный воздух, охлаждающий агент), что приведёт к получению наибольшей самоиндукции и наименьшему сопротивлению. Например, если в системе передчи энергии через окружающую среду передатчик и приёмник подключены к земле и к изолированным терминалам посредством проводников, то длина этих проводников должна быть равна одной-четвёртой длины волны проходяшей через них.

На приложенном рисунке представлена схема аппарата используемого в моём изобретении.

Схема представляет два устройства одно из которых может быть приёмником, а другое передатчиком. Каждыое содержит катушку из нескольких витков имеющих низкое сопротивлеие (обозначено как А и А"). Первичная катушка, предназначенная быть частью передатчика подключена к источнику тока. В каждом приборе имеются плоские спирально намотанные индуктивные катушки В и B", один конец которых подключен к заземлению С, а другой, идущий из центра, к изолированному терминалу выведенному в воздух. Катушки В помещены в ёмкость содержащую охлаждающий агент вокруг которой намотаны катушки А. Катушки в форме спирали предназначены для создания свободных колебаний. Конечно, форма их может быт любой.

Теперь предположим, в простейшем случае, что на катушку А передатчика действуют импульсы произвольной частоты. Аналогичные импульсы будут индуктироваться и в катушках В, но с большей частотой. И это увеличение будет прямо пропоцианально их индуктивности и обратно пропоцианально их сопротивлению. А раз остальные условия остануться прежними, то интенсивность колебаний в резонирующей цепи В возрастёт в той-же пропорции в которой сопротивление уменьшится.

Однако зачастую условия могут быть таковы, что достижение цели заключается не только за счёт уменьшения сопротивления цепи, но и за счёт манипуляций длиной проводников и соответственно индуктивностью и сопротвлением, что определяет интенсивность свободных колебаний.

Колебания в катушке В, значительно усиленные, распространяются и достигают настроенной на приём катушки В" воозбуждая соответственные колебания в ней и которые по аналогичной причине усиливаются, что ведёт к увеличению токов или колебаний в цепях А" приёмного устройства. Кода цепь А периодически открывается и закрывается эффект в приёмнике повышается описанным способом, не только из-за усиления импульсов в катушах В, но и из-за их способности существовать в больших интервалах времени.

Изобретение наиболее эффективно, когда импульсы в цепи А передатчика вместо произвольных частот имеют частоту собственных колебаний, иначе говоря были возбуждены свободными колебаниями высокочастотных разрядов конденсатора. В таком случае охлаждение проводника А ведёт к значительному увеличению колебаний в резонирующей цепи В. Прёмные катушки B" возбуждаются сильнее пропорционально и индуцируют токи высокой интенсивности в цепи А". Очевидно, что чем больше число свободно вибрирующих цепей поочерёдно передают и принимают энергию, тем относительно больше будет эффект посредством применения моего изобретения.

Вследствие повышения числа переносимых по цепи зарядов увеличивается частота тока . В свою очередь, рост числа переносимых в единицу времени зарядов равносилен увеличению тока в цепи и уменьшению его сопротивления, а добиться этого можно с помощью цепи с конденсатором.

Вам понадобится

• - конденсатор;
• - генератор;
• - ключ;
• - провода.

Инструкция

Соберите цепь с конденсатором, в которой синусоидальное напряжение создает генератор переменного тока .

При нулевом напряжении в момент замыкания ключа в первую четверть периода напряжение на зажимах генератора начнет возрастать, и конденсатор начнет заряжаться. В собранной цепи появится ток, но, несмотря на то, что напряжение на пластинах генератора еще достаточно мало, значение тока в цепи будет наибольшим (значение его заряда).

Отметьте, что по мере уменьшения разряда конденсатора показатель тока в цепи уменьшается, а в момент полной разрядки ток равен нулю. При этом значение напряжения на пластинах конденсатора будет постоянно расти, и в момент полной разрядки конденсатора достигнет максимальной величины (т.е. значение будет полностью противоположным напряжению на пластинах генератора). Таким образом, можно сделать вывод: в начальный момент времени ток с наибольшей силой устремится в незаряженный конденсатор, и по мере его заряжения начнет полностью убывать.

Обратите внимание

Помните, что с увеличением частоты тока уменьшается и сопротивление конденсатора переменному току (емкостное сопротивление конденсатора). Таким образом, емкость сопротивления обратно пропорциональна емкости цепи и частоте питающего ее тока.

Полезный совет

Конденсатор – достаточно универсальный элемент. Когда он разряжен, он ведет себя как короткое замыкание – ток через него течет без ограничений, а его значение стремится к бесконечности. Когда же он заряжен, на этом месте цепи происходит обрыв и напряжение цепи начинает постоянно нарастать. Получается интересная зависимость – есть напряжение, но нет тока, и наоборот. Поэтому добиться увеличения частоты тока можно лишь при разряженном конденсаторе, который приходит в такое состоянии с определенным интервалом необходимое число раз. Используйте эту информацию при создании цепи.