Cyklokonverterare - typer, arbete och applikationer

Strömförsörjning kan delas in i två breda kategorier, den ena är nätaggregatet och den andra är likströmsförsörjningen. Som vi vet kan endast växelström genereras och eftersom det är mer ekonomiskt använder vi växelström för överföring och därmed går de flesta elektriska maskiner / enheter på växelström. Men standardspänningen och frekvensen från generationsstationerna kanske inte är tillräckligt bra för att köra vissa industrimaskiner. I dessa fall använder vi omvandlare och växelriktare för att konvertera en form av strömförsörjning till en annan form, till exempel till en annan spänning, ström eller frekvens. En cyklokonveterare är en sådan omvandlare som omvandlar växelström i en frekvens till växelström med en justerbar frekvens. I den här artikeln lär vi oss mer om dessa cyklokonverterare om deras arbete och applikationer.

Vad är Cycloconverter?

Standarddefinitionen för cyklokonverterare från Wikipedia går som följer ”En cyklokonverterare (CCV) eller en cykloinverter konverterar en konstant spänning, konstant frekvens AC-vågform till en annan AC-vågform med en lägre frekvens genom att syntetisera utgångsvågformen från delar av växelströmsförsörjningen utan en mellanliggande DC-länk ”

En speciell egenskap hos Cycloconverters är att den inte använder en DC-länk i omvandlingsprocessen vilket gör den mycket effektiv. Omvandlingen görs genom att använda kraftelektroniska switchar gillar Thyristors och växla dem på ett logiskt sätt. Normalt kommer dessa tyristorer att delas upp i två halvor, den positiva halvan och den negativa halvan. Varje hälft kommer att ledas genom att vrida dem under varje halvcykel i växelströmsformen, vilket möjliggör dubbelriktat kraftflöde. För närvarande föreställ dig cyklokonverterare som en svart ruta som tar in en fast spänning fast frekvens växelström som ingång och ger en variabel frekvens, variabel spänning som utgång som visas i bilden nedan.

Vi lär oss vad som eventuellt kan hända i den här svarta rutan när vi går igenom artikeln.

Varför behöver vi cyklokonverterare?

Okej, nu vet vi att Cycloconveters omvandlar växelström med fast frekvens till växelström med variabel frekvens. Men varför behöver vi göra det? Vilken är fördelen med att ha en växelströmförsörjning vilken variabel frekvens?

Svaret på denna fråga är hastighetskontroll. Cycloconveters används i stor utsträckning för att driva stora motorer som den som används i valsverk, kulkvarnar Cementkils etc. Utfrekvensen för en Cycloconverters kan reduceras upp till noll vilket hjälper oss att starta mycket stora motorer med full belastning vid lägsta hastighet och sedan gradvis öka motorns hastighet genom att öka utgångsfrekvensen. Innan uppfinningen av cyklokonverterare måste dessa stora motorer laddas ur helt och sedan efter att motorn startats måste den laddas gradvis vilket resulterar i tid och människors energiförbrukning.

Typer av cyklokonvetter:

Baserat på utgångsfrekvensen och antalet faser i den ingående växelströmskällan kan cyklokonverterarna klassificeras som nedan

1. Step-Up Cycloconverters

2. Stegade cyklokonverterare

1. Enfas till enfas cyklokonverterare
2. Trefas till enfas cyklokonverterare
3. Trefas till trefas cyklokonverterare

Step-Up Cycloconverters: Step-Up CCV, som namnet antyder, ger denna typ av CCV utgångsfrekvens som är större än den för ingångsfrekvensen. Men det används inte ofta eftersom det inte har mycket partikeltillämpning. De flesta applikationer kräver en frekvens som är mindre än 50Hz, vilket är standardfrekvensen här i Indien. Step-Up CCV kräver också tvångs pendling vilket ökar kretsens komplexitet.

Step-Down Cycloconverters: Step-Down CCV, som du kanske redan har gissat det bra.. ger bara en utfrekvens som är lägre än ingångsfrekvensen. Dessa används oftast och fungerar med hjälp av naturlig pendling, därför relativt lätt att bygga och använda. Step-Down CCV klassificeras ytterligare i tre typer enligt nedan, vi kommer att undersöka var och en av dessa typer i detalj i den här artikeln.

Grundläggande princip bakom cyklokonverterare:

Även om det finns tre olika typer av cyklokonverterare är deras funktion mycket lik med undantag för antalet kraftelektroniska strömbrytare som finns i kretsen. Exempelvis har en enfas till enfas CCV endast 6 elektroniska strömbrytare (SCR) medan en trefas CCV kan ha upp till 32 växlar.

Det minimala för en cyklokonverterare visas ovan. Den kommer att ha en omkopplingskrets på vardera sidan av belastningen, en krets kommer att fungera under den positiva halvcykeln för växelströmskällan och den andra kretsen kommer att fungera under den negativa halvcykeln. Normalt kommer omkopplingskretsen att visas med SCR som kraftelektronisk enhet, men i modern CCV kan du hitta att SCR ersätts av IGBT och ibland till och med MOSFETS.

Kopplingskretsarna behöver också en styrkrets som instruerar den elektroniska kraftenheten när den ska ledas och när den ska stängas av. Denna styrkrets kommer normalt att vara en mikrokontroller och kan också ha en återkoppling från utgången för att bilda ett slutet kretssystem. Användaren kan kontrollera värdet på utfrekvensen genom att justera parametrarna i styrkretsen. Dioderna i ovanstående diagram används för att representera flödesriktningen för strömmen. Den positiva omkopplingskretsen matar alltid ström in i belastningen och den negativa omkopplingskretsen sänker alltid ström från belastningen.

Enfas till enfas cyklokonverterare:

Enfas till enfas CCV används mycket sällan, men för att förstå hur en CCV fungerar bör den först studeras så att vi kan förstå trefas CCV. Enfas till enfas CCV har två par fullvågslikriktarkrets, var och en bestående av fyra SCR. En uppsättning placeras rakt medan den andra placeras i antiparallell riktning som visas på bilden nedan.

Alla portterminaler på SCR: erna kommer att anslutas till en styrkrets som inte visas i kretsen ovan. Denna styrkrets är ansvarig för att utlösa SCR. För att förstå kretsens funktion, låt oss anta att han matar in växelströmförsörjningen har en frekvens på 50Hz och att belastningen är en ren resistiv belastning och att SCR (α) skjutvinkel är 0 °. Eftersom avfyrningsvinkeln är 0 ° kommer SCR att fungera som en diod framåt och när den är avstängd kommer den att fungera som en diod i omvänd riktning. Låt oss analysera vågformen nedan för att förstå hur frekvensen trappas ner med hjälp av en CCV

Vågformen för matningsspänningsfrekvensen betecknas med Vs och vågformen för utspänningsfrekvensen betecknas med Vo. Här försöker vi omvandla matningsspänningen frekvensen till 1/4 ^{: e} av sitt värde. Så för att göra det under de första två cyklerna i matningsspänningen kommer vi att använda den positiva Bridge-likriktaren och under de följande två cyklerna kommer vi att använda den negativa brygglikriktaren. Således har vi fyra positiva pulser i den positiva regionen och sedan fyra i den negativa regionen som visas i utgångsfrekvensvågformen Vo. Den aktuella vågformen för denna krets kommer att vara densamma som spänningsvågformen eftersom belastningen antas vara rent resistiv. Även om vågformens storlek kommer att förändras baserat på värdet på belastningen.

Utgångsfrekvensen representeras med användning den prickade linjen på Vo vågformen, eftersom den ändrar polaritet endast för varannan cykler av den inmatade vågformen utfrekvensen med 1/4 ^{: e} av ingångsfrekvensen, i vårt fall för en infrekvens av 50Hz den utfrekvensen kommer att vara (1/4 * 50) runt 12,5Hz. Denna utfrekvens kan styras genom att variera utlösningsmekanismen i styrkretsen.

Tre fas till enfas cyklokonverterare:

Trefas till enfas CCV liknar också enfas till enfas CCV, men här är ingångsspänningen en 3-fasmatning och utspänningen är en enfasförsörjning med variabel frekvens. Kretsen ser också väldigt lika ut förutom att vi behöver 6 SCR i varje uppsättning likriktare eftersom vi måste korrigera 3-fas växelspänningen.

Återigen kommer SCR: s grindterminaler att anslutas till styrkretsen för att utlösa dem och samma antaganden görs igen för att förstå hur det fungerar enkelt. Det finns också två typer av trefas till enfas CCV: er, den första typen kommer att ha en halvvågslikriktare för både positiv och negativ brygga och den andra typen kommer att ha en fullvågslikriktare som visas ovan. Den första typen används inte ofta på grund av dess dåliga effektivitet. Även i en helvågstyp kan båda brygglikriktarna generera spänningar i både polariteten, men den positiva omvandlaren kan bara mata ström (källa) i den positiva riktningen och den negativa omvandlaren kan endast tömma strömmen i negativ riktning. Detta gör att CCV kan fungera i fyra kvadranter. Dessa fyra kvadranter är (+ V, + i) och (-V, -i) i likriktningsläge och (+ V, -i) och (-V,-i) i inversionsläge.

Tre fas till tre fas cyklokonverterare:

Trefas till trefas CCV är de mest använda eftersom de kan driva trefasbelastningar som motorer direkt. Belastningen för en trefas CCV kommer normalt att vara en trefasstjärnsansluten belastning som statorlindningen hos en motor. Dessa omvandlare tar in trefas växelspänning med fast frekvens som ingång och ger trefas växelspänning med variabel frekvens.

Det finns två typer av trefas CCV, den som har halvvågskonverterare och andra med fullvågskonverterare. Halvvågomvandlarmodellen kallas också som 18-tyristor Cyklokonverterare eller 3-puls Cyklokonverterare. Fullvågskonverteraren kallas 6-puls cyklokonverterare eller 36-tyristor cyklokonverterare. En 3-puls cyklokonverter visas på bilden nedan

Här har vi sex uppsättningar likriktare varav två tilldelas för varje fas. Funktionen för denna CCV liknar enfas CCV förutom att här kan likriktarna endast korrigera halva vågen och detsamma händer för alla de tre faserna

Tillämpningar:

Cyklokonverterare har ett stort antal industriella tillämpningar, följande är få

• Slipmaskiner
• Tunga tvättmaskiner
• Mine Winders
• HVDC kraftledningar
• Flygplan Strömförsörjning
• SVG (Statiska VAR-generatorer)
• Fartygets framdrivningssystem