- Funcționare cu patru cadrane în convertor dual
- Principiu
- Convertor practic practic
- 1) Funcționarea convertorului dual fără curent circulant
- 2) Funcționarea convertorului dual cu curent circulant
- 1) Convertor dual monofazat
- 2) Convertor dual trifazat
În tutorialul anterior am văzut cum este proiectat un circuit de alimentare dual, acum aflăm despre convertoarele duale, care pot converti AC în CC și DC în AC în același timp. După cum sugerează și numele, convertorul dual are două convertoare, un convertor funcționează ca un redresor (convertește CA în CC), iar celălalt convertor funcționează ca un invertor (convertește CC în CA). Ambele convertoare sunt conectate spate în spate cu o încărcare comună așa cum se arată în imaginea de mai sus. Pentru a afla mai multe despre redresor și invertor, urmați linkurile.
De ce folosim convertorul dual? Dacă un singur convertor poate furniza sarcina, atunci de ce folosim doi convertoare? Aceste întrebări pot apărea și veți primi răspunsul în acest articol.
Aici avem doi convertoare conectate spate în spate. Datorită acestui tip de conexiune, acest dispozitiv poate fi proiectat pentru funcționarea în patru patrate. Înseamnă că atât tensiunea de încărcare cât și curentul de sarcină devin reversibile. Cât este posibilă funcționarea cu patru cadrane în convertorul dual? Asta vom vedea mai departe în acest articol.
În general, convertoarele duale sunt utilizate pentru unitățile de curent continuu reversibile sau unitățile de curent continuu cu viteză variabilă. Este utilizat pentru aplicații de mare putere.
Funcționare cu patru cadrane în convertor dual
Primul cadran: tensiunea și curentul sunt ambele pozitive.
Al doilea cadran: tensiunea este pozitivă, iar curentul este negativ.
Al treilea cadran: tensiune și curent ambele negative.
Al patrulea cadran: tensiunea este negativă, iar curentul este pozitiv.
Dintre acești doi convertoare, primul convertor funcționează în două cadrane, în funcție de valoarea unghiului de tragere α. Acest convertor funcționează ca redresor atunci când valoarea lui α este mai mică de 90˚. În această operațiune, convertorul produce o tensiune de încărcare medie pozitivă și un curent de sarcină și funcționează în primul cadran.
Când valoarea lui α este mai mare de 90˚, acest convertor funcționează ca invertor. În această operație, convertorul produce tensiune medie de ieșire negativă și direcția curentului nu este modificată. De aceea, curentul de încărcare rămâne pozitiv. În prima operațiune a cadranului, energia se transferă de la sursă la sarcină și în cea de-a patra operație la cadran, energia se transferă de la sarcină la sursă.
În mod similar, al doilea convertor funcționează ca redresor atunci când unghiul de tragere α este mai mic de 90˚ și funcționează ca un invertor atunci când unghiul de tragere α este mai mare de 90˚. Când acest convertor funcționează ca redresor, tensiunea și curentul mediu de ieșire sunt ambele negative. Deci, funcționează în al treilea cadran și fluxul de putere este de la sarcină la sursă. Aici, motorul se rotește în sens invers. Când acest convertor funcționează ca invertor, tensiunea medie de ieșire este pozitivă și curentul este negativ. Deci, funcționează în al doilea cadran și fluxul de putere este de la sarcină la sursă.
Când fluxul de energie este de la sarcină la sursă, motorul se comportă ca un generator și acest lucru face posibilă ruperea regenerativă.
Principiu
Pentru a înțelege principiul convertorului dual, presupunem că ambii convertoare sunt ideale. Înseamnă că produc tensiune de ieșire DC pură, nu există nicio ondulare la bornele de ieșire. Diagrama echivalentă simplificată a convertorului dual este așa cum se arată în figura de mai jos.
În schema de circuite de mai sus, convertorul este presupus ca o sursă de tensiune continuă controlabilă și este conectat în serie cu dioda. Unghiul de ardere al convertoarelor este reglat de un circuit de control. Deci, tensiunile DC ale ambelor convertoare sunt egale în mărime și opuse în polaritate. Acest lucru face posibilă deplasarea curentului în sens invers prin sarcină.
Convertorul care funcționează ca redresor se numește convertor de grup pozitiv, iar celălalt convertor care funcționează ca invertor se numește convertor de grup negativ.
Tensiunea medie de ieșire este o funcție a unghiului de tragere. Pentru invertor monofazat și invertor trifazat, tensiunea medie de ieșire este sub forma ecuațiilor de mai jos.
E DC1 = E max Cos⍺ 1 E DC2 = E max Cos⍺ 2
Unde α 1 și α 2 este unghiul de ardere al convertorului-1 și respectiv al convertorului-2.
Pentru, convertor dual monofazat, E max = 2E m / π
Pentru, convertor dual trifazat, E max = 3√3E m / π
Pentru, convertor ideal, 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
După cum sa discutat mai sus, tensiunea medie de ieșire este o funcție a unghiului de tragere. Înseamnă că pentru tensiunea de ieșire dorită trebuie să controlăm unghiul de tragere. Un circuit de control al unghiului de tragere poate fi utilizat astfel încât, atunci când se schimbă semnalul de control E c, unghiul de tragere α 1 și α 2 se va schimba în așa fel încât să se satisfacă sub grafic.
Convertor practic practic
Practic nu putem presupune ambii convertoare ca un convertor ideal. Dacă unghiul de ardere al convertoarelor este setat în așa fel încât ⍺ 1 + ⍺ 2 = 180⁰. În această condiție, tensiunea medie de ieșire a ambelor convertoare este aceeași ca mmagnitudine, dar opusă ca polaritate. Dar, din cauza tensiunii de ondulare, nu putem obține exact aceeași tensiune. Deci, există o diferență de tensiune instantanee la bornele de curent continuu ale celor două convertoare care produc enorm c curent irculating între convertoare si care va curge prin sarcină.
Prin urmare, în convertorul dual practic, este necesar să controlați curentul circulant. Există două moduri pentru a controla curentul circulant.
1) Funcționare fără curent circulant
2) Funcționare cu curent circulant
1) Funcționarea convertorului dual fără curent circulant
În acest tip de convertor dual, un singur convertor este în conducție și un alt convertor este blocat temporar. Deci, la un moment dat funcționează un convertor și reactorul nu este necesar între convertoare. La un moment dat, să presupunem că convertorul-1 acționează ca un redresor și furnizează curentul de încărcare. În acest moment, convertorul-2 este blocat prin îndepărtarea unghiului de tragere. Pentru operația de inversare, convertorul-1 este blocat și convertorul-2 furnizează curentul de încărcare.
Impulsurile către convertor-2 sunt aplicate după o întârziere. Timpul de întârziere este de aproximativ 10-20 msec. De ce aplicăm timpul de întârziere între schimbarea operațiunii? Asigură funcționarea fiabilă a tiristoarelor. Dacă convertorul-2 se declanșează înainte ca convertizorul-1 să se oprească complet, o mare cantitate de curent circulant va curge între convertoare.
Există multe scheme de control pentru a genera un unghi de declanșare pentru funcționarea liberă a curentului de circulație a convertorului dual. Aceste scheme de control sunt concepute pentru a opera sisteme de control foarte sofisticate. Aici, la un moment dat, un singur convertor este în conducție. Prin urmare, este posibil să se utilizeze o singură unitate de unghi de tragere. Câteva scheme de bază sunt enumerate mai jos.
A) Selectarea convertorului prin polaritatea semnalului de control
B) Selectarea convertorului după polaritatea curentului de încărcare
C) Selectarea convertorului atât prin tensiunea de control, cât și prin curentul de sarcină
2) Funcționarea convertorului dual cu curent circulant
Fără convertizor de curent circulant, necesită un sistem de control foarte sofisticat, iar curentul de încărcare nu este continuu. Pentru a depăși aceste dificultăți, există un convertor dual care poate funcționa cu curentul care circulă. Un reactor de limitare a curentului este conectat între bornele de curent continuu ale ambelor convertoare. Unghiul de ardere al ambelor convertoare este setat în așa fel încât cantitatea minimă de curent circulant să curgă prin reactor. După cum sa discutat în invertorul ideal, curentul de circulație este zero dacă ⍺ 1 + ⍺ 2 = 180⁰.
Să presupunem că unghiul de tragere al convertorului-1 este 60˚, apoi unghiul de tragere al convertorului-2 trebuie menținut la 120˚. În această operație, convertorul-1 va funcționa ca redresor, iar convertorul-2 va funcționa ca invertor. Astfel, în acest tip de operație, la un moment dat ambele convertoare sunt în stare de conducere. Dacă curentul de sarcină este inversat, convertorul care funcționează ca redresor funcționează acum ca invertor, în timp ce convertorul care funcționează ca invertor funcționează acum ca redresor. În această schemă, ambii convertoare conduc în același timp. Deci, necesită două unități de generare a unghiului de tragere.
Avantajul acestei scheme este că putem obține o funcționare lină a convertorului în momentul inversării. Răspunsul în timp al schemei este foarte rapid. Perioada normală de întârziere este de 10 - 20 msec în cazul în care se elimină curentul de circulație.
Dezavantajul acestei scheme este că dimensiunea și costul reactorului sunt ridicate. Datorită curentului circulant, factorul de putere și eficiența sunt scăzute. Pentru a gestiona curentul circulant, sunt necesare tiristoarele cu curent ridicat.
În funcție de tipul de sarcină, se folosesc convertoare duale monofazate și trifazate.
1) Convertor dual monofazat
Diagrama circuitului convertorului dual este prezentată în figura de mai jos. Un motor DC excitat separat este folosit ca o sarcină. Terminalele de curent continuu ale ambelor convertoare sunt conectate cu terminalele înfășurării armăturii. Aici, doi convertoare complete monofazate sunt conectate spate în spate. Ambii convertoare furnizează o sarcină comună.
Unghiul de ardere al convertorului-1 este α 1 și α 1 este mai mic de 90˚. Prin urmare, convertorul-1 acționează ca un redresor. Pentru jumătate de ciclu pozitiv (0 <t <π), tiristorul S1 și S2 va conduce, iar pentru un semiciclu negativ (π <t <2π), tiristorul S3 și S4 va conduce. În această operație, tensiunea și curentul de ieșire sunt ambele pozitive. Deci, această operațiune este cunoscută sub numele de operațiune de conducere înainte și convertorul funcționează în primul cadran.
Unghiul de ardere al convertorului-2 este 180 - α 1 = α 2 și α 2 este mai mare de 90˚. Deci, convertorul-2 acționează ca un invertor. În această operațiune, curentul de încărcare rămâne în aceeași direcție. Polaritatea tensiunii de ieșire este negativă. Prin urmare, convertorul funcționează în al patrulea cadran. Această operație este cunoscută sub numele de frânare regenerativă.
Pentru rotația inversă a motorului de curent continuu, convertorul-2 acționează ca redresor și convertorul-1 acționează ca un invertor. Unghiul de tragere al convertorului-2 α 2 este mai mic de 90˚. Sursa alternativă de tensiune alimentează sarcina. În această operație, curentul de sarcină este negativ, iar tensiunea medie de ieșire este, de asemenea, negativă. Prin urmare, convertorul-2 funcționează în al treilea cadran. Această operațiune este cunoscută sub numele de motorizare inversă.
În funcționare inversă, unghiul de tragere al convertorului-1 este mai mic de 90˚ și unghiul de tragere al convertorului-2 este mai mare de 90˚. Deci, în această operație, curentul de sarcină este negativ, dar tensiunea medie de ieșire este pozitivă. Deci, convertorul-2 funcționează în al doilea cadran. Această operație este cunoscută sub numele de frânare regenerativă inversă.
Forma de undă a convertorului dual monofazat este așa cum se arată în figura de mai jos.
2) Convertor dual trifazat
Schema circuitului convertorului dual trifazat este așa cum se arată în figura de mai jos. Aici, doi convertoare trifazate sunt conectate spate în spate. Principiul de funcționare este același cu un convertor dual monofazat.
Deci, astfel sunt concepute convertizoarele duale și, așa cum am spus deja, sunt utilizate în general pentru a construi unități de curent continuu reversibile sau unități de curent continuu cu viteză variabilă în aplicații de mare putere.