- Négy negyed művelet kettős átalakítóban
- Elv
- Praktikus Dual Converter
- 1) Kettős átalakító működése keringő áram nélkül
- 2) Kettős átalakító működése keringő árammal
- 1) Egyfázisú kettős átalakító
- 2) Háromfázisú kettős átalakító
Az előző oktatóanyagban láthattuk, hogyan tervezik a kettős tápegység áramkört, most megismerkedünk a kettős átalakítókkal, amelyek egyszerre képesek váltakozóáramúvá alakítani az egyenáramot és az egyenáramot váltakozóáramúvá. Ahogy a neve is sugallja, a Dual Converter két átalakítóval rendelkezik, az egyik átalakító egy egyenirányítóval működik (AC-t alakít DC-vel), a másik átalakító pedig inverterként működik (DC-t vált AC-vá). Mindkét átalakítót közös terheléssel csatlakoztatják egymáshoz, a fenti képen látható módon. Ha többet szeretne megtudni az egyenirányítóról és az inverterről, kövesse a hivatkozásokat.
Miért használjuk a kettős átalakítót? Ha csak egy átalakító képes ellátni a terhelést, akkor miért használunk két átalakítót? Ezek a kérdések felmerülhetnek, és ebben a cikkben megkapja a választ.
Itt két átalakító van összekapcsolva. Az ilyen típusú csatlakozás miatt ez az eszköz négynégyszögű működésre tervezhető. Ez azt jelenti, hogy a terhelési feszültség és a terhelési áram is visszafordíthatóvá válik. Hogyan lehetséges a négykvadránsos működés a kettős átalakítóban? Ezt a cikkben tovább látjuk.
Általában kettős átalakítókat használnak a reverzibilis DC vagy a változó sebességű DC meghajtókhoz. Nagy teljesítményű alkalmazásokhoz használják.
Négy negyed művelet kettős átalakítóban
Első negyed: a feszültség és az áram egyaránt pozitív.
Második negyed: a feszültség pozitív és az áram negatív.
Harmadik negyed: feszültség és áram egyaránt negatív.
Negyedik negyed: a feszültség negatív és az áram pozitív.
Ebből a két átalakítóból az első átalakító két negyedben működik, az α égési szög értékétől függően. Ez az átalakító egyenirányítóként működik, ha az α értéke 90˚ alatt van. Ebben a műveletben az átalakító pozitív átlagos terhelési feszültséget és terhelési áramot produkál, és az első negyedben működik .
Ha az α értéke nagyobb, mint 90˚, ez a konverter inverterként működik. Ebben a műveletben az átalakító negatív átlagos kimeneti feszültséget produkál, és az áram iránya nem változik. Ezért marad a terhelési áram pozitív. Az első kvadráns műveletben az energia a forrásból a terhelésbe, a negyedik kvadráns műveletben az energia a terhelésből a forrásba kerül.
Hasonlóképpen, a második konverter egyenirányítóként működik, ha az α kilövési szög kisebb, mint 90 °, és inverterként működik, ha az α kilövési szög nagyobb, mint 90 °. Amikor ez a konverter egyenirányítóként működik, az átlagos kimeneti feszültség és az áram negatív. Tehát a harmadik negyedben működik, és az áramlás terheléstől a forrásig terjed. Itt a motor fordított irányban forog. Amikor ez a konverter inverterként működik, az átlagos kimeneti feszültség pozitív és az áram negatív. Tehát a második negyedben működik, és az energiaáramlás terheléstől a forrásig terjed.
Ha a teljesítmény áramlik terheléstől a forrásig, a motor úgy viselkedik, mint egy generátor, és ez lehetővé teszi a regeneratív törést.
Elv
A kettős átalakító elvének megértéséhez feltételezzük, hogy mindkét átalakító ideális. Ez azt jelenti, hogy tiszta DC kimeneti feszültséget produkálnak, a kimeneti kapcsokon nincs hullámzás. A kettős átalakító egyszerűsített egyenértékű diagramja az alábbi ábrán látható.
A fenti kapcsolási rajzon az átalakítót vezérelhető egyenáramú feszültségforrásnak tekintik, és sorba van kötve a diódával. A konverterek égési szögét egy vezérlő áramkör szabályozza. Tehát mindkét átalakító egyenfeszültsége nagyságrendileg azonos és polaritással ellentétes. Ez lehetővé teszi az áramerősség hátramenetben történő meghajtását a terhelésen keresztül.
Az egyenirányítóként működő átalakítót pozitív csoport-átalakítónak, a másik inverterként működő átalakítót pedig negatív csoport-átalakítónak nevezzük.
Az átlagos kimeneti feszültség az elsütési szög függvénye. Egyfázisú inverter és háromfázisú inverter esetén az átlagos kimeneti feszültség az alábbi egyenletek formájában jelenik meg.
E DC1 = E max Cos⍺ 1 E DC2 = E max Cos⍺ 2
Ahol α 1 és α 2 az 1. átalakító és a 2. átalakító kilövési szöge.
Egyfázisú kettős átalakítóhoz, E max = 2E m / π
Háromfázisú kettős átalakítóhoz, E max = 3√3E m / π
Ideális átalakító, 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
Amint fentebb tárgyaltuk, az átlagos kimeneti feszültség az égési szög függvénye. Ez azt jelenti, hogy a kívánt kimeneti feszültséghez szabályoznunk kell az égési szöget. Az égési szög vezérlő áramköre úgy használható, hogy az E c vezérlőjel megváltozásakor az α 1 és α 2 égési szög oly módon változik, hogy az kielégítse a gráf alatt.
Praktikus Dual Converter
Gyakorlatilag nem tekinthetjük mindkét átalakítót ideális átalakítónak. Ha a konverterek égési szöge úgy van beállítva, hogy ⍺ 1 + ⍺ 2 = 180⁰. Ebben az állapotban mindkét átalakító átlagos kimeneti feszültsége mm-es magasságban megegyezik, de polaritással ellentétes. De a hullámzó feszültség miatt nem tudjuk pontosan megkapni ugyanazt a feszültséget. Tehát pillanatnyi feszültségkülönbség van a két átalakító egyenáramú kivezetéseinél, amelyek óriási c- áramot generálnak a konverterek között, és amelyek átfolynak a terhelésen.
Ezért a praktikus kettős átalakítóban a keringő áram vezérlésére van szükség. Kétféle mód van a keringő áram vezérlésére.
1) Működés keringő áram nélkül
2) Működés keringő árammal
1) Kettős átalakító működése keringő áram nélkül
Ebben a típusú kettős átalakítóban csak egy átalakító van vezetésben, egy másik átalakító átmenetileg blokkolva van. Tehát egyszerre egy átalakító működik, és a reaktorra nincs szükség a konverterek között. Egy adott pillanatban mondjuk, hogy az 1 átalakító egyenirányítóként működik, és ellátja a terhelési áramot. Ebben a pillanatban a 2-es átalakító blokkolásra kerül az égési szög eltávolításával. Inverziós működéshez az 1 átalakító blokkolva van, és a 2 átalakító a terhelő áramot szolgáltatja.
A 2-es átalakító impulzusait késleltetési idő után alkalmazzák. A késleltetési idő 10 és 20 ms között van. Miért alkalmazzunk késleltetési időt a működés megváltoztatása között? Biztosítja a tirisztorok megbízható működését. Ha a 2. átalakító kivált, mielőtt az 1. átalakító teljesen kikapcsol, nagy mennyiségű keringő áram folyik a konverterek között.
Számos vezérlési séma létezik az égési szög előállításához a kettős átalakító árammentes áramlása érdekében. Ezeket a vezérlési sémákat nagyon kifinomult vezérlőrendszerek működtetésére tervezték. Itt egyszerre csak egy átalakító van vezetésben. Ezért csak egy kilövési szög egység használható. Néhány alapvető sémát az alábbiakban sorolunk fel.
A) A konverter kiválasztása a vezérlőjel polaritásával
B) A konverter kiválasztása a terhelési áram polaritásával
C) A konverter kiválasztása mind a vezérlő feszültség, mind a terhelési áram alapján
2) Kettős átalakító működése keringő árammal
Cirkuláló áramátalakító nélkül nagyon kifinomult vezérlőrendszert igényel, és a terhelési áram nem folyamatos. E nehézségek leküzdésére van egy kettős átalakító, amely a keringő árammal működhet. Egy áramkorlátozó reaktor közé van csatlakoztatva az egyenáramú terminálok mindkét átalakítók. Mindkét konverter égési szöge úgy van beállítva, hogy a keringő áram minimális mennyisége a reaktoron keresztül áramoljon. Amint azt az ideális inverterben kifejtettük, a keringő áram nulla, ha ⍺ 1 + ⍺ 2 = 180⁰.
Tegyük fel, hogy az 1 átalakító tüzelési szöge 60 °, majd a 2 konverter égési szögét 120 ° -on kell tartani. Ebben a műveletben az 1 átalakító egyenirányítóként, a 2 átalakító pedig inverterként fog működni. Így ebben a művelettípusban egyszerre mindkét átalakító vezető állapotban van. Ha a terhelési áram megfordul, akkor az egyenirányítóként működő átalakító most inverterként, míg az inverterként működő átalakító egyenirányítóként működik. Ebben a sémában mindkét átalakító egyszerre vezet. Tehát két égési szöggenerátor egységre van szükség.
Ennek a rendszernek az az előnye , hogy az átalakító zökkenőmentes működését elérhetjük az inverzió idején. A rendszer időbeli reakciója nagyon gyors. A normál késleltetési idő 10-20 ms, ha a keringő áram mentes.
Ennek a rendszernek az a hátránya , hogy a reaktor mérete és költsége magas. A keringő áram miatt a teljesítménytényező és a hatásfok alacsony. A keringő áram kezeléséhez nagy áramértékű tirisztorokra van szükség.
A terhelés típusa szerint egyfázisú és háromfázisú kettős átalakítókat használnak.
1) Egyfázisú kettős átalakító
A kettős átalakító kapcsolási rajzát az alábbi ábra mutatja. Külön gerjesztett egyenáramú motort használunk terhelésként. Mindkét átalakító egyenáramú kivezetései össze vannak kötve az armatúra tekercsének kivezetéseivel. Itt két egyfázisú, teljes átalakító van összekötve. Mindkét átalakító közös terhelést biztosít.
Az-1 átalakító kilövési szöge α 1 és α 1 kisebb, mint 90 °. Ezért az 1 átalakító egyenirányítóként működik. Pozitív fél ciklus (0 <t <π) esetén az S1 és S2 tirisztor, negatív fél ciklusnál (π <t <2π) pedig az S3 és S4 tirisztor vezet. Ebben a műveletben a kimeneti feszültség és az áram egyaránt pozitív. Tehát ez a művelet előremenő motoros műveletként ismert, és az átalakító az első negyedben működik.
A 2-es konverter tüzelési szöge 180 - α 1 = α 2 és α 2 nagyobb, mint 90 °. Tehát a 2. átalakító inverterként működik. Ebben a műveletben a terhelési áram ugyanabban az irányban marad. A kimeneti feszültség polaritása negatív. Ezért az átalakító a negyedik negyedben működik. Ezt a műveletet regeneratív fékezésnek nevezik.
Az egyenáramú motor fordított forgatásához a 2. átalakító egyenirányítóként, az 1. átalakító pedig inverterként működik. A 2-konverter α 2 kilövési szöge kisebb, mint 90 °. Az alternatív feszültségforrás biztosítja a terhelést. Ebben a műveletben a terhelési áram negatív, és a kimeneti átlagos feszültség is negatív. Ezért a 2 átalakító a harmadik negyedben működik. Ezt a műveletet fordított motorozásnak nevezik.
Fordított üzemmódban az 1 átalakító kilövési szöge kisebb, mint 90 °, a 2 átalakító kilövési szöge pedig nagyobb, mint 90 °. Tehát ebben a műveletben a terhelési áram negatív, de az átlagos kimeneti feszültség pozitív. Tehát, a konverter-2 a második negyedben működik. Ezt a műveletet fordított regeneratív fékezésnek nevezik.
Az egyfázisú kettős átalakító hullámalakja az alábbi ábrán látható.
2) Háromfázisú kettős átalakító
A háromfázisú kettős átalakító kapcsolási rajza az alábbi ábrán látható. Itt két háromfázisú átalakító van összekapcsolva. A működés elve megegyezik az egyfázisú kettős átalakítóval.
Így tervezik meg a kettős átalakítókat, és amint már elmondtuk, általában reverzibilis DC vagy változó sebességű DC meghajtók építésére használják nagy teljesítményű alkalmazásokban.