Maneiras de aumentar a frequência atual

O método mais popular de aumentar (ou diminuir) a frequência da corrente hoje é usar um conversor de frequência. Os conversores de frequência permitem obter da corrente alternada monofásica ou trifásica com frequência industrial (50 ou 60 Hz) uma corrente com a frequência necessária, por exemplo de 1 a 800 Hz, para alimentar sistemas monofásicos ou trifásicos motores fase-fase.

Juntamente com conversores de frequência eletrônicos, para aumentar a frequência atual, também são utilizados conversores de frequência de indução elétrica, nos quais, por exemplo, um motor assíncrono com rotor bobinado funciona parcialmente no modo gerador. Existem também umformers - geradores de motores, que também serão discutidos neste artigo.

Conversores eletrônicos de frequência

Os conversores de frequência eletrônicos permitem controlar suavemente a velocidade dos motores síncronos e assíncronos devido a um aumento suave na frequência de saída do conversor para o valor definido. A abordagem mais simples é fornecida pela configuração de uma característica V / f constante, e soluções mais avançadas usam controle vetorial.

conversores de frequênciageralmente incluem um retificador que converte corrente alternada de frequência de energia em corrente contínua; após o retificador existe um inversor em sua forma mais simples, baseado em PWM, que converte uma tensão constante em uma corrente de carga alternada, sendo que a frequência e a amplitude já são definidas pelo usuário, podendo esses parâmetros diferir dos parâmetros de rede do entrada para cima ou para baixo.

O módulo de saída de um conversor de frequência eletrônico é na maioria das vezes uma ponte de tiristor ou transistor composta por quatro ou seis chaves que formam a corrente necessária para alimentar a carga, em particular o motor elétrico. Um filtro EMC é adicionado à saída para suavizar o ruído na tensão de saída.

Conforme mencionado acima, um conversor de frequência eletrônico usa tiristores ou transistores como interruptores para sua operação. Um módulo de microprocessador é usado para controlar as chaves, que serve como controlador e, ao mesmo tempo, executa várias funções de diagnóstico e proteção.

Enquanto isso, os conversores de frequência ainda são de duas classes: acoplados diretamente e acoplados em CC. Ao escolher entre essas duas classes, as vantagens e desvantagens de ambos os tipos são pesadas e é determinada a adequação de uma ou outra para resolver um problema urgente.

comunicação direta

Os conversores de acoplamento direto se distinguem pelo fato de utilizarem um retificador controlado, no qual grupos de tiristores sequencialmente, destravando, comutam a carga, por exemplo, os enrolamentos do motor, diretamente para a rede de alimentação.

Como resultado, obtém-se bits de onda senoidal da tensão da rede na saída, e a frequência de saída equivalente (para o motor) passa a ser menor que a da rede, dentro de 60% dela, ou seja, de 0 a 36 Hz para um 60 Hz entrada.

Tais características não permitem alterar os parâmetros dos equipamentos da indústria em uma ampla faixa, portanto a demanda por essas soluções é baixa. Além disso, os tiristores sem travamento são difíceis de controlar, o custo dos circuitos torna-se maior e há muito ruído na saída, são necessários compensadores e, como resultado, as dimensões são altas e a eficiência é baixa.

conexão DC

Muito melhores a esse respeito são os conversores de frequência com uma conexão de corrente contínua pronunciada, onde primeiro a corrente alternada da rede é retificada, filtrada e, novamente, através de um circuito de interruptores eletrônicos, é convertida em corrente alternada da frequência e amplitude necessárias. Aqui a frequência pode ser muito maior. Obviamente, a conversão dupla reduz um pouco a eficiência, mas os parâmetros de frequência de saída simplesmente atendem aos requisitos do usuário.

Para obter uma onda senoidal pura nos enrolamentos do motor, é utilizado um circuito inversor, no qual a tensão da forma desejada é obtida graças a modulação por largura de pulso (PWM)… As chaves eletrônicas aqui são tiristores lock-in ou transistores IGBT.

Os tiristores suportam grandes correntes de impulso, comparativamente aos transístores, pelo que se recorre cada vez mais a circuitos tiristores, tanto em conversores de comunicação direta como em conversores com ligação CC intermediária, a eficiência é de até 98%.

Por uma questão de justiça, notamos que os conversores eletrônicos de frequência para a rede elétrica são uma carga não linear e geram harmônicos mais altos nela, o que deteriora a qualidade da energia.

Gerador de motor (umformer)

Para converter a eletricidade de uma das suas formas para outra, nomeadamente para aumentar a frequência da corrente, sem necessidade de recorrer a soluções eletrónicas, são utilizados os chamados umformadores — geradores a motor. Tais máquinas funcionam como condutores de eletricidade, mas na verdade não há conversão direta de eletricidade, como em um transformador ou em um conversor de frequência eletrônico, como tal.

As seguintes opções estão disponíveis aqui:

• a corrente contínua pode ser convertida em corrente alternada com uma tensão mais alta e a frequência necessária;

• a corrente contínua pode ser obtida da corrente alternada;

• conversão mecânica direta da frequência com seu aumento ou diminuição;

• obtenção de uma corrente trifásica com a frequência necessária a partir de uma corrente monofásica na frequência da rede.

Em sua forma canônica, um motor-gerador é um motor elétrico cujo eixo está diretamente ligado ao gerador. Um dispositivo estabilizador é instalado na saída do gerador para melhorar os parâmetros de frequência e amplitude da eletricidade gerada.

Em alguns modelos de umformadores, a armadura contém bobinas e um motor e gerador que isolado galvanicamente, e cujos fios são conectados ao coletor e aos anéis de saída, respectivamente.

Em outras versões, existem enrolamentos comuns para ambas as correntes, por exemplo, não há coletor com anéis coletores para converter o número de fases, mas simplesmente derivações do enrolamento do estator para cada uma das fases de saída.Portanto, uma máquina de indução converte corrente monofásica em corrente trifásica (basicamente idêntica com o aumento da frequência).

Assim, o motor-gerador permite transformar o tipo de corrente, tensão, frequência, número de fases. Até aos anos 70, conversores deste tipo eram utilizados no equipamento militar da URSS, onde alimentavam, nomeadamente, dispositivos de iluminação. Os conversores monofásicos e trifásicos são alimentados com tensão constante de 27 volts, e a saída é uma tensão alternada de 127 volts 50 hertz monofásico ou 36 volts 400 hertz trifásico.

A potência desses transformadores atinge 4,5 kVA. Máquinas semelhantes são usadas em locomotivas elétricas, onde uma tensão direta de 50 volts é convertida em uma tensão alternada de 220 volts com uma frequência de até 425 hertz para alimentar lâmpadas fluorescentes e 127 volts 50 hertz para alimentar barbeadores de passageiros. Os primeiros computadores eram freqüentemente usados ​​por formadores para alimentá-los.

Até hoje, os umformers podem ser encontrados aqui e ali: em trólebus, em bondes, em trens elétricos, onde são instalados para obter baixa tensão para alimentar circuitos de controle. Mas agora eles já foram quase totalmente substituídos por soluções de semicondutores ( tiristores e transistores).

Conversores motor-gerador são valiosos por uma série de vantagens. Primeiro, é um isolamento galvânico confiável dos circuitos de potência de entrada e saída. Em segundo lugar, a saída é a mais pura onda senoidal sem distorção, sem ruído. O dispositivo tem um design muito simples e, portanto, a manutenção é bastante engenhosa.

Esta é uma maneira fácil de obter tensão trifásica. A inércia do rotor suaviza os picos de corrente quando os parâmetros de carga mudam abruptamente.E, claro, é muito fácil restaurar a eletricidade aqui.

Não sem suas falhas. Umformers têm partes móveis e, portanto, seus recursos são limitados. Massa, peso, abundância de materiais e, consequentemente, um preço alto. Trabalho ruidoso, vibrações. A necessidade de lubrificação frequente dos rolamentos, limpeza dos coletores, substituição das escovas. A eficiência está dentro de 70%.

Apesar das desvantagens, geradores de motores mecânicos ainda são usados ​​na indústria de energia elétrica para converter grandes potências. No futuro, os geradores a motor podem ajudar a combinar redes de 60 e 50 Hz ou fornecer redes com maiores requisitos de qualidade de energia. A alimentação dos enrolamentos do rotor da máquina, neste caso, é possível a partir de um conversor de frequência de estado sólido de baixa potência.