Cyklokonvertory - typy, práca a aplikácie

Zdroje napájania možno rozdeliť do dvoch širokých kategórií, jednou z nich je napájanie striedavým prúdom a druhou je napájanie jednosmerným prúdom. Ako vieme, môže sa generovať iba striedavý prúd, a pretože je to ekonomickejšie, na prenos používame striedavý prúd, a teda väčšina elektrických strojov a zariadení pracuje na striedavý prúd. Štandardné napätie a frekvencia dodávané z generátorových staníc však nemusia byť dosť dobré na pohon určitých priemyselných strojov. V týchto prípadoch používame prevodníky a invertory na prevod jednej formy napájania do inej formy, napríklad na inú hodnotu napätia, prúdu alebo frekvencie. Cyklokonveter je jeden taký prevodník, ktorý prevádza striedavý prúd na jednej frekvencii na striedavý prúd s nastaviteľnou frekvenciou. V tomto článku sa dozvieme viac o ich práci a aplikáciách.

Čo je to Cyklokonvertor?

Štandardná definícia pre cyklokonvertory z Wikipédie je nasledovná: „ Cyklokonvertor (CCV) alebo cykloinvertor prevádza konštantné napätie s konštantnou frekvenciou krivky striedavého prúdu na inú krivku striedavého prúdu s nižšou frekvenciou syntézou výstupného krivky zo segmentov napájania striedavým prúdom bez medziproduktu. DC link “

Jednou konkrétnou vlastnosťou cyklokonvertorov je, že nepoužíva jednosmerné spojenie v procese premeny, čo ho robí vysoko efektívnym. Prevod sa vykonáva pomocou výkonových elektronických prepínačov, ako je tyristor, a ich logickým prepínaním. Normálne sa tieto tyristory rozdelia na dve polovice, kladnú polovicu a zápornú polovicu. Každá polovica sa bude nútiť viesť ich otáčaním počas každého polovičného cyklu formy striedavého prúdu, čo umožní obojsmerný tok energie. Cyklokonvertory si zatiaľ predstavujte ako čiernu skrinku, ktorá na vstup prijíma striedavé napätie s pevnou frekvenciou s pevným napätím a ako výstup poskytuje premenlivú frekvenciu a premenlivé napätie, ako je to znázornené na obrázku nižšie.

Pri prechádzaní článku sa dozvieme, čo by sa mohlo diať vo vnútri tejto čiernej skrinky.

Prečo potrebujeme cyklokonvertory?

Dobre, teraz vieme, že cyklokonvektory prevádzajú striedavý prúd s pevnou frekvenciou na striedavý prúd s premenlivou frekvenciou. Prečo to ale musíme robiť? Aká je výhoda napájania striedavým prúdom s premenlivou frekvenciou?

Odpoveďou na túto otázku je Speed Control. Cyklokonvektory sa vo veľkej miere používajú na pohon veľkých motorov, ako sú napríklad valcovne, guľové mlyny, cementárne atď. Frekvencia výstupov cyklónových meničov môže byť znížená až na nulu, čo nám pomáha naštartovať veľmi veľké motory s plným zaťažením pri minimálnej rýchlosti a potom postupne zvyšujte rýchlosť motora zvyšovaním výstupnej frekvencie. Pred vynálezom cyklokonvertorov musia byť tieto veľké motory úplne vyložené a potom po štarte motora musia byť postupne zaťažované, čo má za následok čas a spotrebu energie človeka.

Typy cyklokonvektorov:

Na základe výstupnej frekvencie a počtu fáz vo vstupnom zdroji striedavého prúdu možno cyklokonvertory klasifikovať nasledovne

1. Step-Up cyklokonvertory

2. Ste-Down cyklokonvertory

Jednofázový na jednofázový cyklokonvertor
Trojfázový až jednofázový cyklokonvertor
Trojfázový na trojfázový cyklokonvertor

Step-Up cyklokonvertory: Step-Up CCV, ako už názov napovedá, tento typ CCV poskytuje výstupnú frekvenciu vyššiu ako je vstupná frekvencia. Nie je však široko používaný, pretože nemá veľa aplikácií častíc. Väčšina aplikácií bude vyžadovať frekvenciu menšiu ako 50 Hz, čo je predvolená frekvencia v Indii. Aj Step-Up CCV bude vyžadovať vynútené komutovanie, čo zvyšuje zložitosť obvodu.

Step-Down Cycloconverters: Step-Down CCV, ako ste už asi dobre uhádli.. poskytuje iba výstupnú frekvenciu, ktorá je menšia ako vstupná frekvencia. Tieto sa používajú najčastejšie a pracujú pomocou prirodzenej komutácie, a preto sú pomerne ľahko zostaviteľné a ovládateľné. Step-Down CCV je ďalej klasifikovaný do troch typov, ako je uvedené nižšie, každý z týchto typov sa podrobne pozrieme v tomto článku.

Základný princíp cyklokonvertorov:

Aj keď existujú tri rôzne typy cyklokonvertorov, ich fungovanie je veľmi podobné, až na počet výkonových elektronických prepínačov v obvode. Napríklad jednofázový na jednofázový CCV bude mať iba 6 výkonových elektronických prepínačov (SCR), zatiaľ čo trojfázový CCV môže mať až 32 prepínačov.

Úplné minimum pre cyklokonvertor je uvedené vyššie. Bude mať spínací obvod na oboch stranách záťaže, jeden obvod bude fungovať počas kladnej polovice cyklu zdroja striedavého prúdu a druhý obvod bude fungovať počas zápornej polovice cyklu. Normálne bude spínací obvod demonštrovaný pomocou SCR ako výkonového elektronického zariadenia, ale v moderných CCV nájdete SCR nahradené IGBT a niekedy dokonca MOSFETmi.

Spínacie obvody budú tiež potrebovať riadiaci obvod, ktorý dáva pokyn elektronickému zariadeniu Power, kedy má vykonať a kedy vypnúť. Tento riadiaci obvod bude zvyčajne mikrokontrolér a môže mať tiež spätnú väzbu z výstupu na vytvorenie systému s uzavretou slučkou. Používateľ môže riadiť hodnotu výstupnej frekvencie úpravou parametrov v riadiacom obvode. Diódy vo vyššie uvedenom diagrame sa používajú predstavovať smer toku prúdu. Kladný spínací obvod vždy dodáva prúd do záťaže a záporný spínací obvod vždy znižuje prúd zo záťaže.

Jednofázové na jednofázové cyklokonvertory:

Jednofázový na jednofázový CCV sa používa veľmi zriedka, ale aby sme pochopili fungovanie CCV, malo by sa to najskôr študovať, aby sme porozumeli trojfázovému CCV. Jednofázový na jednofázový CCV má dva páry usmerňovacieho obvodu s plnou vlnou, každý sa skladá zo štyroch SCR. Jedna sada je umiestnená rovno, zatiaľ čo druhá je umiestnená v antiparalelnom smere, ako je to znázornené na obrázku nižšie.

Všetky hradlové svorky SCR budú pripojené k riadiacemu obvodu, ktorý nie je zobrazený v obvode vyššie. Tento riadiaci obvod bude zodpovedný za spustenie SCR. Aby sme pochopili fungovanie obvodu, predpokladajme, že vstupné napájanie je na frekvencii 50 Hz a záťaž je čisto odporová záťaž a uhol streľby SCR (α) je 0 °. Pretože uhol streľby je 0 °, SCR po zapnutí bude fungovať ako dióda v smere dopredu a po vypnutí bude pôsobiť ako dióda v opačnom smere. Analyzujme vlnovú formu uvedenú nižšie, aby sme pochopili, ako sa znižuje frekvencia pomocou CCV

Tvar vlny frekvencie napájacieho napätia je označený ako Vs a tvar vlny výstupného napätia je označený ako Vo. Tu sa snažíme previesť frekvenciu napájacieho napätia na 1/4 ^th jej hodnoty. Aby sme to urobili, pre prvé dva cykly napájacieho napätia použijeme kladný mostíkový usmerňovač a pre nasledujúce ďalšie dva cykly použijeme záporný mostíkový usmerňovač. Máme teda štyri pozitívne impulzy v kladnej oblasti a potom štyri v zápornej oblasti, ako je znázornené na výstupnej vlnovej vlnovej vlne Vo. Krivka prúdu pre tento obvod bude rovnaká ako krivka napätia, pretože sa predpokladá, že zaťaženie je čisto odporové. Aj keď sa veľkosť krivky zmení na základe hodnoty odporu záťaže.

Výstupná frekvencia je zastúpená pomocou bodkovaný čiaru na Vo krivky, pretože sa zmení polaritu len na dva cykly vstupné krivky výstupnej frekvencie s 1/4 ^th vstupného kmitočtu, v našom prípade pre vstupné frekvenciu 50Hz na výstupná frekvencia bude (1/4 * 50) okolo 12,5Hz. Túto výstupnú frekvenciu je možné regulovať zmenou spúšťacieho mechanizmu v riadiacom obvode.

Trojfázové až jednofázové cyklokonvertory:

Trojfázový na jednofázový CCV je tiež podobný jednofázovému na jednofázový CCV, ale tu je vstupné napätie trojfázové napájanie a výstupné napätie je jednofázové napájanie s premenlivou frekvenciou. Obvod tiež vyzerá veľmi podobne, až na to, že v každej sade usmerňovača budeme potrebovať 6 SCR, pretože musíme usmerniť trojfázové striedavé napätie.

Opäť budú hradlové terminály SCR pripojené k riadiacemu obvodu na ich spustenie a pre ľahké pochopenie fungovania sú opäť vytvorené rovnaké predpoklady. Tiež existujú dva druhy trojfázových až jednofázových CCV, prvý typ bude mať polovodičový usmerňovač pre pozitívny aj negatívny most a druhý typ bude mať usmerňovač s plnou vlnou, ako je uvedené vyššie. Prvý typ sa kvôli nízkej účinnosti často nepoužíva. Aj v prípade plných vĺn môžu obidva mostné usmerňovače generovať napätie v obidvoch polaritách, ale kladný prevodník môže dodávať prúd (zdroj) iba v kladnom smere a záporný prevodník môže odvádzať prúd iba v zápornom smere. To umožňuje CCV pracovať v štyroch kvadrantoch. Tieto štyri kvadranty sú (+ V, + i) a (-V, -i) v rektifikačnom režime a (+ V, -i) a (-V,-i) v inverznom režime.

Trojfázové až trojfázové cyklokonvertory:

Trojfázové až trojfázové CCV sú najpoužívanejšie, pretože môžu priamo poháňať trojfázové záťaže ako motory. Zaťaženie pre trojfázový model CCV bude zvyčajne zaťaženie spojené s trojfázovou hviezdou, ako je statorové vinutie motora. Tento prevodník prijíma na vstup trojfázové striedavé napätie s pevnou frekvenciou a poskytuje trojfázové striedavé napätie s premenlivou frekvenciou.

Existujú dva typy trojfázových CCV, jeden s polovičným vlnovým prevodníkom a druhý s celovlnovým prevodníkom. Model polovodičového prevodníka sa tiež nazýva 18-tyristorové cyklokonvertory alebo 3-impulzné cyklokonvertory. Prevodník celej vlny sa nazýva 6-impulzný cyklokonvertor alebo 36-tyristorový cyklokonvertor. Na obrázku nižšie je znázornený 3-pulzný cyklokonvertor

Tu máme šesť sád usmerňovačov, z ktorých dve sú pridelené pre každú fázu. Fungovanie tohto CCV je podobné ako u jednofázového CCV, ibaže tu môžu usmerňovače usmerňovať iba polovicu vlny a to isté sa deje pri všetkých troch fázach

Aplikácie:

Cyklokonvertory majú veľké množstvo priemyselných aplikácií, je ich niekoľko

Brúsky
Ťažké práčky
Navíjače mín
Vedenia HVDC
Napájanie lietadla
SVG (statické generátory VAR)
Pohonný systém lode