Kolmivaiheinen invertteripiiri

Me kaikki tiedämme invertteristä - se on laite, joka muuntaa DC: n vaihtovirraksi. Ja olemme aiemmin oppineet erityyppisistä taajuusmuuttajista ja rakentaneet yksivaiheisen 12v - 220v invertterin. 3-vaihemuuntaja muuntaa tasajännitteen 3-vaihevirtalähteeksi. Tässä tässä opetusohjelmassa opitaan kolmivaiheisesta invertteristä ja sen toiminnasta, mutta ennen kuin jatkat, katsokaamme kolmivaiheisen linjan jännitteen aaltomuotoja. Edellä olevassa piirissä kolmivaiheinen johto on kytketty resistiiviseen kuormaan ja kuorma imee virtaa linjasta. Jos piirrämme jännitteen aaltomuodot kullekin vaiheelle, meillä on kuvassa esitetty graafi. Kaaviosta voidaan nähdä, että kolme jänniteaaltomuotoa ei ole vaiheen keskenään 120 astetta.

Tässä artikkelissa keskustellaan 3-vaihemuuntajan piiristä, jota käytetään tasavirta-3-vaihemuuntajana. Muista, että jopa nykypäivänä täysin sinimuotoisen aaltomuodon saavuttaminen vaihteleville kuormille on erittäin vaikeaa eikä ole käytännöllistä. Joten tässä keskustelemme ihanteellisen kolmivaiheisen muunninpiirin toiminnasta laiminlyömällä kaikki käytännön 3-vaihemuuntajaan liittyvät kysymykset.

3-vaihemuuntaja toimii

Katsotaan nyt 3-vaiheen vaihtosuuntaajapiiri ja sen ihanteellinen yksinkertaistettu muoto.

Alla on kolmivaiheinen taajuusmuuttajan kytkentäkaavio, joka on suunniteltu tyristoreilla ja diodilla (jännitepiikkien suojaamiseksi)

Ja alla on kolmivaiheinen taajuusmuuttajan piirikaavio, joka on suunniteltu vain kytkimillä. Kuten näette, tämä kuuden mekaanisen kytkimen asennus on hyödyllisempi 3-vaihemuuntajan toiminnan ymmärtämisessä kuin hankala tyristoripiiri.

Se, mitä teemme täällä, on auki ja sulkee symmetrisesti nämä kuusi kytkintä saadakseen kolmivaiheisen jännitelähdön resistiiviselle kuormalle. On kaksi mahdollista tapaa käynnistää kytkimet halutun tuloksen saavuttamiseksi: yksi kytkimistä kytkentä 180 astetta ja toinen kytkentä vain 120 astetta. Keskustelkaamme alla olevista kuvioista:

A) Kolmivaiheinen invertteri - 180 asteen johtamistila

Ihanteellinen piiri piirretään ennen kuin se voidaan jakaa kolmeen segmenttiin, nimittäin segmentti yksi, segmentti kaksi ja segmentti kolme, ja käytämme näitä merkintätapoja artikkelin myöhemmässä osassa. Segmentti yksi koostuu kytkinparista S1 ja S2, segmentti kaksi koostuu kytkentäparista S3 ja S4 ja segmentti kolme koostuu kytkentäparista S5 & S6. Milloin tahansa, saman segmentin molempia kytkimiä ei saa koskaan sulkea, koska se johtaa akun oikosulkuihin, jotka epäonnistuvat koko asetuksessa, joten tätä skenaariota tulisi aina välttää.

Aloitetaan nyt sekvenssin vaihtaminen sulkemalla kytkin S1 ihanteellisen piirin ensimmäisessä segmentissä ja nimetään alku 0º: ksi. Koska valittu johtamisaika on 180º, kytkin S1 sulkeutuu välillä 0º - 180º.

Mutta ensimmäisen vaiheen 120 asteen jälkeen myös toisella vaiheella on positiivinen sykli, kuten kolmivaiheisesta jännitekaaviosta näkyy, joten kytkin S3 suljetaan S1: n jälkeen. Tämä S3 pidetään myös suljettuna vielä 180 astetta. Joten S3 suljetaan välillä 120º - 300º ja se on auki vasta 300º: n jälkeen.

Samoin kolmannessa vaiheessa on myös positiivinen sykli 120 ° toisen vaiheen positiivisen jakson jälkeen, kuten artikkelin alussa olevassa kaaviossa on esitetty. Joten kytkin S5 sulkeutuu, kun 120º S3 sulkeutuu eli 240º. Kun kytkin on suljettu, sitä pidetään suljettuna tulevaa 180º ennen avaamista, jolloin S5 suljetaan välillä 240º - 60º (toinen sykli).

Tähän asti kaikki, mitä teimme, oli olettaa, että johtuminen on suoritettu, kun ylimmän kerroksen kytkimet ovat kiinni, mutta virran virtaamiseksi piiristä on saatava päätökseen. Muista myös, että molemmat kytkimet samassa segmentissä eivät saa koskaan olla suljetussa samanaikaisesti, joten jos yksi kytkin on suljettu, toisen on oltava auki.

Edellä mainittujen molempien ehtojen täyttämiseksi suljet S2, S4 ja S6 ennalta määrätyssä järjestyksessä. Joten vasta kun S1 avataan, meidän on suljettava S2. Vastaavasti S4 suljetaan, kun S3 avataan 300 °: ssa, ja samalla tavalla S6 suljetaan, kun S5 on johtanut syklin. Tämä saman segmentin kytkimien välinen vaihtosykli näkyy kuvassa. Tässä S2 seuraa S1, S4 seuraa S3 ja S6 seuraa S5.

Seuraamalla tätä symmetristä kytkentää voimme saavuttaa halutun kolmivaiheisen jännitteen, joka on esitetty kaaviossa. Jos täytämme alkukytkentäjakson yllä olevassa taulukossa, meillä on täydellinen kytkentämalli 180 asteen johtamistilaa varten kuten alla.

Yllä olevasta taulukosta voimme ymmärtää, että:

Klo 0-60: S1, S4 ja S5 suljetaan ja loput kolme kytkintä avataan.

60-120: S1, S4 ja S6 suljetaan ja loput kolme kytkintä avataan.

Vuosina 120-180: S1, S3 ja S6 suljetaan ja loput kolme kytkintä avataan.

Ja kytkentäjakso jatkuu näin. Piirretään nyt yksinkertaistettu piiri jokaiselle vaiheelle, jotta voisimme ymmärtää paremmin nykyiset virtaus- ja jänniteparametrit.

Vaihe 1: (0-60) S1, S4 ja S5 ovat kiinni, kun loput kolme kytkintä ovat auki. Tällöin yksinkertaistettu piiri voi olla kuten alla on esitetty.

Joten 0-60: Vao = Vco = Vs / 3; Vbo = -2 Vs / 3

Käyttämällä näitä voimme johtaa verkkojännitteet seuraavasti:

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

Vaihe 2: (60-120) S1, S4 ja S6 ovat kiinni, kun loput kolme kytkintä ovat auki. Tällöin yksinkertaistettu piiri voi olla kuten alla on esitetty.

Joten 60-120: Vbo = Vco = -Vs / 3; Vao = 2 Vs / 3

Käyttämällä näitä voimme johtaa verkkojännitteet seuraavasti:

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

Vaihe 3: (120-180) S1, S3 ja S6 ovat kiinni, kun loput kolme kytkintä ovat auki. Tällöin yksinkertaistettu piiri voidaan piirtää kuten alla.

Joten 120-180: Vao = Vbo = Vs / 3; Vco = -2 Vs / 3

Käyttämällä näitä voimme johtaa verkkojännitteet seuraavasti:

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

Vastaavasti voimme johtaa vaihejännitteet ja linjajännitteet järjestyksen seuraaville vaiheille. Ja se voidaan näyttää alla olevana kuvana:

A) Kolmivaiheinen invertteri - 120 asteen johtamistila

120 asteen tila on kaikilta osin samanlainen kuin 180 astetta, paitsi että kunkin kytkimen sulkeutumisaika lyhenee 120: een, joka oli aikaisemmin 180.

Aloitetaan tavallisesti sekvenssin vaihtaminen sulkemalla kytkin S1 ensimmäisessä segmentissä ja olemaan aloitusnumero arvoon 0º. Koska valittu johtamisaika on 120º, kytkin S1 avataan 120º jälkeen, joten S1 suljettiin välillä 0–120º.

Koska sinimuotoisen signaalin puoli jaksoa menee 0: sta 180 °: een, S1 on jäljellä olevan ajan auki ja sitä edustaa yllä oleva harmaa alue.

Ensimmäisen vaiheen 120 asteen jälkeen myös toisella vaiheella on positiivinen sykli, kuten aiemmin mainittiin, joten kytkin S3 suljetaan S1: n jälkeen. Tämä S3 pidetään myös suljettuna vielä 120 astetta. Joten S3 suljetaan välillä 120º - 240º.

Samoin kolmannessa vaiheessa on myös positiivinen sykli toisen vaiheen positiivisen jakson 120 asteen jälkeen, joten kytkin S5 sulkeutuu 120 asteen S3: n sulkeutumisen jälkeen. Kun kytkin on suljettu, se pidetään suljettuna tulevaa 120 astetta ennen avaamista ja sen myötä kytkin S5 sulkeutuu välillä 240º - 360º

Tätä symmetrisen kytkennän jaksoa jatketaan halutun kolmivaiheisen jännitteen saavuttamiseksi. Jos täytämme alku- ja loppukytkentäsekvenssin yllä olevassa taulukossa, meillä on täydellinen kytkentäkuvio 120 asteen johtamistilaa varten kuten alla.

Yllä olevasta taulukosta voimme ymmärtää, että:

Klo 0-60: S1 ja S4 suljetaan, kun taas muut kytkimet ovat auki.

60-120: S1 ja S6 suljetaan, kun taas muut kytkimet ovat auki.

Vuosina 120-180: S3 ja S6 suljetaan, kun taas muut kytkimet ovat auki.

Klo 180-240: S2 ja S3 suljetaan, kun taas muut kytkimet ovat auki

Klo 240-300: S2 ja S5 suljetaan, kun taas muut kytkimet ovat auki

Vuosina 300-360: S4 ja S5 suljetaan, kun taas muut kytkimet ovat auki

Ja tämä vaiheiden sarja jatkuu näin. Piirretään nyt yksinkertaistettu piiri jokaiselle vaiheelle, jotta ymmärrämme paremmin 3-vaihemuuntajan piirin nykyiset virtaus- ja jänniteparametrit.

Vaihe 1: (0-60) S1, S4 ovat kiinni, kun loput neljä kytkintä ovat auki. Tällöin yksinkertaistettu piiri voidaan näyttää alla esitetyllä tavalla.

Joten 0-60: Vao = Vs / 2, Vco = 0; Vbo = -Vs / 2

Käyttämällä näitä voimme johtaa verkkojännitteet seuraavasti:

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

Vaihe 2: (60-120) S1 ja S6 ovat kiinni, kun muut kytkimet ovat auki. Tällöin yksinkertaistettu piiri voidaan näyttää alla esitetyllä tavalla.

Joten 60-120: Vbo = 0, Vco = -Vs / 2 & Vao = Vs / 2

Käyttämällä näitä voimme johtaa verkkojännitteet seuraavasti:

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

Vaihe 3: (120-180) S3 ja S6 ovat kiinni, kun muut kytkimet ovat auki. Tällöin yksinkertaistettu piiri voidaan näyttää alla esitetyllä tavalla.

Joten 120-180: Vao = 0, Vbo = Vs / 2 & Vco = -Vs / 2

Käyttämällä näitä voimme johtaa verkkojännitteet seuraavasti:

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

Vastaavasti voimme johtaa vaihejännitteet ja linjajännitteet seuraaville tuleville vaiheille. Ja jos piirrämme kaavion kaikille vaiheille, saamme jotain alla olevaa.

Sekä 180 asteen että 120 asteen kytkentätapausten lähtökaavioista voidaan nähdä, että olemme saavuttaneet vaihtuvan kolmivaiheisen jännitteen kolmessa lähtöliittimessä. Vaikka lähtöaaltomuoto ei ole puhdas siniaalto, se muistutti kolmivaiheista jänniteaaltomuotoa. Tämä on yksinkertainen ihanteellinen piiri ja likimääräinen aaltomuoto 3-vaihemuuntajan toiminnan ymmärtämiseksi. Voit suunnitella toimivan mallin tämän teorian perusteella käyttämällä tyristoreita, kytkentä-, ohjaus- ja suojapiirejä.