Как работает ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

0:00 Друзья всем привет 1 из главнейших направлений в области энергетики является преобразовательная техника. Существует множество различных типов преобразователей, однако всех их можно разделить на следующие это. Преобразователи, которые преобразуют энергию, энергию постоянного тока в переменный и наоборот энергию переменного тока в постоянные, а также преобразователи используются для преобразования постоянного тока 1. Величины в постоянный ток другой величины и постоянного напряжения 1 величины в постоянное напряжение другой величины, а также их различные комбинации. Однако в данном видео речь пойдет о преобразователях с. помощью которых получают трехфазный переменный ток о том, как получить однофазный переменный ток. Я уже ранее рассказывал в своем видео о принципе работы однофазного инвертора напряжения, ссылка на который будет в. Описании сейчас же наша цель рассмотреть преобразователи, в основе которых лежит либо инвертор. Тока трехфазный, либо инвертор напряжения, точно так же трехфазный. Однако прежде чем мы перейдем к изучению конструкции. И принципа действия трехфазных инверторов или же преобразователей? Давайте несколько вернемся в историю. Как известно, изобретателем 1 электрической машины переменного тока является Никола Тесла, но давайте. же вспомним, почему он пришел такой идеи изобрести свою машину переменного тока до того, то есть до открытия машины переменного тока существовали только машины постоянного тока к этим электрическим машинам. Отвата, как двигатели, так и генераторы. Однако главным недостатком таких электрических машин является непосредственно сам коллектор или же коллекторно щеточный узел. Наличие коллектора в 1 очередь усложняло. Саму конструкцию электрической машины также из за наличия коллекторно щеточного узла. Необходимо было выполнять частые ревизии и осмотр электрических машин. Кроме того, наличие щеток, естественно, приводило к. Стиранию самых щеток, то есть их нужно было постоянно менять, а в точках контакта щетки и коллектора. Естественно, происходило искрение, что в конечном итоге снижало срок службы самих счетах и в целом коллекторно. Щеточного узла, более того, коллектор является не активной частью машины, а активная часть машины. Это та часть которой создается магнитное поле, поэтому при равных размерах машины переменного тока и постоянного. Тока машина переменного тока обладает значительно большей удельной мощностью, то есть мощностью на единицу массы либо длины. В те времена, когда Тесла предложил идею с применением бесколлекторной электрической. Машины за счет применения переменных токов к этому никто, естественно, серьезно не отнесся. То считали, что такую машину попросту сделать нереально и поэтому, с его точки зрения, практически не считались, не считались. Конечно, с его точкой зрения до тех пор, пока он, собственно, не изготовил и не изобрел электрическую машину переменного тока, однако 1 его электрическая машина и основная была двухфазной чуть позже конструкции. Такой машины переменного тока усовершенствовал долива Добровольский и предложил трехфазную систему Тока, которая, кстати, действует и поныне. То есть уже применяется более 100 лет и основным таким надежным? Классическим двигателем переменного тока является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Преимущество такой электрической машины переменного тока с действующими машинами постоянного тока явно очевидны. На них, конечно, стоит остановиться отдельно, и, скорее всего, по этому поводу будет отдельный выпуск, где мы сравним преимущество. Недостатки электрических машин постоянного тока и преимущества, недостатки электрических. Машин переменного тока, однако применение электрических машин переменного тока в качестве тяговых мощных электрических машин, которые можно было бы применять на электровозах электропоездах либо в других. Тяговых транспортных средствах было затруднено долгое время, поскольку для управления скоростью движения такого транспортного средства необходимо было изменять частоту вращения вала асинхронного двигателя, а? Это было не так просто сделать в виду отсутствия мощных полупроводниковых управляемых ключей. В частности, транзисторов, тиристоров и так далее, поэтому на тяговых средствах то есть на электрическом транспорте. В основном применялись долгое время электрические машины постоянного тока, поскольку там не было никаких проблем с регулированием частоты вращения вала двигателя соответственно и регулированием скорости. Движения самого транспортного средства и основное препятствие здесь. Конечно, было в том, что для оптимального регулирования частоты вращения вала на двигателя необходимо было одновременно уметь регулировать и. Частоту и напряжение, то есть упрощенно говоря, применение электрических машин переменного тока сдерживалось долгое время тем, что не было. Наличие полупроводников достаточно мощных и с нормальными коммутационными. Параметрами сейчас это практически не проблема, и уже, наверное, лет, 20 как не проблема. Поэтому современные электровозы электропоезда и, естественно, электромобили применяют преобразователи, в качестве которых. Собственно, чаще всего служат инверторы напряжения, о которых мы сейчас и поговорим. А теперь давайте по нашей традиционной схеме перейдем к бумаге и листу и рассмотрим саму структуру и принцип регулирования или. Управления инвертором напряжения и соответственно инвертором тока и так поехали в основе принципа работы электрической машины переменного тока. В частности, асинхронного электрического двигателя лежит вращающееся. Магнитное поле это то магнитное поле, собственно, которое и открыл Никола Тесла. Для того чтобы получить вращающееся магнитное поле, необходимо наличие для трехфазной машины 3 обмоток, которые размещены в. Пространстве или же в статоре электрической машины под углом 120. ты, конечно, обмоток может быть и больше, то есть, собственно, пар полюсов может быть и больше. Но мы так вкратце рассмотрим самый элементарный простейший. Вариант, поскольку наша цель не рассмотреть принцип действия асинхронной машины, а лишь частично затронуть ее принцип работы. Для того чтобы было проще понимать, что мы хотим, собственно, получить от преобразователя. Напря напряжения либо преобразователя тока трехфазного. И так вот, у нас есть 3 обмотки статора. Эй, Би, Си, которые расположены между собой в пространстве, под углом 120, что более того, токи в каждой из обмоток также. Должны быть смещены между собой на угол 120 или электрических, упрощенно, это можно изобразить следующим образом. Вот у нас есть обмотка, а здесь у нас будет 180 она здесь, где то 120 240. Ну и 360 120 давайте я лучше. Здесь изображу более правдоподобно, 120 где то здесь будет 240 и 360 то есть полное колебание. Это 360 электрических градусов, об этом мы уже подробно рассматривали предыдущих видео, теперь отступаем 120 или вот.

8:35 И здесь будет 2 обмотка, точнее ток будет протекать во 2 обмотке БИ и еще через 120 ты смещенных относительно обмотки б будет протекать ток в 3 обмотке с здесь цель не столь. Красиво изобразить токи и так дальше, а просто напомнить, предполагая, что вы ознакомлены с принципом работы асинхронной машины. То есть необходимо обмотки расположить между собой в? Пространстве сдвинуты на 120 она и токи в каждой обмотке, точно также должны быть сдвинуты между собой на 120 она. Теперь давайте перейдем непосредственно к самому преобразователю. Конечная цель преобразователя получить трехфазное напряжение либо ток в зависимости от этого. Кстати, различают инверторы, тока и инверторы напряжения. Теперь давайте перейдем сначала. К упрощенной структуре преобразователя напряжения существует много различных типов преобразователей, но тем не менее в основе их лежит либо инвертор тока, либо инвертор напряжения. Давайте рассмотрим наиболее классические варианты, наиболее распространенный вариант. У нас есть сеть переменного напряжения 230 Вольт и 50 Герц, а нам необходимо получить. Переменное напряжение, регулируемое как по частоте, так и по напряжению. Поэтому нам необходимо сначала выпрямить переменное напряжение в пульсирующее, далее необходимо сгладить. Это напряжение и уже потом инвертировать с помощью трехфазного инвертора либо напряжение, либо тока и далее. Мы получим трехфазное, которым будем питать асинхронный двигатель.

10:33 Также на вход может подаваться не обязательно 220 вольт, но и 380 вольт. Тогда схема будет или же в целом преобразователь будет отличаться только типом выпрямителя. Кстати, полностью преобразователь предполагает. собой как выпрямитель, так и фильтр, так и инвертор. Хотя иногда отдельно говорят, что все таки инвертор и является преобразователем. Мы же сосредоточим свое внимание вот на данном инверторе и 2 наиболее. Распространенный вариант применяется в тех случаях, когда необходимо преобразовать энергию исключительно постоянного тока. В переменной чаще всего такую энергию получает либо от солнечных панелей или же солнечных. Батарей либо от аккумуляторов, то есть для питания чаще всего электромобилей. Ну, либо электровозов электропоездов, либо различной другой трехфазной нагрузки. Тогда схема будет иметь следующий вид, вот у нас есть.

11:41 Аккумуляторная, так и обозначим ее аккумуляторная батарея и дальше. У нас будет трехфазный инвертор, например, напряжение, который будет питать. Двигатель опять же асинхронной, кстати, обратите внимание. Если мы подаем на вход инвертора, вот + ты напряжение от аккумуляторной батареи, то мы не. Применяем конденсатор с, но мы данный конденсатор не применяем не только потому, что здесь нет необходимости сглаживать какое то пульсирующее. Напряжение, но и по той причине, что если мы используем инвертор напряжения, то в непроводящие полупериоды или там части периода ток может возвращаться. Или же протекать по пути назад, то есть встречно полюсам аккумуляторной батареи? Если мы же мы будем применять выпрямитель, то нам в любом случае. Необходимо устанавливать конденсатор, во 1 необходимо сглаживать выпрямленное напряжение. А во 2 в непроводящий период времени ток будет протекать в. обратном направлении, то есть от минуса к плюсу о назначении данного конденсатора. Я подробно рассказывал видео, которое посвящено принципу действия. И работы однофазного инвертор напряжения, поэтому на данном конденсаторе я здесь останавливаться не буду, и поэтому для простоты мы преобразуем или. же упростим нашу схему до следующего. Вот у нас есть источник питания, + мужчин. Дальше пусть будет конденсатор, дальше трехфазный инвертор напряжения.

13:34 И двигатель или же мотор м давайте теперь рассмотрим, как устроен, и работает трехфазный инвертор напряжения. Чаще всего инвертор напряжения состоит из 3 фазных модулей или же из. 6 Полупроводниковых ключей, которые шунтированы в обратном направлении диодами в качестве полупроводниковых ключей. Я буду изображать ай же бити транзисторы, мне так привычней это. У нас будет в этой 1 1 транзистор, 2 и таких нам нужно 3 пары транзисторов. Покажем все эти 6 транзисторов данные транзисторы включаются по следующей схеме, сюда мы будем подавать. + А сюда, ты здесь поставим конденсатор, хотя мы помним, что он может быть здесь, а может, и не быть. В зависимости от того, что собой представляет источник постоянного напряжения либо. Это аккумуляторная батарея, тогда можно обойтись без конденсатора, либо это выпрямитель, тогда без конденсатора этого мы уже не обойдемся. Все транзисторы должны быть шунтированы. Обратными диодами или же диодами, включенными в обратном направлении. Здесь они выполняют роль не только защиты транзистора, но и поскольку нагрузка у нас индуктивная, то мгновенное. Переключение транзисторов произойти не может, и некоторую часть периода ток будет протекать в прежнем направлении. Поэтому ему необходимо наличие соответствующих диодов об этом я. Опять же, повторюсь, подробно рассказываю. В принципе действия однофазного инвертора напряжения ссылка, на который будет в описании. И теперь смотрите вот сюда, мы будем подключать.

15:26 1 Обмотку, например, обмотку сюда. 2 Обмотку Би. И сюда будем подключать 3 обмотку Си. Обмотки соедини между собой по схеме звезды. Теперь наша задача или же точнее задача данного инвертора заключается в том, чтобы сформировать из постоянного напряжения переменное. Напряжение в обмотках Эй, Би Си, как это будет происходить? Это можно разделить на несколько моментов времени, 1 момент времени. Давайте напишем, 1 будут открыты транзисторы 1 в этой 1.

16:12 В этой 1 потом в этой 2 в это 3 сначала пронумеруем их всех в этой 4 в этой. Кстати, обратите внимание, что если эти транзисторы будут открыты одновременно 2 в любой паре, то попросту произойдет короткое замыкание цепи, поэтому, естественно, не допускается одновременное открытие. 2 Транзисторов, находящийся в так называемой фазе. Давайте посмотрим, как будет протекать топ. В 1 момент времени, 1 момент времени у нас будут открыты транзисторы в этой 1 тогда ток пойдет от плюса.

16:57 Через ВТ 1 далее войдет в обмотку Эй и выйдет через обмотку Би и Си. То есть будут открыты транзисторы в это 5 и в это 6? Давайте запишем так 1 момент времени открытые транзисторы в этой 1 и ВТ 5 ВТ. 6 Ток будет протекать по следующей цепи, покажу отдельно здесь для обмоток.

17:28 Будет, Эй, это, Би, это Си, вот он зайдет ток в обмотку, а то есть будет целиком протекать через обмотку, а и здесь половина тока будет протекать через. Обмотку Б и половина через обмотку ц. Следующий момент времени откроются транзисторы ВТ 2 и Ток пойдет по следующему пути далее через транзистор в т 2.

17:58 То есть через обмотку б он зайдет и выйдет через обмотку. Эй и через обмотку Си, то есть будут открыты транзисторы, ВТ 2 ВТ 4 и ВТ 6 ВТ 2 ВТ, 4 и ВТ, 6 будет следующая картина. Точно так же все будет происходить, только здесь будет обмотка Б. А. Здесь обмотка и и обмотка си ток будет полностью проходить через обмотку, а и дальше разделяться между обмоткой б и обмоткой ц, то есть между обмоткой, а и обмоткой. С и следующий основной 3 момент времени произойдет следующее транзистор в т 3.

18:52 И то пойдет через обмотку ц, зайдет в обмотку ц и выйдет через обмотки Б. И. А то есть будут открыты транзисторы, ВТ 3 ВТ, 5 и ВТ, 4 то есть ВТ 3 ВТ, 4 ВТ, 4 ВТ 5 3 момент времени.

19:14 Открываются транзисторы ВТ, 3 естественно, остальные транзисторы будут закрыты, то есть будет работать только 3 транзистора в этой 3. 5 И мы получим следующую схему, здесь у нас будет обмотка с будет ток в нее входить и выходить через обмотки, а и б далее. Процесс будет снова повторяться, опять откроются транзисторы в этой 1 в это 5 в это 6 и так далее. Таким образом, в каждый момент времени, причем через равные промежутки времени приблизительно у нас. Сначала ток будет в 1 обмотке больше, чем во 2, например, сначала ток в обмотке, а будет больше, чем в обмотке б, потом следующий. Момент времени ток в обмотке б будет уже больше, чем в обмотке, а и ц. И в следующий момент времени ток в обмотке будет больше, чем в обмотках, а и б таким образом мы получим. Конечно, не такие идеальные синусоиды, тока и так. Дальше, но тем не менее получим такую же аналогию, а для того, чтобы получить уже идеальные синусоиды тока, необходимо применять шим. Собственно, сейчас практически везде применяется и шим, то есть транзистор в этой 1 не. Просто включился, вот, например, давайте здесь покажем, 0 а здесь какое то величину 1 включился, а он будет включаться уже согласно закону шим. То есть сначала, например, на короткий промежуток времени, потом на больший и потом? Опять на короткий и так дальше итог. Естественно, в обмотке двигателя будет нарастать более плавно, но об этом мы поговорим отдельно в следующий раз. Теперь то, что касается инвертора тока, чем же отличается инвертор тока? От инвертора напряжения, хотя в большинстве случаев применяется инвертор напряжения. Но тем не менее необходимо, но тем не менее в некоторых случаях может применяться и инвертор тока. Кстати, основным отличием инвертора тока. От инвертора напряжения является наличие индуктивности, которая выполняет роль источника тока вместо емкости. То есть выглядит такая схема следующим образом? Здесь у нас будет источник постоянного тока, здесь катушка Эль.

21:44 Большой индуктивности и, например, те же 6 транзисторов только здесь уже обратите внимание. Здесь уже нет необходимости в применении обратных диодов, то есть. Достаточно иметь просто 6 ключей без обратных диодов, раз 2 фазный модуль. И 3 здесь у нас точно так же будем мы подключаться к обмотке, а здесь точка к обмотке Б.

22:19 И к обмотке Ц. Но здесь обратите внимание, вот ключ, например, давайте их обозначим 2 ВТ 3 ВТ 4 ВТ, 5 и ВТ 6. Здесь будет здесь, будет следующее отличие, будет открыты всего лишь 1 пара ключей. Например, в этой 1 и в это, 5 когда ток у нас пойдет, когда будут ключи. Открытые в этой 1 и в этой 5 через обмотку, а полностью и через обмотку Б и дальше на ты. В следующий момент времени, например, ток будет протекать через транзистор ВТ 3. Тогда вы тогда он будет протекать через обмотку Ц и, например, через обмотку Б.

23:13 Будет точно так же возвращаться и еще в 1 момент времени. Ток у нас будет протекать через обмотку, а и ц, то есть при использовании. При использовании инвертора тока у нас смотрите, как будет происходить у нас будут. Вот 2 обмотки постоянно включены и будет протекать ток через них, а Б. А. 3 Она не будет подсоединена, вот обмотка цель не будет подсоединена. Затем, например, обмотка, а будет отсоединена, а ток будет протекать через обмотку Б и Ц.

23:59 Например, в этом направлении и 3 такой момент будет это, когда Ток будет протекать через обмотку или через обмотки, а? И ц. Но не будет протекать через обмотку, б то есть обмотка, б будет отключена. И точно так же будет получено вращающееся магнитное поле, которое, собственно, позволит и вращаться валу асинхронной электрической машины. Однако в большинстве случаев и, в частности, из за наличия внешней жесткой характеристики. Инвертора напряжения применяет именно вот такую схему, то есть использует инвертор напряжения. Наверное, в 90-ты случаях и лишь изредка инверторы тока. Ну что ж, а на этом мы закончим 1 знакомство с преобразователями, конечно. Мы здесь рассмотрели не все вопросы, но продолжение будет, в частности, будет рассмотреть такие интересные вопросы, связанные с шим регулированием подобных преобразователей с оптимальным законом регулированием и еще много. Других интересных вопросов, а на этом все всем спасибо за внимание. Если это тема вызывает интерес, подписывайтесь на канал, пишите в комментариях, и мы более детально уже рассмотрим работу подобных преобразователей всем пока.

Расшифровка сделана автоматически (Yandex SpeechKit) и может содержать ошибки в терминах.