Τριφασικό κύκλωμα μετατροπέα

Όλοι γνωρίζουμε για το μετατροπέα - είναι μια συσκευή που μετατρέπει το DC σε AC. Και προηγουμένως μάθαμε για Διαφορετικούς τύπους μετατροπέων και δημιουργήσαμε έναν μονοφασικό μετατροπέα 12v έως 220v. Ένας μετατροπέας 3 φάσεων μετατρέπει την τάση DC σε τροφοδοσία 3 φάσεων AC. Εδώ σε αυτό το σεμινάριο, θα μάθουμε για τον τριφασικό μετατροπέα και τη λειτουργία του, αλλά προτού προχωρήσουμε περαιτέρω ας ρίξουμε μια ματιά στις κυματομορφές τάσης της τριφασικής γραμμής. Στο παραπάνω κύκλωμα, μια τριφασική γραμμή συνδέεται με ένα φορτίο αντίστασης και το φορτίο αντλεί ισχύ από τη γραμμή. Αν σχεδιάσουμε τις κυματομορφές τάσης για κάθε φάση τότε θα έχουμε ένα γράφημα όπως φαίνεται στο σχήμα. Στο γράφημα, μπορούμε να δούμε τρεις κυματομορφές τάσης να είναι εκτός φάσης μεταξύ τους κατά 120º.

Σε αυτό το άρθρο, θα συζητήσουμε το κύκλωμα μετατροπέα 3 φάσεων που χρησιμοποιείται ως μετατροπέας εναλλασσόμενου ρεύματος σε 3 φάσεις. Θυμηθείτε ότι, ακόμη και στις σύγχρονες μέρες, η επίτευξη μιας εντελώς ημιτονοειδούς κυματομορφής για ποικίλα φορτία είναι εξαιρετικά δύσκολη και δεν είναι πρακτική. Εδώ, λοιπόν, θα συζητήσουμε τη λειτουργία ενός ιδανικού τριφασικού κυκλώματος μετατροπέα, αγνοώντας όλα τα ζητήματα που σχετίζονται με τον πρακτικό τριφασικό μετατροπέα.

3 φάσεις μετατροπέας σε λειτουργία

Τώρα ας δούμε το κύκλωμα μετατροπέα 3 φάσεων και την ιδανική απλοποιημένη μορφή του.

Παρακάτω είναι ένα τριφασικό διάγραμμα κυκλώματος μετατροπέα που έχει σχεδιαστεί χρησιμοποιώντας θυρίστορ & δίοδο (για προστασία από ακίδες τάσης)

Και παρακάτω είναι ένα τριφασικό διάγραμμα κυκλώματος μετατροπέα που έχει σχεδιαστεί χρησιμοποιώντας μόνο διακόπτες. Όπως μπορείτε να δείτε, αυτή η ρύθμιση έξι μηχανικών διακοπτών είναι πιο χρήσιμη για την κατανόηση του τριφασικού μετατροπέα που λειτουργεί από το δυσκίνητο κύκλωμα θυρίστορ.

Αυτό που θα κάνουμε εδώ είναι ανοιχτό και κλείνει συμμετρικά αυτούς τους έξι διακόπτες για να πάρει την τριφασική έξοδο τάσης για το φορτίο αντίστασης. Υπάρχουν δύο πιθανοί τρόποι ενεργοποίησης των διακοπτών για την επίτευξη του επιθυμητού αποτελέσματος, ένας στον οποίο οι διακόπτες συμπεριφέρονται για 180º και ένας άλλος στον οποίο οι διακόπτες διεξάγουν μόνο για 120º. Ας συζητήσουμε κάθε σχέδιο παρακάτω:

Α) Τριφασικός μετατροπέας - Λειτουργία αγωγής 180 μοιρών

Το ιδανικό κύκλωμα σχεδιάζεται για να χωριστεί σε τρία τμήματα, συγκεκριμένα το τμήμα ένα, το τμήμα δύο & το τμήμα τρία και θα τα χρησιμοποιήσουμε αυτά τα συμβολικά στην τελευταία ενότητα του άρθρου. Το τμήμα ένα αποτελείται από ένα ζεύγος διακοπτών S1 & S2, το τμήμα δύο αποτελείται από το ζεύγος διακοπτών S3 & S4 και το τρίτο τμήμα αποτελείται από το ζεύγος διακοπτών S5 & S6. Ανά πάσα στιγμή και οι δύο διακόπτες στο ίδιο τμήμα δεν πρέπει ποτέ να κλείνουν, καθώς οδηγεί σε αποτυχία του βραχυκυκλώματος της μπαταρίας σε ολόκληρη τη ρύθμιση, επομένως αυτό το σενάριο πρέπει να αποφεύγεται ανά πάσα στιγμή.

Τώρα ας ξεκινήσουμε την εναλλαγή ακολουθίας κλείνοντας το διακόπτη S1 στο πρώτο τμήμα του ιδανικού κυκλώματος και ας ονομάσουμε την αρχή ως 0º. Δεδομένου ότι ο επιλεγμένος χρόνος αγωγής είναι 180º ο διακόπτης S1 θα είναι κλειστός από 0º έως 180º.

Αλλά μετά από 120º της πρώτης φάσης, η δεύτερη φάση θα έχει επίσης έναν θετικό κύκλο όπως φαίνεται στο γράφημα τριών φάσεων, έτσι ο διακόπτης S3 θα κλείσει μετά το S1. Αυτό το S3 θα παραμείνει επίσης κλειστό για άλλα 180º. Έτσι το S3 θα είναι κλειστό από 120º έως 300º και θα είναι ανοιχτό μόνο μετά από 300º.

Παρομοίως, η τρίτη φάση έχει επίσης θετικό κύκλο μετά από 120 ° θετικού κύκλου δεύτερης φάσης, όπως φαίνεται στο γράφημα στην αρχή του άρθρου. Έτσι ο διακόπτης S5 θα κλείσει μετά το κλείσιμο των 120º S3, δηλαδή 240º. Μόλις κλείσει ο διακόπτης, θα παραμείνει κλειστός για να φτάσει 180º πριν ανοίξει, με αυτό το S5 θα κλείσει από 240º έως 60º (δεύτερος κύκλος).

Μέχρι τώρα, το μόνο που κάναμε ήταν να υποθέσουμε ότι η αγωγιμότητα γίνεται μόλις κλείσουν οι διακόπτες του ανώτερου στρώματος αλλά πρέπει να ολοκληρωθεί η ροή ρεύματος από το κύκλωμα. Επίσης, να θυμάστε ότι και οι δύο διακόπτες στο ίδιο τμήμα δεν πρέπει ποτέ να είναι κλειστοί ταυτόχρονα, οπότε αν ένας διακόπτης είναι κλειστός τότε ένας άλλος πρέπει να είναι ανοιχτός.

Για την ικανοποίηση των παραπάνω δύο συνθηκών, θα κλείσουμε τα S2, S4 & S6 σε προκαθορισμένη σειρά. Μόνο μετά το άνοιγμα του S1 θα πρέπει να κλείσουμε το S2. Ομοίως, το S4 θα κλείσει αφού το S3 ανοίξει στους 300º και με τον ίδιο τρόπο το S6 θα κλείσει μετά το S5 ολοκληρώσει τον κύκλο αγωγιμότητας. Αυτός ο κύκλος εναλλαγής μεταξύ διακοπτών του ίδιου τμήματος φαίνεται παρακάτω. Εδώ S2 ακολουθεί S1, S4 ακολουθεί S3 και S6 ακολουθεί S5.

Ακολουθώντας αυτήν τη συμμετρική εναλλαγή μπορούμε να επιτύχουμε την επιθυμητή τριφασική τάση που αντιπροσωπεύεται στο γράφημα. Αν συμπληρώσουμε την αρχική ακολουθία εναλλαγής στον παραπάνω πίνακα θα έχουμε ένα πλήρες μοτίβο εναλλαγής για λειτουργία αγωγιμότητας 180º όπως παρακάτω.

Από τον παραπάνω πίνακα μπορούμε να καταλάβουμε ότι:

Από 0-60: Τα S1, S4 & S5 είναι κλειστά και οι υπόλοιποι τρεις διακόπτες ανοίγουν.

Από 60-120: Τα S1, S4 & S6 είναι κλειστά και οι υπόλοιποι τρεις διακόπτες ανοίγουν.

Από 120-180: Τα S1, S3 & S6 είναι κλειστά και οι υπόλοιποι τρεις διακόπτες ανοίγουν.

Και η ακολουθία αλλαγής συνεχίζεται έτσι. Τώρα ας σχεδιάσουμε το απλοποιημένο κύκλωμα για κάθε βήμα για να κατανοήσουμε καλύτερα τις τρέχουσες παραμέτρους ροής και τάσης.

Βήμα 1: (για 0-60) Τα S1, S4 & S5 είναι κλειστά ενώ οι υπόλοιποι τρεις διακόπτες είναι ανοιχτοί. Σε μια τέτοια περίπτωση, το απλοποιημένο κύκλωμα μπορεί να είναι όπως φαίνεται παρακάτω.

Έτσι για 0 ​​έως 60: Vao = Vco = Vs / 3; Vbo = -2Vs / 3

Χρησιμοποιώντας αυτές μπορούμε να αντλήσουμε τις τάσεις γραμμής ως:

Vab = Vao - V bo = Vs Vbc = Vbo - Vco = -Vs Vca = Vco - Vao = 0

Βήμα 2: (για 60 έως 120) Τα S1, S4 & S6 είναι κλειστά ενώ οι υπόλοιποι τρεις διακόπτες είναι ανοιχτοί. Σε μια τέτοια περίπτωση, το απλοποιημένο κύκλωμα μπορεί να είναι όπως φαίνεται παρακάτω.

Έτσι για 60 έως 120: Vbo = Vco = -Vs / 3; Vao = 2Vs / 3

Χρησιμοποιώντας αυτές μπορούμε να αντλήσουμε τις τάσεις γραμμής ως:

Vab = Vao - Vbo = Vs Vbc = Vbo - Vco = 0 Vca = Vco - Vao = -Vs

Βήμα 3: (για 120 έως 180) Τα S1, S3 & S6 είναι κλειστά ενώ οι υπόλοιποι τρεις διακόπτες είναι ανοιχτοί. Σε μια τέτοια περίπτωση, το απλοποιημένο κύκλωμα μπορεί να σχεδιαστεί όπως παρακάτω.

Έτσι για 120 έως 180: Vao = Vbo = Vs / 3; Vco = -2Vs / 3

Χρησιμοποιώντας αυτές μπορούμε να αντλήσουμε τις τάσεις γραμμής ως:

Vab = Vao - V bo = 0 Vbc = Vbo - Vco = Vs Vca = Vco - Vao = -Vs

Ομοίως, μπορούμε να αντλήσουμε τις τάσεις φάσης και τις τάσεις γραμμής για τα επόμενα βήματα στη σειρά. Και μπορεί να εμφανιστεί ως το παρακάτω σχήμα:

Α) Τριφασικός μετατροπέας - Λειτουργία αγωγής 120 μοιρών

Η λειτουργία 120º είναι παρόμοια με 180º σε όλες τις πτυχές εκτός από το ότι ο χρόνος κλεισίματος κάθε διακόπτη μειώνεται σε 120, που ήταν 180 πριν.

Ως συνήθως, ας αρχίσουμε να αλλάζουμε ακολουθία κλείνοντας τον διακόπτη S1 στο πρώτο τμήμα και είμαστε ο αριθμός έναρξης στο 0º. Δεδομένου ότι ο επιλεγμένος χρόνος αγωγής είναι 120º ο διακόπτης S1 θα ανοίξει μετά από 120º, οπότε το S1 έκλεισε από 0º έως 120º.

Δεδομένου ότι ο μισός κύκλος του ημιτονοειδούς σήματος πηγαίνει από 0 έως 180º, για τον υπόλοιπο χρόνο το S1 θα είναι ανοιχτό και αντιπροσωπεύεται από την γκρίζα περιοχή παραπάνω.

Τώρα μετά από 120º της πρώτης φάσης, η δεύτερη φάση θα έχει επίσης έναν θετικό κύκλο όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, οπότε ο διακόπτης S3 θα κλείσει μετά το S1. Αυτό το S3 θα παραμείνει επίσης κλειστό για άλλα 120º. Έτσι το S3 θα είναι κλειστό από 120º έως 240º.

Παρομοίως, η τρίτη φάση έχει επίσης θετικό κύκλο μετά από 120 ° του δεύτερου φάσης θετικού κύκλου, οπότε ο διακόπτης S5 θα κλείσει μετά από 120 ° S3 κλεισίματος Μόλις κλείσει ο διακόπτης, θα παραμείνει κλειστός για να έρθει 120º πριν ανοίξει και με αυτό, ο διακόπτης S5 θα κλείσει από 240 from έως 360º

Αυτός ο κύκλος συμμετρικής μεταγωγής θα συνεχιστεί για την επίτευξη της επιθυμητής τριφασικής τάσης. Αν συμπληρώσουμε την ακολουθία εναλλαγής έναρξης και λήξης στον παραπάνω πίνακα, θα έχουμε ένα πλήρες μοτίβο εναλλαγής για λειτουργία αγωγής 120º όπως παρακάτω.

Από τον παραπάνω πίνακα μπορούμε να καταλάβουμε ότι:

Από 0-60: Τα S1 & S4 είναι κλειστά ενώ οι υπόλοιποι διακόπτες ανοίγουν.

Από 60-120: Τα S1 & S6 είναι κλειστά ενώ οι υπόλοιποι διακόπτες ανοίγουν.

Από 120-180: Τα S3 & S6 είναι κλειστά ενώ οι υπόλοιποι διακόπτες ανοίγουν.

Από 180-240: Τα S2 & S3 είναι κλειστά ενώ οι υπόλοιποι διακόπτες ανοίγουν

Από 240-300: Τα S2 & S5 είναι κλειστά ενώ οι υπόλοιποι διακόπτες ανοίγουν

Από 300-360: Τα S4 & S5 είναι κλειστά ενώ οι υπόλοιποι διακόπτες ανοίγουν

Και αυτή η ακολουθία βημάτων συνεχίζεται έτσι. Τώρα ας σχεδιάσουμε το απλοποιημένο κύκλωμα για κάθε βήμα για να κατανοήσουμε καλύτερα τις τρέχουσες παραμέτρους ροής και τάσης του κυκλώματος μετατροπέα 3 φάσεων.

Βήμα 1: (για 0-60) Τα S1, S4 είναι κλειστά ενώ οι υπόλοιποι τέσσερις διακόπτες είναι ανοιχτοί. Σε μια τέτοια περίπτωση, το απλοποιημένο κύκλωμα μπορεί να εμφανιστεί όπως παρακάτω.

Έτσι για 0 ​​έως 60: Vao = Vs / 2, Vco = 0; Vbo = -Vs / 2

Χρησιμοποιώντας αυτές μπορούμε να αντλήσουμε τις τάσεις γραμμής ως:

Vab = Vao - V bo = Vs Vbc = Vbo - Vco = -Vs / 2 Vca = Vco - Vao = -Vs / 2

Βήμα 2: (για 60 έως 120) Τα S1 & S6 είναι κλειστά ενώ οι υπόλοιποι διακόπτες είναι ανοιχτοί. Σε μια τέτοια περίπτωση, το απλοποιημένο κύκλωμα μπορεί να εμφανιστεί όπως παρακάτω.

Έτσι για 60 έως 120: Vbo = 0, Vco = -Vs / 2 & Vao = Vs / 2

Χρησιμοποιώντας αυτές μπορούμε να αντλήσουμε τις τάσεις γραμμής ως:

Vab = Vao - Vbo = Vs / 2 Vbc = Vbo - Vco = Vs / 2 Vca = Vco - Vao = -Vs

Βήμα 3: (για 120 έως 180) Τα S3 & S6 είναι κλειστά ενώ οι υπόλοιποι διακόπτες είναι ανοιχτοί. Σε μια τέτοια περίπτωση, το απλοποιημένο κύκλωμα μπορεί να εμφανιστεί όπως παρακάτω.

Έτσι για 120 έως 180: Vao = 0, Vbo = Vs / 2 & Vco = -Vs / 2

Χρησιμοποιώντας αυτές μπορούμε να αντλήσουμε τις τάσεις γραμμής ως:

Vab = Vao - V bo = -Vs / 2 Vbc = Vbo - Vco = Vs Vca = Vco - Vao = -Vs / 2

Ομοίως, μπορούμε να αντλήσουμε τάσεις φάσης και τάσεις γραμμής για τα επόμενα επόμενα βήματα. Και αν σχεδιάσουμε ένα γράφημα για όλα τα βήματα τότε θα πάρουμε κάτι όπως παρακάτω.

Μπορεί να φανεί στα γραφήματα εξόδου των περιπτώσεων εναλλαγής 180º και 120º ότι έχουμε επιτύχει εναλλασσόμενη τριφασική τάση στους τρεις ακροδέκτες εξόδου. Αν και η κυματομορφή εξόδου δεν είναι καθαρό ημιτονοειδές κύμα, μοιάζει με την τριφασική κυματομορφή τάσης. Αυτό είναι ένα απλό ιδανικό κύκλωμα και κατά προσέγγιση κυματομορφή για την κατανόηση της λειτουργίας 3 φάσεων του μετατροπέα. Μπορείτε να σχεδιάσετε ένα μοντέλο εργασίας που βασίζεται σε αυτήν τη θεωρία χρησιμοποιώντας κυκλώματα θυρίστορ, εναλλαγής, ελέγχου και προστασίας.