Driefasig invertercircuit

We kennen allemaal de omvormer - het is een apparaat dat gelijkstroom in wisselstroom omzet. En we hebben eerder geleerd over verschillende soorten omvormers en hebben een enkelfasige 12v naar 220v omvormer gebouwd. Een 3-fasen omvormer zet de gelijkspanning om in 3-fasen wisselstroomvoeding. Hier in deze tutorial zullen we leren over de driefasige omvormer en zijn werking, maar voordat we verder gaan, laten we de spanningsgolfvormen van de driefasige lijn bekijken. In het bovenstaande circuit is een driefasige lijn verbonden met een resistieve belasting en trekt de belasting stroom van de lijn. Als we de spanningsgolfvormen voor elke fase tekenen, hebben we een grafiek zoals in de afbeelding. In de grafiek kunnen we zien dat drie spanningsgolfvormen 120º uit fase met elkaar zijn.

In dit artikel zullen we het 3-fase omvormercircuit bespreken dat wordt gebruikt als DC naar 3-fase AC-omzetter. Onthoud dat zelfs in de moderne tijd het bereiken van een volledig sinusoïdale golfvorm voor verschillende belastingen buitengewoon moeilijk en niet praktisch is. Dus hier zullen we de werking van een ideaal driefasig omzetcircuit bespreken, waarbij alle problemen met betrekking tot de praktische driefasige omvormer worden verwaarloosd.

3-fase omvormer werkt

Laten we nu eens kijken naar het driefasige omvormercircuit en zijn ideale vereenvoudigde vorm.

Hieronder vindt u een schakelschema van een driefasige omvormer, ontworpen met thyristors en diode (voor bescherming tegen spanningspieken)

En hieronder is een driefasig omvormerschakelschema ontworpen met alleen schakelaars. Zoals u kunt zien, is deze opstelling met zes mechanische schakelaars nuttiger om de werking van de driefasige omvormer te begrijpen dan het omslachtige thyristorcircuit.

Wat we hier zullen doen, is deze zes schakelaars openen en symmetrisch sluiten om de driefasige spanningsuitgang voor de resistieve belasting te krijgen. Er zijn twee manieren om de schakelaars te triggeren om het gewenste resultaat te bereiken, een waarbij schakelaars 180º geleiden en een andere waarbij schakelaars slechts 120º geleiden. Laten we elk patroon hieronder bespreken:

A) Driefasige omvormer - 180 graden geleidingsmodus

Het ideale circuit wordt getekend voordat het kan worden onderverdeeld in drie segmenten, namelijk segment één, segment twee en segment drie en we zullen deze notatie gebruiken in het latere deel van het artikel. Segment één bestaat uit een paar schakelaars S1 & S2, segment twee bestaat uit schakelpaar S3 & S4 en segment drie bestaat uit schakelpaar S5 & S6. Op elk moment mogen beide schakelaars in hetzelfde segment nooit worden gesloten, omdat dit leidt tot kortsluiting van de batterij waardoor de hele installatie mislukt, dus dit scenario moet te allen tijde worden vermeden.

Laten we nu de schakelvolgorde beginnen door de schakelaar S1 in het eerste segment van het ideale circuit te sluiten en laten we de start een naam geven als 0º. Aangezien de geselecteerde geleidingstijd 180º is, zal schakelaar S1 worden gesloten van 0º tot 180º.

Maar na 120º van de eerste fase zal de tweede fase ook een positieve cyclus hebben zoals te zien is in de driefasige spanningsgrafiek, dus schakelaar S3 zal na S1 worden gesloten. Ook deze S3 blijft nog eens 180º gesloten. Dus S3 zal van 120º worden gesloten om 300º en het zal alleen open na 300º.

Evenzo heeft de derde fase ook een positieve cyclus na 120º positieve cyclus van de tweede fase, zoals weergegeven in de grafiek aan het begin van het artikel. Dus de schakelaar S5 wordt gesloten na 120º S3 sluiten, dwz 240º. Als de schakelaar eenmaal is gesloten, wordt deze 180º gesloten gehouden voordat hij wordt geopend, en daarmee wordt de S5 gesloten van 240º tot 60º (tweede cyclus).

Tot nu toe hebben we alleen maar aangenomen dat de geleiding plaatsvindt zodra de schakelaars van de bovenste laag zijn gesloten, maar dat de stroom uit het circuit moet worden voltooid. Onthoud ook dat beide schakelaars in hetzelfde segment nooit tegelijkertijd gesloten mogen zijn, dus als de ene schakelaar gesloten is, moet de andere open zijn.

Om aan beide bovenstaande voorwaarden te voldoen, sluiten we S2, S4 en S6 in een vooraf bepaalde volgorde. Dus pas nadat S1 is geopend, zullen we S2 moeten sluiten. Evenzo zal S4 worden gesloten nadat S3 is geopend bij 300 ° en op dezelfde manier zal S6 worden gesloten nadat S5 de geleidingscyclus heeft voltooid. Deze cyclus van schakelen tussen schakelaars van hetzelfde segment is te zien in de onderstaande afbeelding. Hier volgt S2 S1, S4 volgt S3 en S6 volgt S5.

Door deze symmetrische schakeling te volgen, kunnen we de gewenste driefasige spanning bereiken die in de grafiek wordt weergegeven. Als we de beginschakelsequentie in de bovenstaande tabel invullen, hebben we een compleet schakelpatroon voor de 180º-geleidingsmodus, zoals hieronder.

Uit de bovenstaande tabel kunnen we opmaken dat:

Van 0-60: S1, S4 & S5 zijn gesloten en de overige drie schakelaars worden geopend.

Van 60-120: S1, S4 & S6 zijn gesloten en de overige drie schakelaars worden geopend.

Van 120-180: S1, S3 & S6 zijn gesloten en de overige drie schakelaars worden geopend.

En zo gaat de volgorde van schakelen door. Laten we nu voor elke stap het vereenvoudigde circuit tekenen om de huidige stroom- en spanningsparameters beter te begrijpen.

Stap 1: (voor 0-60) S1, S4 en S5 zijn gesloten terwijl de overige drie schakelaars open zijn. In dat geval kan de vereenvoudigde schakeling er als volgt uitzien.

Dus voor 0 tot 60: Vao = Vco = Vs / 3; Vbo = -2Vs / 3

Door deze te gebruiken kunnen we de lijnspanningen afleiden als:

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

Stap 2: (voor 60 tot 120) S1, S4 en S6 zijn gesloten terwijl de overige drie schakelaars open zijn. In dat geval kan de vereenvoudigde schakeling er als volgt uitzien.

Dus voor 60 tot 120: Vbo = Vco = -Vs / 3; Vao = 2Vs / 3

Door deze te gebruiken kunnen we de lijnspanningen afleiden als:

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

Stap 3: (voor 120 tot 180) S1, S3 en S6 zijn gesloten terwijl de overige drie schakelaars open zijn. In dat geval kan de vereenvoudigde schakeling worden getekend zoals hieronder.

Dus voor 120 tot 180: Vao = Vbo = Vs / 3; Vco = -2Vs / 3

Door deze te gebruiken kunnen we de lijnspanningen afleiden als:

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

Evenzo kunnen we de fasespanningen en lijnspanningen afleiden voor de volgende stappen in de reeks. En het kan worden weergegeven als de onderstaande afbeelding:

A) Driefasige omvormer - 120 graden geleidingsmodus

De 120º-modus is in alle opzichten vergelijkbaar met 180º, behalve dat de sluitingstijd van elke schakelaar wordt teruggebracht tot 120, wat voorheen 180 was.

Laten we zoals gewoonlijk de schakelvolgorde starten door de schakelaar S1 in het eerste segment te sluiten en het startnummer op 0º te zetten. Aangezien de geselecteerde geleidingstijd 120º is, zal de schakelaar S1 na 120º worden geopend, dus de S1 werd gesloten van 0º tot 120º.

Aangezien de halve cyclus van het sinusvormige signaal van 0 naar 180º gaat, zal S1 de resterende tijd open zijn en wordt weergegeven door het grijze gebied erboven.

Nu na 120º van de eerste fase, zal de tweede fase ook een positieve cyclus hebben zoals eerder vermeld, dus schakelaar S3 wordt na S1 gesloten. Ook deze S3 wordt nog eens 120º gesloten gehouden. S3 is dus gesloten van 120º tot 240º.

Evenzo heeft de derde fase ook een positieve cyclus na 120º van de tweede fase positieve cyclus, zodat de schakelaar S5 zal worden gesloten na 120º van S3 sluiting. Zodra de schakelaar is gesloten, wordt deze 120º gesloten gehouden voordat deze wordt geopend en daarmee wordt de schakelaar S5 gesloten van 240º tot 360º

Deze cyclus van symmetrisch schakelen zal worden voortgezet om de gewenste driefasige spanning te bereiken. Als we de begin- en eindschakelsequentie in de bovenstaande tabel invullen, hebben we een compleet schakelpatroon voor de 120º-geleidingsmodus, zoals hieronder.

Uit de bovenstaande tabel kunnen we opmaken dat:

Van 0-60: S1 & S4 zijn gesloten terwijl de overige schakelaars worden geopend.

Van 60-120: S1 & S6 zijn gesloten terwijl de overige schakelaars worden geopend.

Van 120-180: S3 & S6 is gesloten terwijl de overige schakelaars worden geopend.

Van 180-240: S2 & S3 zijn gesloten terwijl de overige schakelaars worden geopend

Van 240-300: S2 & S5 zijn gesloten terwijl de overige schakelaars worden geopend

Van 300-360: S4 en S5 zijn gesloten terwijl de overige schakelaars worden geopend

En deze reeks stappen gaat zo verder. Laten we nu voor elke stap het vereenvoudigde circuit tekenen om de huidige stroom- en spanningsparameters van het driefasige omvormercircuit beter te begrijpen.

Stap 1: (voor 0-60) S1, S4 zijn gesloten terwijl de overige vier schakelaars open zijn. In dat geval kan de vereenvoudigde schakeling worden weergegeven zoals hieronder.

Dus voor 0 tot 60: Vao = Vs / 2, Vco = 0; Vbo = -Vs / 2

Door deze te gebruiken kunnen we de lijnspanningen afleiden als:

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

Stap 2: (voor 60 tot 120) S1 & S6 zijn gesloten terwijl de overige schakelaars open zijn. In dat geval kan de vereenvoudigde schakeling worden weergegeven zoals hieronder.

Dus voor 60 tot 120: Vbo = 0, Vco = -Vs / 2 & Vao = Vs / 2

Door deze te gebruiken kunnen we de lijnspanningen afleiden als:

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

Stap 3: (voor 120 tot 180) S3 & S6 zijn gesloten terwijl de overige schakelaars open zijn. In dat geval kan de vereenvoudigde schakeling worden weergegeven zoals hieronder.

Dus voor 120 tot 180: Vao = 0, Vbo = Vs / 2 & Vco = -Vs / 2

Door deze te gebruiken kunnen we de lijnspanningen afleiden als:

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

Evenzo kunnen we de fasespanningen en lijnspanningen afleiden voor de volgende komende stappen. En als we een grafiek tekenen voor alle stappen, krijgen we zoiets als hieronder.

In de outputgrafieken van zowel 180º als 120º schakelkasten is te zien dat we een wisselende driefasige spanning hebben bereikt op de drie uitgangsklemmen. Hoewel de uitgangsgolfvorm geen zuivere sinusgolf is, leek deze wel op de driefasige spanningsgolfvorm. Dit is een eenvoudig ideaal circuit en een geschatte golfvorm om de werking van de driefasige omvormer te begrijpen. U kunt een werkend model ontwerpen op basis van deze theorie met behulp van thyristors, schakel-, regel- en beveiligingscircuits.