Circuit invertor trifazat

Știm cu toții despre invertor - este un dispozitiv care convertește curent continuu în curent alternativ. Și am aflat anterior despre diferite tipuri de invertoare și am construit un invertor monofazat de la 12v la 220v. Un invertor cu 3 faze convertește tensiunea DC într-o sursă de curent alternativ cu 3 faze. Aici, în acest tutorial, vom învăța despre invertorul cu trei faze și funcționarea acestuia, dar înainte de a merge mai departe, să ne uităm la formele de undă de tensiune ale liniei trifazate. În circuitul de mai sus, o linie trifazată este conectată la o sarcină rezistivă, iar sarcina atrage energie din linie. Dacă desenăm formele de undă de tensiune pentru fiecare fază, atunci vom avea un grafic așa cum se arată în figură. În grafic, putem vedea că trei forme de undă de tensiune sunt defazate între ele cu 120º.

În acest articol, vom discuta despre circuitul invertorului cu 3 faze, care este utilizat ca convertor de curent alternativ la 3 faze. Amintiți-vă că, chiar și în zilele moderne, realizarea unei forme de undă complet sinusoidale pentru sarcini variate este extrem de dificilă și nu este practică. Deci, aici vom discuta despre funcționarea unui circuit convertor trifazat ideal neglijând toate problemele legate de invertorul practic cu 3 faze.

Funcționarea invertorului cu 3 faze

Acum să ne uităm la circuitul invertorului cu 3 faze și la forma sa simplificată ideală.

Mai jos este o diagramă a circuitului invertorului trifazat, proiectată cu tiristoare și diode (pentru protecția vârfurilor de tensiune)

Iar mai jos este o diagramă a circuitului invertorului trifazat proiectată folosind numai întrerupătoare. După cum puteți vedea, această configurare a șase comutatoare mecanice este mai utilă în înțelegerea funcționării invertorului trifazat decât circuitul greoi al tiristorului.

Ceea ce vom face aici este să deschidă și să închidă simetric aceste șase comutatoare pentru a obține ieșirea de tensiune trifazată pentru sarcina rezistivă. Există două modalități posibile de declanșare a comutatoarelor pentru a obține rezultatul dorit, una în care comutatoarele conduc la 180 ° și alta în care comutatoarele conduc doar la 120 °. Să discutăm fiecare model de mai jos:

A) Invertor cu trei faze - Mod de conducere de 180 de grade

Circuitul ideal este desenat înainte de a putea fi împărțit în trei segmente și anume segmentul unu, segmentul doi și segmentul trei și le vom folosi în notațional în secțiunea ulterioară a articolului. Segmentul unu constă dintr-o pereche de comutatoare S1 și S2, segmentul doi constă din comutarea perechii S3 și S4, iar segmentul trei constă din comutarea perechii S5 și S6. În orice moment, ambele comutatoare din același segment nu ar trebui să fie închise niciodată, deoarece duce la scurtcircuitarea bateriei care nu reușește întreaga configurare, astfel încât acest scenariu ar trebui evitat în orice moment.

Acum să începem secvența de comutare închizând comutatorul S1 în primul segment al circuitului ideal și să numim startul ca 0º. Deoarece timpul de conducere selectat este de 180º, comutatorul S1 va fi închis de la 0º la 180º.

Dar după 120 ° din prima fază, a doua fază va avea și un ciclu pozitiv așa cum se vede în graficul de tensiune trifazat, astfel încât comutatorul S3 va fi închis după S1. Acest S3 va fi, de asemenea, ținut închis pentru încă 180º. Deci S3 va fi închis de la 120º la 300º și va fi deschis doar după 300º.

În mod similar, a treia fază are, de asemenea, un ciclu pozitiv după 120 ° din ciclul pozitiv de a doua fază, așa cum se arată în graficul de la începutul articolului. Deci comutatorul S5 va fi închis după închiderea S3 120º adică 240º. Odată ce comutatorul este închis, acesta va fi ținut închis pentru a ajunge la 180 ° înainte de a fi deschis, cu aceasta S5 va fi închis de la 240 ° la 60 ° (al doilea ciclu).

Până în prezent, tot ce am făcut a fost să presupunem că conducerea se face odată ce comutatoarele stratului superior sunt închise, dar pentru curgerea curentului din circuit trebuie finalizată. De asemenea, nu uitați că ambele comutatoare din același segment nu ar trebui să fie niciodată închise în același timp, deci dacă un comutator este închis, atunci altul trebuie să fie deschis.

Pentru a satisface ambele condiții de mai sus, vom închide S2, S4 și S6 într-o ordine predeterminată. Deci, numai după ce S1 este deschis, va trebui să închidem S2. În mod similar, S4 va fi închis după ce S3 se deschide la 300º și în același mod S6 va fi închis după ce S5 finalizează ciclul de conducere. Acest ciclu de comutare între comutatoarele aceluiași segment poate fi văzut mai jos. Aici S2 urmează S1, S4 urmează S3 și S6 urmează S5.

Urmând această comutare simetrică putem atinge tensiunea trifazică dorită reprezentată în grafic. Dacă completăm secvența de comutare de început din tabelul de mai sus, vom avea un model complet de comutare pentru modul de conducere la 180º, ca mai jos.

Din tabelul de mai sus putem înțelege că:

De la 0 la 60: S1, S4 și S5 sunt închise și restul de trei comutatoare sunt deschise.

De la 60 la 120: S1, S4 și S6 sunt închise și restul de trei comutatoare sunt deschise.

De la 120 la 180: S1, S3 și S6 sunt închise și restul de trei comutatoare sunt deschise.

Și secvența de comutare continuă așa. Acum, haideți să desenăm circuitul simplificat pentru fiecare etapă pentru a înțelege mai bine parametrii de curent și de tensiune.

Pasul 1: (pentru 0-60) S1, S4 și S5 sunt închise în timp ce restul de trei comutatoare sunt deschise. Într-un astfel de caz, circuitul simplificat poate fi așa cum se arată mai jos.

Deci, de la 0 la 60: Vao = Vco = Vs / 3; Vbo = -2Vs / 3

Folosind acestea putem deriva tensiunile de linie ca:

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

Pasul 2: (pentru 60 la 120) S1, S4 și S6 sunt închise în timp ce restul de trei comutatoare sunt deschise. Într-un astfel de caz, circuitul simplificat poate fi așa cum se arată mai jos.

Deci pentru 60 la 120: Vbo = Vco = -Vs / 3; Vao = 2Vs / 3

Folosind acestea putem deriva tensiunile de linie ca:

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

Pasul 3: (pentru 120 la 180) S1, S3 și S6 sunt închise în timp ce restul de trei comutatoare sunt deschise. Într-un astfel de caz, circuitul simplificat poate fi trasat ca mai jos.

Deci pentru 120 la 180: Vao = Vbo = Vs / 3; Vco = -2Vs / 3

Folosind acestea putem deriva tensiunile de linie ca:

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

În mod similar, putem obține tensiunile de fază și tensiunile de linie pentru următorii pași din secvență. Și poate fi prezentat ca figura dată mai jos:

A) Invertor cu trei faze - modul de conducere de 120 de grade

Modul de 120º este similar cu 180º la toate aspectele, cu excepția timpului de închidere a fiecărui comutator redus la 120, care erau cu 180 înainte.

Ca de obicei, să începem secvența de comutare închizând comutatorul S1 în primul segment și să fim numărul de pornire la 0º. Deoarece timpul de conducere selectat este de 120 °, comutatorul S1 va fi deschis după 120 °, deci S1 a fost închis de la 0 ° la 120 °.

Deoarece jumătatea ciclului semnalului sinusoidal merge de la 0 la 180º, pentru timpul rămas S1 va fi deschis și este reprezentat de zona gri de deasupra.

Acum, după 120 ° din prima fază, a doua fază va avea, de asemenea, un ciclu pozitiv așa cum s-a menționat anterior, astfel încât comutatorul S3 va fi închis după S1. Acest S3 va fi, de asemenea, ținut închis pentru încă 120º. Deci S3 va fi închis de la 120º la 240º.

În mod similar, a treia fază are, de asemenea, un ciclu pozitiv după 120 ° din al doilea ciclu pozitiv, astfel încât comutatorul S5 va fi închis după 120 ° din închiderea S3. Odată ce comutatorul este închis, acesta va fi ținut închis pentru a ajunge la 120 ° înainte de a fi deschis și cu aceasta, comutatorul S5 va fi închis de la 240 ° la 360 °

Acest ciclu de comutare simetrică va fi continuat pentru atingerea tensiunii trifazice dorite. Dacă completăm secvența de comutare de început și de sfârșit în tabelul de mai sus, vom avea un model complet de comutare pentru modul de conducere de 120º, ca mai jos.

Din tabelul de mai sus putem înțelege că:

De la 0 la 60: S1 și S4 sunt închise în timp ce comutatoarele rămase sunt deschise.

De la 60 la 120: S1 și S6 sunt închise în timp ce comutatoarele rămase sunt deschise.

De la 120 la 180: S3 și S6 sunt închise în timp ce comutatoarele rămase sunt deschise.

De la 180 la 240: S2 și S3 sunt închise în timp ce comutatoarele rămase sunt deschise

De la 240 la 300: S2 și S5 sunt închise în timp ce comutatoarele rămase sunt deschise

De la 300 la 360: S4 și S5 sunt închise în timp ce comutatoarele rămase sunt deschise

Și această succesiune de pași continuă așa. Acum, haideți să desenăm circuitul simplificat pentru fiecare etapă pentru a înțelege mai bine parametrii de curent și de tensiune ai circuitului invertorului cu 3 faze.

Pasul 1: (pentru 0-60) S1, S4 sunt închise în timp ce restul de patru comutatoare sunt deschise. Într-un astfel de caz, circuitul simplificat poate fi prezentat ca mai jos.

Deci, de la 0 la 60: Vao = Vs / 2, Vco = 0; Vbo = -Vs / 2

Folosind acestea putem deriva tensiunile de linie ca:

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

Pasul 2: (pentru 60 la 120) S1 și S6 sunt închise în timp ce restul de comutatoare sunt deschise. Într-un astfel de caz, circuitul simplificat poate fi prezentat ca mai jos.

Deci pentru 60 la 120: Vbo = 0, Vco = -Vs / 2 & Vao = Vs / 2

Folosind acestea putem deriva tensiunile de linie ca:

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

Pasul 3: (pentru 120 la 180) S3 și S6 sunt închise în timp ce restul de comutatoare sunt deschise. Într-un astfel de caz, circuitul simplificat poate fi prezentat ca mai jos.

Deci, pentru 120 la 180: Vao = 0, Vbo = Vs / 2 & Vco = -Vs / 2

Folosind acestea putem deriva tensiunile de linie ca:

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

În mod similar, putem obține tensiunile de fază și tensiunile de linie pentru următorii pași viitori. Și dacă desenăm un grafic pentru toți pașii, atunci vom obține ceva de mai jos.

Se poate observa în graficele de ieșire ale cazurilor de comutare de la 180 ° și 120 ° că am obținut o tensiune alternativă trifazată la cele trei terminale de ieșire. Deși forma de undă de ieșire nu este o undă sinusoidală pură, seamănă cu forma de undă de tensiune trifazată. Acesta este un circuit ideal simplu și o formă de undă aproximativă pentru înțelegerea funcționării invertorului trifazat. Puteți proiecta un model de lucru bazat pe această teorie folosind tiristoare, comutare, circuit și circuite de protecție.