Преглед на двойните преобразуватели

В предишния урок видяхме как е проектирана двойна схема за захранване, сега научаваме за двойните преобразуватели, които могат да конвертират AC в DC и DC в AC едновременно. Както подсказва името, Dual Converter има два преобразувателя, единият преобразувател работи с токоизправител (преобразува AC в DC), а другият конвертор работи като инвертор (преобразува DC в AC). И двата преобразувателя са свързани назад с общ товар, както е показано на горната снимка. За да научите повече за токоизправител и инвертор, следвайте връзките.

Защо използваме двойния преобразувател? Ако само един преобразувател може да захранва товара, тогава защо използваме два преобразувателя? Тези въпроси могат да възникнат и отговорът ще получите в тази статия.

Тук имаме два преобразувателя, свързани обратно към гърба. Поради този тип връзка това устройство може да бъде проектирано за работа с четири квадранта. Това означава, че както напрежението на товара, така и токът на натоварване стават обратими. Как е възможна работа с четири квадранта в двойния преобразувател? Това ще видим по-нататък в тази статия.

Обикновено двойните преобразуватели се използват за реверсивни постояннотокови задвижвания или DC задвижвания с променлива скорост. Използва се за приложения с висока мощност.

Операция с четири квадранта в двоен конвертор

Първи квадрант: напрежението и токът са положителни.

Втори квадрант: напрежението е положително, а токът е отрицателен.

Трети квадрант: напрежението и токът са отрицателни.

Четвърти квадрант: напрежението е отрицателно, а токът е положителен.

От тези два преобразувателя първият преобразувател работи в два квадранта в зависимост от стойността на ъгъла на стрелба α. Този преобразувател работи като токоизправител, когато стойността на α е по-малка от 90˚. При тази операция преобразувателят произвежда положително средно напрежение на товара и ток на натоварване и работи в първия квадрант.

Когато стойността на α е по-голяма от 90˚, този преобразувател работи като инвертор. При тази операция преобразувателят произвежда отрицателно средно изходно напрежение и посоката на тока не се променя. Ето защо токът на натоварване остава положителен. При първата операция на квадранта енергията се прехвърля от източника към товара, а при операцията от четвъртия квадрант енергията се прехвърля от товара към източника.

По същия начин вторият преобразувател работи като токоизправител, когато ъгълът на стрелба α е по-малък от 90˚ и работи като инвертор, когато ъгълът на стрелба α е по-голям от 90˚. Когато този преобразувател работи като изправител, средното изходно напрежение и ток са отрицателни. И така, той работи в третия квадрант и мощният поток е от товар до източник. Тук двигателят се върти в обратна посока. Когато този преобразувател работи като инвертор, средното изходно напрежение е положително, а токът - отрицателен. И така, той работи във втория квадрант и мощният поток е от товар до източник.

Когато потокът от мощност е от товар към източник, двигателят се държи като генератор и това прави възможно регенеративно счупване.

Принцип

За да разберем принципа на двойния преобразувател, приемаме, че и двата преобразувателя са идеални. Това означава, че те произвеждат чисто DC изходно напрежение, няма пулсации на изходните клеми. Опростената еквивалентна схема на двойния преобразувател е показана на фигурата по-долу.

В горната електрическа схема преобразувателят се приема като контролируем източник на постояннотоково напрежение и е свързан последователно с диода. Ъгълът на стрелба на преобразувателите се регулира от управляваща верига. И така, постояннотоковите напрежения на двата преобразувателя са равни по големина и противоположни по полярност. Това прави възможно задвижването на тока в обратна посока през товара.

Преобразувателят, работещ като изправител, се нарича преобразувател на положителна група, а другият преобразувател, работещ като инвертор, се нарича преобразувател на отрицателна група.

Средното изходно напрежение е функция от ъгъла на стрелба. За еднофазен инвертор и трифазен инвертор средното изходно напрежение е под формата на уравнения по-долу.

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

Където α ₁ и α ₂ е ъгълът на стрелба съответно на преобразувател-1 и преобразувател-2.

За еднофазен двоен преобразувател, E _max = 2E _m / π

За трифазен двоен преобразувател, E _max = 3√3E _m / π

За, идеален конвертор, E _DC = E _DC1 = -Е _DC2 Д _макс Cos⍺ ₁ = -Е _макс Cos⍺ ₂ Cos⍺ ₁ = -Cos⍺ ₂ Cos⍺ ₁ = Cos (180⁰ - ⍺ ₂) ⍺ ₁ = 180⁰ - ⍺ ₂ ⍺ ₁ + ⍺ ₂ = 180⁰

Както беше обсъдено по-горе, средното изходно напрежение е функция от ъгъла на стрелба. Това означава, че за желаното изходно напрежение трябва да контролираме ъгъла на стрелба. Може да се използва схема за управление на ъгъла на стрелба, така че когато се промени управляващият сигнал E _c, ъгълът на стрелба α ₁ и α ₂ ще се промени по такъв начин, че да отговаря на графика.

Практически двоен конвертор

На практика не можем да приемем и двата преобразувателя като идеален преобразувател. Ако ъгълът на стрелба на преобразувателите е настроен по такъв начин, че ⍺ ₁ + ⍺ ₂ = 180⁰. При това състояние средното изходно напрежение на двата преобразувателя е еднакво по величина, но противоположно на полярността. Но поради пулсиращото напрежение не можем да получим точно същото напрежение. И така, има моментна разлика в напрежението на постояннотоковите клеми на двата преобразувателя, които произвеждат огромен c иркулационен ток между преобразувателите и който ще тече през товара.

Следователно, в практичния двоен преобразувател е необходимо да се контролира циркулиращият ток. Има два режима за управление на циркулиращия ток.

1) Работа без циркулиращ ток

2) Работа с циркулиращ ток

1) Работа с двоен преобразувател без циркулиращ ток

При този тип двоен преобразувател само един преобразувател е в проводимост, а друг преобразувател е временно блокиран. Така че, в даден момент работи един преобразувател и реакторът не е необходим между преобразувателите. В определен момент, нека кажем, че преобразувателят-1 действа като токоизправител и захранва тока на товара. В този момент конверторът-2 се блокира чрез премахване на ъгъла на стрелба. За работа с инверсия преобразувателят-1 е блокиран и преобразувателят-2 захранва тока на товара.

Импулсите към преобразувателя-2 се подават след време на закъснение. Времето на забавяне е около 10 до 20 msec. Защо прилагаме времето за забавяне между смяната на операцията? Той осигурява надеждна работа на тиристорите. Ако преобразувателят-2 се задейства преди преобразувателят-1 да се е изключил напълно, между преобразувателите ще тече голямо количество циркулиращ ток.

Има много схеми за управление за генериране на ъгъл на стрелба за работа без циркулационен ток на двойния преобразувател. Тези схеми за управление са проектирани да работят с много сложни системи за управление. Тук в даден момент само един преобразувател е в проводимост. Следователно е възможно да се използва само една единица ъгъл на стрелба. Няколко основни схеми са изброени по-долу.

А) Избор на преобразувател чрез полярност на контролния сигнал

Б) Избор на преобразувател чрез полярност на тока на натоварване

В) Избор на преобразувател както от управляващото напрежение, така и от тока на натоварване

2) Работа с двоен преобразувател с циркулиращ ток

В без преобразувател на циркулиращ ток се изисква много сложна система за управление и токът на натоварване не е непрекъснат. За да се преодолеят тези трудности, има двоен преобразувател, който може да работи с циркулиращия ток. А текущата ограничаване реактор е свързан между терминалите DC преобразуватели на двете. Ъгълът на стрелба и на двата преобразувателя е настроен по такъв начин, че минималното количество циркулиращ ток да протича през реактора. Както е обсъдено в идеалния инвертор, циркулиращият ток е нула, ако ⍺ ₁ + ⍺ ₂ = 180⁰.

Да кажем, че ъгълът на стрелба на конвертор-1 е 60 is, след което ъгълът на стрелба на конвертор-2 трябва да се поддържа на 120˚. При тази операция конверторът-1 ще работи като токоизправител, а конверторът-2 ще работи като инвертор. По този начин, при този тип операция, в даден момент и двата преобразувателя са в проводящо състояние. Ако токът на натоварване е обърнат, преобразувателят, който се управлява като токоизправител, вече работи като инвертор, докато преобразувателят, който работи като инвертор, сега работи като токоизправител. В тази схема и двата преобразувателя провеждат едновременно. Така че, той изисква два генератора за ъгъл на стрелба.

Предимството на тази схема е, че можем да получим безпроблемна работа на преобразувателя по време на инверсия. Времевата реакция на схемата е много бърза. Нормалният период на закъснение е 10 до 20 msec, в случай че елиминира работата на циркулиращия ток

Недостатъкът на тази схема е, че размерът и цената на реактора са високи. Поради циркулационния ток коефициентът на мощност и ефективността са ниски. За справяне с циркулиращия ток са необходими тиристори с висок ток.

Според вида на товара се използват еднофазни и трифазни двойни преобразуватели.

1) Еднофазен двоен преобразувател

Схемата на двойния преобразувател е показана на фигурата по-долу. Като товар се използва отделно възбуден DC двигател. Клемите за постоянен ток на двата преобразувателя са свързани с клемите на намотката на котвата. Тук два еднофазни пълни преобразувателя са свързани обратно към гърба. И двата преобразувателя осигуряват общ товар.

Ъгълът на стрелба на преобразувател-1 е α ₁ и α ₁ е по-малък от 90˚. Следователно преобразувателят-1 действа като токоизправител. За положителен половин цикъл (0 <t <π), тиристорите S1 и S2 ще проведат, а за отрицателен полуцикъл (π <t <2π), тиристорите S3 и S4 ще проведат. При тази операция изходното напрежение и токът са положителни. И така, тази операция е известна като операция за движение напред и преобразувателят работи в първия квадрант.

Ъгълът на стрелба на преобразувател-2 е 180 - α ₁ = α ₂ и α ₂ е по-голям от 90˚. И така, конверторът-2 действа като инвертор. При тази операция токът на натоварване остава в същата посока. Полярността на изходното напрежение е отрицателна. Следователно преобразувателят работи в четвъртия квадрант. Тази операция е известна като регенеративно спиране.

За обратното въртене на постояннотоков двигател преобразувателят-2 действа като изправител, а преобразувателят-1 действа като преобразувател. Ъгълът на изпичане на конвертор-2 α ₂ е по-малко от 90˚. Алтернативният източник на напрежение захранва товара. При тази операция токът на натоварване е отрицателен и средното напрежение на изхода също е отрицателно. Следователно конверторът-2 работи в третия квадрант. Тази операция е известна като заден ход.

При обратна операция ъгълът на стрелба на конвертор-1 е по-малък от 90˚, а ъгълът на стрелба на конвертор-2 е по-голям от 90˚. Така че при тази операция токът на натоварване е отрицателен, но средното изходно напрежение е положително. И така, конверторът-2 работи във втория квадрант. Тази операция е известна като регенеративно спиране назад.

Формата на вълната на еднофазния двоен преобразувател е както е показано на фигурата по-долу.

2) Трифазен двоен преобразувател

Схемата на трифазния двоен преобразувател е показана на фигурата по-долу. Тук два трифазни преобразувателя са свързани обратно към гърба. Принципът на действие е същият като еднофазен двоен преобразувател.

Така че са проектирани двойните преобразуватели и както вече беше казано, те обикновено се използват за изграждане на реверсивни постояннотокови задвижвания или променливи постояннотокови задвижвания в приложения с висока мощност.