- Vier kwadrantenwerking in dubbele converter
- Beginsel
- Praktische dubbele converter
- 1) Werking met dubbele omvormer zonder circulatiestroom
- 2) Werking met dubbele omvormer met circulatiestroom
- 1) Eenfasige dubbele converter
- 2) Driefasige dubbele converter
In de vorige tutorial hebben we gezien hoe een Dual Power Supply Circuit is ontworpen, nu leren we over Dual Converters, die AC naar DC en DC naar AC tegelijkertijd kunnen omzetten. Zoals de naam doet vermoeden heeft Dual Converter twee converters, één converter werkt als gelijkrichter (converteert AC naar DC) en de andere converter werkt als een inverter (converteert DC naar AC). Beide converters zijn rug aan rug verbonden met een gemeenschappelijke belasting, zoals weergegeven in bovenstaande afbeelding. Volg de links voor meer informatie over gelijkrichter en omvormer.
Waarom gebruiken we de dubbele converter? Als slechts één omvormer de belasting kan leveren, waarom gebruiken we dan twee omvormers? Deze vragen kunnen zich voordoen en u krijgt het antwoord in dit artikel.
Hier hebben we twee converters rug aan rug aangesloten. Vanwege dit type verbinding kan dit apparaat worden ontworpen voor gebruik in vier kwadranten. Het betekent dat zowel de belastingsspanning als de belastingsstroom omkeerbaar worden. Hoe is een vierkwadrantwerking mogelijk in de dubbele converter? Dat zullen we verderop in dit artikel zien.
Over het algemeen worden dubbele converters gebruikt voor de omkeerbare DC-drives of DC-drives met variabele snelheid. Het wordt gebruikt voor toepassingen met een hoog vermogen.
Vier kwadrantenwerking in dubbele converter
Eerste kwadrant: spanning en stroom beide positief.
Tweede kwadrant: spanning is positief en stroom is negatief.
Derde kwadrant: spanning en stroom beide negatief.
Vierde kwadrant: spanning is negatief en stroom is positief.
Van deze twee converters werkt de eerste converter in twee kwadranten, afhankelijk van de waarde van de afvuurhoek α. Deze omzetter werkt als gelijkrichter wanneer de waarde van α kleiner is dan 90˚. Bij deze bewerking produceert de omzetter een positieve gemiddelde belastingsspanning en belastingsstroom, en werkt in het eerste kwadrant.
Wanneer de waarde van α groter is dan 90˚, werkt deze converter als inverter. Bij deze bewerking produceert de omzetter een negatieve gemiddelde uitgangsspanning en wordt de stroomrichting niet gewijzigd. Daarom blijft de belastingsstroom positief. In de eerste kwadrantbewerking wordt de energie overgedragen van de bron naar de belasting en in de vierde kwadrantbewerking wordt de energie overgedragen van de belasting naar de bron.
Evenzo werkt de tweede omzetter als een gelijkrichter wanneer de ontstekingshoek α kleiner is dan 90 ° en werkt hij als een inverter wanneer de ontstekingshoek a groter is dan 90 °. Wanneer deze omzetter als gelijkrichter werkt, zijn de gemiddelde uitgangsspanning en stroom beide negatief. Het werkt dus in het derde kwadrant en de krachtstroom is van belasting naar bron. Hier draait de motor in omgekeerde richting. Als deze omvormer als omvormer werkt, is de gemiddelde uitgangsspanning positief en de stroom negatief. Het werkt dus in het tweede kwadrant en de krachtstroom is van belasting naar bron.
Wanneer de krachtstroom van belasting naar bron gaat, gedraagt de motor zich als een generator en dit maakt regeneratief onderbreken mogelijk.
Beginsel
Om het principe van de dubbele omvormer te begrijpen, gaan we ervan uit dat beide omvormers ideaal zijn. Het betekent dat ze pure DC-uitgangsspanning produceren, er is geen rimpel op de uitgangsklemmen. Het vereenvoudigde equivalente diagram van de dubbele omzetter is zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.
In het bovenstaande schakelschema wordt aangenomen dat de omzetter een regelbare gelijkspanningsbron is en in serie is geschakeld met de diode. De afvuurhoek van de converters wordt geregeld door een regelcircuit. De gelijkspanningen van beide omvormers zijn dus gelijk in grootte en tegengesteld in polariteit. Dit maakt het mogelijk om stroom in omgekeerde richting door de belasting te sturen.
De omzetter die als gelijkrichter werkt, wordt een positieve groepsomvormer genoemd en de andere omzetter die als een omvormer werkt, wordt een negatieve groepsomvormer genoemd.
De gemiddelde uitgangsspanning is een functie van de afvuurhoek. Voor eenfasige omvormer en driefasige omvormer is de gemiddelde uitgangsspanning in de vorm van onderstaande vergelijkingen.
E DC1 = E max Cos⍺ 1 E DC2 = E max Cos⍺ 2
Waar α 1 en α 2 de ontstekingshoek zijn van respectievelijk converter-1 en converter-2.
Voor, enkelfasige dubbele omzetter, E max = 2E m / π
Voor, driefasige dubbele omzetter, E max = 3√3E m / π
Voor, ideale converter, 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
Zoals hierboven besproken, is de gemiddelde uitgangsspanning een functie van de afvuurhoek. Het betekent dat we voor de gewenste uitgangsspanning de afvuurhoek moeten regelen. Een ontsteekhoek stuurschakeling kan worden gebruikt zodat wanneer stuursignaal E c verandert, bakken hoek α 1 en α 2 verandert zodanig dat deze voldoet aan onderstaande grafiek.
Praktische dubbele converter
Praktisch kunnen we niet aannemen dat beide converters een ideale converter zijn. Als de ontstekingshoek van omvormers zo is ingesteld dat ⍺ 1 + ⍺ 2 = 180⁰. In deze toestand is de gemiddelde uitgangsspanning van beide omvormers hetzelfde in mm, maar tegengesteld in polariteit. Maar vanwege de rimpelspanning kunnen we niet precies dezelfde spanning krijgen. Er zijn dus momentele spanningsverschil op gelijkspanningsklemmen van de twee omzetters die enorme productie c irculating stroom tussen de convertors en die door de belasting vloeien.
Daarom is het in de praktische dubbele omzetter noodzakelijk om de circulatiestroom te regelen. Er zijn twee modi om de circulatiestroom te regelen.
1) Werking zonder circulatiestroom
2) Werking met circulatiestroom
1) Werking met dubbele omvormer zonder circulatiestroom
Bij dit type dubbele omvormer is slechts één omvormer in geleiding en is een andere omvormer tijdelijk geblokkeerd. Dus per keer werkt één convertor en de reactor is niet nodig tussen de converters. Op een bepaald moment, laten we zeggen, omzetter-1 werkt als gelijkrichter en levert de belastingsstroom. Op dit moment wordt converter-2 geblokkeerd door de afvuurhoek te verwijderen. Voor inversiebedrijf is omzetter-1 geblokkeerd en levert omzetter-2 de belastingsstroom.
De pulsen naar de omzetter-2 worden vertraagd toegevoerd. De vertragingstijd is ongeveer 10 tot 20 msec. Waarom passen we een vertragingstijd toe tussen de verandering van operatie? Het zorgt voor een betrouwbare werking van thyristors. Als converter-2 wordt geactiveerd voordat de converter-1 volledig is uitgeschakeld, zal er een grote hoeveelheid circulatiestroom tussen de converters stromen.
Er zijn veel regelschema's om een ontstekingshoek te genereren voor een circulatiestroomvrije werking van de dubbele omzetter. Deze regelschema's zijn ontworpen om zeer geavanceerde regelsystemen te bedienen. Hier is slechts één omzetter tegelijk in geleiding. Daarom is het mogelijk om slechts één afvuurhoekeenheid te gebruiken. Hieronder staan enkele basisschema's vermeld.
A) Omvormerselectie op basis van stuursignaalpolariteit
B) Selectie van de omvormer op basis van de polariteit van de laadstroom
C) Selectie van de omvormer door zowel stuurspanning als laadstroom
2) Werking met dubbele omvormer met circulatiestroom
Zonder circulatiestroomomvormer vereist het een zeer geavanceerd regelsysteem en is de belastingsstroom niet continu. Om deze problemen te overwinnen, is er een dubbele omzetter die kan werken met de circulatiestroom. Een stroombegrenzende reactor is aangesloten tussen de DC-aansluitingen van beide converters. De ontstekingshoek van beide converters is zo ingesteld dat de minimale hoeveelheid circulatiestroom door de reactor vloeit. Zoals besproken in de ideale omvormer, is de circulatiestroom nul als ⍺ 1 + ⍺ 2 = 180⁰.
Stel dat de afvuurhoek van omzetter-1 60 ° is, dan moet de afvuurhoek van omzetter-2 op 120 ° worden gehouden. Bij deze bewerking zal omzetter-1 als gelijkrichter werken en omzetter-2 als inverter. Dus bij dit type bedrijf zijn beide omvormers tegelijkertijd in geleidende toestand. Als de belastingsstroom wordt omgekeerd, werkt de omvormer die als gelijkrichter wordt bedreven nu als omvormer, terwijl de omvormer die als omvormer wordt bedreven nu als gelijkrichter werkt. In dit schema geleiden beide omvormers tegelijkertijd. Het vereist dus twee afvuurhoekgeneratoren.
Het voordeel van dit schema is dat we een soepele werking van de converter kunnen krijgen op het moment van inversie. De tijdrespons van het schema is erg snel. De normale vertragingsperiode is 10 tot 20 msec in het geval van circulatiestroomvrije werking is geëlimineerd.
Het nadeel van dit schema is dat de grootte en de kosten van de reactor hoog zijn. Vanwege de circulatiestroom zijn de arbeidsfactor en efficiëntie laag. Om de circulatiestroom aan te kunnen, zijn thyristors met hoge stroomwaarden vereist.
Afhankelijk van het type belasting worden enkelfasige en driefasige dubbele omvormers gebruikt.
1) Eenfasige dubbele converter
Het schakelschema van de dubbele converter wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding. Een afzonderlijk aangeslagen gelijkstroommotor wordt als belasting gebruikt. De DC-aansluitingen van beide converters zijn verbonden met de aansluitingen van de ankerwikkeling. Hier zijn twee enkelfasige volledige converters rug aan rug verbonden. Beide omvormers leveren een gemeenschappelijke belasting.
De afvuurhoek van converter-1 is α 1 en α 1 is kleiner dan 90˚. Daarom fungeert de converter-1 als een gelijkrichter. Voor een positieve halve cyclus (0 <t <π), zullen thyristor S1 en S2 geleiden en voor een negatieve halve cyclus (π <t <2π) zullen thyristor S3 en S4 geleiden. Bij deze bewerking zijn de uitgangsspanning en -stroom beide positief. Deze bewerking staat dus bekend als voorwaarts rijden en de omzetter werkt in het eerste kwadrant.
De afvuurhoek van converter-2 is 180 - α 1 = α 2 en α 2 is groter dan 90˚. Converter-2 fungeert dus als een omvormer. Bij deze bewerking blijft de belastingsstroom in dezelfde richting. De polariteit van de uitgangsspanning is negatief. Daarom werkt de converter in het vierde kwadrant. Deze handeling staat bekend als regeneratief remmen.
Voor omgekeerde rotatie van de DC-motor fungeert converter-2 als gelijkrichter en converter-1 als inverter. De afvuurhoek van converter-2 α 2 is kleiner dan 90 °. De alternatieve spanningsbron levert de belasting. Bij deze bewerking is de belastingsstroom negatief en de gemiddelde uitgangsspanning ook negatief. Daarom werkt de converter-2 in het derde kwadrant. Deze bewerking staat bekend als het omgekeerde autorijden.
In omgekeerde werking is de afvuurhoek van omzetter-1 kleiner dan 90 ° en afvuurhoek van omzetter-2 groter dan 90 °. Dus bij deze bewerking is de belastingsstroom negatief, maar de gemiddelde uitgangsspanning positief. Dus de converter-2 werkt in het tweede kwadrant. Deze handeling staat bekend als het omgekeerde regeneratieve remmen.
De golfvorm van de enkelfasige dubbele omzetter is zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.
2) Driefasige dubbele converter
Het schakelschema van de driefasige dubbele omzetter is zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding. Hier zijn twee driefasige omvormers rug aan rug verbonden. Het werkingsprincipe is hetzelfde als een enkelfasige dubbele omzetter.
Dit is dus hoe dubbele converters zijn ontworpen en zoals al is verteld, worden ze over het algemeen gebruikt om omkeerbare DC-drives of DC-drives met variabele snelheid te bouwen in krachtige toepassingen.