Cycloconverters - typer, arbejde og applikationer

Strømforsyninger kan klassificeres i to brede kategorier, den ene er vekselstrømsforsyning og den anden er jævnstrømsforsyning. Som vi ved, kan der kun genereres vekselstrøm, og da det er mere økonomisk, bruger vi vekselstrøm til transmission, og de fleste elektriske maskiner / enheder kører således på vekselstrøm. Men den standard spænding og frekvens, der leveres fra generatorstationer, er muligvis ikke god nok til at køre visse industrielle maskiner. I disse tilfælde anvender vi konvertere og invertere til at konvertere en form for strømforsyning til en anden form, såsom til en anden spændingsklasse, strømklassificering eller frekvensklassificering. En cyklokonveter er en sådan konverter, der konverterer vekselstrøm i en frekvens til vekselstrøm med en justerbar frekvens. I denne artikel vil vi lære mere om disse cyklokonvertere deres arbejde og applikationer.

Hvad er Cycloconverter?

Standarddefinitionen for cyklokonvertere fra Wikipedia går som følger ”En cyklokonverter (CCV) eller en cycloinverter konverterer en konstant spænding, konstant frekvens AC-kurveform til en anden AC-kurveform med en lavere frekvens ved at syntetisere outputbølgeformen fra segmenter af AC-forsyningen uden en mellemliggende DC-link ”

En særlig egenskab ved Cycloconverters er, at den ikke bruger et DC-link i konverteringsprocessen, hvilket gør det meget effektivt. Konverteringen sker ved hjælp af elektroniske strømafbrydere, der kan lide Thyristors og skifte dem på en logisk måde. Normalt adskilles disse tyristorer i to halvdele, den positive halvdel og den negative halvdel. Hver halvdel får det til at lede ved at dreje dem under hver halve cyklus af vekselstrømsformen, hvilket muliggør tovejs effektflow. Forestil dig nu cyklokonvertere som en sort boks, der optager en fast spænding fast frekvens vekselstrøm som input og giver en variabel frekvens, variabel spænding som output som vist i illustrationen nedenfor.

Vi lærer, hvad der muligvis kan foregå inde i denne sorte boks, når vi går gennem artiklen.

Hvorfor har vi brug for cyklokonvertere?

Okay, nu ved vi, at Cycloconveters konverterer vekselstrøm med fast frekvens til vekselstrøm med variabel frekvens. Men hvorfor skal vi gøre det? Hvad er fordelen ved at have en vekselstrømsforsyning, hvilken variabel frekvens?

Svaret på dette spørgsmål er Speed ​​Control. Cycloconveters bruges i vid udstrækning til kørsel af store motorer som den, der bruges i valseværker, kuglemøller Cementkils osv. Udfrekvensen af ​​en Cycloconverters kan reduceres op til nul, hvilket hjælper os med at starte meget store motorer med fuld belastning ved minimal hastighed og derefter gradvist øge motorens hastighed ved at øge udgangsfrekvensen. Før opfindelsen af ​​cyklokonvertere skal disse store motorer aflæsses fuldstændigt, og efter start af motoren skal den belastes gradvist, hvilket resulterer i tid og menneskers strømforbrug.

Typer af cykloconveters:

Baseret på udgangsfrekvensen og antallet af faser i indgangsstrømkilden kan cyklokonvertere klassificeres som nedenfor

1. Step-Up Cycloconverters

2. Nedbrudte cyklokonvertere

1. Enfaset til enfaset cyklokonverter
2. Tre-fase til en-fase cyklokonverter
3. Tre-fase til tre-fase cyklokonverter

Step-Up Cycloconverters: Step-Up CCV, som navnet antyder, giver denne type CCV udgangsfrekvens, der er større end den for inputfrekvens. Men det er ikke meget brugt, da det ikke har meget partikel anvendelse. De fleste applikationer kræver en frekvens mindre end 50Hz, hvilket er standardfrekvensen her i Indien. Step-Up CCV vil også kræve tvunget kommutering, hvilket øger kredsløbets kompleksitet.

Step-Down Cycloconverters: Step-Down CCV, som du måske allerede har gættet det godt.. giver bare en udgangsfrekvens, der er mindre end indgangsfrekvensen. Disse er mest almindeligt anvendte og fungerer ved hjælp af naturlig kommutering, derfor relativt lette at bygge og betjene. Step-Down CCV er yderligere klassificeret i tre typer som vist nedenfor, vi vil se nærmere på hver af disse typer i denne artikel.

Grundlæggende princip bag cyklokonvertere:

Selv om der er tre forskellige typer cykloconvertere, fungerer deres arbejde meget ens bortset fra antallet af elektroniske strømafbrydere, der er til stede i kredsløbet. For eksempel vil en enkelt fase til enkeltfase CCV kun have 6 elektroniske strømafbrydere (SCR'er), mens en trefaset CCV muligvis har op til 32 switche.

Det absolutte minimum for en cyklokonverter er vist ovenfor. Det vil have et skiftekredsløb på begge sider af belastningen, det ene kredsløb fungerer under den positive halvcyklus af vekselstrømskilden, og det andet kredsløb fungerer under den negative halvcyklus. Normalt vil koblingskredsløbet blive demonstreret ved hjælp af SCR som strømelektronisk enhed, men i moderne CCV kan du finde, at SCR'erne erstattes af IGBT'er og undertiden endda MOSFETS.

Omskifterkredsløbene har også brug for et kontrolkredsløb, der instruerer den elektroniske Power-enhed, hvornår den skal ledes, og hvornår den skal slukkes. Dette styrekredsløb vil normalt være en mikrocontroller og kan også have en feedback fra udgangen til dannelse af et lukket kredsløbssystem. Brugeren kan styre værdien af ​​udgangsfrekvensen ved at justere parametrene i styrekredsløbet. Dioderne i ovenstående diagram bruges til at repræsentere strømningsretningen. Det positive koblingskredsløb kilder altid strøm til belastningen, og det negative koblingskredsløb synker altid strøm fra belastningen.

Enkeltfase til enkeltfasecyklokonvertere:

Enfaset til enfaset CCV bruges meget sjældent, men for at forstå driften af ​​en CCV skal det først undersøges, så vi kan forstå trefaset CCV. Enkeltfase til enkeltfase CCV har to par fuldbølget ensretterkredsløb, der hver består af fire SCR. Det ene sæt placeres lige, mens det andet placeres i anti-parallel retning som vist på billedet nedenfor.

Alle portterminaler på SCR'erne vil være forbundet til et styrekredsløb, som ikke er vist i kredsløbet ovenfor. Dette kontrolkredsløb er ansvarlig for at udløse SCR'erne. For at forstå kredsløbets funktion, lad os antage, at han input AC-forsyning har en frekvens på 50Hz, og belastningen skal være en ren resistiv belastning, og SCR (α) affyringsvinkel skal være 0 °. Da fyringsvinklen er 0 °, vil SCR, når den er tændt, fungere som en diode i fremadgående retning, og når den er slukket, vil den fungere som en diode i omvendt retning. Lad os analysere bølgeformen nedenfor for at forstå, hvordan frekvensen trækkes ned ved hjælp af en CCV

Bølgeformen for forsyningsspændingsfrekvensen er betegnet med Vs, og bølgeformen for udgangsspændingsfrekvensen er betegnet med Vo. Her forsøger vi at konvertere forsyningsspændingen frekvens til 1/4 ^th af sin værdi. Så for at gøre det i de første to cykler af forsyningsspændingen bruger vi den positive Bridge-ensretter, og i de næste to næste cyklusser bruger vi den negative bro-ensretter. Således har vi fire positive impulser i den positive region og derefter fire i den negative region som vist i udgangsfrekvensbølgeformen Vo. Den aktuelle bølgeform for dette kredsløb vil være den samme som spændingsbølgeform, da belastningen antages at være rent modstandsdygtig. Selvom størrelsen på bølgeformen vil ændre sig baseret på værdien af ​​belastningens modstand.

Udgangsfrekvensen er repræsenteret ved hjælp af den stiplede linje på Vo-bølgeformen, da den kun ændrer polaritet for hver to cykler af indgangsbølgeformen, udgangsfrekvensen med 1/4 ^th af indgangsfrekvensen, i vores tilfælde for en indgangsfrekvens på 50Hz, udgangsfrekvensen vil være (1/4 * 50) omkring 12,5Hz. Denne udgangsfrekvens kan styres ved at variere udløsningsmekanismen i kontrolkredsløbet.

Tre fase til enkelt fase cyklokonvertere:

Tre fase til enkelt fase CCV ligner også enkelt fase til enkelt fase CCV, men her er indgangsspændingen en 3-faset forsyning, og udgangsspændingen er en enkelt fase forsyning med variabel frekvens. Kredsløbet ser også meget ens ud, bortset fra at vi har brug for 6 SCR i hvert sæt ensretter, da vi er nødt til at rette op på 3-faset vekselstrøm.

Igen vil SCR's portterminaler være forbundet til kontrolkredsløbet for at udløse dem, og de samme antagelser bliver gjort igen for at forstå, hvordan det fungerer let. Der er også to slags trefasede til enfasede CCV'er, den første type vil have en halvbølge ensretter til både positiv og negativ bro, og den anden type vil have en fuldbølge ensretter som vist ovenfor. Den første type bruges ikke ofte på grund af dens ringe effektivitet. Også i en fuldbølgetype kan begge ensrettere generere spændinger i begge polariteter, men den positive konverter kan kun levere strøm (kilde) i den positive retning, og den negative konverter kan kun dræne strømmen i negativ retning. Dette gør det muligt for CCV at køre i fire kvadranter. Disse fire kvadranter er (+ V, + i) og (-V, -i) i udbedringstilstand og (+ V, -i) og (-V,-i) i inversionstilstand.

Tre fase til tre fase cyklokonvertere:

Tre-faset til tre-faset CCV er de mest anvendte, da de kan køre trefasebelastninger som motorer direkte. Belastningen til en trefaset CCV vil normalt være en trefasetilsluttet belastning som statorviklingen på en motor. Denne konvertere optager trefaset vekselstrøm med fast frekvens som input og giver trefaset vekselstrøm med variabel frekvens.

Der er to typer trefaset CCV, den ene som har halvbølgekonverter og den anden med fuldbølgekonverter. Halvbølgeomformermodellen kaldes også som 18-thyristor Cycloconverters eller 3-puls Cycloconverters. Fuldbølgekonverteren kaldes 6-puls cyklokonvertere eller 36-thyristor cyklokonvertere. En 3-puls cyklokonverter er vist på billedet nedenfor

Her har vi seks sæt ensrettere, hvoraf to tildeles til hver fase. Funktionen af ​​denne CCV svarer til enfaset CCV, bortset fra at her kan ensrettere kun rette halvdelen af ​​bølgen, og det samme sker for alle de tre faser

Anvendelser:

Cyklokonvertere har et stort sæt industriel anvendelse, følgende er få

• Slibemøller
• Tunge vaskemaskiner
• Mine viklere
• HVDC kraftledninger
• Fly Strømforsyning
• SVG (statiske VAR-generatorer)
• Skibs fremdrivningssystem