Циклоконверторы - виды, работа и применение

Источники питания можно разделить на две большие категории: источники питания переменного тока и источники постоянного тока. Поскольку мы знаем, что может быть произведена только энергия переменного тока, и, поскольку это более экономично, мы используем переменный ток для передачи, и, таким образом, большинство электрических машин / устройств работают от переменного тока. Но стандартные напряжение и частота, поступающие от генерирующих станций, могут быть недостаточно хороши для управления некоторыми промышленными машинами. В таких случаях мы используем преобразователи и инверторы для преобразования одной формы источника питания в другую форму, например, в другое номинальное напряжение, номинальный ток или номинальную частоту. Циклоконветер - это один из таких преобразователей, который преобразует мощность переменного тока одной частоты в мощность переменного тока регулируемой частоты. В этой статье мы узнаем больше об этих циклоконверторах, их работе и применении.

Что такое циклоконвертер?

Стандартное определение циклоконвертеров из Википедии звучит следующим образом: « Циклоконвертер (ЦКП) или циклоинвертор преобразует сигнал переменного напряжения постоянной частоты с постоянной частотой в другой сигнал переменного тока с более низкой частотой, синтезируя форму выходного сигнала из сегментов источника питания переменного тока без промежуточного Звено постоянного тока »

Одним из особых свойств циклоконвертеров является то, что они не используют звено постоянного тока в процессе преобразования, что делает его очень эффективным. Преобразование осуществляется с помощью силовых электронных переключателей, таких как тиристоры, и их логического переключения. Обычно эти тиристоры разделены на две половины: положительную и отрицательную. Каждую половину заставляют проводить, поворачивая их в течение каждого полупериода формы переменного тока, таким образом обеспечивая двунаправленный поток энергии. А пока представьте циклоконверторы в виде черного ящика, который принимает постоянное напряжение и переменную частоту переменного тока в качестве входа и обеспечивает переменную частоту и переменное напряжение на выходе, как показано на рисунке ниже.

Мы узнаем, что может происходить внутри этого черного ящика, по мере прохождения статьи.

Зачем нужны циклоконвертеры?

Хорошо, теперь мы знаем, что циклоконветеры преобразуют мощность переменного тока фиксированной частоты в мощность переменного тока переменной частоты. Но зачем нам это делать? В чем преимущество источника переменного тока с переменной частотой?

Ответ на этот вопрос - контроль скорости. Циклоконветеры широко используются для привода больших двигателей, таких как тот, который используется в прокатных мельницах, шаровых мельницах, килограммах цемента и т.д. постепенно увеличивайте скорость двигателя, увеличивая выходную частоту. До изобретения циклоконвертеров эти большие двигатели необходимо было полностью разгружать, а затем после запуска двигателя его необходимо постепенно нагружать, что приводит к затратам времени и рабочей силы.

Типы циклоконветеров:

В зависимости от выходной частоты и количества фаз во входном источнике питания переменного тока циклоконверторы можно классифицировать следующим образом:

1. Повышающие циклоконвертеры.

2. Понижающие циклоконвертеры.

1. Однофазный циклоконвертер в однофазный
2. Трехфазный циклоконвертер в однофазный
3. Трехфазный циклоконвертер в трехфазный

Повышающие циклоконвертеры: повышающие CCV, как следует из названия, этот тип CCV обеспечивает выходную частоту выше, чем входная частота. Но широко он не используется, так как не имеет большого применения для частиц. Для большинства приложений потребуется частота менее 50 Гц, которая является частотой по умолчанию здесь, в Индии. Также для повышающего CCV потребуется принудительная коммутация, что увеличивает сложность схемы.

Понижающие циклоконвертеры: понижающий CCV, как вы, возможно, уже хорошо догадались… просто обеспечивает выходную частоту, которая меньше, чем входная частота. Они наиболее часто используются и работают с помощью естественной коммутации, поэтому сравнительно просты в сборке и эксплуатации. Step-Down CCV далее подразделяется на три типа, как показано ниже, мы подробно рассмотрим каждый из этих типов в этой статье.

Основной принцип циклоконверторов:

Хотя существует три разных типа циклоконвертеров, работа их очень похожа, за исключением количества силовых электронных переключателей, присутствующих в схеме. Например, однофазный CCV будет иметь только 6 силовых электронных переключателей (SCR), тогда как трехфазный CCV может иметь до 32 переключателей.

Самый минимум для циклоконвертера показан выше. У него будет цепь переключения по обе стороны от нагрузки, одна цепь будет работать в течение положительного полупериода источника питания переменного тока, а другая цепь будет работать в течение отрицательного полупериода. Обычно схема переключения демонстрируется с использованием SCR в качестве силового электронного устройства, но в современных CCV вы можете найти, что SCR заменяется IGBT, а иногда даже MOSFET.

Для коммутационных цепей также потребуется цепь управления, которая сообщает электронному устройству Power, когда проводить, а когда выключаться. Эта схема управления обычно представляет собой микроконтроллер и может также иметь обратную связь от выхода для формирования замкнутой системы. Пользователь может контролировать значение выходной частоты, регулируя параметры в схеме управления. Используются диоды на приведенной выше схеме. для представления направления потока тока. Положительная коммутационная схема всегда подает ток в нагрузку, а отрицательная коммутационная схема всегда принимает ток от нагрузки.

Однофазные циклоконвертеры в однофазные:

Однофазный CCV используется очень редко, но для понимания работы CCV его следует сначала изучить, чтобы мы могли понять трехфазный CCV. Однофазный CCV имеет две пары двухполупериодных выпрямительных схем, каждая из которых состоит из четырех тиристоров. Один набор устанавливается прямо, а другой - в противоположном направлении, как показано на рисунке ниже.

Все клеммы затвора SCR будут подключены к цепи управления, которая не показана в схеме выше. Эта схема управления будет отвечать за запуск тиристоров. Чтобы понять работу схемы, предположим, что входной источник переменного тока имеет частоту 50 Гц, а нагрузка представляет собой чисто резистивную нагрузку, а угол срабатывания SCR (α) равен 0 °. Поскольку угол зажигания равен 0 °, SCR при включении будет действовать как диод в прямом направлении, а при выключении - как диод в обратном направлении. Давайте проанализируем форму волны ниже, чтобы понять, как понижается частота с помощью CCV.

Форма волны частоты напряжения питания обозначается Vs, а форма волны частоты выходного напряжения обозначается Vo. Здесь мы пытаемся преобразовать частоту напряжения питания до 1/4 ^го его стоимости. Чтобы сделать это для первых двух циклов напряжения питания, мы будем использовать мостовой выпрямитель с положительной полярностью, а в следующих двух циклах - отрицательный мостовой выпрямитель. Таким образом, у нас есть четыре положительных импульса в положительной области, а затем четыре в отрицательной, как показано на форме волны выходной частоты Vo. Форма волны тока для этой схемы будет такой же, как и форма волны напряжения, поскольку предполагается, что нагрузка является чисто резистивной. Хотя величина формы сигнала будет меняться в зависимости от значения сопротивления нагрузки.

Выходная частота представлена с помощью пунктирной линии на форме волне Vo, так как он изменяет полярность только для каждых двух циклов входного сигнала выходной частоты с 1/4 ^й входной частоты, в нашем случае для входной частоты 50 Гц в выходная частота будет (1/4 * 50) около 12,5 Гц. Этой выходной частотой можно управлять, изменяя пусковой механизм в цепи управления.

Трехфазные циклоконвертеры в однофазные:

CCV от трехфазного к однофазному также аналогичен CCV от однофазного к однофазному, но здесь входное напряжение - трехфазное, а выходное напряжение - однофазное с переменной частотой. Схема также выглядит очень похожей, за исключением того, что нам понадобится 6 тиристоров в каждом наборе выпрямителя, поскольку мы должны выпрямлять трехфазное переменное напряжение.

Снова клеммы затвора SCR будут подключены к цепи управления для их запуска, и снова делаются те же предположения, чтобы легко понять работу. Также существует два типа CCV от трехфазного к однофазному: первый тип будет иметь полуволновой выпрямитель как для положительного, так и для отрицательного моста, а второй тип будет иметь двухполупериодный выпрямитель, как показано выше. Первый тип используется нечасто из-за его низкой эффективности. Также в двухполупериодном типе оба мостовых выпрямителя могут генерировать напряжения обеих полярностей, но положительный преобразователь может подавать ток (исток) только в положительном направлении, а отрицательный преобразователь может потреблять ток только в отрицательном направлении. Это позволяет CCV работать в четырех квадрантах. Эти четыре квадранта: (+ V, + i) и (-V, -i) в режиме исправления и (+ V, -i) и (-V,-i) в режиме инверсии.

Трехфазные циклоконвертеры в трехфазные:

CCV с трехфазного на трехфазный - наиболее часто используемые, поскольку они могут напрямую управлять трехфазными нагрузками, такими как двигатели. Нагрузка для трехфазного CCV обычно представляет собой нагрузку, подключенную к трехфазной звездой, как обмотка статора двигателя. Эти преобразователи принимают трехфазное переменное напряжение с фиксированной частотой в качестве входа и выдают трехфазное переменное напряжение с переменной частотой.

Существует два типа трехфазного CCV: один с полуволновым преобразователем, а другой - с полноволновым преобразователем. Модель полуволнового преобразователя также называют 18-тиристорными циклоконвертерами или 3-импульсными циклоконвертерами. Двухполупериодный преобразователь называется 6-импульсным циклоконвертером или 36-тиристорным циклоконвертером. 3-импульсный циклоконвертер показан на рисунке ниже.

Здесь у нас есть шесть наборов выпрямителей, два из которых предназначены для каждой фазы. Работа этого CCV аналогична однофазному CCV, за исключением того, что здесь выпрямители могут выпрямлять только половину волны, и то же самое происходит для всех трех фаз.

Приложения:

Циклоконверторы имеют большой набор промышленного применения, ниже приведены некоторые из них.

• Мельницы
• Тяжелые стиральные машины
• Mine Winders
• Линии электропередач HVDC
• Электропитание самолета
• SVG (статические генераторы VAR)
• Судовая двигательная установка