- Fyra fyrkantiga funktioner i dubbel omvandlare
- Princip
- Praktisk Dual Converter
- 1) Dubbelomvandlare utan cirkulationsström
- 2) Dubbelomvandlare med cirkulationsström
- 1) Enfas dubbelkonverterare
- 2) Trefas dubbelkonverterare
I föregående handledning har vi sett hur en Dual Power Supply Circuit är utformad, nu lär vi oss om Dual Converters, som kan konvertera växelström till likström och likström till växelström samtidigt. Som namnet antyder har Dual Converter två omvandlare, en omvandlare fungerar en likriktare (Konverterar AC till DC) och andra omvandlare fungerar som en inverter (omvandlar DC till AC). Båda omvandlarna är anslutna rygg mot rygg med en gemensam belastning som visas i bilden ovan. För att lära dig mer om likriktare och växelriktare, följ länkarna.
Varför använder vi den dubbla omvandlaren? Om bara en omvandlare kan leverera belastningen, varför använder vi då två omvandlare? Dessa frågor kan uppstå och du får svaret i den här artikeln.
Här har vi två omvandlare anslutna rygg mot rygg. På grund av denna typ av anslutning kan den här enheten utformas för fyra kvadranter. Det betyder att både belastningsspänning och lastström blir reversibel. Hur är fyrkvadrantoperationen möjlig i den dubbla omvandlaren? Det kommer vi att se vidare i den här artikeln.
Generellt används dubbla omvandlare för reversibla DC-enheter eller DC-enheter med variabel hastighet. Den används för högeffektiva applikationer.
Fyra fyrkantiga funktioner i dubbel omvandlare
Första kvadranten: spänning och ström båda positiva.
Andra kvadranten: spänningen är positiv och strömmen är negativ.
Tredje kvadranten: spänning och ström båda negativa.
Fjärde kvadranten: spänningen är negativ och strömmen är positiv.
Av dessa två omvandlare fungerar den första omvandlaren i två kvadranter beroende på värdet på skjutvinkeln α. Denna omvandlare fungerar som en likriktare när värdet på α är mindre än 90˚. I denna operation producerar omvandlaren en positiv genomsnittlig belastningsspänning och belastningsström och arbetar i den första kvadranten.
När värdet på α är större än 90˚ fungerar den här omvandlaren. I denna operation producerar omvandlaren negativ genomsnittlig utspänning och strömriktningen ändras inte. Det är därför lastströmmen förblir positiv. I den första kvadrantoperationen överförs energin från källan till belastningen och i den fjärde kvadrantoperationen överförs energin från lasten till källan.
På samma sätt fungerar den andra omvandlaren som en likriktare när skjutvinkeln a är mindre än 90 ° och den fungerar som en inverter när skjutvinkeln a är större än 90 °. När denna omvandlare fungerar som en likriktare är den genomsnittliga utspänningen och strömmen båda negativa. Så det fungerar i den tredje kvadranten och kraftflödet är från belastning till källa. Här roterar motorn i omvänd riktning. När denna omvandlare fungerar som en inverter är den genomsnittliga utspänningen positiv och strömmen negativ. Så den fungerar i den andra kvadranten och effektflödet är från belastning till källa.
När kraftflödet är från belastning till källa, beter sig motorn som en generator och detta gör det möjligt att bryta regenerativt.
Princip
För att förstå principen för den dubbla omvandlaren antar vi att båda omvandlarna är idealiska. Det betyder att de producerar ren likströmsspänning, det finns ingen krusning vid utgångarna. Det förenklade ekvivalenta diagrammet för den dubbla omvandlaren är som visas i figuren nedan.
I ovanstående kretsschema antas omvandlaren vara en reglerbar likspänningskälla och den är ansluten i serie med dioden. Omvandlarens tändvinkel regleras av en styrkrets. Så, likströmsspänningarna för båda omvandlarna är lika stora och motsatta i polaritet. Detta gör det möjligt att köra ström i omvänd riktning genom lasten.
Omvandlaren som fungerar som en likriktare kallas en positiv gruppomvandlare och den andra omvandlaren som fungerar som en inverter kallas en negativ gruppomvandlare.
Den genomsnittliga utspänningen är en funktion av skjutvinkeln. För enfasinverterare och trefasinverterare är den genomsnittliga utspänningen i form av nedanstående ekvationer.
E DC1 = E max Cos⍺ 1 E DC2 = E max Cos⍺ 2
Där α 1 och α 2 är skjutvinkeln för omvandlare-1 respektive omvandlare-2.
För enfas dubbelomvandlare, E max = 2E m / π
För, trefas dubbelomvandlare, E max = 3√3E m / π
För, perfekt omvandlare, 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 diskuterats ovan är den genomsnittliga utspänningen en funktion av avfyrningsvinkeln. Det betyder att för önskad utgångsspänning behöver vi kontrollera skjutvinkeln. En tändvinkeln styrkrets kan användas så att, när styrsignalen E c förändringar, tändvinkel α 1 och α 2 kommer att förändras på ett sådant sätt att den kommer att uppfylla nedan graf.
Praktisk Dual Converter
Praktiskt taget kan vi inte anta båda omvandlarna som en idealisk omvandlare. Om omvandlarens skjutvinkel är inställd så att way 1 + ⍺ 2 = 180⁰. I detta tillstånd är den genomsnittliga utspänningen för båda omvandlarna densamma i mmagnitud men motsatt i polaritet. Men på grund av krusningsspänning kan vi inte få exakt samma spänning. Så finns det momentana spänningsskillnad på likströmsanslutningar för de två omvandlarna som producerar enorma c irculating ström mellan omvandlarna och som kommer att flöda genom lasten.
Därför är det i den praktiska dubbla omvandlaren nödvändigt att kontrollera cirkulationsströmmen. Det finns två lägen för att styra cirkulationsströmmen.
1) Drift utan cirkulationsström
2) Drift med cirkulationsström
1) Dubbelomvandlare utan cirkulationsström
I denna typ av dubbelomvandlare är endast en omvandlare i ledning och en annan omvandlare blockeras tillfälligt. Så en gång arbetar en omvandlare och reaktorn krävs inte mellan omvandlarna. Låt oss säga att omvandlare-1 vid ett visst ögonblick fungerar som en likriktare och levererar lastströmmen. Vid detta tillfälle blockeras omvandlare-2 genom att ta bort skjutvinkeln. För inverteringsdrift blockeras omvandlare-1 och omvandlare-2 matar strömmen.
Pulserna till omvandlaren-2 appliceras efter en fördröjningstid. Fördröjningstiden är cirka 10 till 20 ms. Varför använder vi fördröjningstiden mellan byte av drift? Det säkerställer tillförlitlig drift av tyristorer. Om omvandlare-2 utlöses innan omvandlaren-1 har stängts av helt, kommer en stor mängd cirkulationsström att strömma mellan omvandlarna.
Det finns många kontrollscheman för att generera en skjutvinkel för cirkulerande strömfri drift av dubbelomvandlaren. Dessa kontrollscheman är utformade för att driva mycket sofistikerade styrsystem. Här är bara en omvandlare i gång i ledning. Därför är det möjligt att endast använda en skjutvinkelenhet. Några grundläggande scheman listas nedan.
A) Val av omvandlare med styrsignalens polaritet
B) Val av omvandlare efter lastström polaritet
C) Val av omvandlare med både styrspänning och belastningsström
2) Dubbelomvandlare med cirkulationsström
Utan cirkulationsströmomvandlare kräver det ett mycket sofistikerat styrsystem och lastströmmen är inte kontinuerlig. För att övervinna dessa svårigheter finns en dubbel omvandlare som kan arbeta med cirkulationsströmmen. En strömbegränsande reaktor är ansluten mellan DC-terminalerna på båda omvandlarna. Avfyrningsvinkeln för båda omvandlarna är inställd på ett sådant sätt att den minsta mängden cirkulationsström flyter genom reaktorn. Som diskuterats i den ideala växelriktaren är cirkulationsströmmen noll om ⍺ 1 + ⍺ 2 = 180⁰.
Låt oss säga att omvandlar-1: s skjutvinkel är 60˚, så måste omvandlarens 2 avfyringsvinkel hållas på 120˚. I denna operation fungerar omvandlare-1 som en likriktare och omvandlare-2 fungerar som en inverterare. I denna typ av operation är således båda omvandlarna i ett ledande tillstånd. Om lastströmmen är omvänd fungerar omvandlaren som drivs som en likriktare nu som en växelriktare, medan omvandlaren som drivs som en växelriktare nu fungerar som en likriktare. I detta schema utför båda omvandlarna samtidigt. Så det kräver två generatoraggregat för skjutvinkel.
Fördelen med detta schema är att vi kan få en smidig drift av omvandlaren vid tidpunkten för inversion. Tidsresponsen för systemet är mycket snabb. Den normala fördröjningsperioden är 10 till 20 ms i fallet med cirkulerande strömfri drift elimineras.
Nackdelen med detta schema är att storleken och kostnaden för reaktorn är hög. På grund av cirkulationsströmmen är effektfaktorn och effektiviteten låg. För att hantera cirkulationsströmmen krävs tyristorer med hög strömstyrka.
I enlighet med den typ av last, är enfasiga och trefasiga dubbla omvandlare används.
1) Enfas dubbelkonverterare
Kopplingsschemat för den dubbla omvandlaren visas i figuren nedan. En separat upphetsad likströmsmotor används som last. Likströmsklämmorna på båda omvandlarna är anslutna till klämmorna på ankarlindningen. Här är två enfasiga fullomvandlare anslutna rygg mot rygg. Båda omvandlarna levererar en gemensam belastning.
Tändvinkeln för omvandlare-1 är α 1 och α 1 är mindre än 90˚. Följaktligen fungerar omvandlaren-1 som en likriktare. För positiv halvcykel (0 <t <π) leder tyristorn S1 och S2 och för en negativ halvcykel (π <t <2π) leder tyristorn S3 och S4. I denna operation är utspänning och ström båda positiva. Så denna operation är känd som framåtriktad drift och omvandlaren fungerar i den första kvadranten.
Tändvinkeln för omvandlare-2 är 180 - α 1 = α 2 och α 2 är större än 90˚. Så fungerar omvandlare-2 som en inverterare. I denna operation förblir lastströmmen i samma riktning. Utgångsspänningens polaritet är negativ. Därför fungerar omvandlaren i den fjärde kvadranten. Denna operation kallas regenerativ bromsning.
För omvänd rotation av likströmsmotor fungerar omvandlare-2 som likriktare och omvandlare-1 fungerar som växelriktare. Tändvinkeln hos omvandlaren-2 α 2 är mindre än 90˚. Den alternativa spänningskällan försörjer lasten. I denna operation är lastströmmen negativ och utgångsspänningen är också negativ. Därför fungerar converter-2 i den tredje kvadranten. Denna operation kallas omvänd motor.
Vid omvänd drift är omvandlarens 1 skjutvinkel mindre än 90 ° och omvandlarens 2 skjutvinkel är större än 90 °. Så i denna operation är belastningsströmmen negativ men den genomsnittliga utspänningen är positiv. Så, omvandlaren-2 fungerar i andra kvadranten. Denna operation kallas omvänd regenerativ bromsning.
Vågformen för enfas dubbelomvandlare är som visas i figuren nedan.
2) Trefas dubbelkonverterare
Kretsschemat för den trefasiga dubbla omvandlaren är som visas i bilden nedan. Här är två trefasomvandlare anslutna rygg mot rygg. Funktionsprincipen är densamma som en enfas dubbelomvandlare.
Så detta är hur dubbla omvandlare är utformade och som redan nämnts används de vanligtvis för att bygga reversibla DC-enheter eller DC-enheter med hög hastighet i applikationer med hög effekt.