Syklokonvertterit - tyypit, toiminta ja sovellukset

Virtalähteet voidaan luokitella kahteen laajaan luokkaan, toinen on vaihtovirtalähde ja toinen tasavirtalähde. Koska tiedämme, että vain vaihtovirtaa voidaan tuottaa ja koska se on taloudellisempaa, käytämme vaihtovirtaa lähetykseen ja siten suurin osa sähkökoneista / -laitteista toimii vaihtovirralla. Voimalaitosten toimittama vakiojännite ja -taajuus eivät kuitenkaan välttämättä ole riittävän hyviä tiettyjen teollisuuskoneiden ajamiseksi. Näissä tapauksissa muuntimet ja invertterit käyttävät muuntaa yhden virtalähteen muodon toiseen muotoon, kuten erilaiseksi jänniteluokitukseksi, virraksi tai taajuudeksi. Cycloconveter on yksi sellainen muunnin, joka muuntaa yhden taajuuden vaihtovirran säädettävän taajuuden vaihtovirraksi. Tässä artikkelissa opit lisää näistä syklokonverttereista, niiden toiminnasta ja sovelluksista.

Mikä on Cycloconverter?

Wikipedian syklokonvertterien vakiomääritelmä on seuraava: " Syklokonvertteri (CCV) tai sykloinvertteri muuntaa vakiojännitteen, vakiotaajuisen vaihtovirta-aaltomuodon toiseksi matalamman taajuuden AC-aaltomuodoksi syntetisoimalla lähtöaaltomuodon vaihtovirtalähteen segmenteistä ilman välituotetta DC-linkki ”

Yksi syklokonvertterien erityisominaisuus on, että se ei käytä DC-linkkiä muunnosprosessissa, mikä tekee siitä erittäin tehokkaan. Muunnos tehdään käyttämällä sähköisiä sähkökytkimiä, kuten tyristorit, ja kytkemällä ne loogisella tavalla. Normaalisti nämä tyristorit jaetaan kahteen puoliskoon, positiiviseen ja negatiiviseen puolikkaaseen. Kukin puoli saa aikaan johtamaan kääntämällä niitä vaihtovirta- muodon jokaisen puoliskosyklin aikana, mikä mahdollistaa kaksisuuntaisen tehon virtauksen. Kuvittele nyt syklokonvertterit mustana laatikkona, joka syöttää kiinteän jännitteen kiinteän taajuuden vaihtovirran tuloksi ja tarjoaa lähtöön vaihtelevan taajuuden, vaihtelevan jännitteen alla olevan kuvan mukaisesti.

Opimme, mitä tämän mustan laatikon sisällä mahdollisesti tapahtuu, kun käymme läpi artikkelia.

Miksi tarvitsemme syklokonverttereita?

Okei, nyt tiedämme, että Cycloconveters muuntaa kiinteän taajuuden vaihtovirran vaihtelevan taajuuden vaihtovirraksi. Mutta miksi meidän on tehtävä se? Mikä etu on vaihtovirtajännitteellä, jonka taajuus vaihtelee?

Vastaus tähän kysymykseen on nopeuden säätö. Cycloconvetereita käytetään laajasti suurten moottoreiden, kuten valssaamoissa, pallomyllyissä, sementtikilpeissä jne. Käytettävien moottoreiden ohjaamiseen. Cycloconverterien lähtötaajuus voidaan pienentää nollaan, mikä auttaa meitä käynnistämään erittäin suuret moottorit täydellä kuormalla pienimmällä nopeudella ja sitten lisää moottorin nopeutta asteittain lisäämällä lähtötaajuutta. Ennen syklokonvertterien keksimistä nämä suuret moottorit on purettava kokonaan ja sitten moottorin käynnistämisen jälkeen ne on ladattava asteittain, mikä johtaa ajan ja ihmisen virrankulutukseen.

Cycloconveters-tyypit:

Syöttötaajuusmuuttajan lähtötaajuuden ja vaihemäärän perusteella syklokonvertterit voidaan luokitella alla oleviksi

1. Tehostavat syklokonvertterit

2. Ste-Down-syklokonvertterit

1. Yksivaiheisesta yksivaiheiseen syklokonvertteriin
2. Kolmivaiheinen yksivaiheinen syklokonverter
3. Kolmivaiheinen kolmivaiheinen syklokonverter

Step-Up-syklokonvertterit: Step-Up CCV, kuten nimestä voi päätellä, että tämäntyyppiset CCV tarjoavat lähtötaajuuden suuremmaksi kuin tulotaajuus. Mutta sitä ei käytetä laajalti, koska sillä ei ole paljon hiukkassovellusta. Suurin osa sovelluksista vaatii alle 50 Hz: n taajuuden, joka on oletustaajuus täällä Intiassa. Myös Step-Up CCV vaatii pakotettua kommutointia, mikä lisää piirin monimutkaisuutta.

Step-Down Cycloconverters: Step-Down CCV, kuten olet ehkä jo arvannut sen hyvin. Tarjoaa vain lähtötaajuuden, joka on pienempi kuin tulotaajuus. Näitä käytetään yleisimmin ja ne toimivat luonnollisen kommutaation avulla, joten niiden rakentaminen ja käyttö on suhteellisen helppoa. Vaiheittainen CCV luokitellaan edelleen kolmeen tyyppiin, kuten alla on esitetty, tarkastelemme kaikkia näitä tyyppejä yksityiskohtaisesti tässä artikkelissa.

Perusperiaate syklokonverttereiden takana:

Vaikka syklokonverttereita on kolme erityyppistä, niiden toiminta on hyvin samanlaista lukuun ottamatta piirissä olevien tehoelektronisten kytkimien määrää. Esimerkiksi yksivaiheisesta yksivaiheiseen CCV: hen tulee vain 6 tehoelektronista kytkintä (SCR), kun taas kolmivaiheisessa CCV: ssä voi olla jopa 32 kytkintä.

Cycloconverterin vähimmäismäärä on esitetty yllä. Siinä on kytkentäpiiri kuormituksen kummallakin puolella, toinen piiri toimii vaihtovirtalähteen positiivisen puolijakson aikana ja toinen piiri negatiivisen puolijakson aikana. Normaalisti kytkentäpiiri osoitetaan käyttämällä SCR: ää sähköelektroniikkalaitteena, mutta nykyaikaisessa CCV: ssä SCR: t voidaan korvata IGBT: llä ja joskus jopa MOSFETSillä.

Kytkentäpiirit tarvitsevat myös ohjauspiirin, joka opastaa sähköelektroniikkalaitteen johtamaan ja milloin sammuttamaan. Tämä ohjauspiiri on yleensä mikrokontrolleri, ja sillä voi olla myös palautetta lähdöstä suljetun piirin järjestelmän muodostamiseksi.Käyttäjä voi ohjata lähtötaajuuden arvoa säätämällä ohjauspiirin parametreja.Edellisen kaavion diodeja käytetään edustamaan virran virtaussuuntaa. Positiivinen kytkentäpiiri syöttää aina virtaa kuormaan ja negatiivinen kytkentäpiiri aina upottaa virran kuormasta.

Yhden vaiheen ja yhden vaiheen syklokonvertterit:

Yksivaiheista yksivaiheista CCV: tä käytetään hyvin harvoin, mutta CCV: n toiminnan ymmärtämiseksi sitä on ensin tutkittava, jotta voimme ymmärtää kolmivaiheisen CCV: n. Yhden vaiheen ja yhden vaiheen CCV: ssä on kaksi paria täysiaallon tasasuuntaajapiiriä, joista jokainen koostuu neljästä SCR: stä. Yksi sarja asetetaan suoraan, kun taas toinen asetetaan vastakkaiseen suuntaan, kuten alla olevassa kuvassa on esitetty.

Kaikki SCR: n porttiliittimet kytketään ohjauspiiriin, jota ei ole esitetty yllä olevassa piirissä. Tämä ohjauspiiri on vastuussa SCR: n laukaisemisesta. Piirin toiminnan ymmärtämiseksi oletetaan, että hän syöttää vaihtovirtalähteen taajuutta 50 Hz ja kuorma on puhdas resistiivinen kuorma ja SCR: n (α) laukaisukulma on 0 °. Koska polttokulma on 0 °, SCR kytkettynä päälle toimii diodina eteenpäin ja sammutettuna diodina vastakkaiseen suuntaan. Analysoimme alla oleva aaltomuoto ymmärtämään, kuinka taajuutta vähennetään CCV: n avulla

Syöttöjännitetaajuuden aaltomuoto on merkitty Vs: llä ja lähtöjännitetaajuuden aaltomuoto on Vo. Täällä yritämme muuttaa syöttöjännitteen taajuus 1/4 ^th sen arvosta. Joten tekemään niin syöttöjännitteen kahden ensimmäisen jakson aikana, käytämme positiivista Bridge-tasasuuntaajaa ja seuraavien kahden seuraavan jakson aikana negatiivista sillan tasasuuntaajaa. Siten meillä on neljä positiivista pulssia positiivisella alueella ja sitten neljä negatiivisella alueella, kuten lähtötaajuuden aaltomuoto Vo osoittaa. Tämän piirin nykyinen aaltomuoto on sama kuin jännitteen aaltomuoto, koska kuorman oletetaan olevan puhtaasti resistiivinen. Vaikka aaltomuodon suuruus muuttuu kuorman vastuksen arvon perusteella.

Lähtötaajuus on esitetty käyttämällä katkoviivaa Vo-aaltomuodossa, koska se muuttaa napaisuutta vain jokaista kahta tuloaaltomuodon lähtötaajuutta kohden 1/4 ^: lla tulotaajuudesta, meidän tapauksessamme 50 Hz: n tulotaajuudella lähtötaajuus on (1/4 * 50) noin 12,5 Hz. Tätä lähtötaajuutta voidaan ohjata vaihtelemalla ohjauspiirin liipaisumekanismia.

Kolmivaiheiset yksivaiheiset syklokonvertterit:

Kolmivaiheinen yksivaiheinen CCV on myös samanlainen kuin yksivaiheinen yksivaiheinen CCV, mutta tässä tulojännite on 3-vaiheinen syöttö ja lähtöjännite on yksivaiheinen syöttö vaihtelevalla taajuudella. Piiri näyttää myös hyvin samankaltaiselta, paitsi että tarvitsemme 6 SCR: ää jokaisessa tasasuuntaajasarjassa, koska meidän on korjattava 3-vaiheinen vaihtojännite.

Jälleen SCR-portin liittimet kytketään ohjauspiiriin niiden laukaisemiseksi ja samat olettamukset tehdään jälleen toiminnan ymmärtämiseksi. Lisäksi on olemassa kahdenlaisia ​​kolmivaiheisia yksivaiheisia CCV: itä, ensimmäisellä tyypillä on puoliaallon tasasuuntaaja sekä positiiviselle että negatiiviselle sillalle ja toisella tyypillä on täyden aallon tasasuuntaaja, kuten yllä on esitetty. Ensimmäistä tyyppiä ei käytetä usein sen heikon tehokkuuden vuoksi. Myös täysiaaltotyypissä molemmat sillan tasasuuntaajat voivat tuottaa jännitteitä molemmissa napaisuuksissa, mutta positiivinen muunnin voi syöttää virtaa (lähde) vain positiiviseen suuntaan ja negatiivinen muunnin voi tyhjentää virtaa vain negatiiviseen suuntaan. Tämän ansiosta CCV voi toimia neljässä kvadrantissa. Nämä neljä kvadranttia ovat (+ V, + i) ja (-V, -i) oikaisutilassa ja (+ V, -i) ja (-V,-i) inversiotilassa.

Kolmivaiheiset - kolmivaiheiset syklokonvertterit:

Kolmivaiheiset kolmivaiheiset CCV ovat eniten käytettyjä, koska ne voivat ajaa kolmivaiheisia kuormia, kuten moottoreita. Kolmivaiheisen CCV: n kuorma on yleensä kolmivaiheinen Tähtiin kytketty kuorma kuten moottorin staattorikäämi. Nämä muuntimet ottavat sisäänsä kolmivaiheisen vaihtojännitteen kiinteällä taajuudella ja tuottavat kolmivaiheisen vaihtojännitteen vaihtuvalla taajuudella.

Kolmivaiheista CCV: tä on kahta tyyppiä, yksi, jossa on puoliaallonmuunnin, ja toinen täysaaltomuunnin. Puoliaaltomuunninmallia kutsutaan myös 18-tyristorisyklimuuntimiksi tai 3-pulssi-syklokonverttereiksi. Täysaaltomuunninta kutsutaan 6-pulssi- ​​tai 36-tyristorisyklomuuntimiksi. 3-pulssiinen syklomuunnin on esitetty alla olevassa kuvassa

Tässä meillä on kuusi tasasuuntaajasarjaa, joista kaksi on varattu kullekin vaiheelle. Tämän CCV: n toiminta on samanlainen kuin yksivaiheisen CCV: n, paitsi että tasasuuntaajat voivat korjata vain puolet aallosta ja sama tapahtuu kaikissa kolmessa vaiheessa

Sovellukset:

Syklokonverttereilla on laaja joukko teollisia sovelluksia, joista muutama on seuraava

• Hiomalaikat
• Raskaat pesukoneet
• Kaivinkoneet
• HVDC-voimajohdot
• Lentokoneiden virtalähde
• SVG (staattiset VAR-generaattorit)
• Aluksen käyttövoima