- Fire kvadrantdrift i dobbel omformer
- Prinsipp
- Praktisk Dual Converter
- 1) Dual Converter-drift uten sirkulasjonsstrøm
- 2) Dual Converter-drift med sirkulasjonsstrøm
- 1) Enfaset dobbel omformer
- 2) Trefase dobbel omformer
I forrige opplæring har vi sett hvordan en Dual Power Supply Circuit er designet, nå lærer vi om Dual Converters, som kan konvertere AC til DC og DC til AC samtidig. Som navnet antyder, har Dual Converter to omformere, en omformer fungerer som en likeretter (konverterer AC til DC) og en annen omformer fungerer som en inverter (konverterer DC til AC). Begge omformerne er koblet rygg mot rygg med en felles belastning som vist på bildet ovenfor. For å lære mer om likeretter og inverter, følg lenkene.
Hvorfor bruker vi den dobbelte omformeren? Hvis bare en omformer kan levere belastningen, hvorfor bruker vi da to omformere? Disse spørsmålene kan oppstå, og du vil få svaret i denne artikkelen.
Her har vi to omformere koblet rygg mot rygg. På grunn av denne typen tilkobling kan denne enheten utformes for drift med fire kvadrater. Det betyr at både belastningsspenning og laststrøm blir reversibel. Hvordan er firekvadrantoperasjon mulig i den dobbelte omformeren? Det vil vi se videre i denne artikkelen.
Vanligvis brukes doble omformere for reversible DC-stasjoner eller DC-stasjoner med variabel hastighet. Den brukes til kraftige applikasjoner.
Fire kvadrantdrift i dobbel omformer
Første kvadrant: spenning og strøm begge positive.
Andre kvadrant: spenning er positiv og strøm er negativ.
Tredje kvadrant: spenning og strøm begge negative.
Fjerde kvadrant: spenning er negativ og strøm er positiv.
Av disse to omformerne fungerer den første omformeren i to kvadranter avhengig av verdien av skytevinkelen α. Denne omformeren fungerer som en likeretter når verdien av α er mindre enn 90˚. I denne operasjonen produserer omformeren en positiv gjennomsnittlig belastningsspenning og laststrøm, og opererer i første kvadrant.
Når verdien av α er større enn 90˚, fungerer denne omformeren som en inverter. I denne operasjonen produserer omformeren negativ gjennomsnittlig utgangsspenning og strømretningen endres ikke. Derfor er laststrømmen fortsatt positiv. I den første kvadrantoperasjonen overføres energien fra kilden til belastningen, og i den fjerde kvadrantoperasjonen overføres energien fra lasten til kilden.
Tilsvarende fungerer den andre omformeren som en likeretter når avfyringsvinkelen α er mindre enn 90˚, og den fungerer som en inverter når avfyringsvinkelen α er større enn 90˚. Når denne omformeren fungerer som en likeretter, er den gjennomsnittlige utgangsspenningen og strømmen begge negative. Så den opererer i tredje kvadrant, og strømmen er fra belastning til kilde. Her roterer motoren i motsatt retning. Når denne omformeren fungerer som en inverter, er den gjennomsnittlige utgangsspenningen positiv og strømmen er negativ. Så den fungerer i den andre kvadranten, og strømmen er fra belastning til kilde.
Når kraftstrømmen er fra belastning til kilde, oppfører motoren seg som en generator, og dette gjør det mulig å bryte regenerativ.
Prinsipp
For å forstå prinsippet til den dobbelte omformeren, antar vi at begge omformerne er ideelle. Det betyr at de produserer ren DC-utgangsspenning, det er ingen krusning på utgangsterminalene. Det forenklede ekvivalente diagrammet til den dobbelte omformeren er som vist i figuren nedenfor.
I det ovenstående kretsdiagrammet antas omformeren som en kontrollerbar DC-spenningskilde, og den er koblet i serie med dioden. Omformerens skytevinkel reguleres av en kontrollkrets. Så DC-spenningene til begge omformerne er like store og motsatte i polaritet. Dette gjør det mulig å kjøre strøm i motsatt retning gjennom lasten.
Omformeren som fungerer som en likeretter kalles en positiv gruppekonverter og den andre omformeren som fungerer som en inverter kalles en negativ gruppekonverterer.
Den gjennomsnittlige utgangsspenningen er en funksjon av avfyringsvinkelen. For enfaset inverter og trefaset inverter er den gjennomsnittlige utgangsspenningen i form av nedenstående ligninger.
E DC1 = E max Cos⍺ 1 E DC2 = E max Cos⍺ 2
Hvor α 1 og α 2 er avfyringsvinkelen til henholdsvis omformer-1 og omformer-2.
For enfaset dobbel omformer, E max = 2E m / π
For, trefaset dobbel omformer, E max = 3√3E m / π
For, ideell omformer, 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
Som diskutert ovenfor er den gjennomsnittlige utgangsspenningen en funksjon av avfyringsvinkelen. Det betyr at for ønsket utgangsspenning trenger vi å kontrollere avfyringsvinkelen. En tenningsvinkel-styrekrets kan anvendes slik at når styresignalet E c endringer, tennvinkel α 1 og α 2 vil endres på en slik måte at det vil tilfredsstille under diagrammet.
Praktisk Dual Converter
Praktisk talt kan vi ikke anta begge omformerne som en ideell omformer. Hvis omformerens skytevinkel er satt slik at ⍺ 1 + ⍺ 2 = 180⁰. I denne tilstanden er den gjennomsnittlige utgangsspenningen til begge omformerne den samme i mmagnitude, men motsatt i polariteten. Men på grunn av rippelspenning kan vi ikke akkurat få den samme spenningen. I så fall er det momentane spenningsforskjell ved likeklemmene for de to omformere som produserer enorme c irculating strøm mellom omformerne, og som vil flyte gjennom belastningen.
Derfor er det i den praktiske doble omformeren nødvendig å kontrollere sirkulasjonsstrømmen. Det er to moduser for å kontrollere sirkulasjonsstrømmen.
1) Drift uten sirkulasjonsstrøm
2) Drift med sirkulasjonsstrøm
1) Dual Converter-drift uten sirkulasjonsstrøm
I denne typen dobbeltomformer er bare en omformer i ledning, og en annen omformer er midlertidig blokkert. Så av gangen opererer en omformer, og reaktoren er ikke nødvendig mellom omformerne. La oss si at omformer-1 på et bestemt øyeblikk fungerer som en likeretter og leverer laststrømmen. For øyeblikket blokkeres omformer-2 ved å fjerne skytevinkelen. For inversjonsdrift er omformer-1 blokkert og omformer-2 leverer laststrømmen.
Pulsen til omformeren-2 påføres etter en forsinkelsestid. Forsinkelsestiden er rundt 10 til 20 ms. Hvorfor bruker vi forsinkelsestid mellom endring av operasjon? Det sikrer pålitelig drift av tyristorer. Hvis omformer-2 utløser før omformer-1 har slått seg helt av, vil en stor mengde sirkulasjonsstrøm strømme mellom omformerne.
Det er mange kontrollskjemaer for å generere en skytevinkel for sirkulerende strømfri drift av den dobbelte omformeren. Disse kontrollskjemaene er designet for å bruke svært sofistikerte kontrollsystemer. Her er det om gangen bare en omformer i ledning. Derfor er det mulig å bruke bare en skytevinkelenhet. Noen få grunnleggende ordninger er oppført nedenfor.
A) Valg av omformer etter styresignalpolaritet
B) Valg av omformer etter polaritet for belastningsstrøm
C) Valg av omformer med både styrespenning og laststrøm
2) Dual Converter-drift med sirkulasjonsstrøm
I uten sirkulasjonsstrømomformer, krever det et veldig sofistikert kontrollsystem, og laststrømmen er ikke kontinuerlig. For å overvinne disse vanskelighetene er det en dobbel omformer som kan operere med sirkulasjonsstrømmen. En strømbegrensende reaktor er koblet mellom DC-terminalene på begge omformerne. Avfyringsvinkelen til begge omformerne er satt på en slik måte at den minste mengden sirkulerende strøm strømmer gjennom reaktoren. Som diskutert i den ideelle omformeren, er sirkulasjonsstrømmen null hvis ⍺ 1 + ⍺ 2 = 180⁰.
La oss si at skytevinkelen til omformer-1 er 60˚, så må avfyringsvinkelen til omformer-2 holdes på 120˚. I denne operasjonen vil converter-1 fungere som en likeretter og converter-2 vil fungere som en inverter. I denne typen operasjoner er således begge omformerne i ledende tilstand. Hvis belastningsstrømmen snus, fungerer omformeren som drives som en likeretter nå som en omformer, mens omformeren som drives som en omformer nå fungerer som en likeretter. I denne ordningen utfører begge omformerne samtidig. Så det krever to skuddvinkelgeneratorer.
Fordelen med denne ordningen er at vi kan få en jevn drift av omformeren på tidspunktet for inversjon. Tidsresponsen til ordningen er veldig rask. Den normale forsinkelsesperioden er 10 til 20 ms i tilfelle sirkulerende strømfri drift elimineres.
Ulempen med denne ordningen er at størrelsen og kostnaden for reaktoren er høy. På grunn av sirkulasjonsstrømmen er effektfaktoren og effektiviteten lav. For å håndtere sirkulasjonsstrømmen kreves tyristorer med høy strømstyrke.
Avhengig av belastningstypen brukes enfaset og trefaset dobbeltomformer.
1) Enfaset dobbel omformer
Kretsskjemaet til den dobbelte omformeren er vist i figuren nedenfor. En separat spent DC-motor brukes som last. DC-terminalene til begge omformerne er koblet til terminalene på ankerviklingen. Her er to enfasede fullomformere koblet rygg mot rygg. Begge omformerne leverer en felles belastning.
Avfyringsvinkelen til omformer-1 er α 1 og α 1 er mindre enn 90˚. Derfor fungerer omformeren-1 som en likeretter. For positiv halvsyklus (0 <t <π) vil tyristoren S1 og S2 lede og for en negativ halvsyklus (π <t <2π) vil tyristoren S3 og S4 lede. I denne operasjonen er utgangsspenning og strøm begge positive. Så denne operasjonen er kjent som fremdrift, og omformeren fungerer i første kvadrant.
Avfyringsvinkelen til omformer-2 er 180 - α 1 = α 2 og α 2 er større enn 90˚. Så fungerer converter-2 som en inverter. I denne operasjonen forblir laststrømmen i samme retning. Polariteten til utgangsspenningen er negativ. Derfor fungerer omformeren i fjerde kvadrant. Denne operasjonen er kjent som regenerativ bremsing.
For omvendt rotasjon av DC-motor fungerer omformer-2 som likeretter og omformer-1 som omformer. Triggevinkelen konverter-2 α 2 er mindre enn 90˚. Den alternative spenningskilden forsyner lasten. I denne operasjonen er belastningsstrømmen negativ og utgangsspenningen er også negativ. Derfor fungerer omformer-2 i tredje kvadrant. Denne operasjonen er kjent som reversering.
I omvendt operasjon er avfyringsvinkelen til omformer-1 mindre enn 90˚ og avfyringsvinkelen til omformer-2 er større enn 90˚. Så i denne operasjonen er belastningsstrømmen negativ, men den gjennomsnittlige utgangsspenningen er positiv. Så, omformeren-2 fungerer i den andre kvadranten. Denne operasjonen er kjent som omvendt regenerativ bremsing.
Bølgeformen til enfaset dobbeltomformer er som vist i figuren nedenfor.
2) Trefase dobbel omformer
Kretsskjemaet til den trefasede dobbeltomformeren er som vist i figuren nedenfor. Her er to trefase-omformere koblet rygg mot rygg. Operasjonsprinsippet er det samme som en enfaset dobbeltomformer.
Så dette er hvordan Dual Converters er designet, og som allerede fortalt blir de vanligvis brukt til å bygge reversible DC-stasjoner eller DC-stasjoner med variabel hastighet i applikasjoner med høy effekt.