Циклоконвертори - видове, работа и приложения

Захранванията могат да бъдат класифицирани в две широки категории, едната е захранването с променлив ток, а другата е захранването с постоянен ток. Тъй като знаем, че може да се генерира само променливотоково захранване и тъй като е по-икономично, ние използваме променлив ток за предаване и по този начин повечето от електрическите машини / устройства работят с променливотоково захранване. Но стандартното напрежение и честота, доставяни от генериращите станции, може да не са достатъчно добри за задвижване на определени индустриални машини. В тези случаи ние използваме преобразуватели и инвертори, за да преобразуваме една форма на захранване в друга форма, например в различна номинална напрежение, ток или честота. Циклоконвекторът е един такъв преобразувател, който преобразува AC мощност в една честота в AC мощност на регулируема честота. В тази статия ще научим повече за тези циклоконвертори, тяхната работа и приложения.

Какво е Cycloconverter?

Стандартната дефиниция за циклоконвертори от Wikipedia гласи, както следва: „ Циклоконвертор (CCV) или циклоинвертор преобразува постоянно напрежение, постоянна честота на променлив ток в друга форма на променлив ток с по-ниска честота чрез синтезиране на изходната форма на вълната от сегменти на променливотоковото захранване без междинно DC връзка ”

Едно особено свойство на циклоконверторите е, че те не използват DC връзка в процеса на преобразуване, което го прави изключително ефективен. Преобразуването се извършва чрез използване на силови електронни превключватели като тиристори и превключването им по логичен начин. Обикновено тези тиристори ще бъдат разделени на две половини, положителна половина и отрицателна половина. Всяка половина ще бъде направена да ги провежда, като ги завърта по време на всеки половин цикъл на променливотоковата форма, като по този начин позволява двупосочен поток на мощността. Засега си представете циклоконверторите като черна кутия, която приема като фиксирано напрежение фиксирана честота AC като вход и осигурява променлива честота, променливо напрежение като изход, както е показано на илюстрацията по-долу.

Ще разберем какво може да се случва в тази черна кутия, докато преглеждаме статията.

Защо се нуждаем от циклоконвертори?

Добре, сега знаем, че циклоконвекторите преобразуват променливотокова мощност с фиксирана честота в променлива мощност с променлива честота. Но защо трябва да правим това? Какво е предимството от наличието на променливотоково захранване с променлива честота?

Отговорът на този въпрос е контрол на скоростта. Циклоконвекторите се използват широко за задвижване на големи двигатели като този, използван в валцови мелници, топка мелници цимент килове и т.н. Честотата на излизане на циклоконвертори може да бъде намалена до нула, което ни помага да стартираме много големи двигатели с пълен товар с минимална скорост и след това постепенно увеличавайте скоростта на двигателя, като увеличавате изходната честота. Преди изобретяването на циклоконвертори, тези големи двигатели трябва да бъдат напълно разтоварени и след това след стартиране на двигателя трябва да се зареждат постепенно, което води до консумация на време и човешка енергия.

Видове циклоконвектори:

Въз основа на изходната честота и броя на фазите във входящия източник на променлив ток циклоконверторите могат да бъдат класифицирани по-долу

1. Подобряващи циклоконвертори

2. Циклоконвертори Ste-Down

1. Еднофазен към еднофазен циклоконвертор
2. Трифазен към еднофазен циклоконвертор
3. Трифазен към трифазен циклоконвертор

Step-Up Cycloconverters: Step-Up CCV, както подсказва името, този тип CCV осигурява изходна честота по-голяма от тази на входната честота. Но той не се използва широко, тъй като няма много приложение на частици. Повечето приложения ще изискват честота по-малка от 50 Hz, което е честотата по подразбиране тук, в Индия. Също така Step-Up CCV ще изисква принудителна комутация, което увеличава сложността на веригата.

Понижаващи се циклоконвертори: Понижаващ се CCV, както може би вече сте се досетили.. просто предоставя изходна честота, която е по-малка от входната честота. Те се използват най-често и работят с помощта на естествена комутация, поради което сравнително лесно се изграждат и експлоатират. По-нататъшното CCV се класифицира допълнително на три типа, както е показано по-долу, ще разгледаме подробно всеки от тези типове в тази статия.

Основен принцип зад циклоконверторите:

Въпреки че има три различни типа циклоконвертори, работата им е много сходна, с изключение на броя на силовите електронни ключове, присъстващи във веригата. Например еднофазната до еднофазна CCV ще има само 6 силови електронни превключвателя (SCR), докато трифазна CCV може да има до 32 превключвателя.

Минимумът за циклоконвертор е показан по-горе. Той ще има комутационна верига от двете страни на товара, едната верига ще функционира по време на положителния полуцикъл на източника на променлив ток, а другата верига ще функционира по време на отрицателния полуцикъл. Обикновено комутационната верига ще бъде демонстрирана с помощта на SCR като захранващо електронно устройство, но в съвременния CCV можете да откриете, че SCR се заменя с IGBT и понякога дори MOSFETS.

Превключващите вериги също ще се нуждаят от контролна верига, която инструктира захранващото електронно устройство кога да провежда и кога да изключва. Тази верига за управление обикновено е микроконтролер и може също да има обратна връзка от изхода, за да формира система със затворен цикъл. Потребителят може да контролира стойността на изходната честота чрез регулиране на параметрите в управляващата верига. Използват се диодите в горната схема да представя посоката на протичане на тока. Положителната превключваща верига винаги подава ток в товара, а отрицателната превключваща верига винаги потапя ток от товара.

Еднофазни до еднофазни циклоконвертори:

Еднофазната до еднофазна CCV се използва много рядко, но за да се разбере работата на CCV, първо трябва да се проучи, за да можем да разберем трифазната CCV. Еднофазната до еднофазна CCV има две двойки изправителна верига с пълна вълна, всяка от които се състои от четири SCR. Единият комплект е поставен направо, докато другият е поставен в антипаралелна посока, както е показано на снимката по-долу.

Всички терминали на портата на SCR ще бъдат свързани към управляваща верига, която не е показана в схемата по-горе. Тази верига за управление ще бъде отговорна за задействане на SCR. За да разберем работата на веригата, нека приемем, че входното захранване с променлив ток е с честота 50 Hz, а натоварването е чисто съпротивителен товар и ъгълът на стрелба на SCR (α) е 0 °. Тъй като ъгълът на стрелба е 0 °, SCR при включване ще действа като диод в посока напред, а при изключване ще действа като диод в обратна посока. Нека анализираме формата на вълната по-долу, за да разберем как честотата се понижава с помощта на CCV

Формата на вълната на честотата на захранващото напрежение се обозначава с Vs, а формата на вълната на честотата на изходното напрежение се обозначава с Vo. Тук ние се опитваме да я превърне в честотата на захранващото напрежение към 1/4 ^та от стойността си. За да направим това за първите два цикъла на захранващото напрежение, ще използваме положителния мостов токоизправител, а за следващите два цикъла ще използваме отрицателния мостов токоизправител. По този начин имаме четири положителни импулса в положителната област и след това четири в отрицателната област, както е показано в изходната честотна форма на вълната Vo. Текущата форма на вълната за тази схема ще бъде същата като формата на вълната на напрежението, тъй като се приема, че натоварването е чисто резистивно. Въпреки че величината на формата на вълната ще се промени въз основа на стойността на съпротивлението на товара.

Изходната честота се представя с помощта на пунктирана линия на формата на вълната Vo, тъй като тя се променя поляритета само за всеки два цикъла на форма на входа на изходната честота с 1/4 ^та на входната честота, в нашия случай за вход честота 50Hz на изходната честота ще бъде (1/4 * 50) около 12,5Hz. Тази изходна честота може да се контролира чрез промяна на задействащия механизъм в управляващата верига.

Трифазни до еднофазни циклоконвертори:

Трифазното еднофазно CCV също е подобно на еднофазното еднофазно CCV, но тук входното напрежение е трифазно захранване, а изходното напрежение е еднофазно захранване с променлива честота. Веригата също изглежда много подобна, освен че ще ни трябват 6 SCR във всеки комплект токоизправител, тъй като трябва да коригираме 3-фазното променливо напрежение.

Отново порталните клеми на SCR ще бъдат свързани към управляващата верига за задействането им и отново се правят същите предположения, за да се разбере лесно работата. Също така има два вида трифазни до еднофазни CCV, първият тип ще има изправител с половин вълна както за положителен, така и за отрицателен мост, а вторият тип ще има изправител с пълна вълна, както е показано по-горе. Първият тип не се използва често поради лошата му ефективност. Също така при тип на пълна вълна и двата мостови токоизправителя могат да генерират напрежения и в двете полярности, но положителният преобразувател може да подава ток (източник) само в положителната посока, а отрицателният преобразувател може да източва ток само в отрицателна посока. Това позволява на CCV да работи в четири квадранта. Тези четири квадранта са (+ V, + i) и (-V, -i) в режим на коригиране и (+ V, -i) и (-V,-i) в режим на инверсия.

Трифазни до трифазни циклоконвертори:

Трифазните до трифазните CCV са най-използваните, тъй като могат да управляват директно трифазни товари като двигатели. Товарът за трифазен CCV обикновено ще бъде свързан с трифазна звезда товар като намотката на статора на мотор. Този преобразувател приема трифазно променливо напрежение с фиксирана честота като вход и осигурява трифазно променливо напрежение с променлива честота.

Има два вида трифазни CCV, този, който има преобразувател с половин вълна, и друг с преобразувател с пълна вълна. Моделът на полувълновия преобразувател се нарича още 18-тиристорни циклоконвертори или 3-импулсни циклоконвертори. Преобразувателят с пълна вълна се нарича 6-импулсен циклоконвертор или 36-тиристорен циклоконвертор. 3-импулсен циклоконвертор е показан на снимката по-долу

Тук имаме шест комплекта токоизправители, от които два са разпределени за всяка фаза. Работата на този CCV е подобна на еднофазна CCV, освен тук токоизправителите могат да коригират само половината вълна и същото се случва и за трите фази

Приложения:

Циклоконверторите имат голям набор от промишлени приложения, следните са малкото

• Мелнички за смилане
• Тежки перални машини
• Мини навивачи
• HVDC електропроводи
• Захранване на самолета
• SVG (статични VAR генератори)
• Корабна задвижваща система