Cyklokonwertery - rodzaje, działanie i zastosowania

Zasilacze można podzielić na dwie szerokie kategorie, jedna to zasilacz AC, a druga to zasilacz DC. Jak wiemy, można generować tylko prąd przemienny, a ponieważ jest to bardziej ekonomiczne, używamy prądu przemiennego do przesyłu, a zatem większość maszyn / urządzeń elektrycznych działa na zasilaniu prądem przemiennym. Ale standardowe napięcie i częstotliwość dostarczane ze stacji wytwórczych mogą nie być wystarczająco dobre, aby napędzać niektóre maszyny przemysłowe. W takich przypadkach używamy konwerterów i falowników do konwersji jednej formy zasilania na inną formę, na przykład na inne napięcie znamionowe, prąd znamionowy lub częstotliwość. Jednym z takich konwerterów jest cyklokonwerter, który przekształca prąd przemienny o jednej częstotliwości na prąd przemienny o regulowanej częstotliwości. W tym artykule dowiemy się więcej o tych cyklokonwerterach, ich działaniu i zastosowaniach.

Co to jest cyklokonwerter?

Standardowa definicja cyklokonwerterów z Wikipedii brzmi następująco: „ Cyklokonwerter (CCV) lub cykloinwerter konwertuje przebieg prądu przemiennego o stałym napięciu i częstotliwości na inny przebieg prądu przemiennego o niższej częstotliwości poprzez syntezę przebiegu wyjściowego z segmentów zasilania prądem przemiennym bez pośredniego Łącze DC ”

Jedną ze szczególnych właściwości cyklokonwerterów jest to, że nie wykorzystuje łącza DC w procesie konwersji, co czyni go wysoce wydajnym. Konwersja odbywa się za pomocą przełączników energoelektronicznych, takich jak tyrystory, i przełączanie ich w logiczny sposób. Zwykle tyrystory są podzielone na dwie połowy, dodatnią połowę i ujemną połowę. Każda połowa będzie przewodzić, obracając je podczas każdego półcyklu postaci prądu przemiennego, umożliwiając w ten sposób dwukierunkowy przepływ mocy. Na razie wyobraź sobie cyklokonwertery jako czarną skrzynkę, która pobiera prąd zmienny o stałym napięciu o stałej częstotliwości jako wejście i dostarcza zmienną częstotliwość i zmienne napięcie jako wyjście, jak pokazano na poniższej ilustracji.

Dowiemy się, co może się dziać w tej czarnej skrzynce, gdy przejdziemy przez artykuł.

Dlaczego potrzebujemy cyklokonwerterów?

W porządku, teraz wiemy, że cyklokonwektory przekształcają moc prądu przemiennego o stałej częstotliwości na moc prądu przemiennego o zmiennej częstotliwości. Ale dlaczego musimy to robić? Jaka jest zaleta posiadania zasilacza prądu zmiennego o zmiennej częstotliwości?

Odpowiedzią na to pytanie jest Speed ​​Control. Cyklokonwertery są szeroko stosowane do napędzania dużych silników, takich jak ten stosowany w walcowniach, młynach kulowych Cementowniach itp. Częstotliwość wyjściową cyklokonwerterów można zmniejszyć do zera, co pomaga nam uruchamiać bardzo duże silniki z pełnym obciążeniem przy minimalnej prędkości, a następnie stopniowo zwiększać prędkość silnika, zwiększając częstotliwość wyjściową. Przed wynalezieniem cyklokonwerterów te duże silniki muszą być całkowicie odciążone, a następnie po uruchomieniu silnika muszą być obciążane stopniowo, co skutkuje czasem i zużyciem energii przez ludzi.

Rodzaje cyklokonveterów:

Na podstawie częstotliwości wyjściowej i liczby faz w wejściowym źródle prądu przemiennego cyklokonwertery można sklasyfikować w następujący sposób

1. Cyklokonwertery Step-Up

2. Cyklokonwertery Ste-Down

1. Cyklokonwerter jednofazowy na jednofazowy
2. Cyklokonwerter trójfazowy na jednofazowy
3. Cyklokonwerter trójfazowy na trójfazowy

Step-Up Cycloconverters: Step-Up CCV, jak nazwa sugeruje, ten typ CCV zapewnia częstotliwość wyjściową większą niż częstotliwość wejściowa. Ale nie jest szeroko stosowany, ponieważ nie ma dużego zastosowania cząstek. Większość aplikacji będzie wymagać częstotliwości mniejszej niż 50 Hz, która jest domyślną częstotliwością w Indiach. Step-Up CCV będzie również wymagał wymuszonej komutacji, co zwiększa złożoność obwodu.

Cyklokonwertery obniżające napięcie: CCV obniżające napięcie, jak można się już dobrze domyślić… po prostu zapewnia częstotliwość wyjściową, która jest mniejsza niż częstotliwość wejściowa. Są one najczęściej używane i działają z pomocą naturalnej komutacji, dzięki czemu są stosunkowo łatwe w budowie i obsłudze. CCV obniżający jest dalej podzielony na trzy typy, jak pokazano poniżej, szczegółowo przyjrzymy się każdemu z tych typów w tym artykule.

Podstawowa zasada działania cyklokonwerterów:

Chociaż istnieją trzy różne typy cyklokonwerterów, ich działanie jest bardzo podobne, z wyjątkiem liczby przełączników energoelektronicznych obecnych w obwodzie. Na przykład jednofazowy do jednofazowego CCV będzie miał tylko 6 przełączników mocy (SCR), podczas gdy trójfazowy CCV może mieć do 32 przełączników.

Absolutne minimum dla cyklokonwertera pokazano powyżej. Będzie miał obwód przełączający po obu stronach obciążenia, jeden obwód będzie działał podczas dodatniego półcyklu źródła zasilania prądem przemiennym, a drugi obwód będzie działał podczas ujemnego półcyklu. Zwykle obwód przełączający zostanie zademonstrowany przy użyciu SCR jako urządzenia energoelektronicznego, ale w nowoczesnych CCV można znaleźć SCR zastępowane przez IGBT, a czasem nawet MOSFETY.

Obwody przełączające będą również wymagały obwodu sterującego, który instruuje urządzenie elektroniczne Power, kiedy ma przewodzić, a kiedy wyłączać. Ten obwód sterujący będzie normalnie mikrokontrolerem i może mieć również sprzężenie zwrotne z wyjścia, tworząc układ z zamkniętą pętlą. reprezentować kierunek przepływu prądu. Dodatni obwód przełączający zawsze dostarcza prąd do obciążenia, a ujemny obwód przełączający zawsze odbiera prąd z obciążenia.

Cyklokonwertery jednofazowe na jednofazowe:

CCV jednofazowy do jednofazowego jest bardzo rzadko używane, ale aby zrozumieć działanie CCV, należy najpierw zbadać, abyśmy mogli zrozumieć trójfazowy CCV. CCV jednofazowy do jednofazowego ma dwie pary obwodów prostownika pełnookresowego, z których każdy składa się z czterech SCR. Jeden zestaw jest umieszczony prosto, a drugi w kierunku przeciwnym do równoległości, jak pokazano na poniższym rysunku.

Wszystkie zaciski bramkowe tyrystorów będą podłączone do obwodu sterującego, który nie jest pokazany na powyższym obwodzie. Ten obwód sterujący będzie odpowiedzialny za wyzwalanie tyrystorów. Aby zrozumieć działanie obwodu, załóżmy, że napięcie wejściowe AC ma częstotliwość 50 Hz, a obciążenie jest czystym obciążeniem rezystancyjnym, a kąt zapłonu tyrystora (α) wynosi 0 °. Ponieważ kąt zapłonu wynosi 0 °, SCR po włączeniu będzie działał jak dioda w kierunku do przodu, a po wyłączeniu będzie działał jak dioda w kierunku wstecznym. Przeanalizujmy poniższy kształt fali, aby zrozumieć, w jaki sposób częstotliwość jest obniżana za pomocą CCV

Przebieg częstotliwości napięcia zasilającego oznaczono jako Vs, a przebieg częstotliwości napięcia wyjściowego oznaczono jako Vo. Tutaj staramy się przekształcić częstotliwości napięcia zasilania do 1/4 ^TH jego wartości. Aby to zrobić przez pierwsze dwa cykle napięcia zasilania użyjemy dodatniego prostownika mostkowego, a przez następne dwa cykle ujemnego prostownika mostkowego. Mamy więc cztery dodatnie impulsy w dodatnim obszarze, a następnie cztery w ujemnym obszarze, jak pokazano na przebiegu częstotliwości wyjściowej Vo. Przebieg prądu dla tego obwodu będzie taki sam jak przebieg napięcia, ponieważ zakłada się, że obciążenie jest czysto rezystancyjne. Chociaż wielkość przebiegu zmieni się w zależności od wartości rezystancji obciążenia.

Częstotliwość wyjściowa jest przedstawiony za pomocą linii na fali Vo, ponieważ zmienia polaryzację tylko dla każdych dwóch cykli przebiegu wejściowego Częstotliwość wyjściowa 1/4 ^th częstotliwości wejściowej, w naszym przypadku dla częstotliwości wejściowej 50Hz częstotliwość wyjściowa będzie wynosić (1/4 * 50) około 12,5 Hz. Ta częstotliwość wyjściowa może być kontrolowana przez zmianę mechanizmu wyzwalającego w obwodzie sterującym.

Cyklokonwertery trójfazowe na jednofazowe:

Trójfazowy na jednofazowy CCV jest również podobny do jednofazowego na jednofazowy CCV, ale w tym przypadku napięcie wejściowe jest zasilaniem trójfazowym, a napięcie wyjściowe jest zasilaniem jednofazowym o zmiennej częstotliwości. Obwód również wygląda bardzo podobnie, z wyjątkiem tego, że będziemy potrzebować 6 tyrystorów w każdym zestawie prostownika, ponieważ musimy wyprostować 3-fazowe napięcie AC.

Ponownie zaciski bramkowe tyrystora zostaną podłączone do obwodu sterującego w celu ich wyzwolenia i ponownie zostaną poczynione te same założenia, aby łatwo zrozumieć działanie. Istnieją również dwa rodzaje trójfazowych na jednofazowe CCV, pierwszy typ będzie miał prostownik półfalowy zarówno dla mostka dodatniego, jak i ujemnego, a drugi typ będzie miał prostownik pełnookresowy, jak pokazano powyżej. Pierwszy typ nie jest często używany ze względu na jego słabą wydajność. Również w typie pełnookresowym oba prostowniki mostkowe mogą generować napięcia o obu polaryzacjach, ale przetwornik dodatni może dostarczać prąd (źródło) tylko w kierunku dodatnim, a przetwornik ujemny może odprowadzać prąd tylko w kierunku ujemnym. Pozwala to CCV działać w czterech kwadrantach. Te cztery ćwiartki to (+ V, + i) i (-V, -i) w trybie prostowania oraz (+ V, -i) i (-V,-i) w trybie inwersji.

Cyklokonwertery trójfazowe na trójfazowe:

Trójfazowe do trójfazowych CCV są najczęściej używane, ponieważ mogą bezpośrednio napędzać obciążenia trójfazowe, takie jak silniki. Obciążenie dla trójfazowego CCV będzie zwykle obciążeniem podłączonym do trójfazowej gwiazdy, takim jak uzwojenie stojana silnika. Przetwornice te pobierają jako wejście trójfazowe napięcie prądu przemiennego o stałej częstotliwości i zapewniają trójfazowe napięcie prądu przemiennego o zmiennej częstotliwości.

Istnieją dwa typy trójfazowego CCV, jeden z konwerterem półfalowym i drugi z konwerterem pełnookresowym. Model konwertera półfalowego jest również nazywany 18-tyrystorowymi cyklokonwerterami lub 3-pulsowymi cyklokonwerterami. Przetwornik pełnookresowy nazywany jest 6-impulsowymi cyklokonwerterami lub 36-tyrystorowymi cyklokonwerterami. Na poniższym rysunku pokazano 3-pulsowy cyklokonwerter

Tutaj mamy sześć zestawów prostowników, z których dwa są przydzielone na każdą fazę. Działanie tego CCV jest podobne do jednofazowego CCV, z wyjątkiem tego, że prostowniki mogą prostować tylko połowę fali i to samo dzieje się dla wszystkich trzech faz

Aplikacje:

Cyklokonwertery mają szeroki zakres zastosowań przemysłowych, poniżej przedstawiono kilka

• Młyny szlifierskie
• Ciężkie pralki
• Mine Winders
• Linie energetyczne HVDC
• Zasilanie samolotu
• SVG (statyczne generatory VAR)
• Układ napędowy statku