Современные линейно-интерактивные ИБП управляются микроконтроллерами, поэтому могут отслеживать не только амплитуду входного напряжения, но и его частоту и форму. И если им что-то не нравится, вся схема сразу же переводится на работу от аккумулятора. При этом электронные «мозги» позволяют фиксировать все сбои (вести статистику), включаться и выключаться по расписанию, иметь режим энергосбережения.
Отдельно следует остановиться на улучшенной разновидности линейно-интерактивных ИБП -- феррорезонансных ИБП (Ferroresonant UPS), в которых применяется принципиально иной способ стабилизации выходного напряжения. Если в линейно-интерактивных UPS регулировка выходного напряжения выполняется путем подключения к тому или иному отводу обмотки автотрансформатора, то здесь эта функция реализована с помощью трансформатора особой конструкции с использованием эффекта магнитного насыщения материала сердечника. Это позволяет, во-первых, избежать ступенчатого изменения напряжения выхода, во-вторых, уменьшить время реакции обратной связи до нуля (благодаря полному отсутствию запаздывающих механизмов переключения обмоток).
Время переключения таких УПС еще меньше, чем у предыдущих -- порядка 2 мс, а форма выходного сигнала близка к синусоиде, что делает линейно-интерактивные ИБП отличным выбором для бытовой электроники (компьютеры, телевизоры, игровые приставки, Wi-Fi-роутеры, различная радиоаппаратура). Стоимость Line Interactive UPS лежит в диапазоне от 2 до 300 тыс. рублей в зависимости от выходной мощности.
Основным преимуществом всех описанных выше типов является высокий КПД, низкий уровень шума.
3.5 Частотный преобразователь
Ротор любого электродвигателя приводится в движение под действием сил, вызванных вращающимся электромагнитным полем внутри обмотки статора. Скорость его оборотов обычно определяется промышленной частотой электрической сети.
Ее стандартная величина в 50 герц подразумевает совершение пятидесяти периодов колебаний в течение одной секунды. За одну минуту их число возрастает в 60 раз и составляет 50х60=3000 оборотов. Такое же число раз проворачивается ротор под воздействием приложенного электромагнитного поля.
Если изменять величину частоты сети, приложенной к статору, то можно регулировать скорость вращения ротора и подключенного к нему привода. Этот принцип заложен в основу управления электродвигателями.
Виды частотных преобразователей по конструкции:
· индукционного типа;
· электронные.
Асинхронные электродвигатели, выполненные по схеме с фазным ротором и запущенные в режим генератора, являются представителями первого вида. Они при работе обладают низким КПД и отмечаются маленькой эффективностью. Поэтому они не нашли широкого применения в производстве и используются крайне редко.
Способ электронного преобразования частоты позволяет плавно регулировать обороты как асинхронных, так и синхронных машин. При этом может быть реализован один из двух принципов управления:
1. по заранее заданной характеристике зависимости скорости вращения от частоты (V/f);
2. метод векторного управления.
Первый способ является наиболее простым и менее совершенным, а второй используется для точного регулирования скоростей вращения ответственного промышленного оборудования.
Отличием второго способа является взаимодействие, влияние устройства управления преобразователя на «пространственный вектор» магнитного потока, вращающийся с частотой поля ротора.
Алгоритмы для работы преобразователей по этому принципу создаются двумя способами:
1. бессенсорного управления;
2. потокорегулирования.
Первый метод основан на назначении определенной зависимости чередования последовательностей широтно-импульсной модуляции (ШИМ)инвертора для заранее подготовленных алгоритмов. При этом амплитуда и частота напряжения на выходе преобразователя регулируются по скольжению и нагрузочному току, но без использования обратных связей по скорости вращения ротора.
Этим способом пользуются при управлении несколькими электродвигателями, подключенными параллельно к преобразователю частоты. Потокорегулирование подразумевает контроль рабочих токов внутри двигателя с разложением их на активную и реактивную составляющие и внесение корректив в работу преобразователя для выставления амплитуды, частоты и угла для векторов выходного напряжения.
Это позволяет повысить точность работы двигателя и увеличить границы его регулирования. Применение потокорегулирования расширяет возможности приводов, работающих на малых оборотах с большими динамическими нагрузками, такими как подъемные крановые устройства или намоточные промышленные станки.
Использование векторной технологии позволяет применять динамическую регулировку вращающихся моментов к трехфазным асинхронным двигателям.
Принцип работы частотного преобразователя. В основу этого устройства, которое еще называют инвертором, заложено двойное изменение формы сигнала питающей электрической сети.
Рисунок 2 - Принцип частотного регулирования
Вначале промышленное напряжение подается на силовой выпрямительный блок с мощными диодами, которые убирают синусоидальные гармоники, но оставляют пульсации сигнала. Для их ликвидации предусмотрена батарея конденсаторов с индуктивностью (LC-фильтр), обеспечивающая стабильную, сглаженную форму выпрямленному напряжению.
Затем сигнал поступает на вход преобразователя частоты, который представляет собой мостовую трехфазную схему из шести силовых транзисторов серии IGBT или MOSFET с диодами защиты от пробоя напряжений обратной полярности. Используемые ранее для этих целей тиристоры не обладают достаточным быстродействием и работают с большими помехами.
Для включения режима «торможения» двигателя в схему может быть установлен управляемый транзистор с мощным резистором, рассеивающим энергию. Такой прием позволяет убирать генерируемое двигателем напряжение для защиты конденсаторов фильтра от перезарядки и выхода из строя.
Способ векторного управления частотой преобразователя позволяет создавать схемы, осуществляющие автоматическое регулирование сигнала системами САР. Для этого используется система управления:
1. амплитудная;
2. ШИМ (широтного импульсного моделирования).
Метод амплитудного регулирования основан на изменении входного напряжения, а ШИМ -- алгоритма переключений силовых транзисторов при неизменном напряжении входа.
Рисунок 3 - Принцип частотного регулирования с обратной связью
При ШИМ регулировании создается период модуляции сигнала, когда обмотка статора подключается по строгой очередности к положительным и отрицательным выводам выпрямителя.
Поскольку частота такта генератора довольно высокая, то в обмотке электродвигателя, обладающего индуктивным сопротивлением, происходит их сглаживание до синусоиды нормального вида.
Рисунок 4 - Широтно-импульсная модуляция
Способы ШИМ управления позволяют максимально исключить потери энергии и обеспечивают высокий КПД преобразования за счет одновременного управления частотой и амплитудой. Они стали доступны благодаря развитию технологий управления силовыми запираемыми тиристорами серии GTO или биполярных марок транзисторов IGBT, обладающих изолированным затвором.
Заключение
Опыта создания нового и модернизация действующего технологического оборудования промышленных предприятий показывает высокую динамику внедрения в электрооборудование промышленности вентильных преобразователей, развития регулируемых электроприводов, компьютерных средств автоматизации, использования информационных средств. Это обусловлено стремлением к максимальному повышению производительности технологического оборудования и качества производимой продукции. Все ведущие электротехнические корпорации выпускают различного типа вентильные преобразователи электрической энергии., регулируемые электроприводы комплектно с компьютерными средствами автоматизации виде гибко программируемых систем, предназначенных для широкого использования. В настоящее время эксплуатируемые в производстве регулируемые электроприводы выполнены на электрических двигателях постоянного тока. На смену регулируемому электроприводу постоянного тока пришел регулируемый электропривод переменного тока, прежде всего на базе асинхронных короткозамкнутых двигателей.