Leistungselektronik - Impulswandler
Phasengesteuerter Wandler
Ein phasengesteuerter Wandler wandelt Wechselstrom in Gleichstrom um (netzkommutiert). Mit anderen Worten wird es bei der Umwandlung von Wechselstrom mit fester Frequenz und fester Spannung in einen Ausgang mit variabler Gleichspannung verwendet. Es wird ausgedrückt als
Fixed Input - Spannung, Frequenz und Wechselstrom
Variable output - Gleichspannungsausgang
Die Wechselstromeingangsspannung, die in einen Wandler fließt, liegt normalerweise bei festem Effektivwert (quadratischer Mittelwert) und fester Frequenz. Der Einbau phasengesteuerter Thyristoren in den Wandler stellt sicher, dass eine variable DC-Ausgangsspannung erhalten wird. Dies wird durch Ändern des Phasenwinkels ermöglicht, unter dem die Thyristoren ausgelöst werden. Dadurch wird eine pulsierende Wellenform des Laststroms erhalten.
Während der Eingangsversorgungshalbzyklus befindet sich der Thyristor in Vorwärtsrichtung und wird durch Anlegen eines ausreichenden Gate-Impulses (Trigger) eingeschaltet. Der Strom beginnt zu fließen, sobald der Thyristor eingeschaltet wurde, dh an einem Punkt ωt = α bis zum Punkt ωt = β. In dem Moment, in dem der Laststrom auf Null abfällt, schaltet sich der Thyristor aufgrund einer (natürlichen) Leitungskommutierung aus.
Es gibt eine Reihe von Stromrichtern, die natürliche Kommutierung verwenden. Dazu gehören -
- AC / DC-Wandler
- AC / AC-Wandler
- Wechselspannungsregler
- Cycloconverters
Die oben genannten Stromrichter werden in den nächsten Kapiteln dieses Tutorials erläutert.
2- Impulswandler
Ein 2-Phasen-Impulswandler, auch als PWM-Generator (Level 2 Pulsweitenmodulator) bekannt, wird verwendet, um Impulse für Impulsbreitenmodulationswandler zu erzeugen, die trägerbasiert sind. Dazu wird die Topologie der zweiten Ebene verwendet. Dieser Block steuert Schaltgeräte für Steuerzwecke wie IGBTs und FETs, die in drei Arten von Wandlern existieren, nämlich -
- 1 Arm (einphasige Halbbrücke)
- 2 Arme (einphasige Vollbrücke)
- 3 Arme (Dreiphasenbrücke)
Das Referenzeingangssignal in einem 2-Puls-Wandler wird mit einem Träger verglichen. Wenn das Referenzeingangssignal größer als der Träger ist, ist der Impuls für das obere Gerät gleich 1 und für das untere Gerät gleich 0.
Um ein Gerät mit einer einphasigen Vollbrücke (2 Arme) zu steuern, muss eine unipolare oder bipolare Pulsweitenmodulation angewendet werden. Bei der unipolaren Modulation wird jeder der beiden Arme unabhängig voneinander gesteuert. Ein zweites Referenzeingangssignal wird intern durch eine Verschiebung des anfänglichen Referenzpunkts um 180 ° erzeugt
Wenn die bipolare PWM angewendet wird, ist der Zustand der unteren Schaltvorrichtung in der zweiten einphasigen Vollbrücke ähnlich dem oberen Schalter in der ersten einphasigen Vollbrückenvorrichtung. Die Verwendung einer unipolaren Modulation führt zu glatten Wechselstromwellenformen, während die bipolare Modulation zu einer weniger variierenden Spannung führt.
3-Puls-Wandler
Stellen Sie sich einen dreiphasigen 3-Impuls-Wandler vor, bei dem sich jeder Thyristor während des dritten Versorgungszyklus im Leitungsmodus befindet. Der früheste Zeitpunkt, zu dem ein Thyristor in die Leitung ausgelöst wird, liegt bei 30 ° in Bezug auf die Phasenspannung.
Die Funktionsweise wird anhand von drei Thyristoren und drei Dioden erläutert. Wenn die Thyristoren T1, T2 und T3 durch die Dioden D1, D2 und D3 ersetzt werden, beginnt die Leitung unter einem Winkel von 30 ° in Bezug auf die Phasenspannungen u an , u bn bzw. u cn . Daher wird der Zündwinkel α zunächst bei 30 ° bezogen auf die ihm entsprechende Phasenspannung gemessen.
Der Strom kann nur in einer Richtung durch den Thyristor fließen, was der Funktionsweise des Wechselrichters ähnelt, bei der Strom von der Gleichstromseite zur Wechselstromseite fließt. Zusätzlich wird die Spannung in den Thyristoren durch Steuern des Zündwinkels gesteuert. Dies wird erreicht, wenn α = 0 ist (in einem Gleichrichter möglich). Somit wirkt der 3-Puls-Wandler als Wechselrichter und Gleichrichter.
6-Puls-Wandler
Die folgende Abbildung zeigt einen brückengesteuerten Sechs-Puls-Wandler, der an eine dreiphasige Quelle angeschlossen ist. In diesem Wandler ist die Anzahl der Impulse doppelt so groß wie die der Phasenp = 2m. Bei Verwendung derselben Wandlerkonfiguration ist es möglich, zwei Brücken des Sechsimpulses zu kombinieren, um einen Wandler mit zwölf oder mehr Impulsen zu erhalten.
Wenn keine Kommutierung verfügbar ist, leiten zwei Dioden zu einem bestimmten Zeitpunkt. Um einen Spannungsabfall über der Last zu erhalten, müssen sich außerdem zwei Dioden an gegenüberliegenden Schenkeln der Brücke befinden. Beispielsweise können die Dioden 3 und 6 nicht gleichzeitig eingeschaltet sein. Daher ist der Spannungsabfall über der Gleichstromlast eine Kombination der Netzspannung VL von der Dreiphasenquelle.
Es ist wichtig zu beachten, dass die Auslastung des Wandlers umso größer ist, je mehr Impulse vorhanden sind. Außerdem ist die Auslastung des Wandlers umso geringer, je geringer die Anzahl der Impulse ist.