Trojfázový obvod invertora

Všetci vieme o invertore - je to zariadenie, ktoré prevádza jednosmerný prúd na striedavý prúd. A predtým sme sa dozvedeli o rôznych typoch invertorov a vytvorili sme jednofázový invertor 12v až 220v. Trojfázový striedač prevádza jednosmerné napätie na trojfázové striedavé napájanie. Tu v tomto výučbe sa dozvieme o trojfázovom invertore a jeho práci, ale predtým, ako prejdeme ďalej, pozrime sa na priebehy napätia trojfázového vedenia. Vo vyššie uvedenom obvode je trojfázové vedenie pripojené k odporovej záťaži a záťaž odoberá energiu z vedenia. Ak nakreslíme napäťové krivky pre každú fázu, potom budeme mať graf, ako je znázornené na obrázku. V grafe vidíme, že tri napäťové krivky sú navzájom fázové o 120 °.

V tomto článku sa budeme zaoberať trojfázovým invertorovým obvodom, ktorý sa používa ako jednosmerný na trojfázový striedavý menič. Pamätajte, že aj v dnešnej dobe je dosiahnutie úplne sínusového priebehu pre rôzne zaťaženia mimoriadne náročné a nie praktické. Takže tu budeme diskutovať o fungovaní ideálneho obvodu trojfázového meniča, pričom zanedbáme všetky problémy spojené s praktickým trojfázovým invertorom.

3 fázový menič pracuje

Teraz sa pozrime na trojfázový invertorový obvod a jeho ideálnu zjednodušenú formu.

Nižšie je uvedená trojfázová schéma zapojenia invertora navrhnutá pomocou tyristorov a diódy (na ochranu pred napäťovými špičkami).

A nižšie je schéma zapojenia trojfázového invertora navrhnutá iba s použitím prepínačov. Ako vidíte, toto nastavenie šiestich mechanických spínačov je užitočnejšie na pochopenie fungovania trojfázového invertora ako ťažkopádneho tyristorového obvodu.

Tu urobíme to, že otvoríme a symetricky zatvoríme týchto šesť spínačov, aby sme dostali trojfázový výstup napätia pre odporovú záťaž. Existujú dva možné spôsoby spustenia prepínačov na dosiahnutie požadovaného výsledku: jeden, pri ktorom prepínače pracujú pre 180 °, a druhý, pri ktorom prepínače fungujú iba pre 120 °. Diskutujme o každom vzore nižšie:

A) Trojfázový invertor - režim vedenia 180 stupňov

Ideálny obvod je nakreslený skôr, ako ho bude možné rozdeliť na tri segmenty, a to segment jeden, segment dva a segment tri a tieto notácie použijeme v ďalšej časti článku. Segment jeden pozostáva z dvojice prepínačov S1 a S2, segment dva pozostáva zo spínacieho páru S3 a S4 a segment tri pozostáva zo spínacej dvojice S5 a S6. V ktoromkoľvek okamihu by nikdy nemali byť zatvorené oba prepínače v rovnakom segmente, pretože by to viedlo k skratom batérie, ktoré by zlyhali v celom nastavení, takže tomuto scenáru by ste sa mali vždy vyhnúť.

Teraz začnime postupnosť prepínania zatvorením spínača S1 v prvom segmente ideálneho obvodu a pomenujme začiatok ako 0º. Pretože je zvolený čas vedenia 180 °, prepínač S1 bude zopnutý od 0 ° do 180 °.

Ale po 120 ° od prvej fázy bude mať druhá fáza tiež pozitívny cyklus, ako je vidieť na grafe trojfázového napätia, takže spínač S3 bude po S1 zopnutý. Táto S3 bude tiež uzavretá ďalších 180 °. Takže S3 bude uzavretá od 120 ° do 300 ° a bude otvorená až po 300 °.

Rovnako má tretia fáza pozitívny cyklus po 120 ° pozitívneho cyklu druhej fázy, ako je znázornené v grafe na začiatku článku. Takže spínač S5 bude zopnutý po 120 ° zatváraní S3, tj. 240 °. Akonáhle je spínač zatvorený, bude udržiavaný zatvorený po dobu 180 ° pred otvorením, takže S5 bude zatvorený od 240 ° do 60 ° (druhý cyklus).

Doteraz sme iba predpokladali, že vedenie sa vykonáva, keď sú spínače vrchnej vrstvy zatvorené, ale pre tok prúdu z obvodu musí byť dokončený. Pamätajte tiež, že obidva spínače v rovnakom segmente by nikdy nemali byť v zatvorenom stave súčasne, takže ak je jeden spínač zatvorený, musí byť otvorený ďalší.

Na splnenie obidvoch vyššie uvedených podmienok uzavrieme S2, S4 a S6 vo vopred určenom poradí. Takže až po otvorení S1 budeme musieť zavrieť S2. Podobne bude S4 uzavretý potom, čo sa S3 otvorí na 300 ° a rovnakým spôsobom bude S6 uzavretý potom, čo S5 dokončí vodivý cyklus. Tento cyklus prepínania medzi prepínačmi rovnakého segmentu je možné vidieť na obrázku nižšie. Tu S2 nasleduje S1, S4 nasleduje S3 a S6 nasleduje S5.

Sledovaním tohto symetrického prepínania môžeme dosiahnuť požadované trojfázové napätie znázornené v grafe. Ak vyplníme začiatočnú spínaciu postupnosť v tabuľke vyššie, budeme mať kompletný spínací režim pre režim vedenia 180 °, ako je uvedené nižšie.

Z vyššie uvedenej tabuľky môžeme pochopiť, že:

Od 0-60: S1, S4 a S5 sú zatvorené a zvyšné tri spínače sú otvorené.

Od 60-120: S1, S4 a S6 sú zatvorené a zvyšné tri spínače sú otvorené.

Od 120 do 180: S1, S3 a S6 sú zatvorené a zvyšné tri spínače sú otvorené.

A postupnosť prepínania pokračuje takto. Teraz nakreslíme zjednodušený obvod pre každý krok, aby sme lepšie pochopili parametre prúdenia a napätia.

Krok 1: (pre 0-60) S1, S4 a S5 sú zatvorené, zatiaľ čo zvyšné tri spínače sú otvorené. V takom prípade môže byť zjednodušený obvod znázornený nižšie.

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

Ich použitím môžeme odvodiť sieťové napätia ako:

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

Krok 2: (pre 60 až 120) S1, S4 a S6 sú zatvorené, zatiaľ čo zvyšné tri spínače sú otvorené. V takom prípade môže byť zjednodušený obvod znázornený nižšie.

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

Ich použitím môžeme odvodiť sieťové napätia ako:

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

Krok 3: (pre 120 až 180) S1, S3 a S6 sú zatvorené, zatiaľ čo zvyšné tri spínače sú otvorené. V takom prípade je možné nakresliť zjednodušený obvod, ako je uvedené nižšie.

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

Ich použitím môžeme odvodiť sieťové napätia ako:

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

Podobne môžeme odvodiť fázové napätia a sieťové napätia pre ďalšie kroky v poradí. Môže sa to zobraziť ako obrázok uvedený nižšie:

A) Trojfázový invertor - režim vedenia 120 stupňov

120 ° režim je vo všetkých aspektoch podobný 180 °, s výnimkou toho, že čas zatvorenia každého prepínača sa zníži na 120, čo bolo predtým 180.

Ako obvykle začnime prepínať postupnosť tak, že prepneme spínač S1 v prvom segmente a začiatočné číslo budeme mať na 0 °. Pretože zvolený čas vedenia je 120 °, spínač S1 sa otvorí po 120 °, takže S1 bol zatvorený z 0 ° na 120 °.

Pretože polovičný cyklus sínusového signálu ide z 0 na 180 °, zostávajúci čas bude S1 otvorený a je predstavovaný šedou oblasťou hore.

Teraz po 120 ° od prvej fázy bude mať druhá fáza tiež pozitívny cyklus, ako bolo uvedené vyššie, takže spínač S3 bude po S1 zopnutý. Táto S3 bude tiež uzavretá ďalších 120 °. Takže S3 bude uzavretá od 120 ° do 240 °.

Podobne má tretia fáza pozitívny cyklus po 120 ° druhého pozitívneho cyklu druhej fázy, takže spínač S5 bude zopnutý po 120 ° zatvorenia S3. Akonáhle je spínač zatvorený, bude udržiavaný zatvorený ďalších 120 ° pred otvorením, a tým bude spínač S5 zatvorený z 240 ° na 360 °.

Tento cyklus symetrického prepínania bude pokračovať pre dosiahnutie požadovaného trojfázového napätia. Ak vyplníme začiatočnú a konečnú spínaciu postupnosť vo vyššie uvedenej tabuľke, budeme mať kompletný spínací vzor pre režim vedenia 120 °, ako je uvedené nižšie.

Z vyššie uvedenej tabuľky môžeme pochopiť, že:

Od 0-60: S1 a S4 sú zatvorené, zatiaľ čo zvyšné spínače sú otvorené.

Od 60-120: S1 a S6 sú zatvorené, zatiaľ čo zvyšné spínače sú otvorené.

Od 120 do 180: S3 a S6 sú zatvorené, zatiaľ čo zvyšné spínače sú otvorené.

Od 180 do 240: S2 a S3 sú zatvorené, zatiaľ čo zvyšné spínače sú otvorené

Od 240 do 300: S2 a S5 sú zatvorené, zatiaľ čo zvyšné spínače sú otvorené

Od 300 - 360: S4 a S5 sú zatvorené, zatiaľ čo zvyšné spínače sú otvorené

A táto postupnosť krokov pokračuje takto. Teraz nakreslíme zjednodušený obvod pre každý krok, aby sme lepšie pochopili parametre prúdenia a napätia prúdu v trojfázovom invertorovom obvode.

Krok 1: (pre 0-60) S1, S4 sú zatvorené, zatiaľ čo zvyšné štyri spínače sú otvorené. V takom prípade je možné zjednodušený obvod znázorniť nižšie.

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

Ich použitím môžeme odvodiť sieťové napätia ako:

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

Krok 2: (pre 60 až 120) S1 a S6 sú zatvorené, zatiaľ čo zvyšné spínače sú otvorené. V takom prípade je možné zjednodušený obvod znázorniť nižšie.

Takže pre 60 až 120: Vbo = 0, Vco = -Vs / 2 a Vao = Vs / 2

Ich použitím môžeme odvodiť sieťové napätia ako:

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

Krok 3: (pre 120 až 180) S3 a S6 sú zatvorené, zatiaľ čo zvyšné spínače sú otvorené. V takom prípade je možné zjednodušený obvod znázorniť nižšie.

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

Ich použitím môžeme odvodiť sieťové napätia ako:

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

Podobne môžeme odvodiť fázové napätia a sieťové napätia pre ďalšie nasledujúce kroky. A ak nakreslíme graf pre všetky kroky, dostaneme niečo ako nižšie.

Na výstupných grafoch 180 ° aj 120 ° spínacích prípadov je vidieť, že sme na troch výstupných svorkách dosiahli striedavé trojfázové napätie. Aj keď výstupný priebeh nie je čistá sínusová vlna, podobal sa trojfázovému napäťovému priebehu. Toto je jednoduchý ideálny obvod a približný tvar vlny pre pochopenie fungovania 3fázového invertora. Na základe tejto teórie môžete navrhnúť funkčný model využívajúci tyristory, spínacie, riadiace a ochranné obvody.