Pregled dvojnih pretvornikov

V prejšnji vadnici smo videli, kako je zasnovano dvojno napajalno vezje, zdaj se učimo o dvojnih pretvornikih, ki lahko istočasno pretvorijo AC v DC in DC v AC. Kot že ime pove, ima Dual Converter dva pretvornika, en pretvornik deluje z usmernikom (pretvori AC v DC), drugi pretvornik pa kot pretvornik (DC pretvori v AC). Oba pretvornika sta med seboj povezana s skupno obremenitvijo, kot je prikazano na zgornji sliki. Če želite izvedeti več o usmerniku in pretvorniku, sledite povezavam.

Zakaj uporabljamo dvojni pretvornik? Če lahko samo en pretvornik napaja obremenitev, zakaj potem uporabljamo dva pretvornika? Ta vprašanja se lahko pojavijo in odgovor boste dobili v tem članku.

Tu imamo dva pretvornika, ki sta povezana med seboj. Zaradi te vrste povezave je ta naprava lahko zasnovana za delovanje štirih kvadrantov. To pomeni, da sta napetost obremenitve in tok obremenitve reverzibilni. Kako je mogoče delovanje dvojnega pretvornika s štirimi kvadranti? To bomo videli v nadaljevanju tega članka.

Na splošno se dvojni pretvorniki uporabljajo za reverzibilne enosmerne pogone ali enosmerne pogone s spremenljivo hitrostjo. Uporablja se za visoko zmogljive aplikacije.

Delovanje štirih kvadrantov v dvojnem pretvorniku

Prvi kvadrant: napetost in tok sta pozitivna.

Drugi kvadrant: napetost je pozitivna, tok pa negativen.

Tretji kvadrant: napetost in tok negativna.

Četrti kvadrant: napetost je negativna, tok pa pozitiven.

Od teh dveh pretvornikov deluje prvi pretvornik v dveh kvadrantih, odvisno od vrednosti kota streljanja α. Ta pretvornik deluje kot usmernik, kadar je vrednost α manjša od 90˚. Pri tej operaciji pretvornik proizvaja pozitivno povprečno napetost obremenitve in obremenitveni tok in deluje v prvem kvadrantu.

Ko je vrednost α večja od 90˚, ta pretvornik deluje kot pretvornik. Pri tej operaciji pretvornik proizvaja negativno povprečno izhodno napetost in smer toka se ne spremeni. Zato tok obremenitve ostaja pozitiven. Pri prvem kvadrantnem delovanju se energija prenaša od vira do bremena, pri četrtem kvadrantnem delovanju pa energija od bremena do vira.

Podobno tudi drugi pretvornik deluje kot usmernik, kadar je kot streljanja α manjši od 90˚, in deluje kot pretvornik, če je kot streljanja α večji od 90˚. Ko ta pretvornik deluje kot usmernik, sta povprečna izhodna napetost in tok negativna. Torej deluje v tretjem kvadrantu in pretok moči je od obremenitve do vira. Tu se motor vrti v obratni smeri. Ko ta pretvornik deluje kot pretvornik, je povprečna izhodna napetost pozitivna, tok pa negativen. Torej deluje v drugem kvadrantu in pretok moči je od obremenitve do vira.

Ko je pretok moči od obremenitve do vira, se motor obnaša kot generator, kar omogoča regenerativno lomljenje.

Načelo

Da bi razumeli princip dvojnega pretvornika, predpostavljamo, da sta oba pretvornika idealna. To pomeni, da proizvajajo čisto enosmerno izhodno napetost, na izhodnih terminalih ni valovanja. Poenostavljeni enakovredni diagram dvojnega pretvornika je prikazan na spodnji sliki.

V zgornjem vezju je pretvornik predpostavljen kot krmiljen vir enosmerne napetosti in je zaporedno povezan z diodo. Kot streljanja pretvornikov uravnava krmilno vezje. Torej, enosmerne napetosti obeh pretvornikov so enake po velikosti in nasprotne polarnosti. To omogoča pogon toka v obratni smeri skozi tovor.

Pretvornik, ki deluje kot usmernik, se imenuje pretvornik pozitivne skupine, drugi pretvornik, ki deluje kot pretvornik, pa pretvornik negativne skupine.

Povprečna izhodna napetost je odvisna od kota streljanja. Za enofazni pretvornik in trifazni pretvornik je povprečna izhodna napetost v obliki spodnjih enačb.

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

Kjer je α ₁ in α ₂ kot streljanja pretvornika-1 oziroma pretvornika-2.

Za enofazni dvojni pretvornik, E _max = 2E _m / π

Za trifazni dvojni pretvornik, E _max = 3√3E _m / π

Za, idealen pretvornik, 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

Kot smo že omenili, je povprečna izhodna napetost odvisna od kota strela. To pomeni, da moramo za želeno izhodno napetost nadzorovati kot streljanja. Uporabi se lahko krmilno vezje kota streljanja, tako da se bo, ko se krmilni signal E _c spremeni, kot streljanja α ₁ in α ₂ spremenil tako, da bo ustrezal spodnjemu grafu.

Praktični dvojni pretvornik

Oba pretvornika praktično ne moremo domnevati kot idealnega pretvornika. Če je kot streljanja pretvornikov nastavljen tako, da je ⍺ ₁ + ⍺ ₂ = 180⁰. V tem stanju sta povprečni izhodni napetosti obeh pretvornikov po velikosti enaki, polarnosti pa nasprotni. Toda zaradi napetosti valovanja ne moremo natančno dobiti enake napetosti. Torej, da so trenutna napetost razlika na DC terminalih dveh pretvornikov, ki proizvajajo ogromno c irculating tok med predelovalci in da bo tok skozi breme.

Zato je v praktičnem dvojnem pretvorniku potrebno nadzorovati krožni tok. Obstajata dva načina za nadzor obtočnega toka.

1) Delovanje brez krožnega toka

2) Delovanje z obtočnim tokom

1) Delovanje dvojnega pretvornika brez obtočnega toka

Pri tej vrsti dvojnega pretvornika deluje samo en pretvornik, drugi pretvornik pa je začasno blokiran. Torej, naenkrat deluje en pretvornik in reaktor ni potreben med pretvorniki. Recimo, da pretvornik-1 v določenem trenutku deluje kot usmernik in napaja obremenitveni tok. V tem trenutku je pretvornik-2 blokiran z odstranitvijo kota streljanja. Za inverzijsko delovanje je pretvornik-1 blokiran in pretvornik-2 napaja tok obremenitve.

Impulzi na pretvornik-2 se oddajo po zakasnitvi. Čas zakasnitve je približno 10 do 20 ms. Zakaj uporabljamo čas zakasnitve med spremembo delovanja? Zagotavlja zanesljivo delovanje tiristorjev. Če se pretvornik-2 sproži, preden se pretvornik-1 popolnoma izklopi, bo med pretvorniki tekla velika količina obtočnega toka.

Obstaja veliko krmilnih shem za ustvarjanje kota streljanja za delovanje dvojnega pretvornika brez toka. Te nadzorne sheme so zasnovane za upravljanje zelo dovršenih nadzornih sistemov. Tu je naenkrat v prevodnosti samo en pretvornik. Zato je mogoče uporabiti samo eno enoto kota streljanja. Nekaj ​​osnovnih shem je navedenih spodaj.

A) Izbira pretvornika s polarnostjo krmilnega signala

B) Izbira pretvornika po polariteti toka obremenitve

C) Izbira pretvornika s pomočjo krmilne napetosti in toka obremenitve

2) Delovanje dvojnega pretvornika z obtočnim tokom

Brez pretvornika krožnega toka potrebuje zelo dovršen nadzorni sistem in obremenitveni tok ni neprekinjen. Za premagovanje teh težav obstaja dvojni pretvornik, ki lahko deluje z obtočnim tokom. Med enosmernimi terminali obeh pretvornikov je povezan reaktor za omejevanje toka. Kot streljanja obeh pretvornikov je nastavljen tako, da skozi reaktor teče najmanjša količina krožnega toka. Kot je razloženo v idealnem pretvorniku, je krožni tok enak nič, če je ⍺ ₁ + ⍺ ₂ = 180⁰.

Recimo, da je kot streljanja pretvornika-1 60˚, potem je treba kot streljanja pretvornika-2 vzdrževati na 120˚. Pri tej operaciji bo pretvornik-1 deloval kot usmernik, pretvornik-2 pa kot pretvornik. Tako sta pri tej vrsti obratovanja oba pretvornika hkrati v stanju vodenja. Če je tok obremenitve obrnjen, pretvornik, ki deluje kot usmernik, zdaj deluje kot pretvornik, medtem ko pretvornik, ki deluje kot pretvornik, zdaj deluje kot usmernik. V tej shemi oba pretvornika delujeta hkrati. Torej, potrebujeta dve enoti generatorja kota streljanja.

Prednost te sheme je, da lahko pretvornik nemoteno deluje v času inverzije. Časovni odziv sheme je zelo hiter. Običajno obdobje zakasnitve je 10 do 20 msec, če odpade obratovanje brez toka.

Pomanjkljivost te sheme je, da so velikost in stroški reaktorja visoki. Zaradi krožnega toka sta faktor moči in izkoristek nizka. Za obvladovanje krožnega toka so potrebni tiristorji z visoko napetostjo.

Glede na vrsto obremenitve se uporabljajo enofazni in trifazni dvojni pretvorniki.

1) Enofazni dvojni pretvornik

Shema vezja dvojnega pretvornika je prikazana na spodnji sliki. Kot obremenitev se uporablja ločeno vzbujeni enosmerni motor. Enosmerni terminali obeh pretvornikov so povezani s terminali navitja armature. Tu sta dva enofazna polna pretvornika povezana med seboj. Oba pretvornika zagotavljata skupno obremenitev.

Kot streljanja pretvornika-1 je α ₁ in α ₁ manj kot 90˚. Tako pretvornik-1 deluje kot usmernik. Pri pozitivnem polovičnem ciklu (0 <t <π) bosta vodila tiristorja S1 in S2, pri negativnem polovičnem ciklu (π <t <2π) pa bosta tiristorja S3 in S4. Pri tej operaciji sta izhodna napetost in tok pozitivna. Torej, ta operacija je znana kot vožnja naprej in pretvornik deluje v prvem kvadrantu.

Kot streljanja pretvornika-2 je 180 - α ₁ = α ₂ in α ₂ je večji od 90˚. Torej, pretvornik-2 deluje kot pretvornik. Pri tej operaciji ostane tok obremenitve v isti smeri. Polarnost izhodne napetosti je negativna. Zato pretvornik deluje v četrtem kvadrantu. Ta postopek je znan kot regenerativno zaviranje.

Za obratno vrtenje enosmernega motorja pretvornik-2 deluje kot usmernik, pretvornik-1 pa kot pretvornik. Kot streljanja pretvornika-2 α ₂ je manjši od 90˚. Alternativni vir napetosti napaja obremenitev. Pri tej operaciji je tok obremenitve negativen, negativna pa je tudi povprečna izhodna napetost. Zato pretvornik-2 deluje v tretjem kvadrantu. Ta postopek je znan kot vzvratna vožnja.

V obratnem načinu je kot streljanja pretvornika-1 manjši od 90˚, kot streljanja pretvornika-2 pa večji od 90˚. Torej je pri tej operaciji tok obremenitve negativen, povprečna izhodna napetost pa pozitivna. Torej, pretvornik-2 deluje v drugem kvadrantu. Ta postopek je znan kot vzvratno regenerativno zaviranje.

Valovna oblika enofaznega dvojnega pretvornika je prikazana na spodnji sliki.

2) Trifazni dvojni pretvornik

Shema vezja trifaznega dvojnega pretvornika je prikazana na spodnji sliki. Tu sta dva trifazna pretvornika povezana nazaj. Načelo delovanja je enako kot enofazni dvojni pretvornik.

Tako so zasnovani dvojni pretvorniki in kot že rečeno, se običajno uporabljajo za izdelavo reverzibilnih enosmernih pogonov ali enosmernih pogonov s spremenljivo hitrostjo v visoko zmogljivih aplikacijah.