- Štyri kvadrantové operácie v duálnom prevádzači
- Princíp
- Praktický duálny prevodník
- 1) Prevádzka duálneho prevodníka bez obehového prúdu
- 2) Prevádzka duálneho meniča s obehovým prúdom
- 1) Jednofázový dvojitý prevodník
- 2) Trojfázový duálny prevodník
V predchádzajúcom tutoriáli sme videli, ako je navrhnutý obvod duálneho napájania, teraz sa dozvieme o duálnych konvertoroch, ktoré dokážu prevádzať striedavo na jednosmerný prúd a jednosmerný prúd na striedavý prúd súčasne. Ako už názov napovedá, duálny prevodník má dva prevodníky, jeden prevádzkuje usmerňovač (prevádza striedavý prúd na jednosmerný prúd) a druhý prevodník pracuje ako striedač (prevádza jednosmerný prúd na striedavý prúd). Oba prevodníky sú vzájomne spojené spoločnou záťažou, ako je to znázornené na obrázku vyššie. Ak sa chcete dozvedieť viac informácií o usmerňovačoch a invertoroch, kliknite na príslušné odkazy.
Prečo používame duálny prevodník? Ak záťaž môže napájať iba jeden prevodník, tak prečo používame dva prevodníky? Môžu sa vyskytnúť tieto otázky a odpovede na ne získate v tomto článku.
Tu máme dva prevádzače pripojené zozadu dozadu. Kvôli tomuto typu pripojenia môže byť toto zariadenie navrhnuté pre štvorkvadrantovú prevádzku. To znamená, že záťažové napätie aj prúd záťaže sú reverzibilné. Ako je možné v dvojkonvertore pracovať so štyrmi kvadrantmi? To uvidíme ďalej v tomto článku.
Spravidla sa duálne meniče používajú pre reverzibilné jednosmerné pohony alebo jednosmerné pohony s premenlivou rýchlosťou. Používa sa na aplikácie s vysokým výkonom.
Štyri kvadrantové operácie v duálnom prevádzači
Prvý kvadrant: napätie aj prúd sú kladné.
Druhý kvadrant: napätie je kladné a prúd je záporný.
Tretí kvadrant: napätie aj prúd sú záporné.
Štvrtý kvadrant: napätie je záporné a prúd je kladný.
Z týchto dvoch prevodníkov pracuje prvý prevodník v dvoch kvadrantoch v závislosti od hodnoty uhla streľby α. Tento prevodník pracuje ako usmerňovač, keď je hodnota α menšia ako 90˚. Pri tejto operácii prevádza prevodník kladné priemerné zaťažovacie napätie a záťažový prúd a pracuje v prvom kvadrante.
Ak je hodnota α vyššia ako 90˚, pracuje tento prevodník ako invertor. Pri tejto operácii menič produkuje záporné priemerné výstupné napätie a smer prúdu sa nemení. Preto záťažový prúd zostáva kladný. V operácii prvého kvadrantu sa energia prenáša zo zdroja do záťaže a v operácii štvrtého kvadrantu sa energia prenáša zo záťaže do zdroja.
Podobne druhý menič pracuje ako usmerňovač, keď je uhol vypaľovania α menší ako 90 °, a pracuje ako invertor, keď je uhol vypaľovania α väčší ako 90 °. Keď tento prevodník pracuje ako usmerňovač, priemerné výstupné napätie a prúd sú obidva záporné. Pracuje teda v treťom kvadrante a tok energie je od zaťaženia k zdroju. Tu sa motor otáča v opačnom smere. Keď tento prevodník pracuje ako invertor, priemerné výstupné napätie je kladné a prúd je záporný. Funguje teda v druhom kvadrante a tok energie je od zaťaženia k zdroju.
Keď je tok energie od záťaže k zdroju, motor sa správa ako generátor, čo umožňuje regeneratívne prerušenie.
Princíp
Aby sme pochopili princíp duálneho prevodníka, predpokladáme, že oba prevodníky sú ideálne. To znamená, že vytvárajú čisté jednosmerné výstupné napätie, na výstupných svorkách nedochádza k zvlneniu. Zjednodušený ekvivalentný diagram duálneho prevodníka je uvedený na nasledujúcom obrázku.
Vo vyššie uvedenej schéme zapojenia sa prevodník považuje za regulovateľný zdroj jednosmerného napätia a je zapojený do série s diódou. Uhol streľby meničov je regulovaný riadiacim obvodom. Takže DC napätia oboch prevodníkov sú rovnako veľké a opačne polarne. Vďaka tomu je možné cez záťaž riadiť prúd v opačnom smere.
Prevodník pracujúci ako usmerňovač sa nazýva prevodník pozitívnych skupín a druhý prevodník pracujúci ako invertor sa nazýva prevodník záporných skupín.
Priemerné výstupné napätie je funkciou uhla streľby. Pre jednofázový striedač a trojfázový striedač je priemerné výstupné napätie vo forme nižšie uvedených rovníc.
E DC1 = E max Cos⍺ 1 E DC2 = E max Cos⍺ 2
Kde α 1 a α 2 je uhol streľby prevodníka-1 a prevodníka-2.
Pre, jednofázový dvojitý prevodník, E max = 2E m / π
Pre, trojfázový dvojitý prevodník, E max = 3√3E m / π
Pre, ideálny prevodník, 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
Ako bolo uvedené vyššie, priemerné výstupné napätie je funkciou uhla streľby. To znamená, že pre požadované výstupné napätie musíme ovládať uhol streľby. Môže sa použiť riadiaci obvod uhla streľby tak, že keď sa zmení riadiaci signál E c, uhol streľby α 1 a α 2 sa zmení tak, aby vyhovoval nižšie uvedenému grafu.
Praktický duálny prevodník
Prakticky nemôžeme oba prevodníky považovať za ideálny prevodník. Ak je uhol streľby meničov nastavený tak, že ⍺ 1 + ⍺ 2 = 180⁰. V tomto stave je priemerné výstupné napätie oboch prevodníkov rovnaké v mm, ale opačne v polarite. Ale kvôli zvlnenému napätiu nemôžeme presne dostať to isté napätie. Takže na svorkách jednosmerného prúdu obidvoch prevodníkov existuje okamžitý rozdiel napätia, ktorý produkuje enormný prúd c prúdenia medzi prevodníkmi a prúdom cez záťaž.
Preto je v praktickom duálnom meniči potrebné riadiť cirkulujúci prúd. Existujú dva režimy na riadenie cirkulujúceho prúdu.
1) Prevádzka bez cirkulujúceho prúdu
2) Prevádzka s cirkulujúcim prúdom
1) Prevádzka duálneho prevodníka bez obehového prúdu
V tomto type duálneho prevodníka je iba jeden prevodník vo vedení a ďalší prevodník je dočasne zablokovaný. Takže súčasne pracuje jeden prevodník a medzi prevodníkmi nie je potrebný reaktor. V konkrétnom okamihu, povedzme prevodník-1, funguje ako usmerňovač a dodáva záťažový prúd. V tomto okamihu je prevodník-2 blokovaný odstránením uhla streľby. Pre inverznú prevádzku je prevodník-1 blokovaný a prevodník-2 dodáva záťažový prúd.
Impulzy do prevodníka-2 sa privádzajú po dobe oneskorenia. Čas oneskorenia je okolo 10 až 20 ms. Prečo medzi zmenou fungovania uplatňujeme čas oneskorenia? Zaisťuje spoľahlivú činnosť tyristorov. Ak sa prevodník-2 spustí skôr, ako sa prevodník-1 úplne vypne, bude medzi prevodníkmi tiecť veľké množstvo cirkulujúceho prúdu.
Existuje veľa riadiacich schém na generovanie uhla streľby pre prevádzku duálneho prevodníka bez cirkulácie. Tieto riadiace schémy sú určené na prevádzku veľmi sofistikovaných riadiacich systémov. Tu je súčasne vedený iba jeden prevodník. Preto je možné použiť iba jednu jednotku uhla streľby. Ďalej je uvedených niekoľko základných schém.
A) Výber meniča polaritou riadiaceho signálu
B) Výber meniča polaritou zaťažovacieho prúdu
C) Výber meniča riadiacim napätím aj prúdom záťaže
2) Prevádzka duálneho meniča s obehovým prúdom
Bez meniča cirkulujúceho prúdu vyžaduje veľmi prepracovaný riadiaci systém a záťažový prúd nie je nepretržitý. Na prekonanie týchto ťažkostí existuje dvojitý prevodník, ktorý môže pracovať s cirkulujúcim prúdom. Medzi svorky jednosmerného prúdu oboch prevodníkov je pripojený reaktor obmedzujúci prúd. Uhol streľby oboch meničov je nastavený tak, aby reaktorom pretečievalo minimálne množstvo cirkulujúceho prúdu. Ako je popísané v ideálnom invertore, obehový prúd je nulový, ak ⍺ 1 + ⍺ 2 = 180⁰.
Povedzme, že uhol streľby prevodníka-1 je 60˚, potom sa musí uhol streľby prevodníka-2 udržiavať na 120˚. V tejto operácii bude prevodník-1 pracovať ako usmerňovač a prevodník-2 bude pracovať ako invertor. Takže pri tomto type operácie sú obidva prevádzače súčasne vo vodivom stave. Ak je prúd záťaže obrátený, prevodník, ktorý pracuje ako usmerňovač, pracuje teraz ako invertor, zatiaľ čo prevodník, ktorý pracuje ako invertor, pracuje teraz ako usmerňovač. V tejto schéme obidva prevádzače konajú súčasne. Vyžaduje teda dve jednotky generátora uhla streľby.
Výhodou tejto schémy je, že môžeme dosiahnuť plynulú prevádzku prevodníka v čase inverzie. Časová odozva schémy je veľmi rýchla. Normálna doba oneskorenia je 10 až 20 ms v prípade, že je vylúčená prevádzka bez cirkulujúceho prúdu.
Nevýhodou tejto schémy je, že veľkosť a náklady na reaktor sú vysoké. Z dôvodu cirkulujúceho prúdu sú účinník a účinnosť nízke. Na zvládnutie obehového prúdu sú potrebné tyristory s vysokým prúdovým zaťažením.
Podľa typu záťaže sa používajú jednofázové a trojfázové dvojité prevodníky.
1) Jednofázový dvojitý prevodník
Schéma zapojenia duálneho prevodníka je uvedená na nasledujúcom obrázku. Ako záťaž sa používa samostatne budený jednosmerný motor. DC svorky obidvoch prevodníkov sú spojené so svorkami vinutia kotvy. Tu sú dva jednofázové úplné prevodníky spojené navzájom zozadu. Oba meniče napájajú spoločnú záťaž.
Uhol streľby prevodníka-1 je α 1 a α 1 je menší ako 90 °. Preto prevodník-1 funguje ako usmerňovač. Pre pozitívny polovičný cyklus (0 <t <π) budú viesť tyristor S1 a S2 a pre negatívny polovičný cyklus (π <t <2π) budú pôsobiť tyristor S3 a S4. Pri tejto operácii je výstupné napätie aj prúd kladné. Takže táto operácia je známa ako dopredná motorická prevádzka a prevodník pracuje v prvom kvadrante.
Uhol streľby prevodníka-2 je 180 - α 1 = α 2 a α 2 je väčší ako 90˚. Prevodník-2 teda funguje ako invertor. Pri tejto operácii zostáva záťažový prúd v rovnakom smere. Polarita výstupného napätia je záporná. Prevodník preto pracuje vo štvrtom kvadrante. Táto operácia je známa ako rekuperačné brzdenie.
Pri spätnom chode jednosmerného motora pôsobia prevodník-2 ako usmerňovač a prevodník-1 ako invertor. Uhol streľby prevodníka-2 α 2 je menší ako 90˚. Alternatívny zdroj napätia napája záťaž. V tejto operácii je záťažový prúd záporný a záporné je aj výstupné priemerné napätie. Preto prevodník-2 pracuje v treťom kvadrante. Táto operácia sa nazýva spätný chod.
V opačnom režime je uhol streľby prevodníka-1 menší ako 90 ° a uhol streľby prevodníka-2 je väčší ako 90 °. Takže v tejto operácii je záťažový prúd záporný, ale priemerné výstupné napätie je kladné. Prevodník-2 teda funguje v druhom kvadrante. Táto operácia sa nazýva spätné rekuperačné brzdenie.
Tvar vlny jednofázového dvojprevodníka je znázornený na nasledujúcom obrázku.
2) Trojfázový duálny prevodník
Schéma zapojenia trojfázového duálneho prevodníka je znázornená na nasledujúcom obrázku. Tu sú dva trojfázové prevodníky spojené navzájom zozadu. Princíp činnosti je rovnaký ako u jednofázového dvojprevodníka.
Takto je navrhnutý duálny prevodník a ako už bolo povedané, zvyčajne sa používajú na výrobu reverzibilných jednosmerných diskov alebo jednosmerných diskov s premenlivými otáčkami vo vysoko výkonných aplikáciách.