Ciklokonvertori - veidi, darbība un pielietojums

Barošanas avotus var iedalīt divās lielās kategorijās, viena ir maiņstrāvas barošana, bet otra - līdzstrāvas padeve. Tā kā mēs zinām, ka var ģenerēt tikai maiņstrāvu, un tā kā tas ir ekonomiskāk, mēs pārraidei izmantojam maiņstrāvu, un tādējādi lielākā daļa elektrisko mašīnu / ierīču darbojas ar maiņstrāvu. Bet standarta spriegums un frekvence, ko piegādā no ģenerēšanas stacijām, var nebūt pietiekami laba, lai vadītu noteiktas rūpniecības mašīnas. Šajos gadījumos mēs izmantojam pārveidotājus un invertorus, lai pārveidotu vienu barošanas veidu citā formā, piemēram, citā sprieguma, strāvas vai frekvences vērtībā. Cycloconveter ir viens no šādiem pārveidotājiem, kas pārveido maiņstrāvu vienā frekvencē par regulējamas frekvences maiņstrāvu. Šajā rakstā mēs uzzināsim vairāk par šiem ciklokonvertoriem, to darbību un lietojumiem.

Kas ir Cycloconverter?

Ciklokonvertoru standarta definīcija no Wikipedia ir šāda: “ Ciklokonverteris (CCV) vai ciklinverteris konvertē nemainīgu spriegumu, nemainīgas frekvences maiņstrāvas viļņu formu citai zemākas frekvences maiņstrāvas viļņu formai, sintezējot izejas viļņu formu no maiņstrāvas padeves segmentiem bez starpposma Līdzstrāvas saite ”

Viens īpašs ciklokonvertoru īpašums ir tas, ka pārveidošanas procesā tas neizmanto līdzstrāvas saiti, tādējādi padarot to ļoti efektīvu. Pārveidošana tiek veikta, izmantojot jaudas elektroniskos slēdžus, piemēram, tiristorus, un tos loģiski pārslēdzot. Parasti šie tiristori tiks sadalīti divās pusēs: pozitīvajā pusē un negatīvajā pusē. Katra puse tiks vadīta, pagriežot tās katrā maiņstrāvas formas pusperiodā, tādējādi nodrošinot divvirzienu enerģijas plūsmu. Tagad iedomājieties ciklokonvertorus kā melnu lodziņu, kas kā ieeju uzņem fiksētu sprieguma fiksētu frekvenču maiņstrāvu un kā izeju nodrošina mainīgu frekvenci, mainīgu spriegumu, kā parādīts attēlā zemāk.

Mēs uzzināsim, kas, iespējams, varētu notikt šīs melnās kastes iekšpusē, ejot cauri rakstam.

Kāpēc mums vajadzīgi ciklokonvertori?

Labi, tagad mēs zinām, ka ciklokonveteri fiksētās frekvences maiņstrāvu pārveido par mainīgas frekvences maiņstrāvu. Bet kāpēc mums tas jādara? Kāda ir mainīgā frekvences maiņstrāvas avota priekšrocība?

Atbilde uz šo jautājumu ir ātruma kontrole. Ciklokonveterus plaši izmanto lielu motoru vadīšanai, piemēram, tādu, kādu izmanto velmētavās, lodīšu dzirnavās, cementa krāsnīs utt. Ciklokonvertoru izejas frekvenci var samazināt līdz nullei, kas palīdz mums iedarbināt ļoti lielus motorus ar pilnu slodzi ar minimālu ātrumu un pēc tam pakāpeniski palieliniet motora ātrumu, palielinot izejas frekvenci. Pirms ciklokonvertoru izgudrošanas šie lielie motori ir pilnībā jāizkrauj, un pēc tam pēc motora iedarbināšanas tas pakāpeniski jāielādē, kā rezultātā patērē laiku un cilvēku.

Cycloconveters veidi:

Pamatojoties uz izejas frekvenci un fāzes skaitu ieejas maiņstrāvas avotā, ciklokonverterus var klasificēt šādi

1. Palielinoši ciklokonvertori

2. Ste-Down ciklokonvertori

1. Vienfāzes līdz vienfāzes ciklokonverter
2. Trīsfāzu līdz vienfāzes ciklokonverteris
3. Trīsfāzu līdz trīsfāzu ciklokonverteris

Paaugstinoši ciklokonvertori: Paaugstināta CCV, kā norāda nosaukums, šāda veida CCV nodrošina izejas frekvenci, kas lielāka nekā ieejas frekvence. Bet tas netiek plaši izmantots, jo tam nav daudz daļiņu pielietojuma. Lielākajai daļai lietojumu būs nepieciešama frekvence, kas mazāka par 50Hz, kas šeit Indijā ir noklusējuma frekvence. Arī Step-Up CCV būs nepieciešama piespiedu komutācija, kas palielina ķēdes sarežģītību.

Step-Down Cycloconverter: Step-Down CCV, kā jūs, iespējams, jau labi uzminējāt.. tikai nodrošina izejas frekvenci, kas ir mazāka nekā ieejas frekvence. Tie tiek izmantoti visbiežāk un darbojas ar dabiskas komutācijas palīdzību, tāpēc tos ir salīdzinoši viegli uzbūvēt un darbināt. Step-Down CCV tiek klasificēts trīs tipos, kā parādīts zemāk, mēs šajā rakstā detalizēti aplūkosim katru no šiem veidiem.

Ciklokonvertoru pamatprincips:

Lai gan ir trīs dažādi ciklokonvertori, to darbība ir ļoti līdzīga, izņemot ķēdē esošo strāvas elektronisko slēdžu skaitu. Piemēram, vienfāzes vienfāzes CCV būs tikai 6 jaudas elektroniskie slēdži (SCR), savukārt trīsfāzu CCV varētu būt līdz 32 slēdžiem.

Cycloconverter minimālais minimums ir parādīts iepriekš. Abās slodzes pusēs tam būs pārslēgšanas ķēde, viena ķēde darbosies maiņstrāvas avota pozitīvā pusperioda laikā, bet otra ķēde darbosies negatīvā puscikla laikā. Parasti komutācijas ķēde tiks demonstrēta, izmantojot SCR kā strāvas elektronisku ierīci, taču mūsdienu CCV var atrast, ka SCR tiek aizstāti ar IGBT un dažreiz pat MOSFETS.

Komutācijas ķēdēm būs nepieciešama arī vadības ķēde, kas instruē Power elektronisko ierīci, kad vadīt un kad izslēgt. Šī vadības ķēde parasti ir mikrokontrolleris, un tai var būt arī atgriezeniskā saite no izejas, lai izveidotu slēgtas cilpas sistēmu. Lietotājs var kontrolēt izejas frekvences vērtību, pielāgojot vadības ķēdes parametrus. Tiek izmantotas iepriekšējās diagrammas diodes lai attēlotu strāvas plūsmas virzienu. Pozitīvā komutācijas ķēde vienmēr strāvā nonāk strāvā, un negatīvā komutācijas ķēde vienmēr noslogo strāvu no slodzes.

Vienfāzes līdz vienfāzes ciklokonvertori:

Vienfāzes līdz vienfāzes CCV tiek izmantots ļoti reti, taču, lai saprastu CCV darbību, tas vispirms ir jāizpēta, lai mēs varētu saprast trīsfāžu CCV. Vienfāzes līdz vienfāzes CCV ir divi pilna viļņa taisngrieža ķēdes pāri, katrs sastāv no četriem SCR. Viens komplekts ir novietots taisni, bet otrs ir novietots pret paralēli, kā parādīts attēlā zemāk.

Visi SCR vārtu spailes tiks savienotas ar vadības ķēdi, kas nav parādīta iepriekš minētajā ķēdē. Šī vadības ķēde būs atbildīga par SCR iedarbināšanu. Lai saprastu ķēdes darbību, pieņemsim, ka viņš ievada maiņstrāvas barošanu 50Hz frekvencē un slodzei jābūt tīrai pretestības slodzei un SCR (α) šaušanas leņķim jābūt 0 °. Tā kā šaušanas leņķis ir 0 °, ieslēgts SCR darbosies kā diode uz priekšu un izslēgts darbosies kā diode pretējā virzienā. Analizēsim zemāk esošo viļņu formu, lai saprastu, kā tiek samazināta frekvence, izmantojot CCV

Barošanas sprieguma frekvences viļņu formu apzīmē ar Vs, un izejas sprieguma frekvences viļņu formu apzīmē ar Vo. Šeit mēs cenšamies, lai pārvērstu barošanas sprieguma frekvenci līdz 1/4 ^th no tās vērtības. Tātad, lai to izdarītu pirmajos divos barošanas sprieguma ciklos, mēs izmantosim pozitīvo tilta taisngriezi, bet nākamajos divos ciklos - negatīvo tilta taisngriezi. Tādējādi mums ir četri pozitīvi impulsi pozitīvajā reģionā un pēc tam četri negatīvajā reģionā, kā parādīts izejas frekvences viļņu formā Vo. Šīs ķēdes pašreizējā viļņu forma būs tāda pati kā sprieguma viļņu forma, jo tiek pieņemts, ka slodze ir pilnīgi pretestīga. Lai gan viļņu formas lielums mainīsies, pamatojoties uz slodzes pretestības vērtību.

Izejas frekvence ir izteikta, izmantojot punktētu līniju uz Vo vilnim, jo tas maina polaritāti tikai ik pēc diviem cikliem ievades viļņiem izejas frekvences ar 1/4 ^th no ievades biežums, mūsu gadījumā, par ieejas frekvenci 50 Hz ar izejas frekvence būs (1/4 * 50) ap 12,5Hz. Šo izejas frekvenci var kontrolēt, mainot vadības ķēdes iedarbināšanas mehānismu.

Trīsfāzu līdz vienfāzes ciklokonvertori:

Trīsfāzu līdz vienfāzes CCV arī ir līdzīgs vienfāzes līdz vienfāzes CCV, taču šeit ieejas spriegums ir 3 fāžu barošana un izejas spriegums ir vienfāzes barošana ar mainīgu frekvenci. Ķēde izskatās arī ļoti līdzīga, izņemot to, ka mums būs nepieciešami 6 SCR katrā taisngriežu komplektā, jo mums ir jānovērš 3 fāžu maiņstrāvas spriegums.

Atkal SCR vārtu spailes tiks savienotas ar vadības ķēdi, lai tos iedarbinātu, un atkal tiek veikti tie paši pieņēmumi, lai viegli saprastu darbu. Ir arī divu veidu trīsfāzu līdz vienfāzes CCV, pirmajam tipam būs pusviļņu taisngriezis gan pozitīvajam, gan negatīvajam tiltam, un otrajam tipam būs pilna viļņa taisngriezis, kā parādīts iepriekš. Pirmais veids netiek bieži izmantots sliktas efektivitātes dēļ. Arī pilna viļņa veidā abi tilta taisngrieži var radīt spriegumu gan polaritātē, bet pozitīvais pārveidotājs strāvu (avotu) var piegādāt tikai pozitīvajā virzienā, un negatīvais pārveidotājs var novadīt strāvu tikai negatīvā virzienā. Tas ļauj CCV darboties četros kvadrantos. Šie četri kvadranti ir (+ V, + i) un (-V, -i) taisngriešanas režīmā un (+ V, -i) un (-V,-i) inversijas režīmā.

Trīsfāzu – trīsfāzu ciklokonvertori:

Trīsfāzu līdz trīsfāzu CCV ir visbiežāk izmantotie, jo tie var tieši vadīt trīsfāžu slodzes, piemēram, motorus. Trīsfāzu CCV slodze parasti ir ar trīsfāzu zvaigzni savienota slodze, piemēram, motora tinums ar statoru. Šie pārveidotāji kā ieeju uzņem trīsfāžu maiņstrāvas spriegumu ar fiksētu frekvenci un nodrošina trīsfāžu maiņstrāvas spriegumu ar mainīgu frekvenci.

Ir divu veidu trīsfāzu CCV, viens ar pusviļņu pārveidotāju un cits ar pilna viļņa pārveidotāju. Pusviļņu pārveidotāja modeli sauc arī par 18-tiristoru ciklokonvertoriem vai 3 impulsu ciklokonvertoriem. Pilna viļņu pārveidotāju sauc par 6 impulsu ciklokonvertoriem vai 36 tiristoru ciklokonvertoriem. 3 pulsu ciklokonverter ir parādīts attēlā zemāk

Šeit mums ir seši taisngriežu komplekti, no kuriem divi tiek piešķirti katrai fāzei. Šīs CCV darbība ir līdzīga vienfāzes CCV darbībai, izņemot to, ka taisngrieži var iztaisnot tikai pusi viļņa, un tas pats notiek visās trijās fāzēs

Pielietojums:

Ciklokonvertoriem ir liels rūpniecisko pielietojumu kopums, daži ir šādi

• Slīpēšanas dzirnavas
• Smagas veļas mašīnas
• Mīnu tinēji
• HVDC Elektropārvades līnijas
• Lidmašīnu barošana
• SVG (statiskie VAR ģeneratori)
• Kuģu vilces sistēma