Cycloconvertere - tipuri, lucru și aplicații

Sursele de alimentare pot fi clasificate în două mari categorii, una este sursa de curent alternativ, iar cealaltă este sursa de curent continuu. După cum știm, se poate genera numai curent alternativ și, deoarece este mai economic, folosim curent alternativ pentru transmisie și, prin urmare, majoritatea mașinilor / dispozitivelor electrice funcționează cu curent alternativ. Dar tensiunea și frecvența standard furnizate de stațiile electrice ar putea să nu fie suficient de bune pentru a conduce anumite mașini industriale. În aceste cazuri, folosim convertoare și invertoare pentru a converti o formă de alimentare cu energie într-o altă formă, cum ar fi într-o tensiune diferită, curent sau frecvență. Un Cycloconveter este un astfel de convertor care convertește puterea de curent alternativ într-o singură frecvență în curent alternativ cu o frecvență reglabilă. În acest articol vom afla mai multe despre aceste Cycloconvertere funcționarea și aplicațiile lor.

Ce este Cycloconverter?

Definiția standard pentru Cycloconvertere din Wikipedia este următoarea: „Un cicloconvertor (CCV) sau un cicloinvertor convertește o formă de undă alternativă de tensiune constantă, frecvență constantă într-o altă formă de undă de curent alternativ cu o frecvență mai mică prin sintetizarea formei de undă de ieșire din segmente de alimentare de curent alternativ fără un Link DC ”

O proprietate specială a Cycloconverters este că nu folosește o legătură DC în procesul de conversie, făcându-l astfel extrem de eficient. Conversia se face utilizând comutatoare electronice de putere, cum ar fi Tiristoarele și comutându-le într-un mod logic. În mod normal, aceste tiristoare vor fi separate în două jumătăți, jumătate pozitivă și jumătate negativă. Fiecare jumătate va fi condusă prin rotirea acestora în timpul fiecărei jumătăți de ciclu a formei AC, permițând astfel fluxul de putere bidirecțional. Deocamdată imaginați-vă Cycloconverterele ca o cutie neagră care preia o tensiune fixă cu frecvență fixă de curent alternativ ca intrare și oferă o frecvență variabilă, tensiune variabilă ca ieșire așa cum se arată în ilustrația de mai jos.

Vom afla ce se poate întâmpla în interiorul acestei cutii negre pe măsură ce parcurgem articolul.

De ce avem nevoie de Cycloconvertere?

Bine, acum știm că Cycloconveters convertesc puterea de curent alternativ cu frecvență fixă în puterea de curent alternativ cu frecvență variabilă. Dar de ce trebuie să facem asta? Care este avantajul de a avea o sursă de curent alternativ care frecvență variabilă?

Răspunsul la această întrebare este Speed Control. Cycloconveters sunt utilizate pe scară largă pentru acționarea motoarelor mari, cum ar fi cel folosit în laminare, mori cu bile Ciment kils, etc. crește treptat viteza motorului prin creșterea frecvenței de ieșire. Înainte de invenția Cycloconvertorilor, aceste motoare mari trebuie descărcate complet și apoi, după pornirea motorului, trebuie încărcate treptat, ceea ce duce la consumul de timp și energie umană.

Tipuri de Cycloconveters:

Pe baza frecvenței de ieșire și a numărului de faze din sursa de alimentare CA de intrare, Cicloconvertitoarele pot fi clasificate ca mai jos

1. Cicloconvertere Step-Up

2. Cicloconvertoare Ste-Down

Cicloconvertor monofazat la monofazat
Cicloconvertor trifazat la monofazat
Cicloconvertor trifazat la trifazat

Cicloconvertere Step-Up: CCV Step-Up, așa cum sugerează și numele, acest tip de CCV oferă o frecvență de ieșire mai mare decât cea a frecvenței de intrare. Dar nu este utilizat pe scară largă, deoarece nu are multă aplicare a particulelor. Majoritatea aplicațiilor vor necesita o frecvență mai mică de 50Hz, care este frecvența implicită aici în India. De asemenea, CCV Step-Up va necesita comutarea forțată care crește complexitatea circuitului.

Cycloconvertere Step-Down: CCV Step-Down, așa cum ați fi putut ghici deja bine.. oferă doar o frecvență de ieșire care este mai mică decât frecvența de intrare. Acestea sunt cel mai frecvent utilizate și funcționează cu ajutorul comutării naturale, prin urmare relativ ușor de construit și de operat. Descărcarea CCV este în continuare clasificată în trei tipuri, după cum se arată mai jos, vom analiza în detaliu fiecare dintre aceste tipuri în acest articol.

Principiul de bază din spatele Cycloconverters:

Deși există trei tipuri diferite de Cycloconvertere, funcționarea acestora este foarte similară, cu excepția numărului de întrerupătoare electronice de putere prezente în circuit. De exemplu, o singură fază la CCV monofazat va avea doar 6 comutatoare electronice de putere (SCR), în timp ce un CCV trifazat ar putea avea până la 32 de comutatoare.

Minimul strict pentru un Cycloconverter este prezentat mai sus. Va avea un circuit de comutare pe ambele părți ale sarcinii, un circuit va funcționa în timpul semiciclului pozitiv al sursei de curent alternativ și celălalt circuit va funcționa în timpul semiciclului negativ. În mod normal, circuitul de comutare va fi demonstrat folosind SCR ca dispozitiv electronic de putere, dar în CCV modern puteți găsi SCR-urile înlocuite de IGBT și, uneori, chiar și de MOSFET-uri.

Circuitele de comutare vor avea nevoie, de asemenea, de un circuit de control, care instruiește dispozitivul electronic de putere când trebuie să conducă și când să se oprească. Acest circuit de control va fi în mod normal un microcontroler și ar putea avea, de asemenea, un feedback de la ieșire pentru a forma un sistem cu buclă închisă. Utilizatorul poate controla valoarea frecvenței de ieșire prin ajustarea parametrilor din circuitul de control.Diodele din diagrama de mai sus sunt utilizate să reprezinte direcția de curgere a curentului. Circuitul de comutare pozitiv generează întotdeauna curent în sarcină, iar circuitul de comutare negativ scufundă întotdeauna curentul din sarcină.

Cicloconvertoare monofazate la monofazate:

CCV monofazat la monofazic este foarte rar folosit, dar pentru a înțelege funcționarea unui CCV ar trebui mai întâi studiat astfel încât să putem înțelege CCV trifazat. CCV monofazat la monofazat are două perechi de circuite redresoare cu undă completă, fiecare format din patru SCR. Un set este așezat drept, în timp ce celălalt este plasat în direcție anti-paralelă, așa cum se arată în imaginea de mai jos.

Toate terminalele de poartă ale SCR-urilor vor fi conectate la un circuit de control care nu este prezentat în circuitul de mai sus. Acest circuit de control va fi responsabil pentru declanșarea SCR-urilor. Pentru a înțelege funcționarea circuitului, să presupunem că alimentarea cu curent alternativ de intrare are o frecvență de 50Hz, iar sarcina este o sarcină rezistivă pură și unghiul de tragere al SCR (α) este de 0 °. Deoarece unghiul de tragere este la 0 °, SCR la pornire va acționa ca o diodă în direcția înainte și când este oprit, va acționa ca o diodă în direcția inversă. Să analizăm forma de undă de mai jos pentru a înțelege modul în care frecvența este redusă folosind un CCV

Forma de undă a frecvenței tensiunii de alimentare este notată cu Vs, iar forma de undă a frecvenței tensiunii de ieșire este notată cu Vo. Aici încercăm să converti frecvența tensiunii de alimentare la 1/4 ^mii de valoarea sa. Deci, pentru a face acest lucru, pentru primele două cicluri ale tensiunii de alimentare vom folosi redresorul pozitiv Bridge și pentru următoarele două cicluri următoare vom folosi redresorul negativ. Astfel avem patru impulsuri pozitive în regiunea pozitivă și apoi patru în regiunea negativă așa cum se arată în forma de undă a frecvenței de ieșire Vo. Forma de undă curentă pentru acest circuit va fi aceeași cu forma de undă de tensiune, deoarece sarcina este presupusă a fi pur rezistivă. Deși magnitudinea formei de undă se va modifica în funcție de valoarea rezistenței sarcinii.

Frecvența de ieșire este reprezentată utilizând linia punctată pe forma de undă Vo, deoarece se schimbă polaritatea numai pentru fiecare două cicluri ale formei de undă de intrare frecvența de ieșire cu 1/4 ^mii de frecvența de intrare, în cazul nostru pentru o frecvență de intrare de 50Hz frecvența de ieșire va fi (1/4 * 50) în jurul valorii de 12,5Hz. Această frecvență de ieșire poate fi controlată prin modificarea mecanismului de declanșare din circuitul de comandă.

Cicloconvertoare trifazate la monofazate:

CCV trifazat la monofazat este, de asemenea, similar cu CCV monofazat la monofazat, dar aici tensiunea de intrare este o alimentare cu 3 faze, iar tensiunea de ieșire este o alimentare monofazată cu frecvență variabilă. Circuitul arată, de asemenea, foarte similar, cu excepția faptului că vom avea nevoie de 6 SCR în fiecare set de redresoare, deoarece trebuie să rectificăm tensiunea de curent alternativ cu 3 faze.

Din nou, terminalele de poartă ale SCR vor fi conectate la circuitul de control pentru declanșarea lor și aceleași ipoteze sunt făcute din nou pentru a înțelege cu ușurință funcționarea. De asemenea, există două tipuri de CCV-uri trifazate la monofazate, primul tip va avea un redresor pe jumătate de undă atât pentru Bridge pozitiv cât și negativ, iar al doilea tip va avea un redresor cu undă completă, așa cum se arată mai sus. Primul tip nu este utilizat des din cauza eficienței sale scăzute. De asemenea, într-un tip cu undă completă, ambele redresoare de punte pot genera tensiuni atât în polaritate, dar convertorul pozitiv poate furniza curent (sursă) numai în direcția pozitivă, cât și convertorul negativ poate scurge curentul numai în direcție negativă. Acest lucru permite CCV să funcționeze în patru Cadrante. Aceste patru cadrane sunt (+ V, + i) și (-V, -i) în modul de rectificare și (+ V, -i) și (-V,-i) în modul inversiune.

Cicloconvertoare trifazate la trei faze:

CCV trifazat până la trifazat sunt cele mai utilizate deoarece pot conduce direct sarcini trifazate, cum ar fi motoarele. Încărcarea pentru un CCV trifazat va fi în mod normal o sarcină conectată trifazată la stea ca înfășurarea statorică a unui motor. Aceste convertoare iau tensiune alternativă trifazată cu frecvență fixă ca intrare și furnizează tensiune alternativă trifazată cu frecvență variabilă.

Există două tipuri de CCV trifazat, unul care are convertor pe jumătate de undă și altul cu convertor cu undă completă. Modelul convertorului cu jumătate de undă este, de asemenea, numit Cycloconvertere cu 18 tiristoare sau Cycloconvertere cu 3 impulsuri. Convertorul cu undă completă este numit cicloconvertere cu 6 impulsuri sau cicloconvertoare cu 36 de tiristoare. Un Cycloconverter cu 3 impulsuri este prezentat în imaginea de mai jos

Aici avem șase seturi de redresoare, dintre care două sunt alocate pentru fiecare fază. Funcționarea acestui CCV este similară cu CCV monofazat, cu excepția faptului că redresoarele pot rectifica doar jumătate de undă și același lucru se întâmplă pentru toate cele trei faze

Aplicații:

Cicloconvertitoarele au un set mare de aplicații industriale, următoarele sunt câteva

Mori de măcinat
Mașini de spălat grele
Bobine de mine
Linii de alimentare HVDC
Sursa de alimentare a aeronavelor
SVG (Generatoare VAR statice)
Sistem de propulsie a navei