Yleiskatsaus kaksoismuuntajista

Edellisessä opetusohjelmassa olemme nähneet, kuinka kaksoisvirtalähde on suunniteltu, ja nyt opit kaksoismuuntajista, jotka voivat muuntaa vaihtovirran tasavirraksi ja tasavirran vaihtovirraksi samanaikaisesti. Kuten nimestä voi päätellä, kaksoismuuntajalla on kaksi muunninta, yksi muunnin toimii tasasuuntaajana (muuntaa vaihtovirran tasavirraksi) ja toinen muunnin toimii invertterinä (muuntaa tasavirran vaihtovirraksi). Molemmat muuntimet on kytketty taaksepäin yhteisellä kuormalla, kuten yllä olevassa kuvassa on esitetty. Saat lisätietoja tasasuuntaajasta ja invertteristä seuraamalla linkkejä.

Miksi käytämme kaksoismuunninta? Jos vain yksi muunnin pystyy toimittamaan kuorman, miksi käytämme kahta muunninta? Nämä kysymykset voivat syntyä, ja saat vastauksen tästä artikkelista.

Täällä meillä on kaksi muunninta, jotka on kytketty taaksepäin. Tämäntyyppisen liitännän vuoksi tämä laite voidaan suunnitella neljän neljänneksen toimintaan. Se tarkoittaa, että sekä kuormitusjännite että kuormavirta muuttuvat. Kuinka neljän kvadrantin toiminta on mahdollista kaksoismuuntajassa? Että näemme lisää tässä artikkelissa.

Yleensä kaksoismuuntajia käytetään palautuviin DC-taajuusmuuttajiin tai vaihtuvanopeuksisiin DC-asemiin. Sitä käytetään suuritehoisiin sovelluksiin.

Neljän kvadrantin toiminta kaksoismuuntajassa

Ensimmäinen kvadrantti: jännite ja virta molemmat positiivisia.

Toinen kvadrantti: jännite on positiivinen ja virta negatiivinen.

Kolmas kvadrantti: jännite ja virta molemmat negatiiviset.

Neljäs kvadrantti: jännite on negatiivinen ja virta on positiivinen.

Näistä kahdesta muuntimesta ensimmäinen muunnin toimii kahdessa neljänneksessä riippuen ampumakulman a arvosta. Tämä muunnin toimii tasasuuntaajana, kun a-arvo on alle 90˚. Tässä toiminnassa muunnin tuottaa positiivisen keskimääräisen kuormitusjännitteen ja kuormitusvirran ja toimii ensimmäisessä kvadrantissa.

Kun α-arvo on suurempi kuin 90˚, tämä muunnin toimii invertterinä. Tässä toiminnassa muunnin tuottaa negatiivisen keskimääräisen lähtöjännitteen eikä virran suuntaa muuteta. Siksi kuormitusvirta pysyy positiivisena. Ensimmäisessä kvadranttioperaatiossa energia siirtyy lähteestä kuormitukseen ja neljännessä kvadranttioperaatiossa energia siirtyy kuormasta lähteeseen.

Vastaavasti toinen muunnin toimii tasasuuntaajana, kun ampumiskulma a on alle 90 °, ja se toimii invertterinä, kun ampumiskulma a on yli 90 °. Kun tämä muunnin toimii tasasuuntaajana, keskimääräinen lähtöjännite ja virta ovat molemmat negatiivisia. Joten se toimii kolmannella neljänneksellä ja tehon virtaus on kuormasta lähteeseen. Tässä moottori pyörii vastakkaiseen suuntaan. Kun tämä muunnin toimii invertterinä, keskimääräinen lähtöjännite on positiivinen ja virta negatiivinen. Joten se toimii toisessa kvadrantissa ja tehovirta on kuormasta lähteeseen.

Kun tehovirta on kuormasta lähteeseen, moottori käyttäytyy kuin generaattori, mikä tekee regeneratiivisen rikkoutumisen mahdolliseksi.

Periaate

Kaksoismuuntajan periaatteen ymmärtämiseksi oletamme, että molemmat muuntimet ovat ihanteellisia. Se tarkoittaa, että ne tuottavat puhdasta tasavirtalähtöjännitettä, lähtöliittimissä ei ole aaltoilua. Kaksoismuuntajan yksinkertaistettu vastaava kaavio on esitetty alla olevassa kuvassa.

Yllä olevassa piirikaaviossa muunnin oletetaan hallittavaksi tasajännitelähteeksi ja se kytketään sarjaan diodin kanssa. Muuntimien laukaisukulmaa säätelee ohjauspiiri. Joten molempien muuntimien DC-jännitteet ovat yhtä suuret ja päinvastaiset. Tämä mahdollistaa virran kuljettamisen taaksepäin kuorman läpi.

Tasasuuntaajana toimivaa muunninta kutsutaan positiivisen ryhmän muuntimeksi ja muuta invertterinä toimivaa muunninta negatiivisen ryhmän muuntimeksi.

Keskimääräinen lähtöjännite on ammutuskulman funktio. Yksivaiheisen taajuusmuuttajan ja kolmivaiheisen taajuusmuuttajan keskimääräinen lähtöjännite on alla olevien yhtälöiden muodossa.

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

Jossa α ₁ ja α ₂ on sytytyskulmaa muunnin-1 ja muunnin-2, vastaavasti.

Yhden vaiheen kaksoismuunnin, E _max = 2E _m / π

Kolmivaiheinen kaksoismuunnin, E _max = 3√3E _m / π

For, ihanteellinen muunnin, 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

Kuten edellä keskusteltiin, keskimääräinen lähtöjännite on ammutuskulman funktio. Se tarkoittaa, että haluttua lähtöjännitettä on ohjattava ampumakulmaa. Sytytyksen kulma ohjauspiiri voidaan käyttää siten, että, kun ohjaussignaali E _c muutoksia, polttamalla kulma α ₁ ja α ₂ muuttuu siten, että se tyydyttää kaavion alapuolella.

Käytännöllinen Dual Converter

Käytännössä emme voi olettaa, että molemmat muuntimet ovat ihanteellisia muuntimia. Jos muuntajien polttokulma on asetettu siten, että ⍺ ₁ + ⍺ ₂ = 180⁰. Tässä tilassa molempien muuntimien keskimääräinen lähtöjännite on sama mm: n pituudeltaan, mutta päinvastoin päinvastainen. Mutta aaltoilevan jännitteen takia emme voi saada samaa jännitettä. Joten kahden muuntajan tasavirtaliittimissä on hetkellinen jännite-ero, joka tuottaa valtavan c irsulointivirran muuntimien välillä ja joka virtaa kuorman läpi.

Siksi käytännöllisessä kaksoismuuntimessa on tarpeen säätää kiertovirtaa. Kiertovirran ohjaamiseksi on kaksi tilaa.

1) Käyttö ilman kiertovirtaa

2) Käyttö kiertovirralla

1) Kaksoismuuntajakäyttö ilman kiertovirtaa

Tämäntyyppisessä kaksoismuuntimessa vain yksi muunnin on johtavassa tilassa ja toinen muunnin on väliaikaisesti estetty. Joten kerrallaan yksi muunnin toimii, eikä reaktoria tarvita muuntimien välillä. Tietyllä hetkellä sanotaan, että muunnin-1 toimii tasasuuntaajana ja syöttää kuormavirtaa. Tällä hetkellä muunnin-2 estetään poistamalla ampumakulma. Invertterikäyttöä varten muunnin-1 on estetty ja muunnin-2 syöttää kuormavirtaa.

Muunnin-2: n pulssit syötetään viiveen jälkeen. Viiveaika on noin 10 - 20 ms. Miksi käytämme viiveaikaa toiminnan vaihdon välillä? Se varmistaa tyristorien luotettavan toiminnan. Jos muunnin-2 laukaisee ennen kuin muunnin-1 on täysin sammunut, muuntimien välillä virtaa suuri määrä kiertovirtaa.

On olemassa monia ohjausjärjestelmiä, jotka tuottavat ammutuskulman kaksimuuntimen virtavapaata käyttöä varten. Nämä ohjausjärjestelmät on suunniteltu toimimaan erittäin kehittyneillä ohjausjärjestelmillä. Tässä kerrallaan vain yksi muunnin on johtavassa tilassa. Siksi on mahdollista käyttää vain yhtä ampumakulmayksikköä. Muutama perusjärjestelmä on lueteltu alla.

A) Muuntimen valinta ohjaussignaalin napaisuuden perusteella

B) Muuntimen valinta kuormitusvirran napaisuuden mukaan

C) Muuntimen valinta sekä ohjausjännitteellä että kuormavirralla

2) Kaksoismuuntajakäyttö kiertovirralla

Ilman kiertovirtamuuntajaa se vaatii erittäin hienostuneen ohjausjärjestelmän eikä kuormitusvirta ole jatkuva. Näiden vaikeuksien voittamiseksi on kaksoismuunnin, joka voi toimia kiertovirralla. Virtaa rajoittava reaktori on kytketty DC-napojen molemmat muuntimet. Molempien muuntajien polttokulma on asetettu siten, että kiertovirran vähimmäismäärä virtaa reaktorin läpi. Kuten ihanteellisessa invertterissä todettiin, kiertovirta on nolla, jos ⍺ ₁ + ⍺ ₂ = 180⁰.

Sanotaan, että muunnin-1: n ampumakulma on 60 °, sitten muunnin-2: n ampumiskulma on pidettävä 120 °: ssa. Tässä toiminnassa muunnin-1 toimii tasasuuntaajana ja muunnin-2 toimii taajuusmuuttajana. Siten tämän tyyppisessä toiminnassa molemmat muuntimet ovat kerrallaan johtavassa tilassa. Jos kuormavirta käännetään päinvastaiseksi, tasasuuntaajana toimiva muunnin toimii nyt invertterinä, kun taas invertterinä toimiva muunnin toimii nyt tasasuuntaajana. Tässä järjestelmässä molemmat muuntimet johtavat samanaikaisesti. Joten se vaatii kaksi laukaisukulman generaattoriyksikköä.

Tämän järjestelmän etuna on, että muunnin toimii tasaisesti inversiohetkellä. Järjestelmän aikareaktio on erittäin nopea. Normaali viivejakso on 10 - 20 ms, jos kiertovirta vapaa toiminta eliminoidaan.

Tämän järjestelmän haittana on, että reaktorin koko ja hinta ovat korkeat. Kiertovirran takia tehokerroin ja hyötysuhde ovat alhaiset. Kiertovirran käsittelemiseksi vaaditaan suurta virtaa käyttäviä tyristoreita.

Mukaan tyypin kuorman, yhden vaiheen ja kolmen vaiheen kaksi muunninta.

1) Yksivaiheinen kaksimuunnin

Kaksoismuuntajan kytkentäkaavio on esitetty alla olevassa kuvassa. Kuormana käytetään erikseen viritettyä tasavirtamoottoria. Molempien muuntimien tasavirtaliittimet on kytketty ankkurikäämityksen liittimiin. Tässä kaksi yksivaiheista täysmuunninta on kytketty takaisin taaksepäin. Molemmat muuntimet toimittavat yhteisen kuorman.

Sytytyskulmaa muunnin-1 on α ₁ ja α ₁ on pienempi kuin 90˚. Siksi muunnin-1 toimii tasasuuntaajana. Positiiviselle puolisyklille (0 <t <π) tyristori S1 ja S2 johtavat ja negatiiviselle puolisyklille (π <t <2π) tyristori S3 ja S4. Tässä toiminnossa lähtöjännite ja virta ovat molemmat positiivisia. Joten tämä toiminto tunnetaan eteenpäin suuntautuvana moottoritoimintana ja muunnin toimii ensimmäisessä kvadrantissa.

Sytytyskulmaa muunnin-2 on 180 - α ₁ = α ₂ ja α ₂ on suurempi kuin 90˚. Joten muunnin-2 toimii invertterinä. Tässä toiminnassa kuormitusvirta pysyy samassa suunnassa. Lähtöjännitteen napaisuus on negatiivinen. Siksi muunnin toimii neljännessä kvadrantissa. Tätä toimintaa kutsutaan regeneratiiviseksi jarrutukseksi.

DC-moottorin käänteisessä pyörimisessä muunnin-2 toimii tasasuuntaajana ja muunnin-1 toimii invertterinä. Sytytyskulmaa muunnin-2 α ₂ on pienempi kuin 90˚. Vaihtoehtoinen jännitelähde syöttää kuorman. Tässä toiminnassa kuormitusvirta on negatiivinen ja lähtön keskimääräinen jännite on myös negatiivinen. Siksi muunnin-2 toimii kolmannessa kvadrantissa. Tätä toimintoa kutsutaan peruutusmoottoriksi.

Käänteisessä käytössä muuntimen 1 laukaisukulma on pienempi kuin 90 ° ja muuntimen 2 laukaisukulma on suurempi kuin 90 °. Joten tässä toiminnassa kuormitusvirta on negatiivinen, mutta keskimääräinen lähtöjännite on positiivinen. Joten muunnin-2 toimii toisessa kvadrantissa. Tätä toimintaa kutsutaan taaksepäin regeneratiiviseksi jarrutukseksi.

Yksivaiheisen kaksoismuuntajan aaltomuoto on esitetty alla olevassa kuvassa.

2) Kolmivaiheinen kaksimuunnin

Kolmivaiheisen kaksoismuuntajan kytkentäkaavio on seuraavan kuvan mukainen. Täällä kaksi kolmivaiheista muunninta on kytketty taaksepäin. Toimintaperiaate on sama kuin yksivaiheinen kaksimuunnin.

Joten kaksoismuuntajat suunnitellaan näin, ja kuten jo kerrottiin, niitä käytetään yleensä käänteisten DC-taajuusmuuttajien tai vaihtuvanopeuksisten DC-asemien rakentamiseen suuritehoisissa sovelluksissa.