Façons d'augmenter la fréquence actuelle

La méthode la plus populaire pour augmenter (ou diminuer) la fréquence du courant aujourd'hui consiste à utiliser un convertisseur de fréquence. Les convertisseurs de fréquence permettent d'obtenir à partir d'un courant alternatif monophasé ou triphasé à fréquence industrielle (50 ou 60 Hz) un courant à la fréquence requise, par exemple de 1 à 800 Hz, pour alimenter du monophasé ou du triphasé. moteurs phase-phase.

Outre les convertisseurs de fréquence électroniques, afin d'augmenter la fréquence du courant, des convertisseurs de fréquence à induction électrique sont également utilisés, dans lesquels, par exemple, un moteur asynchrone à rotor bobiné fonctionne partiellement en mode générateur. Il existe également des umformers - des générateurs de moteurs, qui seront également abordés dans cet article.

Convertisseurs de fréquence électroniques

Les convertisseurs de fréquence électroniques vous permettent de contrôler en douceur la vitesse des moteurs synchrones et asynchrones grâce à une augmentation en douceur de la fréquence de sortie du convertisseur jusqu'à la valeur définie. L'approche la plus simple est fournie en définissant une caractéristique V / f constante, et des solutions plus avancées utilisent le contrôle vectoriel.

Convertisseurs de fréquencecomprennent généralement un redresseur qui convertit le courant alternatif à fréquence industrielle en courant continu ; après le redresseur, il y a un onduleur dans sa forme la plus simple, basé sur PWM, qui convertit une tension constante en un courant de charge alternatif, et la fréquence et l'amplitude sont déjà définies par l'utilisateur, et ces paramètres peuvent différer des paramètres réseau du entrée vers le haut ou vers le bas.

Le module de sortie d'un convertisseur de fréquence électronique est le plus souvent un thyristor ou un pont à transistors composé de quatre ou six interrupteurs qui forment le courant nécessaire pour alimenter la charge, notamment le moteur électrique. Un filtre CEM est ajouté à la sortie pour lisser le bruit dans la tension de sortie.

Comme mentionné ci-dessus, un convertisseur de fréquence électronique utilise des thyristors ou des transistors comme interrupteurs pour son fonctionnement. Un module à microprocesseur est utilisé pour contrôler les touches, qui sert de contrôleur et exécute en même temps un certain nombre de fonctions de diagnostic et de protection.

Pendant ce temps, les convertisseurs de fréquence sont toujours de deux classes : à couplage direct et à couplage CC. Lors du choix entre ces deux classes, les avantages et les inconvénients des deux types sont pesés et la pertinence de l'un ou l'autre pour résoudre un problème urgent est déterminée.

Communication directe

Les convertisseurs à couplage direct se distinguent par le fait qu'ils utilisent un redresseur commandé, dans lequel des groupes de thyristors séquentiellement, se déverrouillant, commutent la charge, par exemple les enroulements du moteur, directement sur le réseau d'alimentation.

En conséquence, des bits d'onde sinusoïdale de tension de réseau sont obtenus en sortie, et la fréquence de sortie équivalente (pour le moteur) devient inférieure au réseau, à moins de 60% de celui-ci, c'est-à-dire de 0 à 36 Hz pour un 60 Hz saisir.

De telles caractéristiques ne permettent pas de modifier les paramètres de l'équipement dans l'industrie dans une large gamme, la demande pour ces solutions est donc faible. De plus, les thyristors sans verrouillage sont difficiles à contrôler, le coût des circuits devient plus élevé et il y a beaucoup de bruit en sortie, des compensateurs sont nécessaires, et par conséquent, les dimensions sont élevées et le rendement est faible.

Connexion CC

Bien meilleurs à cet égard sont les convertisseurs de fréquence avec une connexion en courant continu prononcée, où le courant alternatif du secteur est d'abord redressé, filtré, puis à nouveau à travers un circuit de commutateurs électroniques, il est converti en courant alternatif de la fréquence et de l'amplitude requises. Ici, la fréquence peut être beaucoup plus élevée. Bien sûr, la double conversion réduit quelque peu l'efficacité, mais les paramètres de fréquence de sortie correspondent simplement aux exigences de l'utilisateur.

Pour obtenir une onde sinusoïdale pure sur les enroulements du moteur, un circuit onduleur est utilisé, dans lequel la tension de la forme souhaitée est obtenue grâce à modulation de largeur d'impulsion (PWM)… Les interrupteurs électroniques sont ici des thyristors à verrouillage ou des transistors IGBT.

Les thyristors supportent des courants d'impulsion importants, par rapport aux transistors, c'est pourquoi ils ont de plus en plus recours à des circuits à thyristors, à la fois dans les convertisseurs à communication directe et dans les convertisseurs avec une liaison CC intermédiaire, le rendement pouvant atteindre 98%.

Par souci d'équité, nous notons que les convertisseurs de fréquence électroniques pour le réseau électrique sont une charge non linéaire et y génèrent des harmoniques plus élevées, ce qui détériore la qualité de l'alimentation.

Générateur de moteur (formateur)

Afin de convertir l'électricité d'une de ses formes à une autre, notamment pour augmenter la fréquence du courant, sans qu'il soit nécessaire de recourir à des solutions électroniques, on utilise des umformers - des générateurs de moteurs. De telles machines fonctionnent comme un conducteur d'électricité, mais il n'y a en fait aucune conversion directe d'électricité, comme dans un transformateur ou dans un convertisseur de fréquence électronique, en tant que tel.

Les options suivantes sont disponibles ici :

• le courant continu peut être converti en courant alternatif avec une tension plus élevée et la fréquence requise ;

• le courant continu peut être obtenu à partir du courant alternatif ;

• conversion mécanique directe de la fréquence avec son augmentation ou sa diminution ;

• obtenir un courant triphasé à la fréquence requise à partir d'un courant monophasé à la fréquence du réseau.

Dans sa forme canonique, un moteur-générateur est un moteur électrique dont l'arbre est directement relié au générateur. Un dispositif de stabilisation est installé à la sortie du générateur pour améliorer les paramètres de fréquence et d'amplitude de l'électricité générée.

Dans certains modèles d'umformers, l'armature contient des bobines et un moteur et un générateur qui isolée galvaniquement, et dont les fils sont connectés respectivement au collecteur et aux anneaux de sortie.

Dans d'autres versions, il existe des enroulements communs pour les deux courants, par exemple, il n'y a pas de collecteur avec des bagues collectrices pour convertir le nombre de phases, mais simplement des prises sont faites à partir de l'enroulement du stator pour chacune des phases de sortie.Ainsi, une machine à induction convertit le courant monophasé en courant triphasé (fondamentalement identique avec une fréquence croissante).

Ainsi, le moteur-générateur permet de transformer le type de courant, tension, fréquence, nombre de phases. Jusque dans les années 70, des convertisseurs de ce type étaient utilisés dans les équipements militaires de l'URSS, où ils alimentaient notamment des appareils à lampes. Les convertisseurs monophasés et triphasés sont alimentés par une tension constante de 27 volts, et la sortie est une tension alternative de 127 volts 50 hertz monophasé ou 36 volts 400 hertz triphasé.

La puissance de ces transformateurs atteint 4,5 kVA. Des machines similaires sont utilisées dans les locomotives électriques, où une tension continue de 50 volts est convertie en une tension alternative de 220 volts avec une fréquence allant jusqu'à 425 hertz pour alimenter les lampes fluorescentes et 127 volts 50 hertz pour alimenter les rasoirs des passagers. Les premiers ordinateurs étaient souvent utilisés par les informaticiens pour les alimenter.

Aujourd'hui encore, on trouve des umformers ici et là : dans les trolleybus, dans les tramways, dans les trains électriques, où ils sont installés pour obtenir une basse tension pour l'alimentation des circuits de commande. et transistor).

Les convertisseurs moteur-générateur sont précieux pour un certain nombre d'avantages. Premièrement, il s'agit d'une isolation galvanique fiable des circuits d'alimentation de sortie et d'entrée. Deuxièmement, la sortie est l'onde sinusoïdale la plus pure sans distorsion ni bruit. L'appareil est de conception très simple et donc la maintenance est assez ingénieuse.

C'est un moyen facile d'obtenir une tension triphasée. L'inertie du rotor lisse les pointes de courant lorsque les paramètres de charge changent brusquement.Et bien sûr, il est très facile de rétablir l'électricité ici.

Pas sans ses défauts. Les transformateurs ont des pièces mobiles et leurs ressources sont donc limitées. Masse, poids, abondance de matériaux et, par conséquent, un prix élevé. Travail bruyant, vibrations. La nécessité d'une lubrification fréquente des roulements, du nettoyage des collecteurs, du remplacement des brosses. L'efficacité est à moins de 70%.

Malgré les inconvénients, les générateurs de moteurs mécaniques sont encore utilisés dans l'industrie de l'énergie électrique pour convertir de grandes puissances. À l'avenir, les générateurs de moteurs pourraient aider à faire correspondre les réseaux 60 et 50 Hz ou fournir des réseaux avec des exigences accrues en matière de qualité de l'alimentation. Dans ce cas, l'alimentation des enroulements du rotor de la machine est possible à partir d'un convertisseur de fréquence à semi-conducteurs de faible puissance.