- Λειτουργία τεσσάρων τεταρτημορίων σε διπλό μετατροπέα
- Αρχή
- Πρακτικός διπλός μετατροπέας
- 1) Λειτουργία διπλού μετατροπέα χωρίς κυκλοφορία ρεύματος
- 2) Λειτουργία διπλού μετατροπέα με ρεύμα κυκλοφορίας
- 1) Διφασικός μετατροπέας μονοφασικού
- 2) Τριφασικός διπλός μετατροπέας
Στο προηγούμενο σεμινάριο έχουμε δει πώς σχεδιάζεται ένα κύκλωμα τροφοδοσίας διπλής ισχύος, τώρα μαθαίνουμε για τους διπλούς μετατροπείς, οι οποίοι μπορούν να μετατρέψουν ταυτόχρονα AC σε DC και DC σε AC. Όπως υποδηλώνει το όνομα, ο Dual Converter έχει δύο μετατροπείς, ένας μετατροπέας λειτουργεί ανορθωτής (Μετατρέπει AC σε DC) και άλλος μετατροπέας λειτουργεί ως μετατροπέας (μετατρέπει DC σε AC). Και οι δύο μετατροπείς συνδέονται πλάτη με πλάτη με κοινό φορτίο όπως φαίνεται στην παραπάνω εικόνα. Για να μάθετε περισσότερα για το Rectifier και το Inverter, ακολουθήστε τους συνδέσμους.
Γιατί χρησιμοποιούμε τον διπλό μετατροπέα; Εάν μόνο ένας μετατροπέας μπορεί να τροφοδοτήσει το φορτίο, τότε γιατί χρησιμοποιούμε δύο μετατροπείς; Αυτές οι ερωτήσεις μπορεί να προκύψουν και θα λάβετε την απάντηση σε αυτό το άρθρο.
Εδώ έχουμε δύο μετατροπείς συνδεδεμένους πλάτη με πλάτη. Λόγω αυτού του τύπου σύνδεσης, αυτή η συσκευή μπορεί να σχεδιαστεί για λειτουργία τεσσάρων τεταρτημορίων. Αυτό σημαίνει ότι τόσο η τάση φορτίου όσο και το ρεύμα φορτίου γίνονται αναστρέψιμα. Πώς είναι δυνατή η λειτουργία τεσσάρων τεταρτημορίων στον διπλό μετατροπέα; Αυτό θα δούμε περαιτέρω σε αυτό το άρθρο.
Γενικά, οι διπλοί μετατροπείς χρησιμοποιούνται για τις μονάδες DC αναστρέψιμης ή τις μονάδες DC μεταβλητής ταχύτητας. Χρησιμοποιείται για εφαρμογές υψηλής ισχύος.
Λειτουργία τεσσάρων τεταρτημορίων σε διπλό μετατροπέα
Πρώτο τεταρτημόριο: τάση και ρεύμα και τα δύο θετικά.
Δεύτερο τεταρτημόριο: η τάση είναι θετική και το ρεύμα είναι αρνητικό.
Τρίτο τεταρτημόριο: τάση και ρεύμα αμφότερα αρνητικά.
Τέταρτο τεταρτημόριο: η τάση είναι αρνητική και το ρεύμα είναι θετικό.
Από αυτούς τους δύο μετατροπείς, ο πρώτος μετατροπέας λειτουργεί σε δύο τεταρτημόρια ανάλογα με την τιμή της γωνίας πυροδότησης α. Αυτός ο μετατροπέας λειτουργεί ως ανορθωτής όταν η τιμή του α είναι μικρότερη από 90˚. Σε αυτήν τη λειτουργία, ο μετατροπέας παράγει θετική μέση τάση φορτίου και ρεύμα φορτίου και λειτουργεί στο πρώτο τεταρτημόριο.
Όταν η τιμή του α είναι μεγαλύτερη από 90˚, αυτός ο μετατροπέας λειτουργεί ως μετατροπέας. Σε αυτή τη λειτουργία, ο μετατροπέας παράγει αρνητική μέση τάση εξόδου και η κατεύθυνση του ρεύματος δεν αλλάζει. Γι 'αυτό το ρεύμα φορτίου παραμένει θετικό. Στην πρώτη λειτουργία τεταρτημορίου, η ενέργεια μεταφέρεται από την πηγή στο φορτίο και στην τέταρτη λειτουργία τεταρτημορίου, η ενέργεια μεταφέρεται από το φορτίο στην πηγή.
Ομοίως, ο δεύτερος μετατροπέας λειτουργεί ως ανορθωτής όταν η γωνία πυροδότησης α είναι μικρότερη από 90˚ και λειτουργεί ως αναστροφέας όταν η γωνία πυροδότησης α είναι μεγαλύτερη από 90˚. Όταν αυτός ο μετατροπέας λειτουργεί ως ανορθωτής, η μέση τάση εξόδου και το ρεύμα και τα δύο είναι αρνητικά. Λοιπόν, λειτουργεί στο τρίτο τεταρτημόριο και η ροή ισχύος είναι από φορτίο σε πηγή. Εδώ, ο κινητήρας περιστρέφεται σε αντίστροφη κατεύθυνση. Όταν αυτός ο μετατροπέας λειτουργεί ως μετατροπέας, η μέση τάση εξόδου είναι θετική και το ρεύμα είναι αρνητικό. Λοιπόν, λειτουργεί στο δεύτερο τεταρτημόριο και η ροή ισχύος είναι από φορτίο σε πηγή.
Όταν η ροή ισχύος από φορτίο σε πηγή, ο κινητήρας συμπεριφέρεται σαν γεννήτρια και αυτό καθιστά δυνατή την αναγεννητική διακοπή.
Αρχή
Για να κατανοήσουμε την αρχή του διπλού μετατροπέα, υποθέτουμε ότι και οι δύο μετατροπείς είναι ιδανικοί. Αυτό σημαίνει ότι παράγουν καθαρή τάση εξόδου DC, δεν υπάρχει κυματισμός στους ακροδέκτες εξόδου. Το απλοποιημένο ισοδύναμο διάγραμμα του διπλού μετατροπέα είναι όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.
Στο παραπάνω διάγραμμα κυκλώματος, ο μετατροπέας θεωρείται ως ελεγχόμενη πηγή τάσης DC και συνδέεται σε σειρά με τη δίοδο. Η γωνία πυροδότησης των μετατροπέων ρυθμίζεται από ένα κύκλωμα ελέγχου. Έτσι, οι τάσεις DC και των δύο μετατροπέων είναι ίσες σε μέγεθος και αντίθετες στην πολικότητα. Αυτό καθιστά δυνατή την οδήγηση ρεύματος σε αντίστροφη κατεύθυνση μέσω του φορτίου.
Ο μετατροπέας που λειτουργεί ως ανορθωτής ονομάζεται μετατροπέας θετικής ομάδας και ο άλλος μετατροπέας που λειτουργεί ως μετατροπέας ονομάζεται μετατροπέας αρνητικής ομάδας.
Η μέση τάση εξόδου είναι συνάρτηση της γωνίας πυροδότησης. Για μονοφασικό μετατροπέα και τριφασικό μετατροπέα, η μέση τάση εξόδου έχει τη μορφή των παρακάτω εξισώσεων.
E DC1 = E max Cos⍺ 1 E DC2 = E max Cos⍺ 2
Όπου α 1 και α 2 είναι η γωνία πυροδότησης του μετατροπέα-1 και του μετατροπέα-2 αντίστοιχα.
Για μονοφασικό διπλό μετατροπέα, E max = 2E m / π
Για, τριφασικό διπλό μετατροπέα, E max = 3√3E m / π
Για, ιδανικό μετατροπέα, E DC = E DC1 = -E DC2 E max Cos⍺ 1 = -E max Cos⍺ 2 Cos⍺ 1 = -Cos⍺ 2 Cos⍺ 1 = Cos (180⁰ - ⍺ 2) ⍺ 1 = 180⁰ - ⍺ 2 ⍺ 1 + ⍺ 2 = 180⁰
Όπως συζητήθηκε παραπάνω, η μέση τάση εξόδου είναι συνάρτηση της γωνίας πυροδότησης. Αυτό σημαίνει ότι για την επιθυμητή τάση εξόδου πρέπει να ελέγξουμε τη γωνία πυροδότησης. Ένα κύκλωμα ελέγχου γωνίας πυροδότησης μπορεί να χρησιμοποιηθεί έτσι ώστε, όταν το σήμα ελέγχου Ε γ αλλαγές, ψήσιμο γωνία α 1 και α 2 θα αλλάξει κατά τέτοιο τρόπο ώστε θα ικανοποιήσει παρακάτω γράφημα.
Πρακτικός διπλός μετατροπέας
Πρακτικά δεν μπορούμε να υποθέσουμε και τους δύο μετατροπείς ως ιδανικό μετατροπέα. Εάν η γωνία πυροδότησης των μετατροπέων έχει ρυθμιστεί με τέτοιο τρόπο ώστε ⍺ 1 + ⍺ 2 = 180⁰. Σε αυτήν την κατάσταση, η μέση τάση εξόδου και των δύο μετατροπέων είναι ίδια σε mm αλλά αντίθετα στην πολικότητα. Αλλά λόγω της τάσης κυματισμού, δεν μπορούμε να πάρουμε ακριβώς την ίδια τάση. Έτσι, υπάρχουν στιγμιαία διαφορά τάσης στους ακροδέκτες DC των δύο μετατροπέων που παράγουν τεράστιες γ τρέχουσα irculating μεταξύ των μετατροπέων και ότι θα εισρεύσουν μέσω του φορτίου.
Επομένως, στον πρακτικό διπλό μετατροπέα, είναι απαραίτητο να ελέγχεται το ρεύμα κυκλοφορίας. Υπάρχουν δύο τρόποι ελέγχου του κυκλοφορούντος ρεύματος.
1) Λειτουργία χωρίς κυκλοφορία ρεύματος
2) Λειτουργία με ρεύμα κυκλοφορίας
1) Λειτουργία διπλού μετατροπέα χωρίς κυκλοφορία ρεύματος
Σε αυτόν τον τύπο διπλού μετατροπέα, μόνο ένας μετατροπέας βρίσκεται σε αγωγή και ένας άλλος μετατροπέας είναι προσωρινά αποκλεισμένος. Έτσι, κάθε φορά λειτουργεί ένας μετατροπέας και ο αντιδραστήρας δεν απαιτείται μεταξύ των μετατροπέων. Σε μια συγκεκριμένη στιγμή, ας πούμε ότι ο μετατροπέας-1 λειτουργεί ως ανορθωτής και τροφοδοτεί το ρεύμα φορτίου. Αυτή τη στιγμή, ο μετατροπέας-2 αποκλείεται αφαιρώντας τη γωνία πυροδότησης. Για τη λειτουργία αναστροφής, ο μετατροπέας-1 είναι αποκλεισμένος και ο μετατροπέας-2 τροφοδοτεί το ρεύμα φορτίου.
Οι παλμοί στο μετατροπέα-2 εφαρμόζονται μετά από χρόνο καθυστέρησης. Ο χρόνος καθυστέρησης είναι περίπου 10 έως 20 msec. Γιατί εφαρμόζουμε χρόνο καθυστέρησης μεταξύ της αλλαγής λειτουργίας; Εξασφαλίζει αξιόπιστη λειτουργία των θυρίστορ. Εάν ο μετατροπέας-2 ενεργοποιηθεί πριν ο μετατροπέας-1 απενεργοποιηθεί εντελώς, ένα μεγάλο ρεύμα κυκλοφορίας θα ρέει μεταξύ των μετατροπέων.
Υπάρχουν πολλά σχήματα ελέγχου για τη δημιουργία γωνίας πυροδότησης για την ελεύθερη κυκλοφορία ρεύματος του διπλού μετατροπέα. Αυτά τα σχήματα ελέγχου έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν πολύ εξελιγμένα συστήματα ελέγχου. Εδώ, κάθε φορά μόνο ένας μετατροπέας βρίσκεται σε αγωγιμότητα. Επομένως, είναι δυνατή η χρήση μόνο μίας μονάδας γωνίας πυροδότησης. Παρακάτω αναφέρονται μερικά βασικά σχήματα.
A) Επιλογή μετατροπέα με πολικότητα σήματος ελέγχου
Β) Επιλογή μετατροπέα με πολικότητα ρεύματος φορτίου
Γ) Επιλογή μετατροπέα από τάση ελέγχου και ρεύμα φορτίου
2) Λειτουργία διπλού μετατροπέα με ρεύμα κυκλοφορίας
Σε χωρίς μετατροπέα ρεύματος κυκλοφορίας, απαιτεί πολύ εξελιγμένο σύστημα ελέγχου και το ρεύμα φορτίου δεν είναι συνεχές. Για να ξεπεραστούν αυτές οι δυσκολίες, υπάρχει ένας διπλός μετατροπέας που μπορεί να λειτουργήσει με το ρεύμα κυκλοφορίας. Ένας τρέχων περιοριστικός αντιδραστήρας συνδέεται μεταξύ των ακροδεκτών DC και των δύο μετατροπέων. Η γωνία πυροδότησης και των δύο μετατροπέων ρυθμίζεται με τέτοιο τρόπο ώστε η ελάχιστη ροή ρεύματος κυκλοφορίας μέσω του αντιδραστήρα. Όπως συζητήθηκε στον ιδανικό μετατροπέα, το ρεύμα κυκλοφορίας είναι μηδέν εάν ⍺ 1 + ⍺ 2 = 180⁰.
Ας υποθέσουμε ότι η γωνία πυροδότησης του μετατροπέα-1 είναι 60˚ και στη συνέχεια η γωνία πυροδότησης του μετατροπέα-2 πρέπει να διατηρηθεί στους 120 °. Σε αυτήν τη λειτουργία, ο μετατροπέας-1 θα λειτουργεί ως ανορθωτής και ο μετατροπέας-2 θα λειτουργεί ως μετατροπέας. Έτσι, σε αυτόν τον τύπο λειτουργίας, κάθε φορά και οι δύο μετατροπείς βρίσκονται σε κατάσταση αγωγής. Εάν το ρεύμα φορτίου αντιστραφεί, ο μετατροπέας που λειτουργεί ως ανορθωτής λειτουργεί τώρα ως μετατροπέας, ενώ ο μετατροπέας που λειτουργεί ως μετατροπέας λειτουργεί τώρα ως ανορθωτής. Σε αυτό το σχήμα, και οι δύο μετατροπείς συμπεριφέρονται ταυτόχρονα. Επομένως, απαιτεί δύο μονάδες γεννήτριας γωνίας πυροδότησης.
Το πλεονέκτημα αυτού του σχήματος είναι ότι μπορούμε να έχουμε ομαλή λειτουργία του μετατροπέα κατά τη στιγμή της αναστροφής. Ο χρόνος απόκρισης του σχήματος είναι πολύ γρήγορος. Η κανονική περίοδος καθυστέρησης είναι 10 έως 20 msec σε περίπτωση εξάλειψης της τρέχουσας ελεύθερης λειτουργίας.
Το μειονέκτημα αυτού του σχήματος είναι ότι, το μέγεθος και το κόστος του αντιδραστήρα είναι υψηλό. Λόγω του κυκλοφορούντος ρεύματος, ο συντελεστής ισχύος και η απόδοση είναι χαμηλοί. Για να χειριστείτε το ρεύμα κυκλοφορίας, απαιτούνται θυρίστορ με υψηλές βαθμολογίες ρεύματος.
Ανάλογα με τον τύπο φορτίου, χρησιμοποιούνται μονοφασικοί και τριφασικοί διπλοί μετατροπείς.
1) Διφασικός μετατροπέας μονοφασικού
Το διάγραμμα κυκλώματος του διπλού μετατροπέα φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Ένας ξεχωριστός ενθουσιασμένος κινητήρας DC χρησιμοποιείται ως φορτίο. Οι ακροδέκτες DC και των δύο μετατροπέων συνδέονται με τους ακροδέκτες της περιέλιξης οπλισμού. Εδώ, δύο μονοφασικοί πλήρεις μετατροπείς συνδέονται πλάτη με πλάτη. Και οι δύο μετατροπείς παρέχουν ένα κοινό φορτίο.
Η γωνία πυροδότησης της μετατροπέα-1 είναι α 1 και α 1 είναι μικρότερη από 90˚. Ως εκ τούτου, ο μετατροπέας-1 ενεργεί ως ανορθωτής. Για θετικό μισό κύκλο (0 <t <π), ο θυρίστορ S1 και S2 θα διεξαχθεί και για έναν αρνητικό μισό κύκλο (π <t <2π), ο θυρίστορ S3 και S4 θα διεξαχθεί. Σε αυτήν τη λειτουργία, η τάση εξόδου και το ρεύμα είναι θετικά. Έτσι, αυτή η λειτουργία είναι γνωστή ως κίνηση εμπρός κίνησης και ο μετατροπέας λειτουργεί στο πρώτο τεταρτημόριο.
Η γωνία πυροδότησης του μετατροπέα-2 είναι 180 - α 1 = α 2 και α 2 είναι μεγαλύτερη από 90˚. Έτσι, ο μετατροπέας-2 ενεργεί ως μετατροπέας. Σε αυτή τη λειτουργία, το ρεύμα φορτίου παραμένει στην ίδια κατεύθυνση. Η πολικότητα της τάσης εξόδου είναι αρνητική. Επομένως, ο μετατροπέας λειτουργεί στο τέταρτο τεταρτημόριο. Αυτή η λειτουργία είναι γνωστή ως αναγεννητική πέδηση.
Για αντίστροφη περιστροφή κινητήρα DC, ο μετατροπέας-2 ενεργεί ως ανορθωτής και ο μετατροπέας-1 ενεργούν ως μετατροπέας. Η γωνία πυροδότησης του μετατροπέα-2 α 2 είναι μικρότερη από 90˚. Η εναλλακτική πηγή τάσης τροφοδοτεί το φορτίο. Σε αυτήν τη λειτουργία, το ρεύμα φορτίου είναι αρνητικό και η μέση τάση εξόδου είναι επίσης αρνητική. Επομένως, ο μετατροπέας-2 λειτουργεί στο τρίτο τεταρτημόριο. Αυτή η λειτουργία είναι γνωστή ως η αντίστροφη κίνηση.
Σε αντίστροφη λειτουργία, η γωνία πυροδότησης του μετατροπέα-1 είναι μικρότερη από 90˚ και η γωνία πυροδότησης του μετατροπέα-2 είναι μεγαλύτερη από 90˚. Έτσι, σε αυτή τη λειτουργία, το ρεύμα φορτίου είναι αρνητικό, αλλά η μέση τάση εξόδου είναι θετική. Έτσι, ο μετατροπέας-2 λειτουργεί στο δεύτερο τεταρτημόριο. Αυτή η λειτουργία είναι γνωστή ως αντίστροφη αναγεννητική πέδηση.
Η κυματομορφή του μονοφασικού διπλού μετατροπέα είναι όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.
2) Τριφασικός διπλός μετατροπέας
Το διάγραμμα κυκλώματος του τριφασικού διπλού μετατροπέα είναι όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Εδώ, δύο τριφασικοί μετατροπείς συνδέονται πλάτη με πλάτη. Η αρχή της λειτουργίας είναι ίδια με έναν μονοφασικό διπλό μετατροπέα.
Έτσι σχεδιάζονται οι Διπλοί Μετατροπείς και όπως έχουν ήδη ειπωθεί, χρησιμοποιούνται γενικά για την κατασκευή αναστρέψιμων μονάδων DC ή μονάδων DC μεταβλητής ταχύτητας σε εφαρμογές υψηλής ισχύος.