Cyklokonvertory - typy, práce a aplikace

Napájecí zdroje lze rozdělit do dvou širokých kategorií, jedna je zdroj střídavého proudu a druhá zdroj stejnosměrného proudu. Jak víme, lze generovat pouze střídavé napětí, a protože je to ekonomičtější, používáme k přenosu střídavé napětí, a proto většina elektrických strojů / zařízení běží na střídavý proud. Standardní napětí a frekvence dodávané z výrobních stanic však nemusí být dostatečně dobré pro pohon určitých průmyslových strojů. V těchto případech používáme převaděče a invertory k převodu jedné formy napájení do jiné formy, například do jiné jmenovité hodnoty napětí, proudu nebo frekvence. Cyklokonvektor je jeden takový převodník, který převádí střídavý proud na jedné frekvenci na střídavý proud s nastavitelnou frekvencí. V tomto článku se dozvíme více o jejich fungování a aplikacích.

Co je cyklokonvertor?

Standardní definice pro cyklokonvertory z Wikipedie je následující: „ Cyklokonvertor (CCV) nebo cykloinvertor převádí konstantní napětí, konstantní frekvenci křivky střídavého proudu na jinou křivku střídavého proudu s nižší frekvencí syntetizováním křivky výstupu ze segmentů střídavého napájení bez mezilehlé DC link “

Jednou z konkrétních vlastností cyklokonvertorů je, že v procesu převodu nepoužívá meziobvod, takže je vysoce efektivní. Převod se provádí pomocí výkonových elektronických spínačů, jako jsou tyristory, a jejich logickým přepínáním. Normálně budou tyto tyristory rozděleny na dvě poloviny, kladnou polovinu a zápornou polovinu. Každá polovina se bude dirigovat jejich otáčením během každého polovičního cyklu střídavého tvaru, což umožní obousměrný tok energie. Prozatím si představte cyklokonvertory jako černou skříňku, která jako vstup přijímá střídavé napětí s pevnou frekvencí s pevným napětím a poskytuje proměnnou frekvenci, proměnné napětí jako výstup, jak je znázorněno na obrázku níže.

Během článku se dozvíme, co by se mohlo v této černé skříňce odehrávat.

Proč potřebujeme cyklokonvertory?

Dobře, nyní víme, že cyklokonvektory převádějí střídavý výkon s pevnou frekvencí na střídavý výkon s proměnnou frekvencí. Ale proč to musíme dělat? Jaká je výhoda napájení střídavým proudem s proměnnou frekvencí?

Odpověď na tuto otázku je Speed ​​Control. Cyklokonvektory se široce používají k pohonu velkých motorů, jako jsou ty, které se používají ve válcovacích stolicích, kulových mlýnech, cementárnách atd. Frekvenci výstupů cyklonových měničů lze snížit až na nulu, což nám pomáhá spouštět velmi velké motory s plným zatížením při minimální rychlosti a poté postupně zvyšujte rychlost motoru zvyšováním výstupní frekvence. Před vynálezem cyklokonvertorů musí být tyto velké motory zcela vyloženy a poté po spuštění motoru musí být postupně zatěžovány, což vede k časové a lidské spotřebě energie.

Typy cyklokonvektorů:

Na základě výstupní frekvence a počtu fází ve vstupním zdroji střídavého proudu lze cyklokonvertory klasifikovat níže

1. Step-Up cyklokonvertory

2. Ste-Down cyklokonvertory

1. Jednofázový na jednofázový cyklokonvertor
2. Třífázový až jednofázový cyklokonvertor
3. Třífázový na třífázový cyklokonvertor

Step-Up Cycloconverters: Step-Up CCV, jak název napovídá, tento typ CCV poskytuje výstupní frekvenci vyšší než frekvence vstupní. Není však široce používán, protože nemá mnoho aplikací částic. Většina aplikací bude vyžadovat frekvenci menší než 50 Hz, což je výchozí frekvence zde v Indii. Také Step-Up CCV bude vyžadovat vynucené komutace, což zvyšuje složitost obvodu.

Step-Down Cycloconverters: Step-Down CCV, jak jste již možná dobře uhodli.. poskytuje pouze výstupní frekvenci, která je menší než vstupní frekvence. Nejčastěji se používají a fungují pomocí přirozené komutace, a proto je poměrně snadné je postavit a provozovat. Step-Down CCV je dále klasifikován do tří typů, jak je ukázáno níže, každý z těchto typů se podrobně podíváme v tomto článku.

Základní princip za cyklokonvertory:

Ačkoli existují tři různé typy cyklokonvertorů, jejich práce je velmi podobná, kromě počtu výkonových elektronických spínačů v obvodu. Například jednofázový na jednofázový CCV bude mít pouze 6 výkonových elektronických spínačů (SCR), zatímco třífázový CCV může mít až 32 spínačů.

Úplné minimum pro cyklokonvertor je uvedeno výše. Bude mít spínací obvod na obou stranách zátěže, jeden obvod bude fungovat během kladného polovičního cyklu zdroje střídavého proudu a druhý obvod bude fungovat během záporného polovičního cyklu. Normálně bude spínací obvod demonstrován pomocí SCR jako výkonového elektronického zařízení, ale v moderním CCV najdete SCR nahrazené IGBT a někdy dokonce MOSFETY.

Spínací obvody budou také potřebovat řídicí obvod, který dává pokyn elektronickému zařízení Power, kdy má provést a kdy má vypnout. Tímto řídicím obvodem bude obvykle mikrokontrolér a může mít také zpětnou vazbu z výstupu, aby vytvořil systém uzavřené smyčky. Uživatel může ovládat hodnotu výstupní frekvence úpravou parametrů v řídicím obvodu. reprezentovat směr toku proudu. Kladný spínací obvod vždy dodává proud do zátěže a záporný spínací obvod vždy snižuje proud ze zátěže.

Jednofázové na jednofázové cyklokonvertory:

Jednofázový na jednofázový CCV se používá velmi zřídka, ale aby bylo možné porozumět fungování CCV, je třeba jej nejprve prostudovat, abychom porozuměli třífázovému CCV. Jednofázový na jednofázový CCV má dva páry obvodu plných vln usměrňovače, každý se skládá ze čtyř SCR. Jedna sada je umístěna rovně, zatímco druhá je umístěna v antiparalelním směru, jak je znázorněno na obrázku níže.

Všechny hradlové svorky SCR budou připojeny k řídicímu obvodu, který není zobrazen ve výše uvedeném obvodu. Tento řídicí obvod bude odpovědný za spouštění SCR. Abychom pochopili fungování obvodu, předpokládejme, že vstupní střídavé napájení má frekvenci 50 Hz a zátěž je čistě odporová zátěž a úhel střelby SCR (α) je 0 °. Protože úhel střelby je 0 °, SCR po zapnutí bude fungovat jako dioda v dopředném směru a po vypnutí bude fungovat jako dioda v opačném směru. Pojďme analyzovat vlnovou formu níže, abychom pochopili, jak se frekvence snižuje pomocí CCV

Tvar vlny frekvence napájecího napětí je označen Vs a tvar vlny frekvence výstupního napětí je označen Vo. Zde se snažíme převést frekvenci napájecího napětí na 1/4 ^th její hodnoty. Abychom to udělali pro první dva cykly napájecího napětí, použijeme kladný můstkový usměrňovač a pro následující další dva cykly použijeme záporný můstkový usměrňovač. Máme tedy čtyři kladné impulzy v kladné oblasti a poté čtyři v záporné oblasti, jak je znázorněno na křivce výstupní frekvence Vo. Průběh proudu pro tento obvod bude stejný jako průběh napětí, protože se předpokládá, že zátěž je čistě odporová. Velikost křivky se bude měnit na základě hodnoty odporu zátěže.

Výstupní frekvence je zastoupena pomocí tečkovanou čáru na Vo křivky, protože se změní polaritu pouze na dva cykly vstupní křivky výstupní frekvence s 1/4 ^th vstupního kmitočtu, v našem případě pro vstupní frekvenci 50Hz na výstupní frekvence bude (1/4 * 50) kolem 12,5 Hz. Tuto výstupní frekvenci lze regulovat změnou spouštěcího mechanismu v řídicím obvodu.

Cyklokonvertory třífázové na jednofázové:

Třífázový na jednofázový CCV je také podobný jednofázovému na jednofázový CCV, ale zde je vstupní napětí 3fázové napájení a výstupní napětí je jednofázové napájení s proměnnou frekvencí. Obvod také vypadá velmi podobně, až na to, že v každé sadě usměrňovače budeme potřebovat 6 SCR, protože musíme napravit třífázové střídavé napětí.

Znovu budou terminály brány SCR připojeny k řídicímu obvodu pro jejich spuštění a pro snadné pochopení fungování jsou opět vytvořeny stejné předpoklady. Existují také dva druhy třífázových až jednofázových CCV, první typ bude mít poloviční vlnový usměrňovač pro pozitivní i negativní most a druhý typ bude mít plnovlnný usměrňovač, jak je uvedeno výše. První typ se nepoužívá často kvůli své nízké účinnosti. Také v typu plných vln mohou oba můstkové usměrňovače generovat napětí v obou polaritách, ale kladný převodník může dodávat proud (zdroj) pouze v kladném směru a záporný převodník může odebírat proud pouze v záporném směru. To umožňuje CCV pracovat ve čtyřech kvadrantech. Tyto čtyři kvadranty jsou (+ V, + i) a (-V, -i) v rektifikačním režimu a (+ V, -i) a (-V,-i) v inverzním režimu.

Třífázové až třífázové cyklokonvertory:

Třífázové až třífázové CCV jsou nejpoužívanější, protože mohou přímo řídit třífázové zátěže jako motory. Zátěž pro třífázový CCV bude obvykle třífázová hvězda připojená zátěž, jako je statorové vinutí motoru. Tento měnič přijímá jako vstup třífázové střídavé napětí s pevnou frekvencí a poskytuje třífázové střídavé napětí s proměnnou frekvencí.

Existují dva typy třífázového CCV, jeden s půlvlnným převodníkem a druhý s celovlnným převodníkem. Model polovodičového převodníku se také nazývá 18-tyristorové cyklokonvertory nebo 3-pulzní cyklokonvertory. Převodník s plnou vlnou se nazývá 6-pulzní cyklokonvertory nebo 36-tyristorové cyklokonvertory. Na následujícím obrázku je uveden 3pulzní cyklokonvertor

Zde máme šest sad usměrňovačů, z nichž dvě jsou přiděleny pro každou fázi. Fungování tohoto CCV je podobné jako u jednofázového CCV, až na to, že usměrňovače mohou napravit pouze polovinu vlny a to samé se děje u všech tří fází

Aplikace:

Cyklokonvertory mají velkou průmyslovou aplikaci, jich je několik

• Brusky
• Těžké pračky
• Důlní navijáky
• Vedení HVDC
• Napájení letadla
• SVG (statické generátory VAR)
• Pohonný systém lodi