En oversigt over dobbeltkonvertere

I den foregående tutorial har vi set, hvordan et Dual Power Supply Circuit er designet, nu lærer vi om Dual Converters, som kan konvertere AC til DC og DC til AC på samme tid. Som navnet antyder, har Dual Converter to konvertere, en konverter arbejder med en ensretter (konverterer AC til DC), og anden konverter fungerer som en inverter (konverterer DC til AC). Begge omformere er forbundet ryg mod ryg med en fælles belastning som vist på billedet ovenfor. For at lære mere om ensretter og inverter skal du følge linkene.

Hvorfor bruger vi den dobbelte konverter? Hvis kun en konverter kan levere belastningen, hvorfor bruger vi så to omformere? Disse spørgsmål kan opstå, og du får svaret i denne artikel.

Her har vi to omformere tilsluttet ryg mod ryg. På grund af denne type forbindelse kan denne enhed konstrueres til fire-kvadrandrift. Det betyder, at både belastningsspænding og belastningsstrøm bliver reversible. Hvordan fire-kvadrant operation er mulig i dual converter? Det vil vi se nærmere i denne artikel.

Generelt anvendes dobbeltomformere til vendbare DC-drev eller DC-drev med variabel hastighed. Det bruges til applikationer med høj effekt.

Fire kvadrantdrift i dobbeltkonverter

Første kvadrant: spænding og strøm begge positive.

Anden kvadrant: spænding er positiv og strøm er negativ.

Tredje kvadrant: spænding og strøm begge negative.

Fjerde kvadrant: spænding er negativ og strøm er positiv.

Ud af disse to konvertere fungerer den første konverter i to kvadranter afhængigt af værdien af ​​affyringsvinklen α. Denne konverter fungerer som ensretter, når værdien af ​​α er mindre end 90˚. I denne operation producerer konverteren en positiv gennemsnitlig belastningsspænding og belastningsstrøm og fungerer i den første kvadrant.

Når værdien af ​​α er større end 90˚, fungerer denne konverter som en inverter. I denne operation producerer konverteren negativ gennemsnitlig udgangsspænding, og strømretningen ændres ikke. Derfor er belastningsstrømmen stadig positiv. I den første kvadrantoperation overføres energien fra kilden til belastningen og i den fjerde kvadrantoperation overføres energien fra belastningen til kilden.

Tilsvarende fungerer den anden konverter som ensretter, når affyringsvinklen α er mindre end 90˚, og den fungerer som en inverter, når affyringsvinklen α er større end 90˚. Når denne konverter fungerer som ensretter, er den gennemsnitlige udgangsspænding og strøm begge negative. Så det fungerer i tredje kvadrant, og strømmen er fra belastning til kilde. Her roterer motoren i omvendt retning. Når denne konverter fungerer som en inverter, er den gennemsnitlige udgangsspænding positiv, og strømmen er negativ. Så det fungerer i den anden kvadrant, og strømmen er fra belastning til kilde.

Når strømmen er fra belastning til kilde, opfører motoren sig som en generator, og dette gør det muligt at bryde regenerativt.

Princip

For at forstå princippet om den dobbelte konverter antager vi, at begge konvertere er ideelle. Det betyder, at de producerer ren DC-udgangsspænding, der er ingen krusning på udgangsterminalerne. Det forenklede ækvivalente diagram for den dobbelte konverter er som vist i nedenstående figur.

I ovenstående kredsløbsdiagram antages konverteren som en kontrollerbar DC-spændingskilde, og den er forbundet i serie med dioden. Omformerens fyringsvinkel reguleres af et kontrolkredsløb. Så DC-spændingerne på begge omformere er lige store og modsatte i polaritet. Dette gør det muligt at køre strøm i omvendt retning gennem lasten.

Konverteren, der fungerer som ensretter, kaldes en positiv gruppekonverter, og den anden konverter, der arbejder som en inverter, kaldes en negativ gruppekonverter.

Den gennemsnitlige udgangsspænding er en funktion af affyringsvinklen. For enfaset inverter og trefaset inverter er den gennemsnitlige udgangsspænding i form af nedenstående ligninger.

E _DC1 = E _max Cos⍺ ₁ E _DC2 = E _max Cos⍺ ₂

Hvor α ₁ og α ₂ er affyringsvinklen for henholdsvis konverter-1 og konverter-2.

Til enfaset dobbeltkonverter, E _max = 2E _m / π

Til, trefaset dobbeltkonverter, E _max = 3√3E _m / π

Til, ideel konverter, 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

Som diskuteret ovenfor er den gennemsnitlige udgangsspænding en funktion af affyringsvinklen. Det betyder for den ønskede udgangsspænding, at vi har brug for at kontrollere affyringsvinklen. En fyring vinkel styrekredsløb kan anvendes således, at når styresignalet E _c ændringer skud vinkel α ₁ og α ₂ ændres på en sådan måde, at det vil tilfredsstille under grafen.

Praktisk dobbeltkonverter

Praktisk talt kan vi ikke antage begge konvertere som en ideel konverter. Hvis omformerens fyringsvinkel er indstillet på en sådan måde, at ⍺ ₁ + ⍺ ₂ = 180⁰. I denne tilstand er den gennemsnitlige udgangsspænding for begge omformere ens i mmagnitude, men modsat i polaritet. Men på grund af krusningsspænding kan vi ikke nøjagtigt få den samme spænding. Så der er øjeblikkelige spænding forskel på DC terminalerne på de to omformere, der producerer enorme c irculating strøm mellem omformere og der vil strømme gennem belastningen.

Derfor er det i den praktiske dobbeltomformer nødvendigt at kontrollere cirkulationsstrømmen. Der er to tilstande til at kontrollere cirkulationsstrømmen.

1) Drift uden cirkulationsstrøm

2) Drift med cirkulationsstrøm

1) Dual Converter-drift uden cirkulationsstrøm

I denne type dobbeltkonverter er kun en konverter i ledning, og en anden konverter er midlertidigt blokeret. Så på én gang fungerer en konverter, og reaktoren er ikke påkrævet mellem omformerne. Lad os på et bestemt tidspunkt sige, at konverter-1 fungerer som en ensretter og leverer belastningsstrømmen. I øjeblikket blokeres konverter-2 ved at fjerne affyringsvinklen. Til inversionsdrift er konverter-1 blokeret, og konverter-2 leverer belastningsstrømmen.

Impulser til konverteren-2 påføres efter en forsinkelsestid. Forsinkelsestiden er omkring 10 til 20 msek. Hvorfor anvender vi forsinkelsestid mellem skift af operation? Det sikrer pålidelig drift af tyristorer. Hvis konverter-2 udløser, før konverteren-1 er slukket helt, vil en stor mængde cirkulationsstrøm flyde mellem konvertere.

Der er mange kontrolskemaer til at generere en fyringsvinkel til cirkulerende strømfri drift af den dobbelte konverter. Disse kontrolordninger er designet til at betjene meget sofistikerede kontrolsystemer. Her er ad gangen kun en konverter i ledning. Derfor er det kun muligt at bruge en fyringsvinkelenhed. Et par grundlæggende ordninger er anført nedenfor.

A) Valg af konverter ved hjælp af styresignalpolaritet

B) Valg af konverter efter belastningsstrømspolaritet

C) Valg af konverter med både kontrolspænding og belastningsstrøm

2) Dual Converter-drift med cirkulationsstrøm

Uden cirkulerende strømkonverter kræver det et meget sofistikeret styresystem, og belastningsstrømmen er ikke kontinuerlig. For at overvinde disse vanskeligheder er der en dobbeltkonverter, der kan fungere med cirkulationsstrømmen. En strømbegrænsende reaktor er forbundet mellem DC-terminalerne på begge omformere. Skydevinklen for begge omformere er indstillet på en sådan måde, at den mindste mængde cirkulationsstrøm strømmer gennem reaktoren. Som diskuteret i den ideelle inverter er cirkulationsstrømmen nul, hvis ⍺ ₁ + ⍺ ₂ = 180⁰.

Lad os sige, at fyringsvinklen på konverter-1 er 60˚, så skal konverter-2s fyringsvinkel holdes på 120 maintained. I denne operation fungerer converter-1 som en ensretter, og converter-2 fungerer som en inverter. I denne type operation er begge konvertere ad gangen således i ledende tilstand. Hvis belastningsstrømmen vendes, fungerer omformeren, der drives som en ensretter, nu som en inverter, mens den omformer, der drives som en inverter, nu fungerer som en ensretter. I denne ordning udfører begge konvertere på samme tid. Så det kræver to skudvinkelgeneratorer.

Fordelen ved denne ordning er, at vi kan få en jævn drift af omformeren på tidspunktet for inversion. Tidsrespons for ordningen er meget hurtig. Den normale forsinkelsesperiode er 10 til 20 ms i tilfælde af cirkulerende strømfri drift elimineres.

Ulempen ved denne ordning er, at størrelsen og omkostningerne ved reaktoren er høje. På grund af den cirkulerende strøm er effektfaktoren og effektiviteten lav. For at håndtere den cirkulerende strøm kræves tyristorer med høj strømklassificering.

I henhold til belastningstypen anvendes enfasede og trefasede dobbeltomformere.

1) Enfaset dobbeltkonverter

Kredsløbsdiagrammet for den dobbelte konverter er vist i nedenstående figur. En separat ophidset jævnstrømsmotor bruges som belastning. DC-terminalerne på begge konvertere er forbundet med terminalerne på ankerviklingen. Her er to enfasede fuldkonvertere forbundet ryg mod ryg. Begge omformere leverer en fælles belastning.

Tændingsvinklen for konverter-1 er α ₁ og α ₁ er mindre end 90˚. Derfor fungerer converter-1 som en ensretter. For positiv halvcyklus (0 <t <π) vil thyristor S1 og S2 lede og for en negativ halvcyklus (π <t <2π) vil thyristor S3 og S4 lede. I denne operation er udgangsspænding og strøm begge positive. Så denne operation er kendt som fremadgående kørsel, og omformeren fungerer i den første kvadrant.

Tændingsvinklen for konverter-2 er 180 - α ₁ = α ₂ og α ₂ er større end 90˚. Så konverter-2 fungerer som en inverter. I denne operation forbliver belastningsstrømmen i samme retning. Udgangsspændingens polaritet er negativ. Derfor fungerer konverteren i den fjerde kvadrant. Denne operation kaldes regenerativ bremsning.

Til omvendt rotation af jævnstrømsmotor fungerer konverter-2 som ensretter og konverter-1 fungerer som en inverter. Tændvinklen af konverter-2 α ₂ er mindre end 90˚. Den alternative spændingskilde leverer belastningen. I denne operation er belastningsstrømmen negativ, og den gennemsnitlige udgangsspænding er også negativ. Derfor fungerer converter-2 i den tredje kvadrant. Denne operation kaldes omvendt kørsel.

I omvendt drift er fyringsvinklen for konverter-1 mindre end 90 °, og fyringsvinklen for konverter-2 er større end 90 °. Så i denne operation er belastningsstrømmen negativ, men den gennemsnitlige udgangsspænding er positiv. Så konverteren-2 fungerer i den anden kvadrant. Denne operation kaldes omvendt regenerativ bremsning.

Bølgeformen for enfaset dobbeltkonverter er som vist i nedenstående figur.

2) Tre-faset dobbeltkonverter

Kredsløbsdiagrammet for den trefasede dobbeltkonverter er som vist i nedenstående figur. Her er to trefasekonvertere tilsluttet ryg mod ryg. Driftsprincippet er det samme som en enfaset dobbeltkonverter.

Så dette er, hvordan Dual Converters er designet, og som allerede fortalt bruges de generelt til at bygge vendbare DC-drev eller DC-drev med variabel hastighed i applikationer med høj effekt.