- Keturių kvadrantų operacija dvigubame keitiklyje
- Principas
- Praktinis dvigubas keitiklis
- 1) Dvigubo keitiklio veikimas be cirkuliacinės srovės
- 2) Dvigubo keitiklio veikimas su cirkuliacine srove
- 1) Vienfazis dvigubas keitiklis
- 2) Trifazis dvigubas keitiklis
Ankstesnėje pamokoje pamatėme, kaip suprojektuota dvigubo maitinimo grandinė, dabar mes sužinome apie dvigubus keitiklius, kurie tuo pačiu metu gali konvertuoti kintamą į nuolatinę ir nuolatinę į kintamą. Kaip rodo pavadinimas, „Dual Converter“ turi du keitiklius, vienas keitiklis veikia lygintuvu (konvertuoja kintamą į nuolatinę srovę), o kitas keitiklis veikia kaip keitiklis (nuolatinę srovę paverčia kintamąja). Abu keitikliai yra sujungti atgal į priekį su bendra apkrova, kaip parodyta aukščiau esančiame paveikslėlyje. Norėdami sužinoti daugiau apie lygintuvą ir keitiklį, eikite į nuorodas.
Kodėl mes naudojame dvigubą keitiklį? Jei apkrovą gali teikti tik vienas keitiklis, tai kodėl mes naudojame du keitiklius? Šie klausimai gali kilti, o atsakymą gausite šiame straipsnyje.
Čia mes turime du keitiklius, sujungtus atgal. Dėl tokio tipo ryšio šis prietaisas gali būti suprojektuotas keturių kvadrantų valdymui. Tai reiškia, kad apkrovos įtampa ir apkrovos srovė tampa grįžtama. Kaip įmanoma keturių kvadrantų operacija dvigubame keitiklyje? Tai pamatysime toliau šiame straipsnyje.
Paprastai dvigubi keitikliai naudojami grįžtamiesiems nuolatinės srovės arba kintamo greičio nuolatinės pavaros įrenginiams. Jis naudojamas didelio galingumo programoms.
Keturių kvadrantų operacija dvigubame keitiklyje
Pirmasis kvadratas: įtampa ir srovė teigiami.
Antrasis kvadratas: įtampa teigiama, o srovė neigiama.
Trečiasis kvadratas: įtampa ir srovė neigiami.
Ketvirtasis kvadratas: įtampa neigiama, o srovė teigiama.
Iš šių dviejų keitiklių pirmasis keitiklis veikia dviem kvadrantais, atsižvelgiant į šaudymo kampo α vertę. Šis keitiklis veikia kaip lygintuvas, kai α vertė yra mažesnė nei 90˚. Atliekant šią operaciją, keitiklis sukuria teigiamą vidutinę apkrovos įtampą ir apkrovos srovę ir veikia pirmajame kvadrante.
Kai α vertė yra didesnė nei 90˚, šis keitiklis veikia kaip keitiklis. Atliekant šią operaciją, keitiklis sukuria neigiamą vidutinę išėjimo įtampą ir srovės kryptis nepakinta. Štai kodėl apkrovos srovė išlieka teigiama. Pirmojo kvadranto operacijos metu energija pereina iš šaltinio į apkrovą, o ketvirtajame - energija perduodama iš apkrovos į šaltinį.
Panašiai antrasis keitiklis veikia kaip lygintuvas, kai šaudymo kampas α yra mažesnis nei 90˚, ir jis veikia kaip keitiklis, kai šaudymo kampas α yra didesnis nei 90˚. Kai šis keitiklis veikia kaip lygintuvas, vidutinė išėjimo įtampa ir srovė yra neigiami. Taigi, jis veikia trečiame kvadrate, o energijos srautas vyksta nuo apkrovos iki šaltinio. Čia variklis sukasi atvirkštine kryptimi. Kai šis keitiklis veikia kaip keitiklis, vidutinė išėjimo įtampa yra teigiama, o srovė - neigiama. Taigi, jis veikia antrame kvadrate, o energijos srautas vyksta nuo apkrovos iki šaltinio.
Kai energijos srautas vyksta nuo apkrovos iki šaltinio, variklis elgiasi kaip generatorius ir tai leidžia regeneracinį pertraukimą.
Principas
Norėdami suprasti dvigubo keitiklio principą, manome, kad abu keitikliai yra idealūs. Tai reiškia, kad jie sukuria gryną nuolatinės išėjimo įtampą, išėjimo gnybtuose nėra pulsacijos. Supaprastinta dvigubo keitiklio lygiavertė schema parodyta žemiau esančiame paveikslėlyje.
Pirmiau pateiktoje grandinės schemoje keitiklis laikomas valdomu nuolatinės įtampos šaltiniu ir nuosekliai sujungtas su diodu. Keitiklių šaudymo kampą reguliuoja valdymo grandinė. Taigi, abiejų keitiklių nuolatinės įtampos yra vienodo dydžio ir priešingos poliškumo. Tai leidžia važiuoti srove atvirkštine kryptimi per apkrovą.
Keitiklis, veikiantis kaip lygintuvas, vadinamas teigiamos grupės keitikliu, o kitas keitiklis, dirbantis kaip keitiklis, vadinamas neigiamos grupės keitikliu.
Vidutinė išėjimo įtampa yra šaudymo kampo funkcija. Vienfazio keitiklio ir trifazio keitiklio vidutinė išėjimo įtampa yra žemiau pateiktų lygčių forma.
E DC1 = E max Cos⍺ 1 E DC2 = E max Cos⍺ 2
Kur α 1 ir α 2 yra atitinkamai keitiklio-1 ir keitiklio-2 šaudymo kampas.
Vienfazis dvigubas keitiklis, E max = 2E m / π
Trifazis dvigubas keitiklis, E max = 3√3E m / π
Idealus keitiklis, 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
Kaip aptarta aukščiau, vidutinė išėjimo įtampa yra šaudymo kampo funkcija. Tai reiškia norimą išėjimo įtampą, kurią turime valdyti šaudymo kampą. Paleidžiamojo kampas valdymo grandinė gali būti naudojama, pavyzdžiui, kad, kai valdymo signalas E c pokyčiai, šaudymo kampas α 1 ir α 2 bus pakeisti tokiu būdu, kad ji bus ir turi atitikti toliau diagramoje.
Praktinis dvigubas keitiklis
Praktiškai negalime manyti, kad abu keitikliai yra idealūs keitikliai. Jei keitiklių šaudymo kampas nustatomas taip, kad ⍺ 1 + ⍺ 2 = 180⁰. Esant tokiai būklei, abiejų keitiklių vidutinė išėjimo įtampa yra vienodo mm, bet priešinga poliškumui. Tačiau dėl banginės įtampos mes negalime tiksliai gauti tos pačios įtampos. Taigi, yra momentinis įtampos skirtumas ne DC terminalų dviejų keitiklių, kurie sukelia milžinišką c irculating srovę tarp keitiklių ir kad gaus per apkrovą.
Todėl praktiškame dvigubame keitiklyje būtina valdyti cirkuliuojančią srovę. Cirkuliacinei srovei valdyti yra du režimai.
1) Veikimas be cirkuliacinės srovės
2) Veikimas su cirkuliuojančia srove
1) Dvigubo keitiklio veikimas be cirkuliacinės srovės
Šio tipo dvigubo keitiklio laidumas yra tik vienas, o kitas keitiklis laikinai užblokuotas. Taigi vienu metu veikia vienas keitiklis ir reaktorius tarp keitiklių nėra reikalingas. Tam tikru momentu, tarkime, konverteris-1 veikia kaip lygintuvas ir tiekia apkrovos srovę. Šiuo metu konverteris-2 blokuojamas pašalinant šaudymo kampą. Norint naudoti inversiją, konverteris-1 yra užblokuotas, o keitiklis-2 tiekia apkrovos srovę.
Impulsai į keitiklį-2 taikomi po uždelsimo laiko. Vėlavimo laikas yra apie 10–20 ms. Kodėl mes taikome uždelsimo laiką tarp operacijos pakeitimo? Tai užtikrina patikimą tiristorių darbą. Jei konverteris-2 suveikia prieš visiškai išjungiant keitiklį-1, tarp keitiklių tekės didelis kiekis cirkuliuojančios srovės.
Yra daugybė valdymo schemų, leidžiančių sukurti apšvietimo kampą, kad dvigubas keitiklis veiktų be srovės. Šios valdymo schemos yra skirtos valdyti labai sudėtingas valdymo sistemas. Čia vienu metu veikia tik vienas keitiklis. Todėl galima naudoti tik vieną šaudymo kampo elementą. Toliau pateikiamos kelios pagrindinės schemos.
A) Keitiklio pasirinkimas pagal valdymo signalo poliškumą
B) Keitiklio pasirinkimas pagal apkrovos srovės poliškumą
C) Keitiklio pasirinkimas tiek valdymo įtampa, tiek apkrovos srove
2) Dvigubo keitiklio veikimas su cirkuliacine srove
Be cirkuliuojančio srovės keitiklio, tam reikia labai sudėtingos valdymo sistemos, o apkrovos srovė nėra nuolatinė. Norint įveikti šiuos sunkumus, yra dvigubas keitiklis, kuris gali veikti su cirkuliuojančia srove. Apriboti srovės reaktorius yra prijungtas tarp DC terminalų abiejų keitiklių. Abiejų keitiklių šaudymo kampas nustatomas taip, kad mažiausias cirkuliuojančios srovės srautas tekėtų per reaktorių. Kaip aptarta idealiame keitiklyje, cirkuliuojanti srovė yra lygi nuliui, jei ⍺ 1 + ⍺ 2 = 180⁰.
Tarkime, kad keitiklio-1 šaudymo kampas yra 60˚, tada keitiklio-2 šaudymo kampas turi būti 120˚. Atliekant šią operaciją, keitiklis-1 veiks kaip lygintuvas, o keitiklis-2 - kaip keitiklis. Taigi tokio tipo operacijose abu keitikliai vienu metu yra laidūs. Jei apkrovos srovė yra atvirkštinė, keitiklis, kuris veikia kaip lygintuvas, dabar veikia kaip keitiklis, o keitiklis, kuris naudojamas kaip keitiklis, dabar veikia kaip lygintuvas. Pagal šią schemą abu keitikliai veikia tuo pačiu metu. Taigi, tam reikia dviejų šaudymo kampo generatoriaus bloko.
Šios schemos privalumas yra tas, kad inverterio metu galime sklandžiai valdyti keitiklį. Schemos atsakas į laiką yra labai greitas. Normalus uždelsimo laikotarpis yra nuo 10 iki 20 ms, jei cirkuliuojančios srovės veikimas pašalinamas.
Šios schemos trūkumas yra tas, kad didelis reaktoriaus dydis ir kaina. Dėl cirkuliuojančios srovės galios koeficientas ir efektyvumas yra nedideli. Norint valdyti cirkuliuojančią srovę, reikalingi tiristoriai su dideliu srovės rodikliu.
Pagal apkrovos tipą naudojami vienfaziai ir trifaziai dvigubi keitikliai.
1) Vienfazis dvigubas keitiklis
Dvigubo keitiklio grandinės schema parodyta žemiau esančiame paveikslėlyje. Atskirai sužadintas nuolatinės srovės variklis naudojamas kaip apkrova. Abiejų keitiklių nuolatinės srovės gnybtai yra sujungti su armatūros apvijos gnybtais. Čia du vienfaziai pilno keitikliai yra sujungti atgal. Abu keitikliai tiekia bendrą apkrovą.
Šaudymo kampas konverteris-1 α 1 ir α 1 yra mažesnis nei 90˚. Taigi keitiklis-1 veikia kaip lygintuvas. Teigiamam pusiniam ciklui (0 <t <π) tiristoriai S1 ir S2 atliks, o neigiamam - ciklui (π <t <2π) - tiristoriai S3 ir S4. Atliekant šią operaciją, išėjimo įtampa ir srovė yra teigiami. Taigi, ši operacija yra žinoma kaip priekinio važiavimo operacija, o keitiklis veikia pirmajame kvadrante.
Keitiklio-2 šaudymo kampas yra 180 - α 1 = α 2, o α 2 yra didesnis nei 90˚. Taigi, keitiklis-2 veikia kaip keitiklis. Atliekant šią operaciją, apkrovos srovė išlieka ta pačia kryptimi. Išėjimo įtampos poliškumas yra neigiamas. Todėl keitiklis veikia ketvirtajame kvadrante. Ši operacija vadinama regeneraciniu stabdymu.
Nuolatinės srovės variklio sukimui atvirkščiai, keitiklis-2 veikia kaip lygintuvas, o keitiklis-1 - kaip keitiklis. Keitiklio-2 α 2 šaudymo kampas yra mažesnis nei 90˚. Alternatyvus įtampos šaltinis tiekia apkrovą. Atliekant šią operaciją, apkrovos srovė yra neigiama, o išėjimo vidutinė įtampa taip pat yra neigiama. Todėl konverteris-2 veikia trečiame kvadrante. Ši operacija yra žinoma kaip atvirkštinis važiavimas.
Atvirkštiniu režimu keitiklio-1 šaudymo kampas yra mažesnis nei 90 °, o keitiklio-2 - didesnis kaip 90 °. Taigi atliekant šią operaciją apkrovos srovė yra neigiama, tačiau vidutinė išėjimo įtampa yra teigiama. Taigi, konverteris-2 veikia antrame kvadrante. Ši operacija yra žinoma kaip atvirkštinis regeneracinis stabdymas.
Vienfazio dvigubo keitiklio bangos forma yra tokia, kaip parodyta žemiau esančiame paveikslėlyje.
2) Trifazis dvigubas keitiklis
Trifazio dvigubo keitiklio schema yra tokia, kaip parodyta žemiau esančiame paveikslėlyje. Čia du trifaziai keitikliai yra sujungti atgal. Veikimo principas yra toks pat kaip vienfazio dvigubo keitiklio.
Taigi taip suprojektuoti dvigubi keitikliai ir, kaip jau buvo pasakyta, jie paprastai naudojami kuriant grįžtamuosius nuolatinės srovės ar kintamo greičio nuolatinės srovės įrenginius didelės galios programose.