Trefas växelriktarkrets

Vi vet alla om växelriktare - det är en enhet som omvandlar likström till växelström. Och vi lärde oss tidigare om olika typer av växelriktare och byggde en enfas 12v till 220v inverter. En 3-fasomvandlare omvandlar likspänningen till 3-fas växelströmsförsörjning. Här i den här handledningen kommer vi att lära oss om trefasinverterare och dess funktion, men innan vi går vidare kan vi ta en titt på spänningsvågformerna i trefasledningen. I kretsen ovan är en trefasledning ansluten till en resistiv belastning och belastningen drar effekt från ledningen. Om vi ​​ritar spänningsvågformerna för varje fas kommer vi att ha ett diagram som visas i figuren. I diagrammet kan vi se att tre spänningsvågformer är ur fas med varandra med 120º.

I den här artikeln kommer vi att diskutera 3-fas-inverterarkrets som används som likströms- till trefas växelströmomvandlare. Kom ihåg att det är extremt svårt och inte praktiskt att uppnå en helt sinusformad vågform för olika belastningar. Så här kommer vi att diskutera arbetet med en idealisk trefasomvandlare-krets som försummar alla frågor relaterade till praktisk 3-fasomvandlare.

3-fasomvandlare fungerar

Låt oss nu titta på 3-fas inverterarkretsen och dess ideala förenklade form.

Nedan följer ett trefas växelriktarkretsschema utformat med tyristorer och dioder (för spänningsskydd)

Och nedan är ett kretsschema för omformaren i tre faser utformad med endast brytare. Som du kan se är denna sex mekaniska omkopplare mer användbar för att förstå 3-fasomformaren som fungerar än den besvärliga tyristorkretsen.

Vad vi kommer att göra här är att öppna och stänga symmetriskt dessa sex växlar för att få trefas spänningsutgång för den resistiva belastningen. Det finns två möjliga sätt att utlösa omkopplarna för att uppnå önskat resultat, ett där växlarna leder 180 ° och ett andra där växlarna endast leder 120 °. Låt oss diskutera varje mönster nedan:

A) Trefasinverterare - 180 graders ledningsläge

Den ideala kretsen ritas innan den kan delas in i tre segment, nämligen segment ett, segment två & segment tre och vi kommer att använda dessa notationer i den senare delen av artikeln. Segment ett består av ett par omkopplare S1 & S2, segment två består av omkopplingspar S3 & S4 och segment tre består av omkopplingspar S5 & S6. Vid varje given tidpunkt bör båda omkopplarna i samma segment aldrig stängas eftersom det leder till batterikortslutningar som misslyckas med hela installationen, så detta scenario bör undvikas hela tiden.

Låt oss nu börja byta sekvens genom att stänga omkopplaren S1 i det första segmentet av den ideala kretsen och låt oss namnge början som 0º. Eftersom den valda ledningstiden är 180 ° kommer omkopplaren S1 att stängas från 0 ° till 180 °.

Men efter 120 ° av den första fasen kommer den andra fasen också att ha en positiv cykel, vilket ses i trefas spänningsdiagrammet, så omkopplaren S3 kommer att stängas efter S1. Denna S3 kommer också att hållas stängd i ytterligare 180º. Så S3 kommer att vara stängd från 120º till 300º och den kommer att vara öppen först efter 300º.

På samma sätt har den tredje fasen också en positiv cykel efter 120 ° av den andra fasens positiva cykel, vilket visas i diagrammet i början av artikeln. Så omkopplaren S5 kommer att stängas efter 120º S3 stängning, dvs 240º. När strömbrytaren är stängd kommer den att hållas stängd under kommande 180 ° innan den öppnas, varvid S5 kommer att stängas från 240 ° till 60 ° (andra cykeln).

Fram till nu var allt vi gjorde att anta att ledningen görs när brytarna i det övre lagret är stängda men för strömflödet från kretsen måste vara klart. Kom också ihåg att båda omkopplarna i samma segment aldrig borde vara stängda samtidigt, så om en omkopplare är stängd måste en annan vara öppen.

För att uppfylla ovanstående båda villkor stänger vi S2, S4 & S6 i en förutbestämd ordning. Så först efter att S1 öppnas måste vi stänga S2. På samma sätt kommer S4 att stängas efter att S3 öppnas vid 300 ° och på samma sätt kommer S6 att stängas efter att S5 har slutfört ledningscykeln. Denna cykel för att växla mellan växlar i samma segment kan ses nedan. Här följer S2 S1, S4 följer S3 och S6 följer S5.

Genom att följa denna symmetriska omkoppling kan vi uppnå önskad trefasspänning representerad i diagrammet. Om vi ​​fyller i början på omkopplingssekvensen i ovanstående tabell har vi ett komplett omkopplingsmönster för 180 ° ledningsläge enligt nedan.

Från ovanstående tabell kan vi förstå att:

Från 0-60: S1, S4 & S5 är stängda och de återstående tre omkopplarna öppnas.

Från 60-120: S1, S4 & S6 är stängda och de återstående tre omkopplarna öppnas.

Från 120-180: S1, S3 & S6 är stängda och de återstående tre omkopplarna öppnas.

Och sekvensen för byte fortsätter så. Låt oss nu rita den förenklade kretsen för varje steg för att bättre förstå strömnings- och spänningsparametrarna.

Steg 1: (för 0-60) S1, S4 och S5 är stängda medan de återstående tre omkopplarna är öppna. I ett sådant fall kan den förenklade kretsen vara som visas nedan.

Så för 0 till 60: Vao = Vco = Vs / 3; Vbo = -2Vs / 3

Genom att använda dessa kan vi härleda linjespänningarna som:

Vab = Vao - V bo = Vs Vbc = Vbo - Vco = -Vs Vca = Vco - Vao = 0

Steg 2: (för 60 till 120) S1, S4 & S6 är stängda medan de återstående tre omkopplarna är öppna. I ett sådant fall kan den förenklade kretsen vara som visas nedan.

Så för 60 till 120: Vbo = Vco = -Vs / 3; Vao = 2Vs / 3

Genom att använda dessa kan vi härleda linjespänningarna som:

Vab = Vao - Vbo = Vs Vbc = Vbo - Vco = 0 Vca = Vco - Vao = -Vs

Steg 3: (för 120 till 180) S1, S3 & S6 är stängda medan de återstående tre omkopplarna är öppna. I ett sådant fall kan den förenklade kretsen ritas enligt nedan.

Så för 120 till 180: Vao = Vbo = Vs / 3; Vco = -2Vs / 3

Genom att använda dessa kan vi härleda linjespänningarna som:

Vab = Vao - V bo = 0 Vbc = Vbo - Vco = Vs Vca = Vco - Vao = -Vs

På samma sätt kan vi härleda fasspänningarna och linjespänningarna för nästa steg i sekvensen. Och det kan visas som bilden nedan:

A) Trefasinverterare - 120 graders ledningsläge

120 ° -läget liknar 180 ° i alla avseenden utom stängningstiden för varje omkopplare reduceras till 120, vilket var 180 tidigare.

Som vanligt, låt oss börja byta sekvens genom att stänga omkopplaren S1 i det första segmentet och vara startnumret till 0º. Eftersom den valda ledningstiden är 120 ° öppnas omkopplaren S1 efter 120 °, så S1 stängdes från 0 ° till 120 °.

Eftersom halvcykeln för den sinusformade signalen går från 0 till 180 ° kommer S1 att vara öppen och representeras av det grå området ovan.

Nu efter 120 ° av den första fasen kommer den andra fasen också att ha en positiv cykel som nämnts tidigare, så switch S3 kommer att stängas efter S1. Denna S3 kommer också att hållas stängd i ytterligare 120º. Så S3 kommer att vara stängd från 120 ° till 240 °.

På samma sätt har den tredje fasen också en positiv cykel efter 120 ° av den andra fasens positiva cykel så att omkopplaren S5 kommer att stängas efter 120 ° av S3-stängningen. När strömbrytaren är stängd kommer den att hållas stängd för kommande 120º innan den öppnas och därmed kommer strömbrytaren S5 att stängas från 240º till 360º

Denna cykel med symmetrisk omkoppling fortsätter för att uppnå önskad trefasspänning. Om vi ​​fyller i början och slutar växlingssekvensen i ovanstående tabell kommer vi att ha ett komplett växlingsmönster för 120 ° ledningsläge enligt nedan.

Från ovanstående tabell kan vi förstå att:

Från 0-60: S1 och S4 stängs medan återstående omkopplare öppnas.

Från 60-120: S1 och S6 stängs medan återstående omkopplare öppnas.

Från 120-180: S3 och S6 stängs medan återstående omkopplare öppnas.

Från 180-240: S2 och S3 är stängda medan återstående omkopplare öppnas

Från 240-300: S2 och S5 stängs medan återstående omkopplare öppnas

Från 300-360: S4 och S5 är stängda medan återstående omkopplare öppnas

Och denna sekvens av steg fortsätter så. Låt oss nu rita den förenklade kretsen för varje steg för att bättre förstå strömflödet och spänningsparametrarna för 3-fasomvandlingskretsen.

Steg 1: (för 0-60) S1, S4 är stängda medan de återstående fyra omkopplarna är öppna. I ett sådant fall kan den förenklade kretsen visas som nedan.

Så för 0 till 60: Vao = Vs / 2, Vco = 0; Vbo = -Vs / 2

Genom att använda dessa kan vi härleda linjespänningarna som:

Vab = Vao - V bo = Vs Vbc = Vbo - Vco = -Vs / 2 Vca = Vco - Vao = -Vs / 2

Steg 2: (för 60 till 120) S1 och S6 är stängda medan de återstående omkopplarna är öppna. I ett sådant fall kan den förenklade kretsen visas som nedan.

Så för 60 till 120: Vbo = 0, Vco = -Vs / 2 & Vao = Vs / 2

Genom att använda dessa kan vi härleda linjespänningarna som:

Vab = Vao - Vbo = Vs / 2 Vbc = Vbo - Vco = Vs / 2 Vca = Vco - Vao = -Vs

Steg 3: (för 120 till 180) S3 och S6 är stängda medan de återstående omkopplarna är öppna. I ett sådant fall kan den förenklade kretsen visas som nedan.

Så för 120 till 180: Vao = 0, Vbo = Vs / 2 & Vco = -Vs / 2

Genom att använda dessa kan vi härleda linjespänningarna som:

Vab = Vao - V bo = -Vs / 2 Vbc = Vbo - Vco = Vs Vca = Vco - Vao = -Vs / 2

På samma sätt kan vi härleda fasspänningarna och nätspänningarna för nästa kommande steg. Och om vi ritar en graf för alla steg kommer vi att få något som nedan.

Det framgår av utgångsdiagrammen för både 180 ° och 120 ° omkopplingsfall att vi har uppnått en alternerande trefasspänning vid de tre utgångarna. Även om utgångsvågformen inte är en ren sinusvåg liknade den trefasspänningsvågformen. Detta är en enkel ideal krets och ungefärlig vågform för att förstå 3-fas växelriktarens arbete. Du kan designa en arbetsmodell baserad på denna teori med hjälp av tyristorer, kopplings-, kontroll- och skyddskretsar.