Třífázový invertorový obvod

Všichni víme o střídači - je to zařízení, které převádí stejnosměrný proud na střídavý. A dříve jsme se dozvěděli o různých typech střídačů a postavili jsme jednofázový střídač 12v až 220v. Třífázový střídač převádí stejnosměrné napětí na třífázové střídavé napájení. Tady v tomto výukovém programu se dozvíme o třífázovém střídači a jeho fungování, ale než budeme pokračovat, podívejme se na průběhy napětí třífázové linky. Ve výše uvedeném obvodu je třífázové vedení připojeno k odporové zátěži a zátěž odebírá energii z vedení. Pokud nakreslíme průběhy napětí pro každou fázi, budeme mít graf, jak je znázorněno na obrázku. V grafu vidíme tři průběhy napětí, které jsou navzájem mimo fázi o 120 °.

V tomto článku se budeme zabývat třífázovým invertorovým obvodem, který se používá jako stejnosměrný na třífázový střídač. Pamatujte, že i v dnešní době je dosažení zcela sinusového průběhu pro různá zatížení extrémně obtížné a nepraktické. Takže zde budeme diskutovat o fungování ideálního obvodu třífázového měniče, přičemž zanedbáme všechny problémy související s praktickým 3fázovým měničem.

3 fázový střídač pracuje

Nyní se podívejme na 3fázový invertorový obvod a jeho ideální zjednodušenou formu.

Níže je schéma zapojení třífázového invertoru navrženého pomocí tyristorů a diody (pro ochranu proti napěťovým špičkám)

A níže je schéma zapojení třífázového střídače navržené pouze s použitím spínačů. Jak vidíte, toto nastavení šesti mechanických spínačů je užitečnější pro pochopení fungování třífázového měniče než těžkopádného tyristorového obvodu.

Co zde uděláme, je otevřít a symetricky zavřít těchto šest spínačů, abychom získali třífázový napěťový výstup pro odporovou zátěž. Existují dva možné způsoby spouštění spínačů, aby se dosáhlo požadovaného výsledku, jeden, ve kterém spínače provádějí pro 180 ° a druhý, ve kterém spínače provádějí pouze pro 120 °. Pojďme diskutovat o každém vzoru níže:

A) Třífázový střídač - režim vedení 180 stupňů

Ideální obvod je nakreslen dříve, než jej lze rozdělit na tři segmenty, a to segment jeden, segment dva a segment tři a tyto notace použijeme v další části článku. Segment jeden se skládá z dvojice přepínačů S1 a S2, segment dva se skládá ze spínacího páru S3 a S4 a segment tři se skládá ze spínacího páru S5 a S6. V daném okamžiku by nikdy neměly být sepnuty oba přepínače ve stejném segmentu, protože by to vedlo ke zkratům baterie, které by selhaly v celém nastavení, takže tomuto scénáři by se mělo vždy zabránit.

Nyní začněme přepínat sekvenci uzavřením spínače S1 v prvním segmentu ideálního obvodu a pojmenujme začátek jako 0º. Protože je zvolená doba vedení 180 °, spínač S1 bude sepnut od 0 ° do 180 °.

Ale po 120 ° první fáze bude mít druhá fáze také pozitivní cyklus, jak je vidět na grafu třífázového napětí, takže spínač S3 bude po S1 sepnut. Tato S3 bude také uzavřena po dobu dalších 180 °. Takže S3 bude uzavřena od 120 ° do 300 ° a bude otevřena až po 300 °.

Podobně má třetí fáze také pozitivní cyklus po 120 ° pozitivního cyklu druhé fáze, jak ukazuje graf na začátku článku. Přepínač S5 bude tedy sepnut po uzavření 120 ° S3, tj. 240 °. Jakmile je spínač sepnut, bude udržován sepnutý po dobu 180 ° před otevřením, přičemž S5 bude uzavřen od 240 ° do 60 ° (druhý cyklus).

Doposud jsme jen předpokládali, že vedení se provádí, jakmile jsou spínače vrchní vrstvy uzavřeny, ale pro tok proudu z obvodu musí být dokončen. Nezapomeňte také, že oba spínače ve stejném segmentu by nikdy neměly být v zavřeném stavu současně, takže pokud je jeden spínač zavřený, musí být otevřen další.

Pro splnění obou výše uvedených podmínek uzavřeme S2, S4 a S6 v předem určeném pořadí. Takže až po otevření S1 budeme muset zavřít S2. Podobně bude S4 uzavřen po otevření S3 na 300 ° a stejným způsobem bude S6 uzavřen poté, co S5 dokončí vodivý cyklus. Tento cyklus přepínání mezi přepínači stejného segmentu je uveden níže na obrázku. Zde S2 následuje S1, S4 následuje S3 a S6 následuje S5.

Sledováním tohoto symetrického přepínání můžeme dosáhnout požadovaného třífázového napětí znázorněného v grafu. Pokud vyplníme počáteční spínací sekvenci ve výše uvedené tabulce, budeme mít kompletní spínací vzorec pro režim vedení 180 °, jak je uvedeno níže.

Z výše uvedené tabulky můžeme pochopit, že:

Od 0-60: S1, S4 a S5 jsou zavřeny a zbývající tři spínače jsou otevřeny.

Od 60-120: S1, S4 a S6 jsou zavřeny a zbývající tři spínače jsou otevřeny.

Od 120 do 180: S1, S3 a S6 jsou zavřeny a zbývající tři spínače jsou otevřeny.

A sled přepínání pokračuje takhle. Nyní nakreslíme zjednodušený obvod pro každý krok, abychom lépe porozuměli parametrům proudu a napětí.

Krok 1: (pro 0-60) S1, S4 a S5 jsou sepnuty, zatímco zbývající tři spínače jsou rozpojeny. V takovém případě může být zjednodušený obvod, jak je znázorněno níže.

Takže pro 0 až 60: Vao = Vco = Vs / 3; Vbo = -2Vs / 3

Jejich použitím můžeme odvodit síťová napětí jako:

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

Krok 2: (pro 60 až 120) S1, S4 a S6 jsou uzavřeny, zatímco zbývající tři spínače jsou otevřené. V takovém případě může být zjednodušený obvod, jak je znázorněno níže.

Takže pro 60 až 120: Vbo = Vco = -Vs / 3; Vao = 2Vs / 3

Jejich použitím můžeme odvodit síťová napětí jako:

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

Krok 3: (pro 120 až 180) S1, S3 a S6 jsou uzavřeny, zatímco zbývající tři spínače jsou otevřené. V takovém případě lze zjednodušený obvod nakreslit níže.

Takže pro 120 až 180: Vao = Vbo = Vs / 3; Vco = -2Vs / 3

Jejich použitím můžeme odvodit síťová napětí jako:

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

Podobně můžeme odvodit fázová napětí a síťová napětí pro další kroky v pořadí. Může být zobrazen jako obrázek níže:

A) Třífázový střídač - režim vedení 120 stupňů

120 ° režim je ve všech aspektech podobný 180 °, s výjimkou toho, že doba zavírání každého přepínače je snížena na 120, což bylo dříve 180.

Jako obvykle začněme přepínat sekvenci zavřením spínače S1 v prvním segmentu a počátečním číslem 0 °. Protože je zvolená doba vedení 120 °, spínač S1 se otevře po 120 °, takže S1 byl uzavřen od 0 ° do 120 °.

Protože poloviční cyklus sinusového signálu jde z 0 na 180 °, po zbývající dobu bude S1 otevřený a je představován šedou oblastí nahoře.

Nyní po 120 ° první fáze bude mít druhá fáze také pozitivní cyklus, jak bylo uvedeno výše, takže spínač S3 bude po S1 uzavřen. Tato S3 bude také udržována zavřená dalších 120 °. Takže S3 bude uzavřena od 120 ° do 240 °.

Podobně má třetí fáze také pozitivní cyklus po 120 ° pozitivního cyklu druhé fáze, takže spínač S5 bude sepnut po 120 ° uzavření S3. Jakmile je spínač zavřený, bude udržován zavřený po dobu 120 ° před otevřením a tím bude spínač S5 uzavřen z 240 ° na 360 °

Tento cyklus symetrického přepínání bude pokračovat pro dosažení požadovaného třífázového napětí. Pokud vyplníme počáteční a koncovou spínací sekvenci ve výše uvedené tabulce, budeme mít kompletní spínací vzor pro režim vedení 120 °, jak je uvedeno níže.

Z výše uvedené tabulky můžeme pochopit, že:

Od 0-60: S1 a S4 jsou zavřeny, zatímco zbývající spínače jsou otevřeny.

Od 60-120: S1 a S6 jsou zavřeny, zatímco zbývající spínače jsou otevřeny.

Od 120 do 180: S3 a S6 jsou zavřeny, zatímco zbývající spínače jsou otevřeny.

Od 180 do 240: S2 a S3 jsou zavřeny, zatímco zbývající spínače jsou otevřeny

Od 240 do 300: S2 a S5 jsou zavřeny, zatímco zbývající spínače jsou otevřeny

Od 300 do 360: S4 a S5 jsou zavřeny, zatímco zbývající spínače jsou otevřeny

A tato posloupnost kroků pokračuje takhle. Nyní nakreslíme zjednodušený obvod pro každý krok, abychom lépe porozuměli parametrům proudu a napětí aktuálního obvodu 3fázového invertoru.

Krok 1: (pro 0-60) S1, S4 jsou sepnuty, zatímco zbývající čtyři spínače jsou rozpojeny. V takovém případě může být zjednodušený obvod zobrazen níže.

Takže pro 0 až 60: Vao = Vs / 2, Vco = 0; Vbo = -Vs / 2

Jejich použitím můžeme odvodit síťová napětí jako:

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

Krok 2: (pro 60 až 120) S1 a S6 jsou sepnuty, zatímco zbývající spínače jsou rozpojeny. V takovém případě může být zjednodušený obvod zobrazen níže.

Takže pro 60 až 120: Vbo = 0, Vco = -Vs / 2 & Vao = Vs / 2

Jejich použitím můžeme odvodit síťová napětí jako:

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

Krok 3: (pro 120 až 180) S3 a S6 jsou uzavřeny, zatímco zbývající spínače jsou otevřené. V takovém případě může být zjednodušený obvod zobrazen níže.

Takže pro 120 až 180: Vao = 0, Vbo = Vs / 2 & Vco = -Vs / 2

Jejich použitím můžeme odvodit síťová napětí jako:

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

Podobně můžeme odvodit fázová napětí a síťová napětí pro další nadcházející kroky. A když nakreslíme graf pro všechny kroky, dostaneme něco jako níže.

Na výstupních grafech spínacích případů 180 ° a 120 ° je vidět, že jsme na třech výstupních svorkách dosáhli střídavého třífázového napětí. Přestože výstupní křivka není čistá sinusová vlna, podobala se třífázovému napěťovému průběhu. Jedná se o jednoduchý ideální obvod a přibližný tvar vlny pro pochopení práce třífázového střídače. Pracovní model založený na této teorii můžete navrhnout pomocí tyristorů, spínacích, řídicích a ochranných obvodů.