Syklokonvertere - typer, arbeid og applikasjoner

Strømforsyninger kan klassifiseres i to brede kategorier, den ene er vekselstrømforsyningen og den andre er likestrømforsyning. Som vi vet kan bare vekselstrøm genereres, og siden det er mer økonomisk, bruker vi vekselstrøm til overføring, og dermed kjører de fleste elektriske maskiner / enheter på vekselstrøm. Men standard spenning og frekvens fra generasjonsstasjonene er kanskje ikke god nok til å kjøre visse industrimaskiner. I disse tilfellene bruker vi omformere og omformere for å konvertere en form for strømforsyning til en annen form, for eksempel til en annen spenningsvurdering, strømstyrke eller frekvensvurdering. En Cycloconveter er en slik omformer som konverterer vekselstrøm i en frekvens til vekselstrøm med en justerbar frekvens. I denne artikkelen vil vi lære mer om disse syklokonvertererne deres arbeid og applikasjoner.

Hva er Cycloconverter?

Standarddefinisjonen for Cycloconverters fra Wikipedia går som følger “En cycloconverter (CCV) eller en cycloinverter konverterer en konstant spenning, konstant frekvens AC-bølgeform til en annen AC-bølgeform av en lavere frekvens ved å syntetisere utgangsbølgeformen fra segmenter av vekselstrømforsyningen uten en mellomliggende DC-kobling ”

En spesiell egenskap til Cycloconverters er at den ikke bruker en DC-kobling i konverteringsprosessen, noe som gjør den svært effektiv. Konverteringen gjøres ved å bruke kraftelektroniske brytere som Thyristors og bytte dem på en logisk måte. Normalt vil disse tyristorene skilles i to halvdeler, den positive halvdelen og den negative halvdelen. Hver halvdel vil bli ledet ved å dreie dem i løpet av hver halvsyklus av vekselstrømformen, og muliggjør toveis strøm. Foreløpig forestill deg Cycloconverters som en svart boks som tar inn en fast spenning fast frekvens vekselstrøm som inngang og gir en variabel frekvens, variabel spenning som utgang som vist i illustrasjonen nedenfor.

Vi vil lære hva som muligens kan foregå inne i denne svarte boksen når vi går gjennom artikkelen.

Hvorfor trenger vi Cycloconverters?

Ok, nå vet vi at Cycloconveters konverterer vekselstrøm med fast frekvens til vekselstrøm med variabel frekvens. Men hvorfor trenger vi å gjøre det? Hva er fordelen med å ha en strømforsyning som har variabel frekvens?

Svaret på dette spørsmålet er Speed Control. Cycloconveters brukes i stor grad til å kjøre store motorer som den som brukes i valsverk, kulefabrikker, sementkils etc. Utfrekvensen til en Cycloconverters kan reduseres opp til null, noe som hjelper oss å starte veldig store motorer med full belastning ved minimumshastighet og deretter gradvis øke motorens hastighet ved å øke utgangsfrekvensen. Før oppfinnelsen av Cycloconverters, må disse store motorene lastes ut helt, og etter at motoren har startet, må den lastes gradvis, noe som resulterer i tid og menneskers strømforbruk.

Typer av syklokonvetter:

Basert på utgangsfrekvensen og antall faser i inngangsstrømkilden kan syklokonvertere klassifiseres som nedenfor

1. Step-Up Cycloconverters

2. Nedstoppede syklokonvertere

Enfase til enfaset syklusomformer
Trefase til enfaset syklusomformer
Tre-fase til tre-fase syklokonverter

Step-Up Cycloconverters: Step-Up CCV, som navnet antyder, gir denne typen CCV utgangsfrekvens større enn den for inngangsfrekvensen. Men det er ikke mye brukt siden det ikke har mye partikkelapplikasjon. De fleste applikasjoner vil kreve en frekvens mindre enn 50Hz, som er standardfrekvensen her i India. Step-Up CCV vil også kreve tvungen kommutering som øker kretsens kompleksitet.

Step-Down Cycloconverters: Step-Down CCV, som du kanskje allerede har gjettet det godt.. gir bare en utgangsfrekvens som er mindre enn inngangsfrekvensen. Disse brukes oftest og fungerer ved hjelp av naturlig kommutering, derfor relativt enkle å bygge og betjene. Step-Down CCV er videre klassifisert i tre typer som vist nedenfor, vi vil se nærmere på hver av disse typene i denne artikkelen.

Grunnleggende prinsipp bak syklokonvertere:

Selv om det er tre forskjellige typer syklokonvertere, er deres arbeid veldig lik bortsett fra antall strømelektroniske brytere som er til stede i kretsen. For eksempel vil en enkeltfase til enfaset CCV bare ha 6 elektroniske strømbrytere (SCR), mens en trefaset CCV kan ha opptil 32 brytere.

Det absolutte minimumet for en syklokonverter er vist ovenfor. Den vil ha en bryterkrets på hver side av belastningen, den ene kretsen vil fungere i løpet av den positive halvsyklusen til vekselstrømskilden, og den andre kretsen vil fungere i den negative halvsyklusen. Normalt vil bryterkretsen demonstreres ved bruk av SCR som kraftelektronisk enhet, men i moderne CCV kan du finne at SCR-er blir erstattet av IGBT-er og noen ganger til og med MOSFETS.

Bryterkretsene vil også trenge en kontrollkrets som instruerer den elektroniske kraftenheten når den skal ledes og når den skal slås av. Denne kontrollkretsen vil normalt være en mikrokontroller og kan også ha tilbakemelding fra utgangen for å danne et lukket sløyfesystem. Brukeren kan kontrollere verdien på utgangsfrekvensen ved å justere parametrene i kontrollkretsen. Diodene i diagrammet ovenfor brukes å representere strømningsretningen. Den positive koblingskretsen kilder alltid strøm inn i belastningen, og den negative koblingskretsen synker alltid strøm fra belastningen.

Enfase til énfasesyklusomformere:

Enfase til enfaset CCV brukes svært sjelden, men for å forstå driften av en CCV bør den først studeres slik at vi kan forstå trefaset CCV. Enfase til enfaset CCV har to par fullbølgeflikretterkrets, hver bestående av fire SCR. Det ene settet er plassert rett mens det andre er plassert i anti-parallell retning som vist på bildet nedenfor.

Alle portterminalene til SCR-ene vil være koblet til en styringskrets som ikke er vist i kretsen ovenfor. Denne kontrollkretsen vil være ansvarlig for å utløse SCR. For å forstå kretsens virkemåte, la oss anta at han inngir vekselstrømforsyningen har en frekvens på 50 Hz og at belastningen er en ren motstandsbelastning, og at skytevinkelen til SCR (α) er 0 °. Siden avfyringsvinkelen er på 0 ° vil SCR når den er slått på virke som en diode i fremoverretning, og når den er slått av, vil den fungere som en diode i omvendt retning. La oss analysere bølgeformen nedenfor for å forstå hvordan frekvensen trappes ned ved hjelp av en CCV

Bølgeformen til forsyningsspenningsfrekvensen er betegnet med Vs og bølgeformen til utgangsspenningsfrekvensen er betegnet med Vo. Her prøver vi å konvertere forsyningsspenningen frekvensen til 1/4 ^th av sin verdi. Så for å gjøre det for de to første syklusene av forsyningsspenningen, vil vi bruke den positive Bridge-likeretteren, og for de neste to neste syklusene vil vi bruke den negative bridge-likeretteren. Dermed har vi fire positive pulser i den positive regionen og deretter fire i den negative regionen som vist i utgangsfrekvensbølgeformen Vo. Den nåværende bølgeformen for denne kretsen vil være den samme som spenningsbølgeformen siden belastningen antas å være rent motstandsdyktig. Selv om størrelsen på bølgeformen vil endres basert på verdien av motstanden til lasten.

Utgangsfrekvensen er representert ved hjelp av den stiplede linjen på Vo-bølgeformen, siden den bare endrer polaritet for hver to sykluser av inngangsbølgeformen, utgangsfrekvensen med 1/4 ^th av inngangsfrekvensen, i vårt tilfelle for en inngangsfrekvens på 50Hz, utgangsfrekvensen vil være (1/4 * 50) rundt 12,5Hz. Denne utgangsfrekvensen kan styres ved å variere utløsermekanismen i kontrollkretsen.

Trefase til enfasesyklusomformere:

Trefaset til enfaset CCV ligner også enfaset til enfaset CCV, men her er inngangsspenningen en 3-fasetilførsel og utgangsspenningen er en enfasetilførsel med variabel frekvens. Kretsen ser også veldig lik ut, bortsett fra at vi trenger 6 SCR i hvert sett med likeretter, siden vi må rette opp 3-faset vekselstrøm.

Igjen vil portterminalene til SCR være koblet til styringskretsen for å utløse dem, og de samme antagelsene blir gjort igjen for å forstå arbeidet enkelt. Det finnes også to typer trefasede til enfasede CCV-er, den første typen vil ha en halvbølgeflikretter for både Positive og Negative Bridge, og den andre typen vil ha en fullbølge-likeretter som vist ovenfor. Den første typen brukes ikke ofte på grunn av den dårlige effektiviteten. Også i en helbølgetype kan begge bro-likeretterne generere spenninger i både polariteten, men den positive omformeren kan bare levere strøm (kilde) i den positive retningen, og den negative omformeren kan bare tømme strømmen i negativ retning. Dette gjør at CCV kan operere i fire kvadranter. Disse fire kvadrantene er (+ V, + i) og (-V, -i) i utbedringsmodus og (+ V, -i) og (-V,-i) i inversjonsmodus.

Trefase til trefasesyklusomformere:

Trefaset til trefaset CCV er de mest brukte siden de kan kjøre trefasebelastninger som motorer direkte. Belastningen for en trefaset CCV vil normalt være en trefasestjernekoblet last som statorviklingen til en motor. Disse omformerne tar inn trefaset vekselstrøm med fast frekvens som inngang og gir trefaset vekselstrøm med variabel frekvens.

Det er to typer trefaset CCV, den som har halvbølgekonverterer og den andre med fullbølgekonverterer. Halvbølgekonverterermodellen kalles også som 18-tyristor Cycloconverters eller 3-puls Cycloconverters. Fullbølgekonverteren kalles 6-puls syklusomformere eller 36-tyristor syklusomformere. En 3-puls syklokonverter er vist på bildet nedenfor

Her har vi seks sett med likerettere, hvorav to tildeles for hver fase. Arbeidet til denne CCV ligner enfaset CCV, bortsett fra at her kan likeretterne bare rette halvparten av bølgen, og det samme skjer for alle de tre fasene

Applikasjoner:

Syklokonvertere har et stort sett med industriell anvendelse, følgende er få

Slipeverk
Tunge vaskemaskiner
Mine Winders
HVDC kraftledninger
Fly Strømforsyning
SVG (statiske VAR-generatorer)
Ship Propulsion System