Ciklokonverterek - típusok, működés és alkalmazások

A tápegységek két nagy kategóriába sorolhatók, az egyik az AC tápegység, a másik az egyenáramú tápegység. Mint tudjuk, csak váltakozó áramot lehet előállítani, és mivel gazdaságosabb, váltakozó áramot használunk az átvitelhez, és így az elektromos gépek / készülékek nagy része váltakozó áramú áramot működtet. De az áramfejlesztő állomások által szolgáltatott szokásos feszültség és frekvencia nem biztos, hogy eléggé alkalmas bizonyos ipari gépek vezetésére. Ezekben az esetekben átalakítókat és invertereket alkalmazunk, hogy az áramellátás egyik formáját más formára alakítsuk át, például más feszültségre, áramerősségre vagy frekvenciára. A Cycloconveter egy ilyen átalakító, amely az egyik frekvenciában lévő váltakozó áramot állítható frekvenciájú váltakozó áramú energiává alakítja. Ebben a cikkben többet megtudhatunk ezekről a ciklokonverterekről, azok működéséről és alkalmazásáról.

Mi az a Cycloconverter?

A Wikipedia ciklokonvertereinek szabványos meghatározása a következő: „A ciklokonverter (CCV) vagy a ciklinverter átalakítja az állandó feszültségű, állandó frekvenciájú váltakozó áramú hullámformát alacsonyabb frekvenciájú másik váltakozó áramú hullámformává azáltal, hogy szintetizálja a kimeneti hullámformát az AC tápegység szegmenseiből közbenső nélkül DC kapcsoló ”

A ciklokonverterek egyik sajátos tulajdonsága, hogy nem használ egyenáramú összeköttetést az átalakítási folyamatban, ezáltal rendkívül hatékonnyá. Az átalakítás a tirisztorokat kedvelő elektromos elektronikus kapcsolók használatával és logikai kapcsolással történik. Általában ezek a tirisztorok két felére, a pozitív és a negatív felére lesznek osztva. Mindegyik felét úgy kell vezetni, hogy forgatja őket az AC-forma minden félciklusa alatt, ezáltal lehetővé téve a kétirányú áramlást. Most képzelje el a ciklokonvertereket fekete dobozként, amelyek rögzített feszültségű, állandó frekvenciájú váltakozó áramú áramot vesznek be bemenetként, és változó frekvenciájú, változó feszültséget biztosítanak kimenetként, az alábbi ábra szerint.

Megtudhatjuk, mi történhet valószínűleg a fekete doboz belsejében, miközben végignézzük a cikket.

Miért van szükségünk ciklokonverterekre?

Oké, most már tudjuk, hogy a Cycloconveters átalakítja a rögzített frekvenciájú váltakozó áramot változó frekvenciájú váltakozó áramúvá. De miért kell ezt tennünk? Mi az előnye annak, hogy váltakozó frekvenciájú váltakozó áramú tápellátása van?

A válasz erre a kérdésre a sebességszabályozás. A ciklokonvertereket széles körben használják olyan nagy motorok meghajtására, mint például a hengerművekben, a golyósmalmokban, a cementkamrákban stb. fokozatosan növelje a motor fordulatszámát a kimeneti frekvencia növelésével. A ciklokonverterek feltalálása előtt ezeket a nagy motorokat teljesen ki kell tölteni, majd a motor beindítása után fokozatosan meg kell terhelni, ami idő- és emberfogyasztást eredményez.

A ciklokonkeverők típusai:

A kimeneti frekvencia és a bemenő váltakozó áramú fázisok száma alapján a ciklokonvertereket az alábbiak szerint osztályozhatjuk

1. Fokozott ciklokonverterek

2. Ste-Down ciklokonverterek

1. Egyfázisú - egyfázisú ciklokonverter
2. Háromfázisú - egyfázisú ciklokonverter
3. Háromfázisú - háromfázisú ciklokonverter

Step-Up Cycloconverterek: Step-Up CCV, ahogy a neve is sugallja, hogy ez a fajta CCV nagyobb kimeneti frekvenciát biztosít, mint a bemeneti frekvencia. De nem széles körben használják, mivel nem nagyon alkalmazzák a részecskéket. A legtöbb alkalmazáshoz 50 Hz-nél kisebb frekvencia szükséges, amely itt az alapértelmezett frekvencia Indiában. A Step-Up CCV szintén kényszerített kommutációt igényel, ami növeli az áramkör összetettségét.

Step-Down Cycloconverter: Step-Down CCV, amint azt már jól kitalálhatta.. csak olyan kimeneti frekvenciát biztosít, amely kisebb, mint a bemeneti frekvencia. Ezeket a leggyakrabban használják, és a természetes kommutáció segítségével működnek, így viszonylag könnyű felépíteni és működtetni. A lépcsőzetes CCV-t további három típusba sorolják, amint az alábbiakban látható. Ezeket a típusokat részletesen megvizsgáljuk ebben a cikkben.

A ciklokonverterek mögött álló alapelv:

Habár három különböző típusú ciklokonverter van, ezek működése nagyon hasonló, kivéve az áramkörben lévő elektromos elektronikus kapcsolók számát. Például az egyfázisú egyfázisú CCV-hez csak 6 elektromos elektronikus kapcsoló (SCR) tartozik, míg egy háromfázisú CCV-hez akár 32 kapcsoló is tartozik.

A Cycloconverter minimális minimumát a fenti ábra mutatja. A terhelés mindkét oldalán egy kapcsolási áramkör lesz, az egyik áramkör az AC áramforrás pozitív félciklusa alatt, a másik pedig a negatív félciklusa alatt fog működni. Normál esetben a kapcsolási áramkört az SCR, mint elektromos elektronikus eszköz segítségével mutatják be, de a modern CCV-ben megtalálható, hogy az SCR-t IGBT-k, sőt néha MOSFET-ek is felváltják.

A kapcsoló áramköröknek szükségük lesz egy vezérlő áramkörre is, amely utasítja az elektromos elektronikus eszközt, hogy mikor kell vezetni és mikor kell kikapcsolni. Ez a vezérlő áramkör általában mikrovezérlő, és visszajelzése is lehet a kimenetről egy zárt hurokrendszer kialakításához. A felhasználó a kimeneti frekvencia értékét a vezérlő áramkör paramétereinek beállításával szabályozhatja. A fenti diagram diódáit használják hogy az áramlás irányát ábrázolja. A pozitív kapcsoló áramkör mindig áramot táplál a terhelésbe, a negatív kapcsoló áramkör pedig mindig elnyeli az áramot a terhelésből.

Egyfázisú - egyfázisú ciklokonverterek:

Az egyfázisú és az egyfázisú CCV-t nagyon ritkán alkalmazzák, de a CCV működésének megértéséhez először tanulmányozni kell, hogy megértsük a háromfázisú CCV-t. Az egyfázisú - egyfázisú CCV két pár teljes hullámú egyenirányító áramkörrel rendelkezik, amelyek mindegyike négy SCR-ből áll. Az egyik szettet egyenesen, míg a másikat párhuzamos irányban helyezzük el, amint az az alábbi képen látható.

Az SCR összes kapu terminálja összekapcsolódik egy vezérlő áramkörrel, amely nem látható a fenti áramkörben. Ez a vezérlő áramkör lesz felelős az SCR kiváltásáért. Tegyük fel, hogy az áramkör működésének megértéséhez tegyük fel, hogy a váltakozó áramú tápellátás 50Hz-es frekvenciával rendelkezik, és a terhelés tiszta ellenállóképességnek felel meg, és az SCR (α) égési szöge 0 °. Mivel az égési szög 0 ° -on van, az SCR bekapcsolt állapotban diódaként fog működni előrefelé, kikapcsolt állapotában pedig diódaként működik fordított irányban. Elemezzük az alábbi hullámformát, hogy megértsük, hogyan lehet csökkenteni a frekvenciát egy CCV segítségével

A tápfeszültség frekvenciájának hullámformáját Vs, a kimeneti feszültség frekvencia hullámformáját Vo jelöli. Itt megpróbáljuk átalakítani a tápfeszültség frekvenciáját az értékének 1/4- ^ig. Tehát a tápfeszültség első két ciklusában a pozitív Bridge egyenirányítót, a következő két ciklusban pedig a negatív híd egyenirányítót fogjuk használni. Így négy pozitív impulzusunk van a pozitív régióban, majd négy a negatív tartományban, amint azt a Vo kimeneti frekvencia hullámformája mutatja. Ennek az áramkörnek az aktuális hullámformája megegyezik a feszültség hullámalakjával, mivel a terhelést feltételezzük, hogy tisztán ellenálló. Bár a hullámalak nagysága a terhelés ellenállásának értéke alapján változni fog.

A kimeneti frekvencia a pontozott vonallal van ábrázolva a Vo hullámformán, mivel ez csak a bemeneti hullámforma két ciklusánál változtatja meg a polaritást a kimeneti frekvencia 1/4- ^edikével, esetünkben 50 Hz-es a kimeneti frekvencia (1/4 * 50) 12,5 Hz körül lesz. Ez a kimeneti frekvencia szabályozható a vezérlő áramkör kiváltó mechanizmusának változtatásával.

Háromfázisú egyfázisú ciklokonverterek:

A háromfázisú egyfázisú CCV szintén hasonlít az egyfázisú egyfázisú CCV-hez, de itt a bemeneti feszültség 3 fázisú tápfeszültség, a kimeneti feszültség pedig egyfázisú, változó frekvenciájú tápfeszültség. Az áramkör szintén nagyon hasonlónak tűnik, azzal a különbséggel, hogy minden egyes egyenirányító készletben 6 SCR-re lesz szükségünk, mivel ki kell igazítanunk a háromfázisú váltakozó feszültséget.

Ismét az SCR kapu kapcsait összekapcsolják a vezérlő áramkörrel, hogy kiváltsák őket, és ugyanazokat a feltételezéseket fogalmazzák meg ismét a működés megértése érdekében. Kétféle háromfázisú és egyfázisú CCV is létezik, az első típus félhullámú egyenirányítóval rendelkezik mind a Pozitív, mind a Negatív Híd számára, a második típus pedig teljes hullámú egyenirányítóval rendelkezik, amint az fent látható. Az első típust gyenge hatékonysága miatt gyakran nem használják. Szintén teljes hullámú típusban mindkét hídirányító egyenfeszültséget képes előállítani mindkét polaritásban, de a pozitív átalakító csak pozitív irányban képes áramot (forrást) szolgáltatni, a negatív átalakító pedig csak negatív irányban vezetheti le az áramot. Ez lehetővé teszi a CCV működését négy kvadránsban. Ez a négy kvadráns (+ V, + i) és (-V, -i) egyenirányító módban és (+ V, -i) és (-V,-i) inverziós módban.

Háromfázisú - háromfázisú ciklokonverterek:

A háromfázisú-háromfázisú CCV a leggyakrabban használt, mivel közvetlenül képes meghajtani a háromfázisú terheléseket, például a motorokat. A háromfázisú CCV terhelése általában háromfázisú csillaggal összekapcsolt terhelés lesz, mint a motor állórész tekercselése. Ez a konverter bemenetként háromfázisú váltakozó feszültséget vesz fel rögzített frekvenciával, és változó frekvenciájú háromfázisú váltakozó feszültséget biztosít.

Kétféle háromfázisú CCV létezik, az egyik félhullámú átalakítóval rendelkezik, a másik pedig teljes hullámú átalakítóval. A félhullámú átalakító modellt 18-tirisztoros ciklokonvertereknek vagy 3 impulzusú ciklokonvertereknek is nevezik. A teljes hullámú konvertert 6 impulzusú ciklokonverterekként vagy 36 tirisztoros ciklokonverterekként hívják. Az alábbi képen látható egy 3 impulzusú ciklokonverter

Itt hat egyenirányító készlet áll rendelkezésünkre, amelyekből kettő van elosztva minden fázishoz. Ennek a CCV-nek a működése hasonló az egyfázisú CCV-hez, kivéve, ha az egyenirányítók csak a hullám felét képesek kiegyenlíteni, és ugyanez történik mindhárom fázis esetében

Alkalmazások:

A ciklokonverterek nagy számú ipari alkalmazással rendelkeznek, a következők közül néhány

• Malmok őrlése
• Nehéz mosógépek
• Bánya tekercselők
• HVDC távvezetékek
• Repülőgép áramellátása
• SVG (statikus VAR generátorok)
• A hajó meghajtási rendszere