Зависимость частоты и напряжений от баланса мощности

Остановимся прежде всего на основном и общем для рассматриваемых задач вопросе: выясним, от чего зависят величины частоты и напряжений, устанавливающиеся в электроэнергетической системе.

Каждый из приемников энергии, присоединенных к электрической сети, потребляет активную и реактивную мощности, величины которых, как уже отмечалось ранее, определяются величиной напряжения на его зажимах и частотой. Мощность, идущая на питание приемников энергии и покрытие потерь в сети, соединяющей приемники с некоторой узловой точкой системы, в данном режиме нагрузки зависит только от частоты и величины напряжения в данной узловой точке.

Следовательно, нагрузка любой узловой точки однозначно (в области нормальных значений частоты и напряжения) определяется частотой и напряжением в этой точке.

Статические характеристики нагрузки в некоторой узловой точке представляют собой, как известно, зависимости активной и реактивной мощностей этой нагрузки от напряжения при заданной частоте. Для различных значений частоты может быть построено семейство подобных характеристик (рис. 2).

Рис. 2. Зависимости активной и реактивной мощности от напряжения

Обеспечить в данной узловой точке некоторые заданные значения частоты и напряжения можно, только передавая к ней из системы совершенно определенные величины активной и реактивной мощностей. Эти величины при заданных частоте и напряжении можно определить по соответствующим статическим характеристикам нагрузок. Если почему-либо из внешней сети в узловую точку будет поступать недостаточная активная или реактивная мощность, то заданные значения частоты и напряжения не могут установиться в этой узловой точке: параметры фактического режима будут иными. Рассмотрим несколько детальнее этот вопрос.

Пусть заданные семейства статических характеристик выражаются в неявной форме следующими зависимостями:

Величины активной и реактивной мощностей, притекающих к данной узловой точке системы, зависят как от величины

U и фазы  напряжения в этой узловой точке, так и от величин и фаз напряжений в смежных узловых точках и сопротивлений, соединяющих участки сети.

Допустим сначала для простоты, что напряжения у ближайших узловых точек неизменны по величине и фазе и имеют одинаковую частоту f. Тогда в данной узловой точке установится совершенно определенное напряжение, величина и фаза которого определяются из условия баланса активных и реактивных мощностей: суммарные потоки активной и реактивной мощностей в данную узловую точку (Р_г и Q_г) должны быть равны соответственно активной и реактивной мощностям нагрузки в данной узловой точке (

Р_н и Q_н). При заданной частоте последние будут только функциями напряжения. Тогда

и

Эти два уравнения с двумя неизвестными и позволяют определить U и .

Покажем, как графически решается эта задача. Совместим на одной диаграмме (рис. 3) характеристику P_Н = Ф₁(U), соответствующую заданному значению f, и семейство характеристик P_г=

1(U, ), соответствующих тому же значению f, но при разных значениях . Так как P_Г = P_Н, то из этой диаграммы по точкам пересечения может быть определена зависимость  = Ф(U), соответствующая балансу активных мощностей в узловой точке. Далее аналогичным образом совмещаем на одной диаграмме характеристику Q_H = Ф₂(U) и семейство характеристик Q_Г = ₂(U, ) для различных  (рис. 4) и заданного f. При помощи найденной зависимости  = Ф(U) на каждой из характеристик Q _Г = ₂(U, ) получим точку, находящуюся на характеристике Q_Г = (U). Соединив эти точки, получим всю характеристику Q_Г = (U), соответствующую балансу активных мощностей. Тогда точка пересечения характеристик Q_H = Ф(U) и Q_Г = (U) определяет фактическое напряжение U_Н (рис. 4).

Рис. 3. Определение зависимости угла сдвига (фазы) от величины напряжения

Все наши предыдущие рассуждения относились к случаю неизменности по величине и фазе напряжений в смежных узловых точках и частоты в системе. В действительности такой неизменности нет и напряжения во всех узловых точках могут изменяться по величине и фазе; может также изменяться и частота системы.

Рис. 4. Построение характеристики зависимости Q от U

Однако в системе можно найти такие узловые точки, в которых поддерживается неизменное по величине и фазе или только по величине напряжение или из которых в сеть передается определенная активная мощность.

При определенном впуске энергоносителя и нормальных значениях параметров режима первичный двигатель развивает мощность, зависящую только от частоты сети, и, следовательно, электромагнитная мощность генератора в этих условиях зависит только от частоты:

P_г=Ф(U).

При постоянстве тока возбуждения генератора неизменной является величина э.д.с. генератора E_d, а при наличии регуляторов возбуждения неизменной или почти неизменной будет величина напряжения на его выводах.

В системе должен быть баланс активных и реактивных мощностей: сумма активных и реактивных мощностей всех генераторов должна равняться сумме активных и реактивных мощностей нагрузок всех узловых точек и потерь активной и реактивной мощностей во всех элементах сетей.

Следовательно, частота во всей системе, а также величина и фаза напряжения в каждой из узловых точек установятся как раз такими, которые требуются по условию баланса мощностей.

Пусть в системе установился некоторый режим. Изменим впуск энергоносителя в первичный двигатель одного из генераторов. Угол сдвига ротора этого генератора также изменится. Во всей системе произойдет изменение частоты, а также изменение величин и фаз напряжений во всех узловых точках. Эти изменения будут происходить во времени до тех пор, пока не установится новый режим баланса мощностей в системе. Процесс этот является далеко не таким простым, как можно было бы предполагать. В самом деле, например, уменьшение впуска энергоносителя вызовет уменьшение угла сдвига ротора данного генератора относительно других, активные нагрузки других генераторов возрастут. Появится небаланс на валах каждого из этих генераторов, и они начнут тормозиться. В связи с этим генератор, у первичного двигателя которого уменьшился впуск энергоносителя, также должен начать тормозиться, так как при уменьшении углов сдвига роторов остальных генераторов он должен принять добавочную нагрузку.

Торможение всех генераторов будет приводить к снижению общей частоты в системе. По мере ее снижения будут уменьшаться активные мощности нагрузок узловых точек в соответствии с их частотными статическими характеристиками и увеличиваться мощности всех других генераторов в соответствии со статическими характеристиками регуляторов скорости первичных двигателей.

Оба эти фактора приведут к тому, что при достаточно большом снижении частоты вновь наступит баланс на валу каждого из генераторов; мощности, развиваемые первичными двигателями, будут балансироваться с мощностями нагрузки

генераторов. Дальнейшее снижение частоты прекратится. Необходимо учесть, что снижение частоты вызывает изменение Э.Д.С. всех генераторов, реактивных сопротивлений всех ветвей системы, а, следовательно, и всех напряжений в сети, что в свою очередь приведет к изменению активных и реактивных нагрузок всех узловых точек в соответствии с их статическими характеристиками по напряжению и частоте.

Таким образом, процесс оказывается достаточно сложным.

Рассмотрим другой случай. Пусть уставка регулятора возбуждения на одном из крупных генераторов системы будет снижена. Тогда уменьшится выпуск реактивной мощности от данного генератора, что приведет к снижению напряжения по крайней мере в близлежащем районе электрической сети. Снижение напряжения в свою очередь вызовет уменьшение активных и реактивных нагрузок всех узловых точек в соответствии с их статическими характеристиками по напряжению. Появится небаланс на валу каждого из генераторов; углы сдвига их роторов, а, следовательно, и скорости их вращения будут расти. Это приведет к повышению частоты, так как генераторы, особенно близлежащие, разгрузятся. Частота в системе будет расти, пока не наступит новый баланс, обусловленный ростом активных нагрузок системы. Рост частоты в свою очередь повлияет на увеличение напряжений.

Такова сложная взаимосвязь изменений частоты, напряжения и активных и реактивных мощностей в системе. Однако для решения практических вопросов можно упростить задачу путем некоторой идеализации.

Так, отвлекаясь от изменений напряжений и реактивных мощностей, можно считать, что изменение баланса активных мощностей в системе определенным образом сказывается только на изменении частоты.

Действительно, рост активной нагрузки потребителей или снижение активной мощности генераторов в первую очередь вызывает определенное для данного режима снижение частоты в системе. Практически именно это является наиболее существенным. Менее существенным является то, что это изменение частоты будет в некоторой степени различным в зависимости от того, в какой узловой точке выросла активная нагрузка или у какого именно генератора снизилась активная мощность. Это различие обусловлено влиянием других факторов (напряжений, реактивных мощностей) и не столь велико. Снижение частоты, обусловленное возникновением дефицита активной мощности, обязательно приведет к восстановлению баланса, так как при этом в связи со снижением частоты и напряжений активная нагрузка уменьшается. В то же время регуляторы скорости первичных двигателей и частоты увеличивают впуск энергоносителя, и активная мощность генераторов растет.

Количественное соотношение, т.е. зависимость относительного изменения частоты от относительного небаланса активной мощности, не является неизменным и в зависимости от режима работы системы может колебаться в довольно широких пределах.

Влияние повышения частоты питания на мощность двигателя — Электропривод

Ну, если подходить к вопросам частотного регулирования с точки зрения «как то крутится» то крутиться будет и в диапазоне зменения частоты +/-10% даже будет примерно сохранять свои параметры. Говорить о мощности вообше то бессмысленно, работает крутящий момент, а мощность как раз и есть производная величина, грубо — это момент умноженный на обороты.

Так что мощность может даже рости с увеличением оборотов, вот только нагрузку движок будет тянуть все хуже и хуже

Вот пара примеров:

1. настраиваем ДВС на динамометрическом стенде, естественно, стенд пишет графики момента и мощности. Так вот, малограмотные «дрфтеры-дристеры» видят и понимают только мощность и радуются, как дурачки — график мощности «добежал» аж до 600 л.с. Вот только «странность» на дороге машина нифига не едет. Потому, как эти 600 л.с. были где то в районе 11 т. оборотов, при моменте в пару кг/м.

2. На одном из Московских заводов СМС- стирально-моющих средств в составе технологической линии стояли насосы «Балестро» с частотным регулированием. Один из движков благополучно спалили по разгильдяйству, но разгильдяи ж всегда «умные»! Вот и притулили вместо фирменного движка, специально разработанного для систем с частотным регулированием, первый попавшийся на складе асинхронник аналогичной мощности. Вот только работал и качал пульпу нормально он примерно в диапазоне 45 — 55 гц (примерно в половину производительности линии). Дальше с увеличением частоты обороты почти не росли, мотор грелся как дурной, а в районе 100% производительности насос вообще останавливался. Вылечили просто — приобрели подходящий мотор отечественного производства, предназначенный для частотного регулирования.

Так что можете в меня хоть тапочками, хоть ботинками кидать, но восторгов от частотного регулирования обычного асинхронника я не разделяю.

А на специализированных движках в доке указывается рекомендуемый диапазон частот.

Изменено 26 июня, 2015 пользователем gktuning

Правильная мощность двигателя и преобразователя частоты — Статьи

Дата публикации: 28.03.2018

Производители электродвигателей и частотных преобразователей разработали различные методы для быстрого выбора мощности двигателей и частотных преобразователей под конкретную нагрузку оборудования. Такая же базовая процедура используется большинством инженерных приложений. Однако для инженеров важно четко понимать процедуру выбора.

 

Одна из лучших процедур использует простую нумерацию, основанную на кривых ограничения нагрузки, чтобы сделать основной выбор мощности двигателя. Эта процедура описана ниже. Затем проверяются другие факторы, чтобы обеспечить оптимальную комбинацию двигателя и преобразователя.

Рекомендуются 4 следующих принципа подбора:

Принцип выбора 1: 

Во-первых, базовая скорость должно выбираться таким образом, чтобы двигатель работал как можно с большей скоростью, немного превышающей базовую скорость 50 Гц.

Это желательно, потому что:

• Тепловая мощность двигателя улучшается при f ≥ 50 Гц из-за более эффективного охлаждения на более высоких скоростях.
• Потери коммутации преобразователя минимальны, когда он работает в диапазоне ослабления поля выше 50 Гц.
• При постоянной нагрузке на крутящий момент достигается больший диапазон скорости, когда двигатель работает хорошо в диапазоне ослабления поля с максимальной скоростью. Это означает, что наиболее эффективное использование крутящего момента и скорости привода переменной скорости .

Типичные кривые крутящего момента и мощности при постоянном приводе мощности / крутящего момента

Это может означать экономию средств в виде меньшего двигателя и преобразователя .

Хотя многие производители утверждают, что их преобразователи могут производить выходные частоты до 400 Гц, эти высокие частоты практически не используются, за исключением особых (и необычных) исполнений. Конструкция стандартных каркасных двигателей и снижение пикового крутящего момента в зоне ослабления поля ограничивают их использование на частотах выше 100 Гц.

Максимальная скорость, с которой может запускаться стандартный двигатель с короткозамкнутым ротором , должна всегда проверяться у изготовителя, особенно для более крупных 2-полюсных (3000 об / мин) двигателей более 200 кВт. Шум вентилятора, создаваемый двигателем, также значительно увеличивается по мере увеличения скорости двигателя.

Сравнение крутящего момента, создаваемого 4-полюсным и 6-полюсным двигателями , показано на рисунке 1. Это иллюстрирует более высокую крутящую способность 6-полюсной машины.

Сравнение предельных кривых тепловой мощности для двух двигателей с короткозамкнутым ротором мощностью 90 кВт

a) 90 кВт 4-полюсный двигатель (1475 об / мин)

b) 90 кВт 6-полюсный двигатель (985 об / мин)

Принцип выбора 2:

Выбор двигателя большей мощности просто для того, чтобы быть «безопасным», обычно не рекомендуется, потому что это означает, что также должен быть выбран преобразователь с увеличенным частотным диапазоном. Преобразователи частоты, в частности, ШИМ-тип, рассчитаны на максимальное значение пикового тока, которое представляет собой сумму основных и гармонических токов в двигателе .

Чем больше двигатель, тем больше пиковые токи.

Чтобы избежать этого пикового тока, превышающего расчетный предел, конвертер никогда не должен использоваться с размером двигателя, большим, чем для указанного . Даже когда большой двигатель слегка загружен, его пики гармонических токов высоки.

Принцип выбора 3:

После выбора двигателя достаточно легко выбрать правильный размер преобразователя из каталога производителя . Обычно они рассчитаны на ток (не кВт) на основе определенного напряжения. Это следует использовать только в качестве руководства, поскольку преобразователи всегда должны выбираться на основе максимального непрерывного тока двигателя.

Хотя большинство каталогов основаны на стандартных номинальных значениях мощности двигателя IEC (кВт), двигатели разных производителей имеют несколько разные номинальные токи.

Преобразователи частоты Danfoss

Принцип выбора 4:

Хотя кажется очевидным, двигатель и преобразователь должны быть указаны для напряжения питания и частоты, к которой должен подключаться привод переменной скорости.

В большинстве стран, использующих стандарты IEC, стандартное напряжение питания составляет 380 вольт ± 6%, 50 Гц . В Австралии это 415 В ± 6%, 50 Гц . В некоторых приложениях, где мощность привода очень велик, часто экономично использовать более высокие напряжения для снижения стоимости кабелей. Другие обычно используемые напряжения 500 В и 660 В .

В последние годы преобразователи переменного тока изготавливаются для использования на напряжении 3,3 кВ и 6,6 кВ . Преобразователи частоты рассчитаны на то же выходное напряжение, что и на входе, поэтому оба двигателя и преобразователя должны быть указаны для одного и того же базового напряжения.

Хотя выходная частота преобразователя является переменной, входная частота (50 Гц или 60 Гц) должна быть четко определена, поскольку это может повлиять на конструкцию индуктивных компонентов .

Купить micro drive

Напряжение и частота низковольтных двигателей

Напряжение и частота низковольтных двигателей

Двигатели изготавливаются на номинальные напряжения:

220 В (Δ) / 380 В (Y), 380 В (Δ) / 660 В (Υ), 230 В (Δ) / 400 В (Y),400 В (Δ) / 690 В (Y), 240 В (Δ) / 415 В (Y), 415 В (Δ), 440 В (Y), 500 В (Y) и 500 В (Δ) при частоте 50 Гц.

Односкоростные двигатели на номинальное напряжение 220 В (Δ) / 380 В (Υ), 50 Гц без изменения мощности допускают работу от сети 60 Гц при напряжении 240 В (Δ) / 415 В (Υ).
Односкоростные двигатели на номинальное напряжение 400 В 50 Гц могут быть использованы при частоте сети 60 Гц и напряжении 460-480 В. При этом мощность двигателя может быть повышена на 15 %.
По заказу потребителей двигатели могут быть изготовлены и на другие номинальные напряжения при частоте 50 Гц.

Двигатели имеют исполнения на частоту 60 Гц при номинальных напряжениях 220 В (Δ),) / 380 В (Y), 380 В (Δ) / 660 В (Y), 220 В (YY) / 440 В (Y) и 480 В (Δ).
По заказу потребителей двигатели могут быть выполнены и на другие номинальные напряжения при частоте 60 Гц.

Не стоит забывать, что для эксплуатации на территории в странах СНГ рекомендуется использовать двигатели на 220/380В или 380/660В. Мотор, изначально рассчитанный на 400В, при питании от 380В теряет в КПД до 1.5%, растут потери и рабочая температура активных частей.

В результате эксплуатации электродвигателей, не рассчитанных на работу в РФ появляется ряд негативных последствий, среди которых:

1. • рост энергопотребления и затрат на электроэнергию,
2. • падение надежности и срока службы двигателей.

В соответствии с ГОСТ 28173 (МЭК 60034-1) двигатели могут эксплуатироваться при отклонении напряжения ± 5 % или отклонении частоты ± 2 % и одновременных отклонениях напряжения и частоты, ограниченных зоной “А” ГОСТ 28173 (МЭК 60034-1). При этом параметры двигателей могут отличаться от номинальных, а превышения температуры обмоток могут быть более предельного по ГОСТ 28173 (МЭК 60034-1) на 10 °С.

Двигатели могут стабильно работать при отклонении напряжения ±10 % или отклонении частоты от +3 % до -5 % и одновременных отклонениях напряжения частоты, ограниченных зоной “В” ГОСТ 28173 (МЭК 60034-1). Время работы в крайних пределах зоны “В” рекомендуется ограничивать.

Двигатели, имеющие сервис-фактор 1,15 могут длительно работать при отклонении напряжения ±10 % и номинальной нагрузке.

IAP RAS — Stabilization of the radiation frequency of a gyrotron reflected wave

Ведущиеся в ИПФ работы по мощной СВЧ-электронике известны во всем мире. Одним из наиболее признанных достижений нижегородских физиков является изобретение и доведение до высокого технического уровня гирорезонансных приборов. Сегодня сверхмощные сверхвысокочастотные генераторы, изготавливаемые на Научно-производственном предприятии «ГИКОМ» в кооперации с учёными ИПФ РАН, известны и используются во многих научных центрах мира. Нижегородские физики участвуют в крупнейших мировых проектах, включая сооружение термоядерного реактора ITER во Франции. Этот проект требует применения непрерывных гиротронов с частотой 170 ГГц, мощностью 1 МВт и КПД 50%.

Работы по дальнейшему повышению мощности и эффективности приборов продолжаются. Экспериментально продемонстрированы принципиальные возможности получения с помощью гиротронов ещё большей мощности (1,5–2 МВт) и более высокого (60–70%) КПД. Продолжаются исследования, направленные на создание гиротронов для управляемого термоядерного синтеза (УТС) и, в частности, ведутся работы по созданию мегаваттных приборов с возможностью ступенчатой настройки частоты. Использование таких гиротронов в плазменных установках УТС существенно повышает эффективность электронно-циклотронных систем, а также упрощает антенные системы установок.

В ходе выполнения исследований было установлено, что в гиротронах, как наиболее мощных источниках электромагнитного излучения диапазона миллиметровых волн, к изменению частоты приводит изменение питающего высокого напряжения. На нестабильность частоты также оказывают влияние: изменение тока электронного пучка, изменение энергии частиц из-за временной зависимости, компенсация пространственного заряда и расширение резонатора гиротрона из-за нагрева. Дрейф частоты гиротронов с рабочими частотами 100…300 ГГц может достигать сотен мегагерц, что крайне затрудняет использование гиротронов для диагностики плазмы и, особенно, для спектроскопии. Решить поставленную задачу учёным ИПФ РАН позволил метод использования отражённого сигнала, для чего были изготовлены специальные окна гиротрона. Расчёты оптимального по величине и задержке отражённого сигнала, существенно уменьшающего изменения частоты, подтверждены в экспериментах с гиротронами 10 кВт/28 ГГц и 1 МВт/170 ГГц. В проведённом эксперименте с гиротроном с рабочей частотой 170 ГГц использование оптимизированного отражения позволило обеспечить стабильность рабочей частоты в пределах 2 МГц (см. рисунок).

Предлагаемый подход позволит создать высокостабильные гиротроны для спектроскопии и диагностики плазмы.

А. А. Богдашов, М. Ю. Глявин, Г. Г. Денисов, А. Н. Куфтин, Ю. В. Новожилова, А. В. Чирков, А. П. Фокин.

Зависимость частоты гиротрона от ускоряющего напряжения в отсутствии отражения (красная линия) и при использовании оптимального отражения (синяя линия)Гиротрон с рабочей частотой 170 ГГц, мощностью 1 МВт для международного термоядерного реактора ITER

Преобразователи частоты для насосов систем водоснабжения

В традиционных системах водоснабжения обычно используют самый простой способ регулирования давления в системе – дросселирование. Двигатель насоса в этом случае постоянно работает на номинальных оборотах, а давление в системе после насоса регулируется с помощью с помощью запорной арматуры. Это могут быть вентили, шаровые краны или задвижки. Способ достаточно неэффективный. Если провести аналогию с автомобилем, то это выглядит так, что газ постоянно нажат до упора, а скорость регулируется с помощью педали тормоза.

Одна из особенностей водопроводных систем – это сильные колебания расхода воды в зависимости от времени суток, а также в рабочие и выходные дни. Большинство людей моют посуду, умываются, принимают душ и стирают в утреннее или вечернее время суток. При этом вода практически не расходуется в другое время, например, днем или ночью. Это приводит к значительным суточным колебаниям давления воды в системе. Как следствие возникает ускоренный износ запорной арматуры, труб и недостаточный напор воды в пиковые часы потребления. Так как для каждой конкретной системы мощность насоса берется с некоторым запасом (больше уровня максимально потребления), а моменты пиковых нагрузок по расходу составляют обычно 10-20% от общего времени работы, избыточная мощность насоса остается невостребованной.

Частотные преобразователи позволяют управлять насосами гораздо эффективнее и рациональнее. С их помощью можно изменять скорость вращения двигателя насоса, тем самым регулируя его мощность. Это позволяет затрачивать меньшее количество энергии на поддержание нужного давления в трубопроводе. Реальная экономия электроэнергии при этом достигает 60%, вследствие чего установка частотного преобразователя окупается в течение 1-2 лет. Кроме того, увеличивается ресурс самого насоса за счет плавного пуска и останова двигателя.

Рассмотрим более подробно схему управления насосами с помощью преобразователей частоты (Рис. 1)

Рис.1

Датчик давления измеряет величину давления в системе водоснабжения и передает результат измерения с помощью токового сигнала 4-20 мА на частотный преобразователь (ПЧ). Встроенный в ПЧ ПИД- регулятор обрабатывает аналоговый сигнал с датчика и, соответственно, изменяют частоту питающего напряжения. При этом изменяется и частота вращения ротора двигателя насоса. Таким образом, в системе поддерживается постоянное давление при колебаниях расхода воды. При снижении частоты вращения ротора снижается сила тока, а значит и потребление электроэнергии. Использование частотных преобразователей для управления насосами позволяет изменять «кривую насоса» (зависимость давления от расхода в подающей части системы), подстраивая ее под «кривую системы» (зависимость давления от расхода в потребляющей части системы), за счет регулирования оборотов двигателя и подводимой мощности (Рис. 2).

Рис.2

Основные преимущества от внедрения ПЧ для управления насосами в системах водоснабжения:

1. Сокращение эксплуатационных расходов:
   • на электроэнергию до 60% по сравнению с регулированием давления заслонкой (дросселированием), так как потребляемая насосом мощность N находится к кубической зависимости от оборотов двигателя (N = Nном * n3/nном3), а напор воды прямо пропорционален оборотам двигателя;
   • на ремонт водопровода за счёт «плавного пуска», исключающего гидроудары в системе и, соответственно, разрывы трубопроводов по этой причине;
   • на ремонт насосного оборудования, благодаря увеличению его срока службы в 1,5 — 2 раза за счёт снижения механических нагрузок на узлы насоса при «плавном пуске»;
   • на заработную плату обслуживающему персоналу за счёт автоматизации работы всей системы.
2. Повышение качества водоснабжения, благодаря непрерывному автоматическому поддержанию давления на заданном уровне, независимо от изменения расхода воды.
3. Снижение потерь (утечек) воды на 5-10 % за счёт снижения и стабилизации давления в сети.

Для подбора преобразователя частоты для вашей системы водоснабжения, заполните форму «Получить коммерческое предложение»

Получить коммерческое предложение

Что такое электрическая частота и почему это важно? | Дракс | Drax

Поддержание постоянной частоты нашего источника питания — это тонкий национальный баланс, требующий изменений менее чем за секунду.

Каждый раз, когда вы включаете чайник, зарядное устройство для телефона или любой другой электроприбор в Великобритании, вырабатываемая мощность — это то, что мы называем переменным током (AC). Это означает, что оно чередуется между положительным и отрицательным напряжением.

Это колебание известно как электрическая частота.Переменный ток, который колеблется 50 раз в секунду, как в Великобритании, имеет частоту 50 Гц (50 Гц).

Но какое это имеет значение?

Оборудование в вашем доме, на заводе или в офисе рассчитано на работу на частоте 50 Гц с жесткими допусками, поэтому очень важно поддерживать стабильную частоту нашего источника питания.

Вот почему каждый генератор в Англии, Шотландии и Уэльсе, подключенный к системе передачи высокого напряжения , синхронизируется с каждым другим генератором.Все они соединены вместе и вращаются на частоте 50 Гц, образуя единый стабильный источник питания.

Как регулируется частота?

Изменения спроса и предложения на электроэнергию могут существенно повлиять на частоту сети. Например, если спрос на электроэнергию больше, чем предложения, частота будет падать. Или, если питания будет слишком много, частота возрастет.

И вероятность ошибки очень мала. Фактически, любая мощность с частотой всего на один процент выше или ниже стандартных 50 Гц рискует повредить оборудование и инфраструктуру, если она не исчезнет.Здесь вы можете увидеть, насколько частота в стране в настоящее время отклоняется от 50 Гц.

В Великобритании управление электрической частотой выполняет National Grid . Для обеспечения стабильности энергосистема заключает контракты с такими генераторами, как Drax, электростанция , для предоставления услуг частотной характеристики, поэтому при изменении частоты в сети генерирующие блоки Drax могут реагировать автоматически.

Если частота увеличивается, турбина снижает расход пара. Если частота падает, расход пара увеличивается.В случае энергоблоков на электростанции Drax этот отклик срабатывает менее чем за одну секунду от начального отклонения частоты.

Преобразование частоты генератора: использованная мощность генератора 60 Гц и 50 Гц

Скорость и частота генератора пропорциональны Выходная частота генератора — один из важных параметров, определяющих мощность генератора. Электрическая мощность генератора должна поддерживаться на фиксированной частоте, 50 Гц или 60 Гц, чтобы соответствовать выходной мощности стандартной электрической сети или номинальной частоте ваших приборов.

Частота обычно составляет 60 Гц в США и 50 Гц в Европе. Вы также можете встретить разные изолированные участки одной и той же сети, работающие на разных частотах. Затем становится важным изменить выходную частоту генератора, чтобы она соответствовала частоте питаемых приборов или сети, к которой подключен ваш генератор.

Изменение частоты вращения двигателя для изменения выходной частоты Современные генераторы состоят из двигателя, напрямую подключенного к генератору переменного тока для производства электроэнергии.Один из наиболее распространенных способов изменения выходной частоты генератора — это изменение скорости вращения двигателя.

Эти два фактора связаны согласно следующей формуле — Частота генератора (f) = Число оборотов двигателя в минуту (N) * Число магнитных полюсов (P) / 120 И наоборот, P = 120 * f / N

Согласно приведенной выше формуле, двухполюсный генератор с выходной частотой 60 Гц имеет частоту вращения двигателя 3600 об / мин. Чтобы изменить выходную частоту на 50 Гц для той же конфигурации генератора, необходимо снизить частоту вращения двигателя до 3000 об / мин.Точно так же для 4-полюсного генератора частота вращения двигателя 1800 об / мин дает выходную мощность 60 Гц. Снижение частоты вращения двигателя до 1500 об / мин дает выходную частоту 50 Гц.

В случае небольших или домашних генераторов вы можете изменить настройки оборотов двигателя, сделав несколько изменений на панели управления вашего агрегата. Следуйте инструкциям ниже, чтобы изменить частоту генератора с 60 Гц на 50 Гц:

1. Запустите двигатель генератора и настройте частотомер на панели управления на 50 Гц
2. Проверьте вольтметр переменного тока или потенциометр, в зависимости от обстоятельств, и снимите показания с выходного напряжения генератора.Выходное напряжение уменьшается при уменьшении частоты и может быть ниже желаемого значения
3. Отрегулируйте вольтметр переменного тока или потенциометр на панели управления, пока не получите желаемое выходное напряжение при 50 Гц.
4. Сделав аналогичные изменения на панели управления, вы можете увеличить частоту с 50 Гц до 60 Гц.
5. Если на панели управления не отображается частота, вам необходимо сначала подключить устройство, которое будет измерять частоту во время работы генератора, а затем изменять частоту вращения двигателя.
   Блоки управления генератором осуществляют мониторинг и управление вашим блоком в реальном времени. Встроенные защитные функции автоматически отключают ваш генератор в случае превышения оборотов двигателя или очень низкой выходной частоты. Для получения дополнительной информации о функциях генератора, пожалуйста, прочтите следующую статью, Как работают генераторы ..

Преобразователи частоты

Если вы используете генератор с фиксированной частотой вращения, вы можете подключить к своему устройству преобразователь частоты.Преобразователь частоты представляет собой комбинацию выпрямителя и инвертора. Выпрямитель использует выходной переменный ток генератора (AC) для производства постоянного тока (DC). Затем инвертор преобразует это, чтобы произвести выход переменного тока желаемой частоты. Любое сопутствующее изменение напряжения связано с назначением устройства, а также зависит от приложения, для которого используется преобразователь частоты.

Традиционно преобразователи частоты, такие как роторные преобразователи и мотор-генераторные установки, изготавливались из электромеханических компонентов.С появлением твердотельной электроники они теперь построены как полностью электронные блоки.

Помимо изменения выходной частоты, эти блоки также используются для управления крутящим моментом и скоростью двигателей переменного тока. Преобразователи частоты также находят применение в аэрокосмической промышленности для преобразования частоты 50 Гц или 60 Гц в выходную мощность 400 Гц, которая используется в наземных силовых установках самолетов. Эти системы также используются для управления скоростью вентиляторов и насосов и других нагрузок с переменным крутящим моментом, работающих на переменной скорости.

Электронные генераторные установки с регулируемой скоростью Существует особый класс генераторов, известный как генераторы с электронной регулируемой скоростью, в которых изменение скорости двигателя изменяет скорость генератора переменного тока для автоматического получения выходного сигнала переменной частоты. Затем преобразователь частоты используется для исправления переменного выходного сигнала генератора, чтобы он соответствовал требуемой выходной частоте 50 Гц или 60 Гц.

Использование этого устройства устраняет необходимость в приводе с регулируемой скоростью и трансформаторе.Недостатком этой технологии является то, что электронный компонент, помимо своей дороговизны, не подходит для использования в суровых условиях, в которых обычно работает генератор.

Важно отметить, что они отличаются от генераторов с регулируемой скоростью, которые имеют бесступенчатую трансмиссию (CVT), которая позволяет изменять частоту вращения двигателя, но поддерживает постоянную скорость генератора переменного тока. Это не изменяет выходную частоту, но позволяет генератору изменять выходную мощность генератора для удовлетворения требований переменной нагрузки.

>> Вернуться к статьям и информации <<

Мощность двигателя и крутящий момент в сравнении с частотой ЧРП

Мой январь 2013 г. Pumps & Systems В колонке основное внимание уделялось снижению мощности двигателя (л.с.) по мере уменьшения частоты с помощью частотно-регулируемого привода (ЧРП). У меня было несколько просьб вернуться к этой теме и объяснить взаимосвязь между мощностью и крутящим моментом в широком диапазоне частот.

Взаимосвязь между мощностью и крутящим моментом
Взаимосвязь между мощностью и крутящим моментом, создаваемым электродвигателем, может вызывать некоторое недоумение.Когда этот двигатель управляется частотно-регулируемым приводом, это может сбивать с толку.

В линейной среде работа — это произведение силы, приложенной к объекту, и расстояния, которое объект проходит под действием этой силы:

w = fd

Во вращающейся среде крутящий момент эквивалентен работе, но его значение немного сложнее. Крутящий момент равен приложенной силе, его расстоянию от оси вращения (радиус) и углу (θ) приложения силы:

t = f (r sin θ)

В U.S., крутящий момент выражается в фунт-футах (фунт-фут). Когда я учился в школе, это были фут-фунты (фут-фунты), и я до сих пор использую старое значение. Крутящий момент показывает, сколько работы было выполнено, но не показывает, насколько быстро эта работа завершена.
Мощность — скорость, с которой выполняется крутящий момент (работа):

p = t / время

В США мы используем HP как единицу мощности. Два приведенных ниже уравнения показывают соотношение л.с. и крутящего момента при изменении скорости двигателя. Константа 5 252 является результатом деления исходных данных теста Джеймса Ватта (33 000) на 2 пи (π).

л.с. = (t x об / мин) / 5,252
t = (л.с. x 5,252) / об / мин

В зависимости от соотношения, крутящий момент должен удвоиться, если HP должна оставаться постоянной при уменьшении скорости вдвое. Чтобы обеспечить такую ​​же мощность на более низкой скорости, двигатель должен выполнять вдвое больше работы за оборот, что требует вдвое большего крутящего момента. Вот почему вал и рама двигателя на 900 об / мин обычно больше, чем у двигателя с частотой вращения 1800 об / мин той же мощности.

Введение в частотно-регулируемый привод
Когда скорость двигателя переменного тока регулируется частотно-регулируемым приводом, мощность или крутящий момент будут изменяться в зависимости от изменения частоты.На рисунке 1 представлена ​​графическая иллюстрация этих изменений. Ось X — скорость двигателя от 0 до 120 герц. Ось Y — процент мощности и крутящего момента. При 60 Гц (базовая скорость двигателя) и мощность, и крутящий момент равны 100 процентам. Когда частотно-регулируемый привод снижает частоту и скорость двигателя, он также снижает напряжение для поддержания постоянного отношения вольт / герц. Крутящий момент остается на уровне 100 процентов, но HP уменьшается прямо пропорционально изменению скорости.

При частоте 30 Гц значение HP составляет всего 50 процентов от HP при частоте 60 Гц.Причина этого в том, что общий крутящий момент, создаваемый за единицу времени, также уменьшается на 50 процентов из-за меньшего количества оборотов двигателя. Вы можете использовать уравнения HP и крутящего момента, чтобы проверить эту взаимосвязь.

Рисунок 1. Изменение мощности и крутящего момента с разными частотами

Когда VFD увеличивает частоту выше 60 Гц, мощность и крутящий момент полностью переключаются. HP остается на уровне 100 процентов, а крутящий момент уменьшается с увеличением частоты.Снижение крутящего момента происходит из-за того, что полное сопротивление двигателя увеличивается с увеличением частоты. Поскольку частотно-регулируемый привод не может увеличить напряжение выше напряжения питания, ток уменьшается с увеличением частоты, уменьшая доступный крутящий момент.

Теоретически крутящий момент уменьшается пропорционально отношению базовой скорости к более высокой скорости (60 герц / 90 герц = 67 процентов). В реальных приложениях другие факторы могут снизить фактический доступный крутящий момент значительно ниже теоретических значений, показанных на Рисунке 1.К ним относятся повышенное трение в подшипниках, повышенная нагрузка на вентилятор и дополнительная нагрузка на ротор. Крутящий момент двигателя при полной нагрузке должен быть снижен при работе на скоростях выше 60 герц. Типичные рекомендации производителей по снижению номинальных характеристик предлагают использовать отношение базовой частоты к максимальной частоте для скоростей до 90 герц. На скоростях выше 90 Гц часто используется квадрат отношения.

Конечные пользователи должны проконсультироваться со своим производителем, прежде чем эксплуатировать двигатель со скоростью, превышающей его базовую. Типичные проблемы — баланс ротора, срок службы подшипников и критическая скорость.Высококачественные двигатели с частотой вращения 1800 и 1200 об / мин мощностью до 200 л.с. должны без проблем работать с частотой вращения, в два раза превышающей базовую. Превышение скорости обычно не допускается на двигателях с частотой вращения 3600 об / мин и мощностью более 50 л.с. Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) MG1 предоставляет несколько рекомендаций по превышению скорости, которым должны соответствовать производители.

Вы когда-нибудь совершали ошибку, управляя 230-вольтовым двигателем на 460-вольтовом? Если да, то вы, вероятно, заметили в комнате много дыма. Однако есть приложения, в которых это действительно может работать.Новым способом обеспечения постоянного крутящего момента на скоростях, превышающих базовую, является запуск 230-вольтового двигателя на 460-вольтовом частотно-регулируемом приводе. В этих приложениях привод запрограммирован на обеспечение полного напряжения с частотой 120 Гц, а затем снижает напряжение пропорционально уменьшению скорости. При 90 Гц выходное напряжение будет 345 вольт, а при 60 Гц оно будет соответствовать напряжению, указанному на паспортной табличке двигателя (230 вольт). Отношение вольт / герц остается постоянным 3,83 во всем диапазоне скоростей.

16.4 Энергия и мощность волны — Университетская физика, том 1

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объясните, как энергия распространяется с импульсом или волной
• Опишите, используя математическое выражение, как энергия в волне зависит от амплитуды волны

Все волны несут энергию, и иногда это можно наблюдать напрямую.Землетрясения могут сотрясать целые города до основания, выполняя работу тысяч разрушающих шаров ((Рисунок)). Громкие звуки могут измельчать нервные клетки во внутреннем ухе, вызывая необратимую потерю слуха. Ультразвук используется для глубокой термической обработки мышечных напряжений. Луч лазера может сжечь злокачественное новообразование. Волны на воде разъедают пляжи.

В этом разделе мы исследуем количественное выражение энергии в волнах. Это будет иметь фундаментальное значение при дальнейших обсуждениях волн, от звука до света и квантовой механики.

Волновая энергия

Количество энергии в волне зависит от ее амплитуды и частоты. Землетрясения большой амплитуды вызывают большие смещения грунта. Громкие звуки имеют большую амплитуду давления и возникают из-за вибраций источника с большей амплитудой, чем тихие звуки. Большие океанские буруны взбивают берег больше, чем маленькие. Рассмотрим пример с чайкой и водной волной ранее в этой главе ((Рисунок)). Работа над чайкой выполняется волной, когда чайка движется вверх, изменяя ее потенциальную энергию.Чем больше амплитуда, тем выше волна поднимает чайку и больше изменяется потенциальная энергия.

Энергия волны зависит как от амплитуды, так и от частоты. Если рассматривать энергию каждой длины волны как дискретный пакет энергии, высокочастотная волна будет доставлять больше этих пакетов в единицу времени, чем низкочастотная волна. Мы увидим, что средняя скорость передачи энергии в механических волнах пропорциональна квадрату амплитуды и квадрату частоты.Если две механические волны имеют равные амплитуды, но одна волна имеет частоту, в два раза превышающую частоту другой, более высокочастотная волна будет иметь скорость передачи энергии в четыре раза большую, чем скорость передачи энергии волны. низкочастотная волна. Следует отметить, что хотя скорость передачи энергии пропорциональна квадрату амплитуды и квадрату частоты в механических волнах, скорость передачи энергии в электромагнитных волнах пропорциональна квадрату амплитуды, но не зависит от частота.

Волновая мощность

Рассмотрим синусоидальную волну на струне, создаваемую струнным вибратором, как показано на (Рисунок). Струнный вибратор — это устройство, которое перемещает стержень вверх и вниз. К стержню прикреплена струна с однородной линейной массовой плотностью, и стержень колеблет струну, создавая синусоидальную волну. Удочка действительно воздействует на струну, производя энергию, которая распространяется вдоль струны. Рассмотрим массовый элемент струны массой

, как показано на (Рисунок).Когда энергия распространяется вдоль струны, каждый элемент массы струны движется вверх и вниз с той же частотой, что и волна. Каждый элемент массы струны можно смоделировать как простой гармонический осциллятор. Поскольку струна имеет постоянную линейную плотность

каждый элемент массы струны имеет массу

Рисунок 16.16 Струнный вибратор — это устройство, которое приводит в движение стержень. К стержню прикреплена струна, и стержень действует на струну, перемещая струну вверх и вниз.Это создает в струне синусоидальную волну, которая движется со скоростью волны v. Скорость волны зависит от натяжения струны и линейной плотности струны. Отрезок струны с массой

колеблется с той же частотой, что и волна.

Полная механическая энергия волны складывается из ее кинетической энергии и потенциальной энергии. Кинетическая энергия

каждого массового элемента струны длиной

это

, поскольку элемент массы колеблется перпендикулярно направлению движения волны.Используя постоянную линейную массовую плотность, кинетическая энергия каждого массового элемента струны длиной

это

Дифференциальное уравнение может быть сформировано, если длина элемента массы струны приближается к нулю,

Так как волна представляет собой синусоидальную волну с угловой частотой

положение каждого элемента массы может быть смоделировано как

Каждый элемент массы струны колеблется со скоростью

Кинетическая энергия каждого массового элемента струны становится

Волна может быть очень длинной, состоящей из многих длин волн.Чтобы стандартизировать энергию, рассмотрите кинетическую энергию, связанную с длиной волны. Эту кинетическую энергию можно проинтегрировать по длине волны, чтобы найти энергию, связанную с каждой длиной волны:

С волной также связана потенциальная энергия. Как и масса, колеблющаяся на пружине, существует консервативная восстанавливающая сила, которая, когда элемент массы смещается из положения равновесия, возвращает элемент массы в положение равновесия.Потенциальную энергию элемента массы можно найти, рассматривая линейную восстанавливающую силу струны. В разделе «Колебания» мы увидели, что потенциальная энергия, запасенная в пружине с линейной восстанавливающей силой, равна

.

, где положение равновесия определяется как

Когда груз, прикрепленный к пружине, колеблется в простом гармоническом движении, угловая частота равна

.

Поскольку каждый элемент массы колеблется в простом гармоническом движении, жесткость пружины равна

Потенциальная энергия элемента массы равна

Обратите внимание, что

— жесткость пружины, а не волновое число

.

Это уравнение можно использовать для определения энергии по длине волны.Интегрируя по длине волны, мы можем вычислить потенциальную энергию по длине волны:

Потенциальная энергия, связанная с длиной волны, равна кинетической энергии, связанной с длиной волны.

Полная энергия, связанная с длиной волны, является суммой потенциальной энергии и кинетической энергии:

Усредненная по времени мощность синусоидальной механической волны, которая представляет собой среднюю скорость передачи энергии, связанной с волной, когда она проходит через точку, может быть найдена путем деления полной энергии, связанной с волной, на время, необходимое для передачи. энергия.Если скорость синусоидальной волны постоянна, время прохождения одной длины волны через точку равно периоду волны, который также является постоянным. Таким образом, для синусоидальной механической волны усредненная по времени мощность представляет собой энергию, связанную с длиной волны, деленную на период волны. Длина волны, деленная на период, равна скорости волны

.

Обратите внимание, что это уравнение для усредненной по времени мощности синусоидальной механической волны показывает, что мощность пропорциональна квадрату амплитуды волны и квадрату угловой частоты волны.Напомним, угловая частота равна

.

, поэтому мощность механической волны равна квадрату амплитуды и квадрату частоты волны.

Пример

Питание от струнного вибратора

Рассмотрим струну длиной два метра и массой 70,00 г, прикрепленную к струнному вибратору, как показано на (Рисунок). Натяжение струны составляет 90,0 Н. При включении струнного вибратора он колеблется с частотой 60 Гц и создает на струне синусоидальную волну с амплитудой 4.00 см и постоянная скорость волны. Какова усредненная по времени мощность, подводимая к волне струнным вибратором?

Стратегия

Мощность, подводимая к волне, должна равняться усредненной по времени мощности волны на струне. Мы знаем массу струны

, длина строки

, а напряжение

в строке. Скорость волны на струне может быть получена из линейной плотности массы и натяжения.Струна колеблется с той же частотой, что и струнный вибратор, по которой мы можем определить угловую частоту.

Решение

1. Начнем с уравнения усредненной по времени мощности синусоидальной волны на струне:

   Амплитуда дана, поэтому нам нужно вычислить линейную массовую плотность струны, угловую частоту волны на струне и скорость волны на струне.

2. Нам нужно вычислить линейную плотность, чтобы найти скорость волны:

3. Скорость волны можно найти, используя линейную массовую плотность и натяжение струны:

4. Угловая частота определяется по частоте:

5. Рассчитайте усредненную по времени мощность:

Значение

Усредненная по времени мощность синусоидальной волны пропорциональна квадрату амплитуды волны и квадрату угловой частоты волны.Это верно для большинства механических волн. Если бы угловая частота или амплитуда волны удвоились, мощность увеличилась бы в четыре раза. Усредненная по времени мощность волны на струне также пропорциональна скорости синусоидальной волны на струне. Если бы скорость была увеличена вдвое, увеличив натяжение в четыре раза, мощность также увеличилась бы вдвое.

Проверьте свое понимание

Пропорциональна ли усредненная по времени мощность синусоидальной волны на струне линейной плотности струны?

[show-answer q = ”671846 ″] Показать решение [/ show-answer]
[hidden-answer a =” 671846 ″] На первый взгляд, усредненная по времени мощность синусоидальной волны на струне может выглядеть пропорциональной линейная плотность струны, потому что

, однако, скорость волны зависит от линейной плотности.Замена волновой скорости на

показывает, что мощность пропорциональна квадратному корню из натяжения и пропорциональна квадратному корню из линейной плотности массы:

[/ hidden-answer]

Уравнения для энергии волны и усредненной по времени мощности были выведены для синусоидальной волны на струне. В общем, энергия механической волны и мощность пропорциональны квадрату амплитуды и квадрату угловой частоты (и, следовательно, квадрату частоты).

Другой важной характеристикой волн является их интенсивность. Волны также могут быть концентрированными или распространяться. Например, волны от землетрясения распространяются по большей площади по мере удаления от источника, поэтому они наносят меньший ущерб, чем дальше от источника. Изменение области, покрываемой волнами, имеет важные последствия. Все эти соответствующие факторы включены в определение интенсивности ( I ) как мощность на единицу площади:

, где P — мощность, переносимая волной через область A .Определение интенсивности действительно для любой энергии в пути, в том числе переносимой волнами. Единица измерения интенсивности в системе СИ — ватты на квадратный метр (Вт / м ² ). Многие волны представляют собой сферические волны, исходящие от источника в виде сферы. Например, звуковой динамик, установленный на столбе над землей, может создавать звуковые волны, которые удаляются от источника в виде сферической волны. Звуковые волны рассматриваются более подробно в следующей главе, но в целом, чем дальше вы находитесь от говорящего, тем менее интенсивный звук вы слышите.По мере того как сферическая волна выходит из источника, площадь поверхности волны увеличивается с увеличением радиуса

Таким образом, интенсивность сферической волны равна

.

Если нет диссипативных сил, энергия будет оставаться постоянной по мере удаления сферической волны от источника, но интенсивность будет уменьшаться по мере увеличения площади поверхности.

В случае двумерной круговой волны волна движется наружу, увеличивая длину окружности волны по мере увеличения радиуса круга.Если вы бросите камешек в пруд, поверхностная рябь уйдет в виде круговой волны. По мере удаления пульсации от источника амплитуда уменьшается. Энергия волны распространяется по большей окружности, а амплитуда уменьшается пропорционально

.

а не

как в случае сферической волны.

AC и DC (переменный ток и постоянный ток) — разница и сравнение

Электроэнергия течет двумя способами: переменным током (AC) или постоянным током (DC) .Электричество или «ток» — это не что иное, как движение электронов по проводнику, например по проводу. Разница между переменным и постоянным током заключается в направлении потока электронов. В постоянном токе электроны стабильно движутся в одном направлении, или «вперед». В переменном токе электроны постоянно меняют направление, иногда идя «вперед», а затем «назад».

Переменный ток — лучший способ передавать электричество на большие расстояния.

Таблица сравнения

Таблица сравнения переменного и постоянного тока

	Переменный ток	Постоянный ток
Количество энергии, которое может быть перенесено	Безопасно для передачи на большие расстояния по городу и может обеспечить большую мощность.	Напряжение постоянного тока не может перемещаться очень далеко, пока не начнет терять энергию.
Причина направления потока электронов	Вращающийся магнит вдоль провода.	Постоянный магнетизм вдоль провода.
Частота	Частота переменного тока составляет 50 Гц или 60 Гц в зависимости от страны.	Частота постоянного тока равна нулю.
Направление	Он меняет направление на противоположное при движении по контуру.	Он течет в контуре в одном направлении.
Ток	Это ток, величина которого меняется со временем	Это ток постоянной величины.
Поток электронов	Электроны меняют направление движения — вперед и назад.	Электроны равномерно движутся в одном направлении или «вперед».
Получено от	Генератор переменного тока и сеть.	Элемент или батарея.
Пассивные параметры	Импеданс.	Только сопротивление
Коэффициент мощности	Входит между 0 и 1.	это всегда 1.
Типы	Синусоидальный, трапециевидный, треугольный, квадратный.	Чистый и пульсирующий.

Переменный и постоянный ток. По горизонтальной оси отложено время, а по вертикальной оси — напряжение.

Истоки переменного и постоянного тока

Магнитное поле около провода заставляет электроны течь в одном направлении вдоль провода, потому что они отталкиваются отрицательной стороной магнита и притягиваются к положительной стороне.Так родилась мощность постоянного тока от батареи, в первую очередь благодаря работе Томаса Эдисона.

Генераторы переменного тока

постепенно заменили систему батарей постоянного тока Эдисона, поскольку переменный ток безопаснее передавать на большие расстояния по городу и может обеспечить большую мощность. Вместо постоянного приложения магнетизма к проводу ученый Никола Тесла использовал вращающийся магнит. Когда магнит был ориентирован в одном направлении, электроны текли к положительному положению, но когда ориентация магнита менялась, электроны также вращались.

Видео сравнения переменного и постоянного тока

Применение трансформаторов переменного тока

Еще одно различие между переменным и постоянным током заключается в количестве энергии, которое он может переносить. Каждая батарея предназначена для выработки только одного напряжения, и это напряжение постоянного тока не может перемещаться очень далеко, пока не начнет терять энергию. Но напряжение переменного тока от генератора на электростанции может быть увеличено или уменьшено с помощью другого механизма, называемого трансформатором .Трансформаторы располагаются на электрическом столбе на улице, а не на электростанции. Они изменяют очень высокое напряжение на более низкое, подходящее для вашей бытовой техники, такой как лампы и холодильники.

Хранение и преобразование из переменного тока в постоянный и наоборот

AC можно даже переключить на постоянный ток с помощью адаптера, который вы можете использовать для питания аккумулятора вашего ноутбука. DC можно «подтолкнуть» вверх или вниз, только это немного сложнее. Инверторы изменяют постоянный ток на переменный. Например, для вашего автомобиля инвертор изменит 12 вольт постоянного тока на 120 вольт переменного тока, чтобы запустить небольшое устройство.Хотя постоянный ток можно хранить в батареях, вы не можете хранить переменный ток.

Список литературы

Поделитесь этим сравнением:

Если вы дочитали до этого места, подписывайтесь на нас:

«Переменный ток против постоянного (переменный ток против постоянного)». Diffen.com. Diffen LLC, н.д. Интернет. 17 августа 2021 г. <>

Интеграция солнечной энергии: инверторы и основы сетевых услуг

Если у вас есть бытовая солнечная система, ваш инвертор, вероятно, выполняет несколько функций.Помимо преобразования вашей солнечной энергии в мощность переменного тока, он может контролировать систему и обеспечивать портал для связи с компьютерными сетями. Системы хранения на солнечных батареях и батареях полагаются на современные инверторы для работы без какой-либо поддержки со стороны сети в случае сбоев, если они предназначены для этого.

На пути к сети на основе инвертора

Исторически электроэнергия вырабатывалась в основном за счет сжигания топлива и создания пара, который затем вращает турбогенератор, который вырабатывает электричество.Движение этих генераторов производит переменный ток при вращении устройства, которое также устанавливает частоту или количество повторений синусоидальной волны. Частота сети является важным показателем для контроля состояния электросети. Например, при слишком большой нагрузке — слишком большом количестве устройств, потребляющих энергию, — энергия удаляется из сети быстрее, чем может быть доставлена. В результате турбины замедлятся и частота переменного тока уменьшится. Поскольку турбины представляют собой массивные вращающиеся объекты, они сопротивляются изменениям частоты, так же как все объекты сопротивляются изменениям в их движении, свойство, известное как инерция.

По мере того как в сеть добавляется больше солнечных систем, к сети подключается больше инверторов, чем когда-либо прежде. Генерация на основе инвертора может производить энергию на любой частоте и не обладает такими же инерционными свойствами, как генерация на основе пара, потому что здесь нет турбины. В результате переход на электрическую сеть с большим количеством инверторов требует создания более умных инверторов, которые могут реагировать на изменения частоты и другие сбои, возникающие во время работы сети, и помогать стабилизировать сеть от этих сбоев.

Сетевые услуги и инверторы

Сетевые операторы управляют спросом и предложением электроэнергии в электрической системе, предоставляя ряд сетевых услуг. Сетевые услуги — это действия, которые операторы сетей выполняют для поддержания общесистемного баланса и лучшего управления передачей электроэнергии.

Когда сеть перестает вести себя должным образом, например, при отклонениях напряжения или частоты, интеллектуальные инверторы могут реагировать по-разному. В общем, стандарт для небольших инверторов, таких как те, которые подключены к бытовой солнечной системе, заключается в том, чтобы оставаться включенными во время или «преодолевать» небольшие перебои в напряжении или частоте, а также если сбой длится долгое время или больше, чем обычно. , они отключатся от сети и отключатся.Частотная характеристика особенно важна, потому что падение частоты связано с неожиданным отключением генерации. В ответ на изменение частоты инверторы настроены на изменение выходной мощности для восстановления стандартной частоты. Ресурсы на основе инвертора также могут реагировать на сигналы оператора об изменении выходной мощности при колебаниях другого спроса и предложения в электрической системе; эта услуга сети известна как автоматическое управление генерацией. Для предоставления сетевых услуг инверторы должны иметь источники энергии, которыми они могут управлять.Это может быть либо генерация, например солнечная панель, которая в настоящее время вырабатывает электричество, либо накопление, например система батарей, которую можно использовать для выработки энергии, которая была ранее сохранена.

Другой сетевой сервис, который могут предоставить некоторые передовые инверторы, — это формирование сети. Инверторы, формирующие сетку, могут запускать сеть, если она выходит из строя — процесс, известный как «черный запуск». Традиционным инверторам, работающим по принципу «следования за сетью», требуется внешний сигнал от электрической сети, чтобы определить, когда произойдет переключение, чтобы произвести синусоидальную волну, которую можно ввести в электрическую сеть.В этих системах мощность от сети обеспечивает сигнал, который инвертор пытается согласовать. Более совершенные инверторы, формирующие сетку, могут сами генерировать сигнал. Например, сеть небольших солнечных панелей может назначить один из своих инверторов для работы в режиме формирования сети, в то время как остальные следуют ее примеру, как партнеры по танцам, формируя стабильную сеть без какой-либо генерации на базе турбин.

Реактивная мощность — одна из важнейших составляющих сетевых услуг, которые могут обеспечить инверторы. В сети напряжение — сила, толкающая электрический заряд — всегда переключается взад и вперед, как и ток — движение электрического заряда.Электрическая мощность максимальна, когда напряжение и ток синхронизированы. Однако могут быть случаи, когда напряжение и ток имеют задержки между их двумя чередующимися моделями, например, когда двигатель работает. Если они не синхронизированы, часть мощности, протекающей по цепи, не может быть поглощена подключенными устройствами, что приведет к потере эффективности. Для создания такого же количества «реальной» мощности потребуется больше общей мощности — мощности, которую могут поглотить нагрузки. Чтобы противодействовать этому, коммунальные предприятия поставляют реактивную мощность, которая обеспечивает синхронизацию напряжения и тока и упрощает потребление электроэнергии.Эта реактивная мощность не используется сама по себе, а делает полезными другую мощность. Современные инверторы могут обеспечивать и поглощать реактивную мощность, чтобы помочь сетям сбалансировать этот важный ресурс. Кроме того, поскольку реактивную мощность сложно передавать на большие расстояния, распределенные энергоресурсы, такие как солнечная энергия на крыше, являются особенно полезными источниками реактивной мощности.

Стратегии ведения с использованием высокочастотной осцилляторной вентиляции (HFOV) у новорожденных с использованием высокочастотного осцилляторного вентилятора SensorMedics 3100A

Джонатан М.Klein, MD
Статус экспертной оценки: внутренняя экспертная проверка

SensorMedics 3100A Осцилляторный вентилятор

3100A — это настоящий высокочастотный генератор с поршневым приводом с мембранным уплотнением. Теоретически он способен вентилировать пациентов весом до 30 кг. Дыхательный объем обычно составляет ≈ 1,5–3,0 см 3 / кг (<мертвое пространство). 3100A - чрезвычайно эффективный аппарат ИВЛ, вторичный по отношению к активной фазе выдоха, но он не способен делать вдохи для рекрутирования альвеол.

Начальные настройки

Частота

Первоначально устанавливается на 10 Гц (600 ударов в минуту) для доношенных детей и 15 Гц (900 ударов в минуту) для недоношенных детей (<2,5 кг). Для детей от 6 до 10 кг используйте 8 Гц, а для детей> 10 кг используйте 6 Гц для начальной настройки.

Время вдоха (I.T.)

Первоначально устанавливается на 33% (например, 22 миллисекунды при 15 Гц, 41 миллисекунды при 8 Гц, 55 миллисекунд при 6 Гц).

1) Предупреждение — процент I.T. Никогда не следует увеличивать , потому что это приведет к захвату воздуха и молниеносной баротравме . Всего I.T. следует увеличивать только за счет уменьшения частоты, оставляя, таким образом, постоянное соотношение I: E. ЭТО. может быть уменьшено до 30% для устранения утечек воздуха.

2) Соотношение I: E : ≈ 1: 2 для 3-15 Гц при 33% I.T.

Мощность

Приблизительное представление объема газа, генерируемого каждой высокочастотной волной.Диапазон (1.0 — 10.0). Максимальный истинный объем газа, производимого поршнем, составляет 365 куб. Максимальная амплитуда или объем подачи сильно варьируются и зависят от следующих факторов: контурная трубка (податливость, длина и диаметр), увлажнитель (сопротивление и податливость — уровень воды), диаметр трубы ET и длина (РАСХОД прямо пропорционален ). r ⁴ / l , где r = радиус дыхательных путей и l = длина дыхательных путей), дыхательные пути пациента и комплаентность.

1) Сначала установите POWER на 2.5, если вес <2,0 кг, 3,0, если вес <2,5 кг, 4,0, если вес 2,5 - 4,0 кг, 5,0, если вес, 4,0-5,0 кг, 6,0, если вес <10 ​​кг, 7,0, если вес> 20 кг.

• Проверять ABG каждые 15-20 мин до PaCO ₂ ≈ 40-60 , т.е. титровать настройку МОЩНОСТИ на основе PaCO ₂ желательно.
• Стенка грудной клетки должна вибрировать. Если не вибрирует, увеличьте мощность .
• Во многих центрах HFOV вы заказываете амплитуду или дельту P (ƒ ¢ P) для регулирования вентиляции вместо мощности.Мы решили, что установка Power является более надежным способом регулировки этого вентилятора, и поэтому мы заказываем изменения мощности, чтобы регулировать вентиляцию.

2) Альвеолярная вентиляция прямо пропорциональна МОЩНОСТИ, поэтому уровень ПаСО ₂ обратно пропорционален мощности.

3) Во время HFOV , альвеолярная вентиляция (Ve) ≈ (TV) ² f по сравнению с CMV, где Ve ≈ TV (R).Таким образом, мы в первую очередь регулируем мощность (амплитуду) для изменения дыхательного объема, чтобы управлять вентиляцией.

4) Управление ABG (вентиляция — Ve):

a) Измените МОЩНОСТЬ на 0,2-0,3 для изменения CO ₂ ± 2-4 мм рт. Ст.
b) Измените МОЩНОСТЬ на 0,4-0,7 для изменения CO ₂ ± 5-9 мм рт. МОЩНОСТЬ на 0,8-1,0 для изменения CO ₂ ± 10-15 мм рт. Ст.

5) Предупреждение — Чрезвычайно важно быстро нормализовать PaCO ₂ путем отлучения Power, чтобы избежать волюмологической травмы из-за чрезмерных дыхательных объемов.Часто проверяйте ABG (Q15-20 мин) и соответственно уменьшайте МОЩНОСТЬ до PaCO ₂ > 35. PaCO ₂ <35 коррелирует с повышенным риском пневмоторакса . Таким образом, чтобы свести к минимуму риск волютравмы, важно использовать как можно меньшее количество телевизора (МОЩНОСТЬ или АМПЛИТУДА) для обеспечения вентиляции.

6) Hypercarbia — Если PaCO ₂ все еще остается повышенным при высоком значении МОЩНОСТИ (> 8.0), уменьшайте ЧАСТОТУ на 2 Гц каждые 15-20 минут до достижения максимального дыхательного объема (3-4 Гц при МОЩНОСТИ 10,0). Чем ниже частота, тем длиннее I.T. что приводит к вытеснению большего дыхательного объема газа в сторону младенца. Это увеличенное TV приводит к улучшенной альвеолярной вентиляции (HFOV, Ve ≈ (TV) ² f).

7) Ручная вентиляция : Следует избегать ручной мешки при использовании вентилятора SensorMedics из-за риска баротравмы из-за чрезмерного вздутия живота.Аспирацию следует выполнять только с помощью одного дыхательного аппарата ИВЛ (лучше всего использовать встроенный аспирационный адаптер). Если необходимо выполнить упаковку в мешки, PIP во время упаковки не должен превышать MAP на 8-10 см, а PEEP на уровне 6-8 см следует поддерживать как допустимое.

КАРТА

Оксигенация на HFOV прямо пропорциональна MAP, которая аналогична CMV, однако с SensorMedics HFOV MAP генерируется PEEP. Таким образом, во время HFOV: MAP = PEEP.

1. Начальные настройки MAP:

a) Новорожденные — Начальное MAP должно быть на 2-4 см, выше MAP на CMV.

b) Младенцы / Дети — Начальное MAP должно быть на 4-8 см, выше MAP на CMV.

c) При немедленном запуске HFOV — используйте MAP ≈ 8-10 см для новорожденных и 15-18 см для младенцев / детей.

2. Управление ABG (оксигенация прямо пропорциональна MAP):

a) Если оксигенация недостаточна при начальном САД (12–18 см), сделайте рентгенограмму для оценки объема легких. Если легкое не чрезмерно раздуто (сплющенная диафрагма) или объем легких ниже оптимального в районе 9-10 ребер, увеличивайте MAP на 2-4 см каждые 20-30 минут до тех пор, пока не будет достигнута адекватная оксигенация или легкое не начнет чрезмерно раздуваться. (е.г. FiO ₂ 0,6-0,7 увеличение на 2-4 см, FiO ₂ 1,0 увеличение на 4-8 см).

б) Максимальный потенциал MAP = 40-45 см

c) Предупреждение — Если оксигенация адекватна, но легкое чрезмерно раздуто, немедленно уменьшайте САД на 1-2 см каждые 2-4 часа, пока объемы легких не вернутся к норме. Если позволить легкому оставаться чрезмерно раздутым в течение длительных периодов времени, риск баротравмы резко возрастает.

d) Если оксигенация не приводит к чрезмерному раздуванию легких, вы можете уменьшить частоту, чтобы увеличить I.T. при сохранении постоянного отношения I: E.

Стратегии управления

SensorMedics HFOV обычно используется для недоношенных детей, доношенных детей или маленьких детей с дыхательной недостаточностью, не реагирующей на ЦМВ.

Доношенный ребенок с тяжелой дыхательной недостаточностью (PPHN, MAS, GBS pneumonia, RDS)

• Начните с частоты 10 Гц и мощности от 3,0 до 5,0. Начальная КАРТА на 4 см выше КАРТЫ при использовании CMV. Проверьте рентгенографию через 2 часа после преобразования в HFOV, затем отрегулируйте MAP для достижения оптимального объема легких (расширены 9–10 ребер).
• Если нет оксигенации, увеличивайте САД на 2 см каждый час, пока оксигенация не улучшится. Отрегулируйте мощность, чтобы сохранить PaCO ₂ 45-55.

Утечки воздуха

Пневмоторакс или ПИЕ

• Цель состоит в том, чтобы минимизировать как дыхательные объемы, так и пиковое давление, создаваемое любым телевизором. Практикуйте снисходительную гиперкарбию и принимайте высокие PaCO ₂ , чтобы минимизировать телевизор.
• Допускать временно повышенные требования FiO ₂ (0.6 — 1.0), чтобы свести MAP к минимуму.
• Используйте ЧАСТОТУ 12-15 Гц, чтобы свести к минимуму оба общих I.T. и телевизор, чтобы залечить утечку воздуха.
• Уменьшить I.T. до 30%.

ARDS

Цель состоит в том, чтобы свести к минимуму волюмотравму, баротравму и кислородное отравление. Таким образом, используйте минимально возможную МОЩНОСТЬ при соответствующей ЧАСТОТЕ, чтобы поддерживать PaCO ₂ адекватным (например, 55-65 мм рт. Ст.). Увеличьте MAP настолько высоко, насколько необходимо, чтобы FiO ₂ <1.0. Также уменьшите частоту, чтобы увеличить I.T. для улучшения оксигенации.

RDS

Проведите заместительную терапию сурфактантом, используя ручную упаковку. Старт с частотой 15 Гц, I.T. 33%. Используйте MAP на 8-10 см или на 2 см выше MAP на CMV. Отучите FiO ₂ до <0,50, затем MAP как допустимое, чтобы избежать чрезмерного раздувания. Отключите мощность / амплитуду, чтобы сохранить PaCO ₂ 45-60 мм рт. Наблюдайте за газами крови через 30-60 минут после СРТ до стабилизации и отлучите от груди соответствующим образом, чтобы избежать гипокарбии.

Спасательная терапия для недоношенных детей с RDS

Предназначен для недоношенных новорожденных, которые не могут вентилировать ни с помощью CMV, ни с Infant Star HFV, или которым требуется MAP> 20 см для достижения оксигенации во время использования Infant Star.Используйте начальную частоту 15 Гц, мощность 3,0 — 4,0, MAP на 2 см выше MAP на Infant Star HFV или MAP на 4 см выше MAP на CMV.

BPD

Цель — свести к минимуму волютравму, баротравму, ателектатравму, биотравму и кислородное отравление. Используйте минимальную мощность / амплитуду, чтобы поддерживать PaCO ₂ адекватным (например, 50-70 мм рт. Ст.). Если возможно, увеличьте MAP, чтобы FiO ₂ <0,50. Используй это. 33%. Используйте частоту 10-15 Гц. Используйте более низкие частоты (6-10 Гц), если у вас проблемы с оксигенацией, или используйте более высокие частоты, если есть проблемы с гипокарбией или PIE.

Другие возможные показания

CHF / отек легких, физиотерапия грудной клетки, гипоплазия легких и пациенты после операции на сердце

Не помогает при астме

Повышенный риск захвата воздуха при реактивном заболевании дыхательных путей.

Отлучение от груди

Оксигенация

Когда оксигенация станет адекватной и пациент будет готов к отлучению, выполните следующие действия:

1) Только сначала отучите FiO ₂ до <0,50-0.60, если не чрезмерно надут.

2) После того, как FiO ₂ <0,50-0,60 или чрезмерно раздут, уменьшите MAP на 1 см Q4-8h; если ОКСИГЕНАЦИЯ теряется во время отлучения, увеличьте MAP на 3-4 см, чтобы восстановить объем легких, и снова начните отлучение, но продолжайте медленнее с уменьшением MAP.

3) Минимальное MAP ≈ 8-16 см с FiO ₂ <0,40-0,50, на этом этапе можно преобразовать в CMV или оставаться на HFOV, пока пациент продолжает выздоравливать и расти (например.г., 8-12 см <2,5 кг, 13-16 см> 2,5 кг).

Вентиляция

Уменьшайте МОЩНОСТЬ на 0,2–0,3 единицы за каждое изменение всякий раз, когда PaCO ₂ снижается ниже порогового значения, пока не будет достигнута минимальная МОЩНОСТЬ (1,5–4,0) в зависимости от размера пациента. Если частота ниже стандартной частоты для веса пациента, то сначала отучите ее, увеличив частоту до исходного уровня, что также уменьшает дыхательный объем, а затем уменьшите мощность, как описано.

1) Экстубация — Большинство младенцев готовы к экстубации для испытания NPCPAP, если они соответствуют следующим критериям:

• MAP <10 см
• FiO ₂ <0.40
• Мощность <0,5 для доношенных, <1,5 для недоношенных
• Экстубировать до НПСИПАП 6-9 см.

2) Традиционная вентиляция — Большинство доношенных новорожденных готовы к переходу на традиционную механическую вентиляцию легких (SIMV), если они соответствуют следующим критериям:

• MAP <16-17 см
• FiO ₂ <0,40 - 0,45
• Мощность <4,0
• Для перехода на обычную механическую вентиляцию легких (CMV) используйте MAP на 3-4 см меньше, чем MAP на HFV [e.g., MAP = 16-17 для HFV, используйте MAP 12-13 для CMV (PIP = 26, PEEP = 8, Rate = 40, IT = 0,4)]

Осложнения, связанные с HFOV

Гиперинфляция или баротравма

Уменьшить MAP

Секреты

Увеличьте частоту всасывания

Гипотония

Уменьшить САД и исключить другие причины (например, пневмоторакс, сепсис, обезвоживание и т. Д.).

ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ЧАСТОТЫ НА ВЕНТИЛЯЦИЮ С ПОМОЩЬЮ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ВЕНТИЛЯТОРА SENSORMEDICS.

.