Κυκλομετατροπείς - τύποι, εργασίες και εφαρμογές

Τα τροφοδοτικά μπορούν να ταξινομηθούν σε δύο ευρείες κατηγορίες, η μία είναι η τροφοδοσία εναλλασσόμενου ρεύματος και η άλλη είναι η τροφοδοσία DC. Όπως γνωρίζουμε μόνο μπορεί να παραχθεί ενέργεια AC και επειδή είναι πιο οικονομική χρησιμοποιούμε AC για μετάδοση και έτσι οι περισσότερες ηλεκτρικές μηχανές / συσκευές λειτουργούν με AC. Ωστόσο, η τυπική τάση και η συχνότητα που παρέχονται από τους σταθμούς παραγωγής ενδέχεται να μην είναι αρκετά καλές ώστε να οδηγούν ορισμένα βιομηχανικά μηχανήματα. Σε αυτές τις περιπτώσεις χρησιμοποιούμε μετατροπείς και μετατροπείς για να μετατρέψουμε μια μορφή τροφοδοσίας σε άλλη μορφή, όπως σε διαφορετική βαθμολογία τάσης, τρέχουσα βαθμολογία ή βαθμολογία συχνότητας. Ένα Κυκλωνομέτρο είναι ένας τέτοιος μετατροπέας που μετατρέπει την ισχύ εναλλασσόμενου ρεύματος σε μία συχνότητα σε ισχύ εναλλασσόμενου ρεύματος μιας ρυθμιζόμενης συχνότητας. Σε αυτό το άρθρο θα μάθουμε περισσότερα για αυτούς τους Κυκλοκομετατροπείς τη λειτουργία και τις εφαρμογές τους.

Τι είναι το Cycloconverter;

Ο τυπικός ορισμός για Cycloconverters από τη Βικιπαίδεια πηγαίνει ως εξής «Α cycloconverter (CCV) ή Α cycloinverter μετατρέπει μια τάση σταθερή, συνεχής κυματομορφή AC συχνότητα σε άλλη κυματομορφή AC μιας κατώτερης συχνότητας με σύνθεση του κυματομορφή εξόδου από τα τμήματα της παροχής AC χωρίς ενδιάμεσο Σύνδεσμος DC "

Μία συγκεκριμένη ιδιότητα των Κυκλομετατροπέων είναι ότι δεν χρησιμοποιεί έναν σύνδεσμο DC στη διαδικασία μετατροπής, καθιστώντας έτσι πολύ αποδοτικό. Η μετατροπή γίνεται με τη χρήση ηλεκτρονικών διακοπτών όπως οι Thyristors και η εναλλαγή τους με λογικό τρόπο. Κανονικά αυτοί οι Thyristors θα χωριστούν σε δύο μισά, το θετικό μισό και το αρνητικό μισό. Κάθε μισό θα φτιαχτεί με τη στροφή τους κατά τη διάρκεια κάθε μισού κύκλου της μορφής AC, επιτρέποντας έτσι ροή ισχύος αμφίδρομης. Προς το παρόν φανταστείτε τους Κυκλοκομετατροπείς ως μαύρο κουτί που λαμβάνουν μια σταθερή τάση σταθερής συχνότητας AC ως είσοδο και παρέχουν μια μεταβλητή συχνότητα, μεταβλητή τάση ως έξοδο όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.

Θα μάθουμε τι θα μπορούσε να συμβαίνει μέσα σε αυτό το μαύρο κουτί καθώς διαβάζουμε το άρθρο.

Γιατί χρειαζόμαστε Κυκλομετατροπείς;

Εντάξει, τώρα γνωρίζουμε ότι οι Κυκλωνομετρητές μετατρέπουν την ισχύ εναλλασσόμενου ρεύματος σταθερής συχνότητας σε εναλλασσόμενη συχνότητα εναλλασσόμενου ρεύματος. Αλλά γιατί πρέπει να το κάνουμε αυτό; Ποιο είναι το πλεονέκτημα της παροχής εναλλασσόμενου ρεύματος ποια μεταβλητή συχνότητα;

Η απάντηση σε αυτήν την ερώτηση είναι Speed ​​Control. Τα κυκλωσιόμετρα χρησιμοποιούνται ευρέως για την οδήγηση μεγάλων κινητήρων, όπως αυτά που χρησιμοποιούνται σε Rolling mills, Ball mills Cement kils κ.λπ. Η συχνότητα εξόδου ενός Cycloconverters μπορεί να μειωθεί έως το μηδέν, κάτι που μας βοηθά να ξεκινήσουμε πολύ μεγάλους κινητήρες με πλήρες φορτίο στην ελάχιστη ταχύτητα και στη συνέχεια βαθμιαία αύξηση της ταχύτητας του κινητήρα αυξάνοντας τη συχνότητα εξόδου. Πριν από την εφεύρεση των Κυκλοκομετατροπέων, αυτοί οι μεγάλοι κινητήρες πρέπει να εκφορτωθούν εντελώς και στη συνέχεια μετά την εκκίνηση του κινητήρα πρέπει να φορτωθεί σταδιακά, με αποτέλεσμα την κατανάλωση χρόνου και ανθρώπου.

Τύποι Κυκλωσιόμετρων:

Με βάση τη συχνότητα εξόδου και τον αριθμό της φάσης στην πηγή τροφοδοσίας εναλλασσόμενου ρεύματος, οι Κυκλοτροπείς μπορούν να ταξινομηθούν ως παρακάτω

1. Κυκλικοί μετατροπείς αύξησης

2. Κυκλικοί μετατροπείς Ste-Down

1. Μονοφασικός σε μονοφασικός μετατροπέας
2. Τριφασικός σε μονοφασικός κυκλικός μετατροπέας
3. Τριφασικός σε τριφασικός κυκλικός μετατροπέας

Step-Up Cycloconverters: Step-Up CCV, όπως υποδηλώνει το όνομα, αυτός ο τύπος CCV παρέχει συχνότητα εξόδου μεγαλύτερη από αυτή της συχνότητας εισόδου. Αλλά δεν χρησιμοποιείται ευρέως, καθώς δεν έχει μεγάλη εφαρμογή σωματιδίων. Οι περισσότερες εφαρμογές απαιτούν συχνότητα μικρότερη από 50Hz που είναι η προεπιλεγμένη συχνότητα εδώ στην Ινδία. Επίσης, το Step-Up CCV θα απαιτήσει αναγκαστική αλλαγή που αυξάνει την πολυπλοκότητα του κυκλώματος.

Step-Down Cycloconverters: Step-Down CCV, όπως ίσως το έχετε ήδη μαντέψει καλά.. παρέχει απλώς μια συχνότητα εξόδου που είναι μικρότερη από τη συχνότητα εισόδου. Αυτά χρησιμοποιούνται συχνότερα και λειτουργούν με τη βοήθεια φυσικών μεταβολών, επομένως είναι σχετικά εύκολο στην κατασκευή και τη λειτουργία. Το Step-Down CCV ταξινομείται περαιτέρω σε τρεις τύπους όπως φαίνεται παρακάτω, θα εξετάσουμε λεπτομερώς κάθε έναν από αυτούς τους τύπους σε αυτό το άρθρο.

Βασική αρχή πίσω από τους μετατροπείς κυκλωμάτων:

Παρόλο που υπάρχουν τρεις διαφορετικοί τύποι Κυκλοκομετατροπέων, η λειτουργία τους είναι πολύ παρόμοια εκτός από τον αριθμό των ηλεκτρονικών διακοπτών ισχύος που υπάρχουν στο κύκλωμα. Για παράδειγμα, ένα μονοφασικό σε μονοφασικό CCV θα έχει μόνο 6 ηλεκτρονικούς διακόπτες ισχύος (SCR), ενώ ένα τριφασικό CCV μπορεί να έχει έως και 32 διακόπτες.

Το γυμνό ελάχιστο για έναν Κυκλοκομετατροπέα φαίνεται παραπάνω. Θα έχει ένα κύκλωμα εναλλαγής και στις δύο πλευρές του φορτίου, ένα κύκλωμα θα λειτουργεί κατά τη διάρκεια του θετικού μισού κύκλου της πηγής ισχύος εναλλασσόμενου ρεύματος και το άλλο κύκλωμα θα λειτουργεί κατά τον αρνητικό μισό κύκλο. Κανονικά, το κύκλωμα μεταγωγής θα αποδεικνύεται χρησιμοποιώντας το SCR ως ηλεκτρονική συσκευή ισχύος, αλλά στο σύγχρονο CCV μπορείτε να βρείτε ότι τα SCR αντικαθίστανται από IGBT και μερικές φορές ακόμη και MOSFETS.

Τα κυκλώματα μεταγωγής θα χρειαστούν επίσης ένα κύκλωμα ελέγχου, το οποίο καθοδηγεί την ηλεκτρονική συσκευή Power πότε πρέπει να διεξαχθεί και πότε να απενεργοποιηθεί. Αυτό το κύκλωμα ελέγχου κανονικά θα είναι μικροελεγκτής και μπορεί επίσης να έχει ανατροφοδότηση από την έξοδο για να σχηματίσει ένα σύστημα κλειστού βρόχου. Ο χρήστης μπορεί να ελέγξει την τιμή της συχνότητας εξόδου ρυθμίζοντας τις παραμέτρους στο κύκλωμα ελέγχου. Χρησιμοποιούνται οι δίοδοι στο παραπάνω διάγραμμα να αντιπροσωπεύει την κατεύθυνση της ροής του ρεύματος. Το θετικό κύκλωμα μεταγωγής πηγαίνει πάντα ρεύμα στο φορτίο και το αρνητικό κύκλωμα μεταγωγής βυθίζει πάντα ρεύμα από το φορτίο.

Μονοφασικοί σε μονοφασικοί κυκλικοί μετατροπείς:

Το CCV Μονού Φάσης σε Μονοφασικό χρησιμοποιείται πολύ σπάνια, αλλά για να κατανοήσουμε τη λειτουργία ενός CCV πρέπει πρώτα να μελετηθεί, ώστε να μπορούμε να κατανοήσουμε το Τριφασικό CCV. Το Single Phase to Single Phase CCV έχει δύο ζεύγη κυκλώματος ανορθωτή πλήρους κύματος, το καθένα αποτελούμενο από τέσσερα SCR. Το ένα σετ τοποθετείται ευθεία ενώ το άλλο τοποθετείται σε αντί-παράλληλη κατεύθυνση όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.

Όλοι οι ακροδέκτες πύλης των SCR θα συνδεθούν σε ένα κύκλωμα ελέγχου που δεν φαίνεται στο παραπάνω κύκλωμα. Αυτό το κύκλωμα ελέγχου θα είναι υπεύθυνο για την ενεργοποίηση των SCR. Για να κατανοήσουμε τη λειτουργία του κυκλώματος ας υποθέσουμε ότι εισάγει τροφοδοσία AC είναι συχνότητας 50Hz και το Φορτίο να είναι ένα καθαρό αντίσταση φορτίο και η γωνία πυροδότησης του SCR (α) να είναι 0 °. Δεδομένου ότι η γωνία πυροδότησης είναι 0 °, το SCR όταν είναι ενεργοποιημένο θα ενεργεί σαν μια δίοδος προς τα εμπρός και όταν απενεργοποιείται θα ενεργεί σαν μια δίοδος σε αντίστροφη κατεύθυνση. Ας αναλύσουμε την παρακάτω μορφή κύματος για να κατανοήσουμε πώς η συχνότητα μειώνεται χρησιμοποιώντας ένα CCV

Η κυματομορφή της συχνότητας τάσης τροφοδοσίας συμβολίζεται με Vs και η κυματομορφή της συχνότητας τάσης εξόδου δηλώνεται με Vo. Εδώ προσπαθούμε να μετατρέψει τη συχνότητα της τάσης τροφοδοσίας με 1/4 ^ου της αξίας του. Για να γίνει αυτό για τους δύο πρώτους κύκλους της τάσης τροφοδοσίας θα χρησιμοποιήσουμε τον θετικό ανορθωτή Bridge και για τους επόμενους δύο κύκλους θα χρησιμοποιήσουμε τον ανορθωτή αρνητικής γέφυρας. Έτσι έχουμε τέσσερις θετικούς παλμούς στη θετική περιοχή και στη συνέχεια τέσσερις στην αρνητική περιοχή όπως φαίνεται στην κυματομορφή συχνότητας εξόδου Vo. Η τρέχουσα κυματομορφή για αυτό το κύκλωμα θα είναι η ίδια με την κυματομορφή τάσης, δεδομένου ότι το φορτίο θεωρείται καθαρά ανθεκτικό. Αν και το μέγεθος της κυματομορφής θα αλλάξει με βάση την τιμή της αντίστασης του φορτίου.

Η συχνότητα εξόδου αντιπροσωπεύεται χρησιμοποιώντας την διακεκομμένη γραμμή στην κυματομορφή Vo, δεδομένου ότι αλλάζει πολικότητα μόνο για κάθε δύο κύκλους της κυματομορφής εισόδου η συχνότητα εξόδου με 1/4 ^ου της συχνότητας εισόδου, στην περίπτωσή μας για μια συχνότητα εισόδου του 50Hz του Η συχνότητα εξόδου θα είναι (1/4 * 50) περίπου 12,5 Hz. Αυτή η συχνότητα εξόδου μπορεί να ελεγχθεί μεταβάλλοντας τον μηχανισμό ενεργοποίησης στο κύκλωμα ελέγχου.

Τριφασικοί έως μονοφασικοί κυκλικοί μετατροπείς:

Το Τριφασικό σε Μονοφασικό CCV είναι επίσης παρόμοιο με το Μονοφασικό με Μονοφασικό CCV, αλλά εδώ η τάση εισόδου είναι τροφοδοσία 3 φάσεων και η τάση εξόδου είναι τροφοδοσία Μονοφασικής με μεταβλητή συχνότητα. Το κύκλωμα φαίνεται επίσης πολύ παρόμοιο, εκτός από το ότι θα χρειαζόμαστε 6 SCR σε κάθε σετ ανορθωτή, καθώς πρέπει να διορθώσουμε την τάση AC 3 φάσεων.

Και πάλι οι ακροδέκτες πύλης του SCR θα συνδεθούν στο κύκλωμα ελέγχου για την ενεργοποίησή τους και οι ίδιες υποθέσεις γίνονται και πάλι για να κατανοήσουν εύκολα την εργασία. Επίσης, υπάρχουν δύο είδη CCV τριών φάσεων σε μονοφασικό, ο πρώτος τύπος θα έχει ανορθωτή μισού κύματος τόσο για τη θετική όσο και για την αρνητική γέφυρα και ο δεύτερος τύπος θα έχει ανορθωτή πλήρους κύματος όπως φαίνεται παραπάνω. Ο πρώτος τύπος δεν χρησιμοποιείται συχνά λόγω της κακής απόδοσής του. Επίσης σε έναν τύπο πλήρους κύματος και οι δύο ανορθωτές γέφυρας μπορούν να παράγουν τάσεις και στην πολικότητα, αλλά ο θετικός μετατροπέας μπορεί να παρέχει ρεύμα (πηγή) μόνο στη θετική κατεύθυνση και ο αρνητικός μετατροπέας μπορεί να αποστραγγίσει το ρεύμα μόνο σε αρνητική κατεύθυνση. Αυτό επιτρέπει στο CCV να λειτουργεί σε τέσσερα τεταρτημόρια. Αυτά τα τέσσερα τεταρτημόρια είναι (+ V, + i) και (-V, -i) σε λειτουργία διόρθωσης και (+ V, -i) και (-V,-i) σε λειτουργία αντιστροφής.

Τριφασικοί έως τριφασικοί κυκλικομετατροπείς:

Τα Τριφασικά έως Τριφασικά CCV είναι τα πιο χρησιμοποιημένα, αφού μπορούν να οδηγήσουν φορτία τριών φάσεων όπως κινητήρες απευθείας. Το φορτίο για ένα τριφασικό CCV θα είναι κανονικά ένα τριφασικό αστέρι συνδεδεμένο φορτίο, όπως το τύλιγμα του στάτη ενός κινητήρα. Αυτοί οι μετατροπείς λαμβάνουν τάση τριφασικού AC με σταθερή συχνότητα ως είσοδο και παρέχουν τριφασική τάση AC με μεταβλητή συχνότητα.

Υπάρχουν δύο τύποι Τριφασικού CCV, ο ένας με μετατροπέα μισού κύματος και άλλος με μετατροπέα πλήρους κύματος. Το μοντέλο μετατροπής μισού κύματος καλείται επίσης ως κυκλοκυκλικοί μετατροπείς 18-θυρίστορ ή κυκλικοί μετατροπείς 3 παλμών. Ο μετατροπέας πλήρους κύματος ονομάζεται κυκλικός μετατροπέας 6-παλμών ή 36-θυρίστορ κυκλοκυκλοτροπείς. Ένας κύκλος μετατροπέα 3 παλμών φαίνεται στην παρακάτω εικόνα

Εδώ έχουμε έξι ομάδες ανορθωτών, εκ των οποίων δύο κατανέμονται για κάθε φάση. Η λειτουργία αυτού του CCV είναι παρόμοια με το μονοφασικό CCV εκτός από εδώ οι ανορθωτές μπορούν να διορθώσουν μόνο το μισό κύμα και το ίδιο συμβαίνει και για τις τρεις φάσεις

Εφαρμογές:

Οι κυκλωρομετατροπείς έχουν ένα μεγάλο σύνολο βιομηχανικής εφαρμογής, τα ακόλουθα είναι τα λίγα

• Μύλοι λείανσης
• Βαριά πλυντήρια
• Ορυχεία ορυχείων
• Ηλεκτροφόρα καλώδια HVDC
• Τροφοδοσία αεροσκάφους
• SVG (Στατικές γεννήτριες VAR)
• Σύστημα πρόωσης πλοίου