Циклоконвертери - типи, робочі та застосування

Блоки живлення можна класифікувати на дві широкі категорії: одна - джерело змінного струму, а інша - джерело постійного струму. Оскільки ми знаємо, що може генеруватися лише змінне живлення, і оскільки воно є більш економічним, ми використовуємо змінне струм для передачі, і, отже, більшість електричних машин / пристроїв працює від змінного струму. Але стандартні напруга та частота, що подаються від генераторних станцій, можуть бути недостатньо хорошими для керування певними промисловими машинами. У цих випадках ми використовуємо перетворювачі та інвертори для перетворення однієї форми джерела живлення в іншу форму, наприклад, в інший номінал напруги, номінального струму або частоти. Циклоконвектор - це один із таких перетворювачів, який перетворює потужність змінного струму на одній частоті в потужність змінного струму з регульованою частотою. У цій статті ми дізнаємося більше про ці циклоперетворювачі, їх роботу та застосування.

Що таке циклоконвертер?

Стандартне визначення для циклоконвертерів з Вікіпедії виглядає наступним чином: « Циклоконвертор (CCV) або циклоінвертор перетворює постійну напругу, форму постійної частоти змінного струму в іншу форму сигналу змінного струму нижчої частоти шляхом синтезу вихідної форми сигналу з сегментів джерела змінного струму без проміжного Лінія постійного струму ”

Однією особливою властивістю циклоконвертерів є те, що він не використовує ланцюг постійного струму в процесі перетворення, що робить його високоефективним. Перетворення здійснюється за допомогою силових електронних перемикачів типу «тиристори» та їх логічного перемикання. Зазвичай ці тиристори поділяються на дві половини, позитивну половину і негативну половину. Кожна половина буде змушена проводити, обертаючи їх протягом кожного напівцикла форми змінного струму, забезпечуючи таким чином двонаправлений потік потужності. Наразі уявіть собі циклоперетворювачі як чорний ящик, який приймає фіксовану напругу з фіксованою частотою як джерело змінного струму як вхідне та забезпечує змінну частоту, змінну напругу як вихід, як показано на малюнку нижче.

Під час перегляду статті ми дізнаємось, що може відбуватися всередині цієї чорної скриньки.

Навіщо нам циклоперетворювачі?

Добре, тепер ми знаємо, що циклоконвектори перетворюють потужність змінного струму фіксованої частоти в потужність змінного струму змінної частоти. Але навіщо нам це робити? У чому перевага використання джерела змінного струму із змінною частотою?

Відповідь на це питання - регулювання швидкості. Циклоконвектори широко використовуються для приводу великих двигунів, подібних до тих, що використовуються у прокатних станах, кульових млинах, цементних цехах тощо. Частота циклоконвертерів може бути зменшена до нуля, що допомагає нам запускати дуже великі двигуни з повним навантаженням з мінімальною швидкістю, а потім поступово збільшуйте швидкість двигуна, збільшуючи вихідну частоту. До винаходу циклоконвертерів ці великі двигуни повинні бути повністю розвантажені, а потім після запуску двигуна його потрібно поступово завантажувати, що призводить до витрати часу та людської енергії.

Типи циклоконвекторів:

Залежно від вихідної частоти та кількості фаз у вхідному джерелі змінного струму циклоперетворювачі можна класифікувати, як показано нижче

1. Підсилюючі циклоперетворювачі

2. Циклоконвертери Ste-Down

1. Однофазний в однофазний циклоперетворювач
2. Трифазний в однофазний циклоперетворювач
3. Трифазний до трифазний циклоперетворювач

Підсилюючі циклоперетворювачі: Підсилюючий CCV, як випливає з назви, цей тип CCV забезпечує вихідну частоту більшу, ніж вхідна частота. Але він не використовується широко, оскільки не має великого застосування частинок. Для більшості програм потрібна частота менше 50 Гц, що є частотою за замовчуванням тут, в Індії. Також Step-Up CCV вимагатиме примусової комутації, що збільшує складність схеми.

Понижувальні циклоперетворювачі: Понижуючий CCV, як ви, напевно, вже добре здогадалися.. просто забезпечує вихідну частоту, меншу за вхідну. Вони найчастіше використовуються і працюють за допомогою природної комутації, отже порівняно легко будувати та експлуатувати. Поступовий CCV класифікується далі на три типи, як показано нижче, ми детально розглянемо кожен із цих типів у цій статті.

Основний принцип циклоконвертерів:

Хоча існують три різні типи циклоперетворювачів, робота їх дуже схожа, за винятком кількості силових електронних вимикачів, присутніх у схемі. Наприклад, однофазна CCV буде мати лише 6 силових електронних вимикачів (SCR), тоді як трифазна CCV може мати до 32 вимикачів.

Мінімальний мінімум для циклоконвертера показаний вище. Він матиме комутаційну ланцюг по обидві сторони навантаження, одна ланцюг функціонуватиме під час позитивного напівцикла джерела змінного струму, а інша ланцюг - під час негативного напівцикла. Зазвичай схема комутації демонструється за допомогою SCR як силового електронного пристрою, але в сучасному CCV ви можете виявити, що SCR замінюються IGBT, а іноді навіть MOSFETS.

Комутаційні схеми також потребуватимуть схеми управління, яка вказує електромережі Power, коли проводити, а коли вимикати. Цей ланцюг управління, як правило, є мікроконтролером і може також мати зворотний зв'язок з виходу, щоб утворити систему замкнутого циклу. Користувач може контролювати значення вихідної частоти, регулюючи параметри в схемі управління. Використовуються діоди на наведеній вище схемі щоб представити напрямок потоку струму. Позитивний комутаційний ланцюг завжди подає струм у навантаження, а негативний ланцюг комутації завжди опускає струм від навантаження.

Однофазні в однофазні циклоперетворювачі:

CCV від однієї фази до однофазної використовується дуже рідко, але щоб зрозуміти роботу CCV, її слід спочатку вивчити, щоб ми могли зрозуміти трифазну CCV. Однофазна до однофазної CCV має дві пари повноволнового випрямного контуру, кожна з яких складається з чотирьох SCR. Один комплект розміщений прямо, а інший - в паралельному напрямку, як показано на малюнку нижче.

Всі термінали затвора SCR будуть підключені до схеми управління, яка не показана в схемі вище. Цей ланцюг управління буде відповідальним за спрацьовування SCR. Щоб зрозуміти роботу схеми, припустимо, що вхідний джерело живлення змінного струму має частоту 50 Гц, а навантаження - чисте резистивне навантаження, а кут спрацьовування SCR (α) - 0 °. Оскільки кут стрільби дорівнює 0 °, SCR при увімкненні діятиме як діод у прямому напрямку, а при вимкненні діятиме як діод у зворотному напрямку. Давайте проаналізуємо форму хвилі нижче, щоб зрозуміти, як частота знижується за допомогою CCV

Форма хвилі частоти напруги живлення позначається Vs, а хвильова форма частоти вихідної напруги Vo. Тут ми намагаємося перетворити частоту напруги живлення до 1/4 ^го його вартості. Отже, для перших двох циклів напруги живлення ми будемо використовувати позитивний випрямляч моста, а для наступних двох циклів - негативний випрямляч моста. Таким чином, ми маємо чотири позитивні імпульси в позитивній області, а потім чотири в негативній області, як показано у вихідній частоті сигналу Vo. Форма сигналу струму для цієї схеми буде такою ж, як форма сигналу напруги, оскільки навантаження вважається суто резистивним. Хоча величина сигналу буде змінюватися залежно від величини опору навантаження.

Вихідна частота представляється за допомогою пунктирної лінії на формі сигналу Vo, оскільки вона змінює полярність лише для кожних двох циклів вхідної форми сигналу вихідної частоти з 1/4 ^тис. Вхідної частоти, в нашому випадку для вхідної частоти 50 Гц вихідна частота буде (1/4 * 50) близько 12,5 Гц. Цю вихідну частоту можна регулювати, змінюючи механізм спрацьовування в ланцюзі управління.

Трифазні в однофазні циклоперетворювачі:

Трифазна однофазна CCV також схожа на однофазну однофазну CCV, але тут вхідна напруга є 3-фазним джерелом живлення, а вихідна напруга - однофазним джерелом живлення зі змінною частотою. Схема також виглядає дуже схожою, за винятком того, що нам знадобиться 6 SCR в кожному наборі випрямляча, оскільки ми повинні випрямити 3-фазну напругу змінного струму.

Знову термінали затвора SCR будуть підключені до схеми управління для їх спрацьовування, і знову зроблені ті самі припущення, щоб легко зрозуміти роботу. Також є два типи трифазних до однофазних CCV, перший тип матиме напівхвильовий випрямляч як для позитивного, так і для негативного мосту, а другий тип буде мати повноволновий випрямляч, як показано вище. Перший тип використовується не часто через низьку ефективність. Також у повноволновому типі обидва мостових випрямляча можуть генерувати напругу в обох полярностях, але позитивний перетворювач може подавати струм (джерело) лише в позитивному напрямку, а негативний перетворювач може зливати струм лише в негативному напрямку. Це дозволяє CCV працювати в чотирьох квадрантах. Ці чотири квадранти є (+ V, + i) та (-V, -i) у режимі випрямлення та (+ V, -i) та (-V,-i) в режимі інверсії.

Трифазні до трифазні циклоперетворювачі:

Трифазні трифазні CCV є найбільш використовуваними, оскільки вони можуть безпосередньо керувати трифазними навантаженнями, такими як двигуни. Навантаження для трифазного CCV зазвичай буде навантаженням, підключеним до трифазної зірки, як обмотка статора двигуна. Цей перетворювач приймає трифазну змінну напругу з фіксованою частотою як вхід і забезпечує трифазну змінну напругу зі змінною частотою.

Існує два типи трифазних CCV, один із напівхвильовим перетворювачем та інший із повноперетворювачем. Модель напівхвильового перетворювача також називають 18-тиристорними циклоконверторами або 3-імпульсними циклоконверторами. Повнохвильовий перетворювач називається 6-імпульсними циклоконверторами або 36-тиристорними циклоконверторами. 3-імпульсний циклоперетворювач показаний на малюнку нижче

Тут ми маємо шість комплектів випрямлячів, з яких по два виділяються для кожної фази. Робота цього CCV схожа на однофазну CCV, за винятком, що тут випрямлячі можуть випрямити лише половину хвилі, і те ж відбувається для всіх трьох фаз

Програми:

Циклоконвертери мають великий набір промислових застосувань, наведених нижче

• Шліфувальні млини
• Важкі пральні машини
• Шахтні намотувачі
• Лінії електропередачі HVDC
• Блок живлення літаків
• SVG (статичні генератори VAR)
• Корабельна рушійна система