Для чего использовать преобразователь частоты переменного тока VFD?
Сокращение потребления энергии и затрат на лектроэнергию.
Если у вас есть применение, которое не требует постоянной работы на максимальной скорости, вы можете сократить энергозатраты, управляя двигателем с помощью частотно-регулируемого привода, что является одним из преимуществ преобразователей частоты. Преобразователь частоты переменного тока VFD позволяет вам сопоставлять скорость электродвигателя с требуемой нагрузкой. На сегодняшний момент нет другого, более эффективного способа управления электродвигателем переменного тока, который позволит выполнить это.
На сегодняшний момент потребление электроэнергии электродвигателями составляет более 65% мирового энергопотребления. Оптимизация систем управления двигателем путем применения частотных преобразователей способна добится снижения энергопотребления в некоторых случаях до 70%. Кроме того, использование преобразователя частоты улучшает качество продукции и снижает издержки производства.
Увеличение производства за счет более жесткого контроля технологических процессов.
Управляя двигателями с максимальной эффективностью, в технологическом цикле будет происходить меньшее количество ошибок, меньше простоев, что в свою очередь обеспечит более высокий уровень дохода. Так, например, на конвейерах и ремнях с помощью частотного регулирования вы устраняете рывки при запуске, позволяя использовать сквозной старт.
Увеличьте срок службы оборудования и уменьшите обслуживание.
Советуем изучить — Технология монтажа концевых муфт и заделок внутренней установки до 10 кв
Ваше оборудование будет работать дольше и иметь меньше времени простоя из-за технического обслуживания благодаря оптимальному управлению частотой и напряжением. Частотный преобразователь также будет обеспечивать оптимальную защиту электродвигателя от электротермические перегрузок, пропадания фазы, перенапряжения и т. д. Также чатотный преобразователь обеспечит плавный запуск двигателя устранив возможные ударные нагрузки.
Оригинал статьи: What is a Variable Frequency Drive?
Другие способы повышения напряжения
Для того, чтобы увеличить низкое напряжение, существует много разных способов, которыми пользуются многие жильцы квартир и загородных домов.
- Применение автотрансформаторов. Их устройство дает возможность увеличить напряжение на 50 вольт. Они применяются чаще всего в электрических сетях с низким напряжением, в деревне, где напряжение падает часто, и считается обычным явлением. Используя автотрансформатор можно также и уменьшать напряжение. При их выборе следует учитывать мощность, в противном случае они будут сильно нагреваться.
- Низкое напряжение можно привести в норму путем использования умножителя, который является особым устройством, собранным из конденсаторов и диодов. Такие умножители используются для питания кинескопов, увеличивая напряжение до 27 тысяч вольт.
- С помощью электродвижущей силы. Если в источнике энергии можно настраивать ЭДС специальным регулятором, то можно увеличить значение ЭДС этого источника. Повышение напряжения произойдет на столько, на сколько повысится ЭДС.
- Низкое напряжение можно повысить, изменяя сопротивление. Зависимость напряжения от сопротивления, следующая: во сколько уменьшится сопротивление, во столько и увеличится напряжение.
- Если нельзя повысить напряжение одним из этих способов, то можно использовать их совместно. Например, для увеличения напряжения в цепи в 12 раз, нужно повысить ЭДС источника в два раза, снизить длину проводов в два раза, и повысить площадь их сечения в три раза.
Что делать, если низкое напряжение в электрической сети.
Watch this video on YouTube
Повышение переменного напряжения
Разновидности трансформаторов
Наиболее простой способ увеличения переменного напряжения – установка между выходом сети и питаемой нагрузкой повышающего трансформатора. Применяемые на практике устройства делятся на две основные разновидности. Первая — классические трансформаторы, вторая — автотрансформаторы. Схемы этих устройств приведены на рисунке 2.
Рис. 2. Схемы трансформатора и автотрансформатора
Классический трансформатор содержит две обмотки: первичную или входную с числом витков W1, а также вторичную или выходную с числом витков W2. Для трансформатора действует правило Uвыхода = K×Uвхода, где K = W2/W1 – коэффициент трансформации. Таким образом, в повышающем трансформаторе количество витков вторичной обмотки превышает таковое у первичной.
Повышающий авторансформатор содержит единственную обмотку с W2 витками. Сеть подключается на часть W1 ее витков. Повышение U происходит за счет того, что магнитное поле, создаваемое при протекании тока через входную часть общей обмотки, наводит ток уже во всей обмотке W2. Расчетная формула автотрансформатора аналогична обычному: Uвыхода = K×Uвхода, где K = W2/W1 – коэффициент трансформации.
Особенности трансформаторов
Эффективность функционирования трансформаторов наращивают применением сердечника из электротехнической стали. Этот компонент
- увеличивает КПД устройства за счет уменьшения рассеяния магнитного поля в окружающем пространстве;
- выполняет функцию несущей силовой основы для обмоток.
Неизбежные потери на вихревые тока уменьшают тем, что сердечник представляет собой наборный пакет из тонких профилированных изолированных пластин.
При прочих равных условиях целесообразно использовать трансформатор. Это связано с тем, что не пропускает постоянный ток, т.е. обеспечивает гальваническую развязку сети от приемника, позволяя добиться большей электробезопасности.
Особенность трансформатора — его обратимый характер, т.е. в зависимости от ситуации он может одинаково успешно выполнять функции повышающего и понижающего устройства. Единственное серьезное ограничение — необходимость соблюдения штатных режимов работы первичной и вторичной обмоток.
В отличие от компьютерных розеток, называемых RJ45, в различных странах при устройстве бытовых сетей электроснабжения устанавливают различные типа розеток. Известны, например, розетки, немецкого, французского, английского и иных стандартов или стилей. Поэтому на трансформатор малой мощности целесообразно возложить функции адаптера, который за счет разных типов вилок и гнезд обеспечивает механическое согласование сети и нагрузки. Пример такого устройства изображен на рисунке 3.
Рис. 3. Пример обратимого маломощного трансформатора с возможностью согласования типов розеток
Лабораторные автотрансформаторы ЛАТР
Сильная сторона автотрансформатора – простота регулирования выходного напряжения простым перемещением токосъемного контакта по обмотке. Устройства, допускающие выполнение этой опции, известны как лабораторные автотрансформаторы ЛАТР. Отличаются характерным внешним видом за счет наличия регулятора напряжения и вольтметра для его контроля, рисунок 4.
ЛАТР востребованы не только в лабораториях. Они массово применяются в гаражах, на садовых участках и других местах, где из-за перегрузки и износа линии напряжение в розетке оказывается ниже минимально допустимого.
При колебаниях сетевого напряжения вместо обычного ЛАТР целесообразно использовать стабилизатор, куда он входит в виде одного из блоков.
Рис. 4. Внешний вид одного из вариантов ЛАТР
Повышение постоянного напряжения
Общий принцип увеличения постоянного напряжения в произвольное число раз
Трансформаторный способ увеличения напряжения не может применяться в сетях постоянного тока. Поэтому при необходимости решения этой задачи используют более сложные устройства, в основу функционирования которых положена следующая схема: постоянный входной ток используется для питания генератора, с выхода которого снимают переменный сигнал. Переменное напряжение увеличивают тем или иным образом, после чего выпрямляют и сглаживают для получения более высокого постоянного.
Структурная схема такого преобразователя показана на рисунке 5.
Рисунок 5. Обобщенная структурная схема повышающего преобразователя
Отдельные разновидности схем отличаются между собой:
- формой сигнала, снимаемого с выхода генератора (синусоидальное или близкое к нему, пилообразное, импульсное и т.д.);
- принципом увеличения генерируемого напряжения (трансформатор, умножитель);
- типом выпрямления и сглаживания напряжения перед подачей его на выход устройства.
В продаже доступны микроэлектронная элементная база, которая позволяет собирать преобразователи данной разновидности при наличии даже начальных навыков радиомонтажника.
Умножители
Умножители применяют в тех случаях, когда из переменного входного напряжения нужно получить постоянное, которое в кратное количество раз превышает входное.
Существует большое количество схем умножителей. Одна из них показана на рисунке 6.
Рис. 6. Принципиальная схема умножителя
Коэффициент умножения можно нарастить увеличением количества каскадов.
Рис. 7. Еще пример: умножитель в 6 и 8 раз
Рис. 8. Учетверитель напряжения
Общее для таких схем:
- мостовой принцип реализации для увеличения общего КПД устройства;
- использование конденсаторов для накапливания заряда;
- применение диодов как элемента выпрямления.
Параметры тока
Амперметр
Очень важной количественной характеристикой тока является сила тока (величина тока), или просто ток, – скалярная физическая величина, равная величине заряда, который проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени. Но термин «сила тока» не следует воспринимать, как проявление силы в буквальном смысле. В проводниках нет силы
Там есть только движение электрических зарядов
В проводниках нет силы. Там есть только движение электрических зарядов
Но термин «сила тока» не следует воспринимать, как проявление силы в буквальном смысле. В проводниках нет силы. Там есть только движение электрических зарядов.
Если за время t через проводник сечением S протекает Q зарядов, то величина тока выражается формулой
I = Q/t
Единица измерения величины тока в системе СИ – ампер (А). Ток в проводнике равен 1 амперу, если за 1 секунду через проводник протекает заряд величиной в 1 кулон. Измеряют силу тока прибором, который называется амперметром. Он включается последовательно в электрическую цепь.
Для постоянного тока в единицу времени через любое поперечное сечение протекает одинаковое количество электрических зарядов.
Величина, равная отношению силы тока I к площади поперечного сечения проводника S, называется плотностью тока. В системе СИ плотность тока измеряется в А/м2. Конечно, практически невозможно найти проводник с диаметром сечения, равным квадратному метру. По этой причине силу тока принято измерять в А/мм2.
j = I/S
Любой проводник противодействует протеканию по нему электрических зарядов
Поэтому величина тока в проводнике зависит от другой важной величины, называемой сопротивлением. Это физическая величина, характеризующая способность проводника препятствовать прохождению электрического тока. Она обозначается буквой R и определяется по формуле:
Она обозначается буквой R и определяется по формуле:
R = UI,
где U – напряжение, или разность электрических потенциалов, на концах проводника;
I – сила тока, протекающего между концами проводника.
В систем СИ единицей измерения сопротивления является ом.
Разные материалы по-разному сопротивляются движению тока. Поэтому сопротивление проводника зависит от вещества, из которого он сделан, его длины и сечения.
R = ρ ˑ l /S
где ρ – удельное электрическое сопротивление проводника, его способность препятствовать прохождению электрического тока;
l– длина проводника;
S – площадь поперечного сечения проводника.
Каждый источник постоянного электрического тока создаёт стороннее электрическое поле, совершающее работу по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц и перемещению их в электрической цепи. Эту работу производят любые силы не электрического происхождения, которые действуют внутри источника. Они называются сторонними силами. Возникают эти силы по разным причинам. Например, в гальваническом элементе они появляются в результате химических реакций, а в генераторах постоянного тока – при движении проводника в магнитном поле.
Величина, численно равная работе, которую выполняют сторонние силы, перенося единицу положительного заряда по всей замкнутой цепи, называется электродвижущей силой (ЭДС).
где Е – ЭДС; А – работа, совершаемая источником по переносу заряда величиной Q.
Единицей измерения ЭДС в системе СИ является вольт (v, V). ЭДС источника тока равна 1 вольту, если при перемещении заряда, равного 1 кулону, совершается работа в 1 джоуль.
Перенося электрический заряд, источник тока совершает работу А по внутреннему участку (внутри себя самого) и работу А1 по внешнему участку электрической цепи. Поэтому полная работа А = А+ А1. Разделив обе части уравнения на Q, получим
Величина AQназывается падением напряжения на внутреннем участке цепи (U), а A1Q– падением напряжения на внешнем участке цепи (U1).
A = U + U1, а U1 = А – U.
Величина, равная произведению тока на напряжение, называется мощностью. Единица измерения мощности – ватт.
P = IU = I2 R = U2R
Если в электрической цепи есть источник ЭДС, то P = I ˑ ε, где ε – ЭДС.
Принцип работы трансформатора.
Принцип работы трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции.
Если на первичную обмотку подать переменное напряжение U1, то по виткам обмотки потечет переменный ток Io, который вокруг обмотки и в магнитопроводе создаст переменное магнитное поле. Магнитное поле образует магнитный поток Фo, который проходя по магнитопроводу пересекает витки первичной и вторичной обмоток и индуцирует (наводит) в них переменные ЭДС – е1 и е2. И если к выводам вторичной обмотки подключить вольтметр, то он покажет наличие выходного напряжения U2, которое будет приблизительно равно наведенной ЭДС е2.
При подключении к вторичной обмотке нагрузки, например, лампы накаливания, в первичной обмотке возникает ток I1, образующий в магнитопроводе переменный магнитный поток Ф1 изменяющийся с той же частотой, что и ток I1. Под воздействием переменного магнитного потока в цепи вторичной обмотки возникает ток I2, создающий в свою очередь противодействующий согласно закону Ленца магнитный поток Ф2, стремящийся размагнитить порождающий его магнитный поток.
В результате размагничивающего действия потока Ф2 в магнитопроводе устанавливается магнитный поток Фo равный разности потоков Ф1 и Ф2 и являющийся частью потока Ф1, т.е.
Результирующий магнитный поток Фo обеспечивает передачу магнитной энергии из первичной обмотки во вторичную и наводит во вторичной обмотке электродвижущую силу е2, под воздействием которой во вторичной цепи течет ток I2. Именно благодаря наличию магнитного потока Фo и существует ток I2, который будет тем больше, чем больше Фo. Но и в то же время чем больше ток I2, тем больше противодействующий поток Ф2 и, следовательно, меньше Фo.
Из сказанного следует, что при определенных значениях магнитного потока Ф1 и сопротивлений вторичной обмотки и нагрузки устанавливаются соответствующие значения ЭДС е2, тока I2 и потока Ф2, обеспечивающие равновесие магнитных потоков в магнитопроводе, выражаемое формулой приведенной выше.
Таким образом, разность потоков Ф1 и Ф2 не может быть равна нулю, так как в этом случае отсутствовал бы основной поток Фo, а без него не мог бы существовать поток Ф2 и ток I2. Следовательно, магнитный поток Ф1, создаваемый первичным током I1, всегда больше магнитного потока Ф2, создаваемого вторичным током I2.
Величина магнитного потока зависит от создающего его тока и от числа витков обмотки, по которой он проходит.
Напряжение вторичной обмотки зависит от соотношения чисел витков в обмотках. При одинаковом числе витков напряжение на вторичной обмотке будет приблизительно равно напряжению, подаваемому на первичную обмотку, и такой трансформатор называют разделительным.
Если вторичная обмотка содержит больше витков, чем первичная, то развиваемое в ней напряжение будет больше напряжения, подаваемого на первичную обмотку, и такой трансформатор называют повышающим.
Если же вторичная обмотка содержит меньшее число витков, чем первичная, то и напряжение ее будет меньше, чем напряжение подаваемое на первичную обмотку, и такой трансформатор называют понижающим.
Следовательно. Путем подбора числа витков обмоток, при заданном входном напряжении U1 получают желаемое выходное напряжение U2. Для этого пользуются специальными методиками по расчету параметров трансформаторов, с помощью которых производится расчет обмоток, выбирается сечение проводов, определяются числа витков, а также толщина и тип магнитопровода.
Трансформатор может работать только в цепях переменного тока. Если его первичную обмотку подключить к источнику постоянного тока, то в магнитопроводе образуется магнитный поток постоянный во времени, по величине и направлению. В этом случае в первичной и вторичной обмотках не будет индуцироваться переменное напряжение, а следовательно, не будет передаваться электрическая энергия из первичной цепи во вторичную. Однако если в первичной обмотке трансформатора будет течь пульсирующий ток, то во вторичной обмотке будет индуцироваться переменное напряжение частота которого будет равна частоте пульсации тока в первичной обмотке.
Как повысить силу тока в цепи?
Бывают ситуации, когда требуется повысить I, который протекает в цепи, но при этом важно понимать, что нужно принять меры по защите электроприборов, сделать это можно с помощью специальных устройств. Рассмотрим, как повысить силу тока с помощью простых приборов
Рассмотрим, как повысить силу тока с помощью простых приборов.
Для выполнения работы потребуется амперметр.
По закону Ома ток равен напряжению (U), деленному на сопротивление (R). Простейший путь повышения силы I, который напрашивается сам собой — увеличение напряжения, которое подается на вход цепи, или же снижение сопротивления. При этом I будет увеличиваться прямо пропорционально U.
К примеру, при подключении цепи в 20 Ом к источнику питания c U = 3 Вольта, величина тока будет равна 0,15 А.
Если добавить к цепи еще один источник питания на 3В, общую величину U удается повысить до 6 Вольт. Соответственно, ток также вырастет в два раза и достигнет предела в 0,3 Ампера.
Подключение источников питания должно осуществляться последовательно, то есть плюс одного элемента подключается к минусу первого.
Для получения требуемого напряжения достаточно соединить в одну группу несколько источников питания.
В быту источники постоянного U, объединенные в одну группу, называются батарейками.
Несмотря на очевидность формулы, практические результаты могут отличаться от теоретических расчетов, что связано с дополнительными факторами — нагревом проводника, его сечением, применяемым материалом и так далее.
В итоге R меняется в сторону увеличения, что приводит и к снижению силы I.
Повышение нагрузки в электрической цепи может стать причиной перегрева проводников, перегорания или даже пожара.
Вот почему важно быть внимательным при эксплуатации приборов и учитывать их мощность при выборе сечения. Величину I можно повысить и другим путем, уменьшив сопротивление
К примеру, если напряжение на входе равно 3 Вольта, а R 30 Ом, то по цепи проходит ток, равный 0,1 Ампер
Величину I можно повысить и другим путем, уменьшив сопротивление. К примеру, если напряжение на входе равно 3 Вольта, а R 30 Ом, то по цепи проходит ток, равный 0,1 Ампер.
Если уменьшить сопротивление до 15 Ом, сила тока, наоборот, возрастет в два раза и достигнет 0,2 Ампер. Нагрузка снижается почти к нулю при КЗ возле источника питания, в этом случае I возрастают до максимально возможной величины (с учетом мощности изделия).
Дополнительное снизить сопротивление можно путем охлаждения провода. Такой эффект сверхпроводимости давно известен и активно применяется на практике.
Чтобы повысить силу тока в цепи часто применяются электронные приборы, например, трансформаторы тока (как в сварочниках). Сила переменного I в этом случае возрастает при снижении частоты.
Если в цепи переменного тока имеется активное сопротивление, I увеличивается при росте емкости конденсатора и снижении индуктивности катушки.
В ситуации, когда нагрузка имеет чисто емкостной характер, сила тока возрастает при повышении частоты. Если же в цепь входят катушки индуктивности, сила I будет увеличиваться одновременно со снижением частоты.
Чтобы повысить силу тока, можно ориентироваться на еще одну формулу, которая выглядит следующим образом:
I = U*S/(ρ*l). Здесь нам неизвестно только три параметра:
- S — сечение провода;
- l — его длина;
- ρ — удельное электрическое сопротивление проводника.
Чтобы повысить ток, соберите цепочку, в которой будет источник тока, потребитель и провода.
Роль источника тока будет выполнять выпрямитель, позволяющий регулировать ЭДС.
Подключайте цепочку к источнику, а тестер к потребителю (предварительно настройте прибор на измерение силы тока). Повышайте ЭДС и контролируйте показатели на приборе.
Как отмечалось выше, при росте U удается повысить и ток. Аналогичный эксперимент можно сделать и для сопротивления.
Для этого выясните, из какого материала сделаны провода и установите изделия, имеющие меньшее удельное сопротивление. Если найти другие проводники не удается, укоротите те, что уже установлены.
Еще один путь — увеличение поперечного сечения, для чего параллельно установленным проводам стоит смонтировать аналогичные проводники. В этом случае возрастает площадь сечения провода и увеличивается ток.
Если же укоротить проводники, интересующий нас параметр (I) возрастет. При желании варианты увеличения силы тока разрешается комбинировать. Например, если на 50% укоротить проводники в цепи, а U поднять на 300%, то сила I возрастет в 9 раз.
Как повысить силу тока в генераторе?
Ток в генераторе напрямую зависит от параметра сопротивления нагрузки. Чем ниже этот параметр, тем выше ток.
Если I выше номинального параметра, это свидетельствует о наличии аварийного режима — уменьшения частоты, перегрева генератора и прочих проблем.
Для таких случаев должна быть предусмотрена защита или отключение устройства (части нагрузки).
Кроме того, при повышенном сопротивлении напряжение снижается, происходит подсадка U на выходе генератора.
Чтобы поддерживать параметр на оптимальном уровне, обеспечивается регулирование тока возбуждения. При этом повышение тока возбуждения ведет к росту напряжения генератора.
Частота сети должна находиться на одном уровне (быть постоянной величиной).
Рассмотрим пример. В автомобильном генераторе необходимо повысить ток с 80 до 90 Ампер.
Для решения этой задачи требуется разобрать генератор, отделить обмотку и припаять к ней вывод с последующим подключением диодного моста.
Кроме того, сам диодный мост меняется на деталь большей производительности.
После этого требуется снять обмотку и кусок изоляции в месте, где должен припаиваться провод.
При наличии неисправного генератора с него откусывается вывод, после чего с помощью медной проволоки наращиваются ножки такой же толщины.
После припаивания место стыка изолируется термоусадкой.
Следующим этапом требуется купить 8-диодный мост. Найти его — весьма сложная задача, но нужно постараться.
Перед установкой желательно проверить изделие на исправность (если деталь б/у, возможен пробой одного или нескольких диодов).
После установки моста крепите конденсатор, а далее — регулятор напряжения на 14,5 Вольт.
Можно приобрести пару регуляторов — на 14,5 (немецкий) и на 14 Вольт (отечественный).
Теперь высверливаются клепки, отпаиваются ножки и разделяются таблетки. Далее таблетка подпаивается к отечественному регулятору, который фиксируется с помощью винтов.
Остается припаять отечественную «таблетку» к иностранному регулятору и собирать генератор.
