Номинал частоты – 50 Гц – сети переменного тока появился в начале прошлого века и остается неизменным до сих пор. В США он равен 60 Гц, что является отражением конкурентной борьбы между компаниями Westinghouse Electric Corporation, владеющей патентными правами на изобретения Николы Теслы, и General Electric, главным акционером которой был Томас Эдисон. Эта цифра является компромиссом, она дает оптимальное соотношение между уровнем потерь в линиях электропередач и размерами технологического оборудования. Самое интересное в том, что для повседневного использования токи высокой частоты удобнее: меньше размеры электромоторов, трансформаторов. Вся электротехника работает в более комфортных условиях – меньше греется, выдает больше мощности. И, что немаловажно, ток высокой частоты не так опасен для человека, как тот, что сейчас есть в вашей розетке. Чтобы воспользоваться этими преимуществами, достаточно использовать частотный преобразователь. Вот о том, что это, где его можно применить и какие выгоды он вам сулит, мы и поговорим в этой статье.
Как преобразовывается частота тока
Частота электрического тока может быть изменена тремя способами:
-
Электромеханическим.
-
Использованием ключевых схем.
-
Применением инверторов.
Электромеханическое преобразование
Асинхронный двигатель с фазным ротором обладает интересным свойством: если в цепь ротора ввести активное сопротивление, то скорость его вращения уменьшается. Оно используется для плавного запуска электрической машины. С контактных колец ротора можно снимать напряжение, частота которого зависит от скорости вращения. Частотный преобразователь такого типа имеет следующие недостатки: используются две машины вместо одной, частота тока на выходе не может быть выше, чем на входе.
Ключевые схемы
Используются полупроводниковые приборы – тиристоры и симисторы, которые отпираются в момент прохождения синусоидой тока ноля. Время этого срабатывания регулируется, в результате чего получается последовательность импульсов, частота следования которых зависит от их длительности. Такие приборы сильно искажают синусоиду, что для большинства потребителей электричества нежелательно. Например, электродвигатели начинают сильно греться.
Инверторы
Преобразователи частоты этого типа по факту являются источниками незатухающих колебаний. Для этого в их схему вводится выпрямитель тока и колебательный контур на мощных полупроводниках – транзисторах, на выходе которого получают последовательность разнополярных импульсов прямоугольной формы. Частота их следования изменяется блоком широтно-импульсной модуляции и может быть в десятки и сотни раз выше, чем у питающего напряжения. Инверторный частотник – это как раз тот прибор, который позволяет использовать все преимущества токов высокой частоты.
Применение частотных инверторных преобразователей
Инверторный частотный преобразователь применяется в следующих случаях:
— Для стабилизации питающего напряжения – каким бы оно ни было на входе, на выходе будет неизменно качественная синусоида заданного параметра.
— Плавного запуска и управления частотой вращения асинхронных электродвигателей. Если частота питающего тока мала, то их ротор вращается медленно, поэтому существенно снижаются ударные нагрузки в приводах.
— На частотах, которые выше номинальных, трансформаторы работают в менее напряженном режиме, их мощность увеличивается в 1,73 раза. Это свойство можно использовать при подключении устаревших сварочных аппаратов с ручным управлением.
— На частотах до 20 кГц улучшается качество выпрямленного напряжения – уменьшаются выходные пульсации. Поэтому преобразователи частоты инверторного типа можно использовать для питания люминесцентных и светодиодных ламп, схемы драйверов которых содержат так называемые диодные мосты. Вкупе со стабилизацией напряжения это дает увеличение срока службы ламп и улучшает их характеристики – их свет меньше пульсирует и не портит зрение.
— Небольшое – до 75 Гц – повышение частоты питающего напряжения благотворно скажется на всех бытовых электроприборах. Особенно устаревших. Например, на лампах накаливания, компрессорах холодильников. Их режим работы станет менее напряженным, а экономия электроэнергии достигнет 20 процентов.
