- 3 Fazlı İnvertör Çalışması
- A) Üç Fazlı İnvertör - 180 Derece İletim Modu
- A) Üç Fazlı İnvertör - 120 Derece İletim Modu
İnvertörü hepimiz biliyoruz - bu, DC'yi AC'ye dönüştüren bir cihazdır. Daha önce farklı tipte invertörler hakkında bilgi edindik ve tek fazlı 12v ila 220v arasında bir invertör yaptık. 3 Fazlı İnvertör, DC voltajını 3 Fazlı AC beslemesine dönüştürür. Bu eğitimde, Üç Fazlı İnvertör ve çalışması hakkında bilgi edineceğiz, ancak daha ileri gitmeden önce üç fazlı hattın voltaj dalga formlarına bir göz atalım. Yukarıdaki devrede, dirençli bir yüke üç fazlı bir hat bağlanır ve yük, hattan güç çeker. Her faz için voltaj dalga formlarını çizersek, o zaman şekilde gösterildiği gibi bir grafiğe sahip oluruz. Grafikte, üç voltaj dalga formunun birbirleriyle 120º faz dışı olduğunu görebiliriz.
Bu yazımızda DC'den 3 faza AC dönüştürücü olarak kullanılan 3 Fazlı İnvertör Devresini tartışacağız. Günümüzde bile değişen yükler için tamamen sinüzoidal bir dalga formu elde etmenin son derece zor olduğunu ve pratik olmadığını unutmayın. Bu yüzden burada, pratik 3 fazlı invertör ile ilgili tüm sorunları ihmal ederek ideal bir üç fazlı dönüştürücü devresinin çalışmasını tartışacağız.
3 Fazlı İnvertör Çalışması
Şimdi 3 Fazlı İnvertör Devresine ve ideal basitleştirilmiş biçimine bakalım.
Aşağıda, tristörler ve diyot kullanılarak tasarlanmış üç fazlı bir inverter devre şeması bulunmaktadır (voltaj yükselmesi koruması için)
Aşağıda, yalnızca anahtarlar kullanılarak tasarlanmış üç fazlı bir inverter devre şeması bulunmaktadır. Gördüğünüz gibi, bu altı mekanik anahtar kurulumu, hantal tristör devresinden çok çalışan 3 fazlı invertörü anlamada daha kullanışlıdır.
Burada yapacağımız şey, dirençli yük için üç fazlı voltaj çıkışı elde etmek için bu altı anahtarı açık ve simetrik olarak kapatmaktır. İstenilen sonucu elde etmek için anahtarları tetiklemenin iki olası yolu vardır, bunlardan biri anahtarların 180 °, diğeri ise yalnızca 120 ° için çalışır. Her bir kalıbı aşağıda tartışalım:
A) Üç Fazlı İnvertör - 180 Derece İletim Modu
İdeal devre, bölüm bir, bölüm iki ve bölüm üç olmak üzere üç bölüme ayrılmadan önce çizilir ve bu gösterimi makalenin sonraki bölümünde kullanacağız. Birinci bölüm bir çift S1 ve S2 anahtarından, ikinci bölüm S3 ve S4 anahtar çiftinden ve üçüncü bölüm ise S5 & S6 anahtar çiftinden oluşmaktadır. Herhangi bir zamanda, aynı segmentteki her iki anahtar da asla kapatılmamalıdır, çünkü bu, tüm kurulumun başarısız olmasına neden olan akü kısa devrelerine yol açar, bu nedenle bu senaryodan her zaman kaçınılmalıdır.
Şimdi ideal devrenin ilk segmentindeki S1 anahtarını kapatarak anahtarlama dizisine başlayalım ve başlangıcı 0º olarak adlandıralım. Seçilen iletim süresi 180º olduğundan, S1 anahtarı 0º ile 180º arasında kapatılacaktır.
Ancak, birinci fazın 120'sinden sonra, ikinci faz da üç fazlı voltaj grafiğinde görüldüğü gibi pozitif bir döngüye sahip olacaktır, bu nedenle S3 anahtarı, S1'den sonra kapatılacaktır. Bu S3 de 180 ° daha kapalı tutulacak. Yani S3, 120º'den 300'ye kapanacak ve ancak 300º sonra açılacaktır.
Benzer şekilde, makalenin başındaki grafikte gösterildiği gibi, üçüncü aşama da 120º ikinci aşama pozitif döngüsünden sonra pozitif bir döngüye sahiptir. Dolayısıyla, S5 anahtarı 120º S3 kapatıldıktan sonra, yani 240º kapatılacaktır. Anahtar kapatıldığında, açılmadan önce 180 ° gelmek üzere kapalı tutulacak, bununla birlikte S5, 240º'den 60º'ye (ikinci döngü) kapanacaktır.
Şimdiye kadar, tek yaptığımız, üst katman anahtarları kapatıldıktan sonra iletimin yapıldığını, ancak devreden akım akışının tamamlanması gerektiğini varsaymaktı. Ayrıca, aynı segmentteki her iki anahtarın da asla aynı anda kapalı olmaması gerektiğini unutmayın; bu nedenle, bir anahtar kapalıysa, diğerinin açık olması gerekir.
Yukarıdaki her iki koşulu da karşılamak için, S2, S4 ve S6'yı önceden belirlenmiş bir sırayla kapatacağız. Yani, sadece S1 açıldıktan sonra S2'yi kapatmamız gerekecek. Benzer şekilde, S3 300º'de açıldıktan sonra S4 kapanacak ve aynı şekilde S6, S5 iletim döngüsünü tamamladıktan sonra kapanacaktır. Aynı segmentin anahtarları arasındaki bu geçiş döngüsü aşağıdaki şekilde görülebilir. Burada S2 S1'i, S4 S3'ü ve S6 S5'i takip eder.
Bu simetrik anahtarlamayı takip ederek, grafikte gösterilen istenen üç fazlı gerilimi elde edebiliriz. Yukarıdaki tabloda başlangıç anahtarlama sırasını doldurursak, aşağıdaki gibi 180º iletim modu için tam bir anahtarlama modeline sahip oluruz.
Yukarıdaki tablodan şunu anlayabiliriz:
0-60 arası: S1, S4 ve S5 kapatılır ve kalan üç anahtar açılır.
60-120: S1, S4 ve S6 kapatılır ve kalan üç anahtar açılır.
120-180: S1, S3 ve S6 kapatılır ve kalan üç anahtar açılır.
Ve geçiş sırası bu şekilde devam ediyor. Şimdi, akım akışını ve voltaj parametrelerini daha iyi anlamak için her adım için basitleştirilmiş devreyi çizelim.
Adım 1: (0-60 için) S1, S4 ve S5, kalan üç anahtar açıkken kapatılır. Böyle bir durumda basitleştirilmiş devre aşağıda gösterildiği gibi olabilir.
Yani 0 ila 60: Vao = Vco = Vs / 3; Vbo = -2Vs / 3
Bunları kullanarak hat voltajlarını şu şekilde türetebiliriz:
Vab = Vao - V bo = Vs Vbc = Vbo - Vco = -Vs Vca = Vco - Vao = 0
Adım 2: (60 ila 120 için) S1, S4 ve S6, kalan üç anahtar açıkken kapalıdır. Böyle bir durumda basitleştirilmiş devre aşağıda gösterildiği gibi olabilir.
Yani 60 ila 120 için: Vbo = Vco = -Vs / 3; Vao = 2Vs / 3
Bunları kullanarak hat voltajlarını şu şekilde türetebiliriz:
Vab = Vao - Vbo = Vs Vbc = Vbo - Vco = 0 Vca = Vco - Vao = -Vs
Adım 3: (120 ila 180 için) S1, S3 ve S6, kalan üç anahtar açıkken kapalıdır. Böyle bir durumda basitleştirilmiş devre aşağıdaki gibi çizilebilir.
Yani 120 ila 180 için: Vao = Vbo = Vs / 3; Vco = -2Vs / 3
Bunları kullanarak hat voltajlarını şu şekilde türetebiliriz:
Vab = Vao - V bo = 0 Vbc = Vbo - Vco = Vs Vca = Vco - Vao = -Vs
Benzer şekilde, sıradaki sonraki adımlar için faz voltajlarını ve hat voltajlarını türetebiliriz. Ve aşağıdaki şekilde gösterilebilir:
A) Üç Fazlı İnvertör - 120 Derece İletim Modu
120º modu, her bir anahtarın kapanma süresinin daha önce 180 olan 120'ye düşürülmesi dışında tüm açılardan 180º'ye benzer.
Her zamanki gibi, ilk segmentteki S1 anahtarını kapatarak anahtarlama sırasına başlayalım ve 0º başlangıç numarası olalım. Seçilen iletim süresi 120º olduğundan, S1 anahtarı 120º sonra açılacaktır, bu nedenle S1 0º'den 120'ye kapatılmıştır.
Sinüzoidal sinyalin yarım döngüsü 0'dan 180º'ye gittiğinden, kalan süre boyunca S1 açık olacak ve yukarıdaki gri alanla temsil edilecektir.
Şimdi, birinci aşamanın 120 ° 'lik kısmından sonra, ikinci aşama da daha önce belirtildiği gibi pozitif bir döngüye sahip olacaktır, bu nedenle S3 anahtarı S1'den sonra kapatılacaktır. Bu S3 ayrıca 120º daha kapalı tutulacaktır. Yani S3, 120º'den 240º'ye kapatılacak.
Benzer şekilde, üçüncü faz da 120º ikinci faz pozitif döngüsünden sonra pozitif bir döngüye sahiptir, bu nedenle S5 anahtarı 120º S3 kapanmasından sonra kapanacaktır. Anahtar kapatıldıktan sonra, açılmadan önce 120º gelmek üzere kapalı tutulacak ve bununla birlikte S5 anahtarı 240º'den 360º'ye kadar kapanacaktır.
Bu simetrik anahtarlama döngüsü, istenen üç fazlı gerilime ulaşmak için devam edecektir. Yukarıdaki tabloda başlangıç ve bitiş anahtarlama sırasını doldurursak, aşağıdaki gibi 120º iletim modu için tam bir anahtarlama modeline sahip oluruz.
Yukarıdaki tablodan şunu anlayabiliriz:
0-60 arasında: S1 ve S4, kalan anahtarlar açılırken kapanır.
60-120: S1 ve S6 kapatılırken kalan anahtarlar açılır.
120-180: S3 ve S6, kalan anahtarlar açıkken kapatılır.
180-240 arası: S2 ve S3 kapatılırken kalan anahtarlar açılır
240-300'den: S2 ve S5 kapatılırken kalan anahtarlar açılır
300-360: S4 ve S5 kapanır, kalan anahtarlar açılır
Ve bu adımlar dizisi böyle devam ediyor. Şimdi 3 Fazlı İnvertör devresinin akım akışını ve voltaj parametrelerini daha iyi anlamak için her adım için basitleştirilmiş devreyi çizelim.
Adım 1: (0-60 için) S1, S4, kalan dört anahtar açıkken kapalıdır. Böyle bir durumda basitleştirilmiş devre aşağıdaki gibi gösterilebilir.
Yani 0 ila 60: Vao = Vs / 2, Vco = 0; Vbo = -Vs / 2
Bunları kullanarak hat voltajlarını şu şekilde türetebiliriz:
Vab = Vao - V bo = Vs Vbc = Vbo - Vco = -Vs / 2 Vca = Vco - Vao = -Vs / 2
Adım 2: (60 ila 120 için) S1 ve S6, kalan anahtarlar açıkken kapalıdır. Böyle bir durumda basitleştirilmiş devre aşağıdaki gibi gösterilebilir.
Yani 60-120 için: Vbo = 0, Vco = -Vs / 2 & Vao = Vs / 2
Bunları kullanarak hat voltajlarını şu şekilde türetebiliriz:
Vab = Vao - Vbo = Vs / 2 Vbc = Vbo - Vco = Vs / 2 Vca = Vco - Vao = -Vs
Adım 3: (120 ila 180 için) S3 ve S6, kalan anahtarlar açıkken kapalıdır. Böyle bir durumda basitleştirilmiş devre aşağıdaki gibi gösterilebilir.
Yani 120 ila 180 için: Vao = 0, Vbo = Vs / 2 & Vco = -Vs / 2
Bunları kullanarak hat voltajlarını şu şekilde türetebiliriz:
Vab = Vao - V bo = -Vs / 2 Vbc = Vbo - Vco = Vs Vca = Vco - Vao = -Vs / 2
Benzer şekilde, sonraki adımlar için faz voltajlarını ve hat voltajlarını türetebiliriz. Ve tüm adımlar için bir grafik çizersek, aşağıdaki gibi bir şey elde ederiz.
Hem 180º hem de 120º anahtarlama durumlarının çıkış grafiklerinde, üç çıkış terminalinde alternatif bir üç fazlı voltaj elde ettiğimiz görülmektedir. Çıkış dalga biçimi saf bir sinüs dalgası olmamasına rağmen, üç fazlı voltaj dalga biçimine benziyordu. Bu, 3 fazlı inverterin çalışmasını anlamak için basit bir ideal devre ve yaklaşık dalga formudur. Tristörler, anahtarlama, kontrol ve koruma devresi kullanarak bu teoriye dayalı bir çalışma modeli tasarlayabilirsiniz.