- Çift Konvertörde Dört Bölgeli Çalışma
- Prensip
- Pratik Çift Dönüştürücü
- 1) Dolaşım Akımı Olmadan Çift Konvertör Çalışması
- 2) Sirkülasyon Akımı ile Çift Konvertör Çalışması
- 1) Tek Fazlı Çift Dönüştürücü
- 2) Üç Fazlı Çift Dönüştürücü
Önceki eğitimde, bir Çift Güç Kaynağı Devresinin nasıl tasarlandığını gördük, şimdi AC'yi DC'ye ve DC'yi AC'ye dönüştürebilen Çift Dönüştürücüler hakkında bilgi ediniyoruz. Adından da anlaşılacağı gibi Dual Converter iki dönüştürücüye sahiptir, bir dönüştürücü bir doğrultucu çalışır (AC'yi DC'ye dönüştürür) ve diğer dönüştürücü bir dönüştürücü olarak çalışır (DC'yi AC'ye dönüştürür). Her iki dönüştürücü, yukarıdaki resimde gösterildiği gibi ortak bir yük ile arka arkaya bağlanır. Doğrultucu ve İnvertör hakkında daha fazla bilgi edinmek için bağlantıları takip edin.
Neden çift dönüştürücüyü kullanıyoruz? Yükü yalnızca bir dönüştürücü sağlayabiliyorsa, neden iki dönüştürücü kullanıyoruz? Bu sorular ortaya çıkabilir ve cevabı bu makalede alacaksınız.
Burada arka arkaya bağlanan iki dönüştürücümüz var. Bu tür bir bağlantı nedeniyle, bu cihaz dört bölgeli çalışma için tasarlanabilir. Bu, hem yük voltajının hem de yük akımının tersine çevrilebilir hale geldiği anlamına gelir. İkili dönüştürücüde dört çeyrek çalışma nasıl mümkündür? Bu makalede daha fazla göreceğiz.
Genel olarak, çift dönüştürücüler, tersinir DC sürücüler veya değişken hızlı DC sürücüler için kullanılır. Yüksek güçlü uygulamalar için kullanılır.
Çift Konvertörde Dört Bölgeli Çalışma
Birinci kadran: gerilim ve akımın ikisi de pozitif.
İkinci kadran: voltaj pozitif ve akım negatiftir.
Üçüncü kadran: gerilim ve akımın ikisi de negatif.
Dördüncü kadran: voltaj negatif ve akım pozitiftir.
Bu iki dönüştürücüden ilk dönüştürücü, ateşleme açısının α değerine bağlı olarak iki çeyrekte çalışır. Bu dönüştürücü, α değeri 90˚'den küçük olduğunda doğrultucu olarak çalışır. Bu işlemde, dönüştürücü pozitif bir ortalama yük voltajı ve yük akımı üretir ve birinci çeyrekte çalışır .
Α değeri 90˚'den büyük olduğunda, bu dönüştürücü bir invertör olarak çalışır. Bu işlemde dönüştürücü, negatif ortalama çıkış voltajı üretir ve akımın yönü değişmez. Bu nedenle yük akımı pozitif kalır. Birinci kadran işleminde, enerji kaynaktan yüke aktarılır ve dördüncü kadran işleminde enerji, yükten kaynağa aktarılır.
Benzer şekilde, ikinci dönüştürücü, ateşleme açısı a 90'den küçük olduğunda bir redresör olarak çalışır ve ateşleme açısı a 90'den büyük olduğunda bir çevirici olarak çalışır. Bu dönüştürücü bir doğrultucu olarak çalıştığında, ortalama çıkış voltajı ve akımın her ikisi de negatiftir. Böylece üçüncü çeyrekte çalışır ve güç akışı yükten kaynağa olur. Burada motor ters yönde dönmektedir. Bu dönüştürücü bir invertör olarak çalıştığında, ortalama çıkış voltajı pozitif ve akım negatiftir. Böylece ikinci kadranda çalışır ve güç akışı yükten kaynağa doğrudur.
Güç akışı yükten kaynağa olduğunda, motor bir jeneratör gibi davranır ve bu rejeneratif kesmeyi mümkün kılar.
Prensip
İkili dönüştürücü prensibini anlamak için, her iki dönüştürücünün de ideal olduğunu varsayıyoruz. Bu, saf DC çıkış voltajı ürettikleri anlamına gelir, çıkış terminallerinde dalgalanma yoktur. İkili dönüştürücünün basitleştirilmiş eşdeğer diyagramı aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir.
Yukarıdaki devre şemasında, dönüştürücü, kontrol edilebilir bir DC voltaj kaynağı olarak kabul edilir ve diyotla seri olarak bağlanır. Dönüştürücülerin ateşleme açısı bir kontrol devresi tarafından düzenlenir. Bu nedenle, her iki dönüştürücünün DC gerilimleri büyüklük olarak eşit ve polaritede zıttır. Bu, yük boyunca akımı ters yönde sürmeyi mümkün kılar.
Doğrultucu olarak çalışan dönüştürücüye pozitif grup dönüştürücü, evirici olarak çalışan diğer dönüştürücü ise negatif grup dönüştürücü olarak adlandırılır.
Ortalama çıkış voltajı, ateşleme açısının bir fonksiyonudur. Tek fazlı invertör ve üç fazlı invertör için ortalama çıkış voltajı aşağıdaki denklemler şeklindedir.
E DC1 = E maks Cos⍺ 1 E DC2 = E maks Cos⍺ 2
Α 1 ve α 2, sırasıyla dönüştürücü-1 ve dönüştürücü-2'nin ateşleme açısıdır.
Tek fazlı çift dönüştürücü için, E maks = 2E m / π
Üç fazlı çift dönüştürücü için, E maks = 3√3E m / π
İdeal dönüştürücü için, E DC = E DC1 = -E DC2 E maks Cos⍺ 1 = -E maks Cos⍺ 2 Cos⍺ 1 = -Cos⍺ 2 Cos⍺ 1 = Cos (180⁰ - ⍺ 2) ⍺ 1 = 180⁰ - ⍺ 2 ⍺ 1 + ⍺ 2 = 180⁰
Yukarıda tartışıldığı gibi, ortalama çıkış voltajı, ateşleme açısının bir fonksiyonudur. İstenilen çıkış voltajı için ateşleme açısını kontrol etmemiz gerektiği anlamına gelir. Bir ateşleme açısı kontrol devresi kontrol sinyali e zaman, öyle ki kullanılabilir C değişikliği, α ateşleme açısı 1 ve α 2 Grafikte altında tatmin edecek şekilde değişecektir.
Pratik Çift Dönüştürücü
Pratik olarak her iki dönüştürücüyü de ideal bir dönüştürücü olarak kabul edemeyiz. Dönüştürücülerin ateşleme açıları ⍺ 1 + ⍺ 2 = 180⁰ olacak şekilde ayarlanmışsa. Bu durumda, her iki dönüştürücünün ortalama çıkış voltajı mm büyüklüğünde aynı, ancak kutupsal olarak zıttır. Ancak dalgalanma voltajı nedeniyle aynı voltajı tam olarak alamıyoruz. Böylece, çok büyük üreten iki dönüştürücü DC terminallerinde anlık voltaj farkı vardır C irculating akım dönüştürücüleri ve bu yük üzerinden akacaktır arasındadır.
Bu nedenle, pratik ikili dönüştürücüde, dolaşım akımını kontrol etmek gerekir. Dolaşan akımı kontrol etmek için iki Mod vardır.
1) Dolaşım akımı olmadan çalışma
2) Dolaşım akımı ile çalışma
1) Dolaşım Akımı Olmadan Çift Konvertör Çalışması
Bu tür ikili dönüştürücüde, yalnızca bir dönüştürücü iletim halindedir ve başka bir dönüştürücü geçici olarak engellenir. Bu nedenle, bir seferde bir dönüştürücü çalışır ve dönüştürücüler arasında reaktör gerekmez. Belirli bir anda, diyelim ki dönüştürücü-1 bir redresör görevi görür ve yük akımını sağlar. Bu anda dönüştürücü-2, ateşleme açısı kaldırılarak bloke edilir. Ters çevirme işlemi için, dönüştürücü-1 bloke edilir ve dönüştürücü-2, yük akımını sağlar.
Dönüştürücü-2'ye darbeler, bir gecikme süresinden sonra uygulanır. Gecikme süresi yaklaşık 10 ila 20 milisaniyedir. Neden operasyon değişikliği arasında gecikme süresi uyguluyoruz? Tristörlerin güvenli çalışmasını sağlar. Dönüştürücü-1 tamamen kapanmadan önce dönüştürücü-2'yi tetiklerse, dönüştürücüler arasında büyük miktarda dolaşım akımı akacaktır.
İkili dönüştürücünün akımsız çalışmasını dolaştırmak için bir ateşleme açısı oluşturmak için birçok kontrol şeması vardır. Bu kontrol şemaları, çok gelişmiş kontrol sistemlerini çalıştırmak için tasarlanmıştır. Burada, bir anda sadece bir dönüştürücü iletim halindedir. Bu nedenle, yalnızca bir ateşleme açısı ünitesi kullanmak mümkündür. Aşağıda birkaç temel şema listelenmiştir.
A) Kontrol sinyali polaritesi ile dönüştürücü seçimi
B) Yük akımı polaritesine göre dönüştürücü seçimi
C) Hem kontrol gerilimi hem de yük akımı ile dönüştürücü seçimi
2) Sirkülasyon Akımı ile Çift Konvertör Çalışması
Dolaşımlı akım dönüştürücü olmadan, çok gelişmiş bir kontrol sistemi gerektirir ve yük akımı sürekli değildir. Bu zorlukların üstesinden gelmek için, dolaşım akımı ile çalışabilen çift dönüştürücü bulunmaktadır. Her iki konvertörün DC terminalleri arasına bir akım sınırlayıcı reaktör bağlanır. Her iki dönüştürücünün ateşleme açısı, minimum dolaşım akımı miktarının reaktörden akacağı şekilde ayarlanır. İdeal invertörde tartışıldığı gibi, eğer ⍺ 1 + ⍺ 2 = 180⁰ ise dolaşım akımı sıfırdır.
Diyelim ki dönüştürücü-1'in ateşleme açısı 60˚, o zaman dönüştürücü-2'nin ateşleme açısı 120˚'de tutulmalıdır. Bu işlemde dönüştürücü-1 bir doğrultucu, dönüştürücü-2 ise bir evirici olarak çalışacaktır. Bu nedenle, bu tür bir işlemde, bir anda her iki dönüştürücü de iletken durumdadır. Yük akımı tersine çevrilirse, redresör olarak çalıştırılan konvertör şimdi bir invertör olarak çalışırken, invertör olarak çalıştırılan konvertör artık bir redresör olarak çalışmaktadır. Bu şemada, her iki dönüştürücü aynı anda hareket eder. Bu nedenle, iki ateşleme açısı jeneratör ünitesi gerektirir.
Bu şemanın avantajı, çevirme sırasında dönüştürücünün sorunsuz çalışmasını sağlayabilmemizdir. Planın zaman tepkisi çok hızlı. Dolaşımdaki akımsız çalışmanın ortadan kalkması durumunda normal gecikme süresi 10 ila 20 milisaniyedir.
Bu planın dezavantajı , reaktör boyutunun ve maliyetinin yüksek olmasıdır. Dolaşım akımı nedeniyle güç faktörü ve verimlilik düşüktür. Dolaşım akımının üstesinden gelmek için, yüksek akım derecelerine sahip tristörler gereklidir.
Yük tipine göre tek fazlı ve üç fazlı çift dönüştürücüler kullanılmaktadır.
1) Tek Fazlı Çift Dönüştürücü
İkili dönüştürücünün devre şeması aşağıdaki şekilde gösterilmektedir. Ayrı olarak uyarılmış bir DC motor, yük olarak kullanılır. Her iki dönüştürücünün DC terminalleri, armatür sargısının terminallerine bağlanır. Burada iki tek fazlı tam dönüştürücü arka arkaya bağlanır. Her iki dönüştürücü de ortak bir yük sağlar.
Dönüştürücü-1'in ateşleme açısı α 1'dir ve α 1 90˚'den küçüktür. Dolayısıyla, dönüştürücü-1 bir redresör görevi görür. Pozitif yarı döngü için (0 <t <π), tiristör S1 ve S2, negatif yarım döngü için (π <t <2π), tiristör S3 ve S4 iletilir. Bu işlemde hem çıkış voltajı hem de akım pozitiftir. Bu nedenle, bu işlem ileri sürüş işlemi olarak bilinir ve dönüştürücü ilk çeyrekte çalışır.
Dönüştürücü-2'nin ateşleme açısı 180 - α 1 = α 2 ve α 2 90˚'den büyük. Yani, dönüştürücü-2 bir invertör görevi görür. Bu işlemde yük akımı aynı yönde kalır. Çıkış voltajının polaritesi negatiftir. Bu nedenle, dönüştürücü dördüncü çeyrekte çalışır. Bu işlem rejeneratif frenleme olarak bilinir.
DC motorun ters dönüşü için, dönüştürücü-2 doğrultucu, dönüştürücü-1 ise bir dönüştürücü görevi görür. Dönüştürücü-2 α 2'nin ateşleme açısı 90˚'den azdır. Alternatif voltaj kaynağı, yükü besler. Bu işlemde yük akımı negatiftir ve çıkış ortalama voltajı da negatiftir. Bu nedenle, dönüştürücü-2 üçüncü çeyrekte çalışır. Bu işlem, ters sürüş olarak bilinir.
Ters işlemde, dönüştürücü-1'in ateşleme açısı 90˚'den az ve dönüştürücü-2'nin ateşleme açısı 90˚'den büyüktür. Yani bu işlemde yük akımı negatif ancak ortalama çıkış voltajı pozitiftir. Yani, dönüştürücü-2 ikinci çeyrekte çalışıyor. Bu işlem, ters rejeneratif frenleme olarak bilinir.
Tek fazlı çift dönüştürücünün dalga biçimi aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir.
2) Üç Fazlı Çift Dönüştürücü
Üç fazlı çift dönüştürücünün devre şeması aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir. Burada iki üç fazlı dönüştürücü arka arkaya bağlanır. Çalışma prensibi, tek fazlı çift dönüştürücü ile aynıdır.
Dolayısıyla, Çift Dönüştürücüler bu şekilde tasarlanır ve daha önce de söylendiği gibi, genellikle yüksek güçlü uygulamalarda tersine çevrilebilir DC sürücüler veya değişken hızlı DC sürücüler oluşturmak için kullanılırlar.