Преглед двоструких претварача

У претходном упутству видели смо како је дизајниран двоструки круг напајања, сада сазнајемо о двоструким претварачима, који истовремено могу претворити АЦ у ДЦ и ДЦ у АЦ. Као што и само име говори, двоструки претварач има два претварача, један претварач ради на исправљачу (претвара АЦ у ДЦ), а други претварач ради у облику претварача (претвара ДЦ у АЦ). Оба претварача су повезана леђима уз леђа заједничким оптерећењем као што је приказано на горњој слици. Да бисте сазнали више о исправљачу и претварачу, следите везе.

Зашто користимо дуални претварач? Ако само један претварач може да испоручи терет, зашто онда користимо два претварача? Ова питања се могу појавити и одговор ћете добити у овом чланку.

Овде имамо два претварача повезана позади. Захваљујући овој врсти везе, овај уређај може бити дизајниран за рад са четири квадранта. То значи да и напон оптерећења и струја оптерећења постају реверзибилни. Како је могућ рад четири квадрата у двоструком претварачу? То ћемо видети даље у овом чланку.

Генерално, двоструки претварачи се користе за реверзибилне једносмерне погоне или једносмерне погоне променљиве брзине. Користи се за апликације велике снаге.

Рад са четири квадранта у двоструком претварачу

Први квадрант: напон и струја позитивни.

Други квадрант: напон је позитиван, а струја негативна.

Трећи квадрант: напон и струја негативни.

Четврти квадрант: напон је негативан, а струја позитивна.

Од ова два претварача, први претварач ради у два квадранта у зависности од вредности угла паљења α. Овај претварач ради као исправљач када је вредност α мања од 90˚. У овој операцији претварач производи позитиван средњи напон оптерећења и струју оптерећења и ради у првом квадранту.

Када је вредност α већа од 90˚, овај претварач ради као претварач. У овој операцији претварач производи негативни просечни излазни напон и смер струје се не мења. Због тога струја оптерећења остаје позитивна. У првој операцији квадранта енергија се преноси са извора на терет, ау четвртој операцији квадранта енергија се преноси са терета на извор.

Слично томе, други претварач ради као исправљач када је угао паљења α мањи од 90˚, а ради као претварач када је угао паљења α већи од 90˚. Када овај претварач ради као исправљач, просечни излазни напон и струја су негативни. Дакле, ради у трећем квадранту и проток снаге је од оптерећења до извора. Овде се мотор окреће у обрнутом смеру. Када овај претварач ради као претварач, просечни излазни напон је позитиван, а струја негативна. Дакле, ради у другом квадранту и проток снаге је од оптерећења до извора.

Када је проток снаге од оптерећења до извора, мотор се понаша као генератор и то омогућава регенеративно ломљење.

Принцип

Да бисмо разумели принцип дуалног претварача, претпостављамо да су оба претварача идеална. То значи да они производе чисти излазни напон једносмерне струје, на излазним стезаљкама нема мрешкања. Поједностављени еквивалентни дијаграм двоструког претварача приказан је на доњој слици.

У горњој схеми кола претварач је претпостављен као контролисани извор једносмерног напона и повезан је у серију са диодом. Угао паљења претварача регулише се управљачким кругом. Дакле, једносмерни напони оба претварача су једнаки по величини и супротни по поларитету. Ово омогућава покретање струје у обрнутом смеру кроз терет.

Претварач који ради као исправљач назива се претварач позитивне групе, а други претварач који ради као претварач назива се претварач негативне групе.

Просечни излазни напон је функција угла пуцања. За једнофазни претварач и трофазни претварач, просечни излазни напон је у облику доњих једначина.

Е _ДЦ1 = Е _мак Цос⍺ ₁ Е _ДЦ2 = Е _мак Цос⍺ ₂

Где су α ₁ и α ₂ угао испаљивања претварача-1, односно претварача-2.

За једнофазни двоструки претварач, Е _мак = 2Е _м / π

За трофазни двоструки претварач, Е _мак = 3√3Е _м / π

Јер, идеалан претварач, Е _ДЦ = Е _ДЦ1 = -Е _ДЦ2 Е _мак Цос⍺ ₁ = -Е _мак Цос⍺ ₂ Цос⍺ ₁ = -Цос⍺ ₂ Цос⍺ ₁ = Цос (180⁰ - ⍺ ₂) ⍺ ₁ = 180⁰ - ⍺ ₂ ⍺ ₁ + ⍺ ₂ = 180⁰

Као што је горе речено, просечни излазни напон је функција угла пуцања. То значи да за жељени излазни напон треба да контролишемо угао паљбе. Контролно коло угла пуцања може се користити тако да ће се, када се промени управљачки сигнал Е _ц, угао паљбе α ₁ и α ₂ променити на такав начин да задовољава испод графикона.

Практични двоструки претварач

Практично не можемо претворити оба претварача као идеална претварача. Ако је угао пуцања претварача подешен тако да је ⍺ ₁ + ⍺ ₂ = 180⁰. У овом стању, просечни излазни напон оба претварача је једнак по величини, али супротан по поларитету. Али због таласног напона, не можемо тачно добити исти напон. Дакле, постоје тренутна разлика напона на ДЦ терминалима два конвертора који производе огромну око ирцулатинг струје између конвертора и који ће тећи кроз оптерећења.

Због тога је у практичном дуалном претварачу неопходно контролисати циркулациону струју. Постоје два начина управљања циркулационом струјом.

1) Рад без циркулишуће струје

2) Рад са циркулационом струјом

1) Двоструки рад претварача без циркулишуће струје

У овој врсти двоструког претварача само је један претварач у проводљивости, а други претварач је привремено блокиран. Дакле, истовремено ради један претварач и реактор није потребан између претварача. Рецимо да у одређеном тренутку претварач-1 делује као исправљач и даје струју оптерећења. Тренутно се претварач-2 блокира уклањањем угла пуцања. За рад инверзије, претварач-1 је блокиран, а претварач-2 даје струју оптерећења.

Импулси на претварач-2 примењују се после времена кашњења. Време кашњења је око 10 до 20 мс. Зашто примењујемо време кашњења између промене рада? Осигурава поуздан рад тиристора. Ако се претварач-2 активира пре него што се претварач-1 потпуно искључи, између претварача ће тећи велика количина циркулационе струје.

Постоји много управљачких шема за генерисање угла паљења за рад двоструког претварача без струје. Ове шеме управљања су дизајниране за рад врло софистицираних система управљања. Овде је у исто време само један претварач у проводљивости. Због тога је могуће користити само једну јединицу угла пуцања. У наставку је наведено неколико основних шема.

А) Избор претварача поларитетом управљачког сигнала

Б) Избор претварача по поларитету струје оптерећења

Ц) Избор претварача и управљачким напоном и струјом оптерећења

2) Двоструки рад претварача са циркулационом струјом

Без претварача циркулишуће струје потребан је врло софистицирани систем управљања и струја оптерећења није континуирана. Да би се превазишле ове потешкоће, постоји двоструки претварач који може радити са циркулишућом струјом. Ограничење струје реактор је повезан између ДЦ терминала оба претварача. Угао паљења оба претварача подешен је тако да минимална количина циркулишуће струје протиче кроз реактор. Као што је расправљено у идеалном претварачу, циркулишућа струја је нула ако је ⍺ ₁ + ⍺ ₂ = 180⁰.

Рецимо да је угао пуцања претварача-1 60˚, онда се угао пуцања претварача-2 мора одржавати на 120˚. У овој операцији претварач-1 ће радити као исправљач, а претварач-2 као претварач. Дакле, у овој врсти рада, истовремено су оба претварача у проводном стању. Ако је струја оптерећења обрнута, претварач који ради као исправљач сада ради као претварач, док претварач који ради као претварач сада ради као исправљач. У овој шеми оба претварача истовремено раде. Дакле, потребна су два агрегата за угао паљбе.

Предност ове шеме је у томе што у тренутку инверзије можемо добити несметан рад претварача. Временски одзив шеме је врло брз. Уобичајени период кашњења је 10 до 20 мсец у случају да се елиминише рад без струје.

Недостатак ове шеме је у томе што су величина и трошкови реактора високи. Због циркулационе струје, фактор снаге и ефикасност су ниски. За руковање циркулационом струјом потребни су тиристори са високом струјом.

Према врсти оптерећења користе се двофазни једнофазни и трофазни претварачи.

1) Једнофазни двоструки претварач

Шема кола двоструког претварача приказана је на доњој слици. Као оптерећење користи се засебно узбуђени једносмерни мотор. Истосмерне стезаљке оба претварача повезане су са стезаљкама намотаја арматуре. Овде су два једнофазна пуна претварача спојена уназад. Оба претварача дају заједничко оптерећење.

Угао пуцања претварача-1 је α _1, а α ₁ је мањи од 90˚. Стога претварач-1 делује као исправљач. За позитиван полуциклус (0 <т <π), тиристори С1 и С2 ће спровести, а за негативни полуциклус (π <т <2π), тиристори С3 и С4. У овој операцији, излазни напон и струја су позитивни. Дакле, ова операција је позната као погон мотором унапред и претварач ради у првом квадранту.

Угао пуцања претварача-2 је 180 - α ₁ = α _2, а α ₂ је већи од 90˚. Дакле, претварач-2 делује као претварач. У овом поступку струја оптерећења остаје у истом смеру. Поларитет излазног напона је негативан. Стога претварач ради у четвртом квадранту. Ова операција је позната као регенеративно кочење.

За обрнуто окретање једносмерног мотора претварач-2 делује као исправљач, а претварач-1 као претварач. Угао пуцања претварача-2 α ₂ је мањи од 90˚. Алтернативни извор напона напаја оптерећење. У овој операцији струја оптерећења је негативна, а излазни просечни напон је такође негативан. Према томе, претварач-2 ради у трећем квадранту. Ова операција је позната као обрнуто управљање мотором.

У обрнутом режиму рада, угао пуцања претварача-1 је мањи од 90˚, а угао пуцања претварача-2 већи је од 90˚. Дакле, у овој операцији струја оптерећења је негативна, али је просечни излазни напон позитиван. Дакле, претварач-2 ради у другом квадранту. Ова операција је позната као повратно регенеративно кочење.

Таласни облик једнофазног двоструког претварача приказан је на доњој слици.

2) Трофазни двоструки претварач

Шема кола трофазног двоструког претварача приказана је на доњој слици. Овде су два трофазна претварача спојена уназад. Принцип рада је исти као двофазни двофазни претварач.

Дакле, овако су дизајнирани двоструки претварачи и као што је већ речено, они се обично користе за изградњу реверзибилних ДЦ погона или ДЦ погона променљиве брзине у апликацијама велике снаге.