Energoelektronika - konwertery impulsów
Konwerter sterowany fazowo
Konwerter sterowany fazowo przekształca energię prądu przemiennego w prąd stały (komutowany w linii). Innymi słowy, jest używany do konwersji mocy prądu przemiennego o stałej częstotliwości i stałego napięcia na wyjście o zmiennym napięciu prądu stałego. Jest wyrażany jako
Fixed Input - Napięcie, częstotliwość i moc prądu przemiennego
Variable output - Wyjście napięcia stałego
Napięcie wejściowe AC, które trafia do przekształtnika, ma zwykle stałą wartość skuteczną (RMS) i stałą częstotliwość. Włączenie tyrystorów sterowanych fazowo do przekształtnika zapewnia uzyskanie zmiennego napięcia wyjściowego DC. Jest to możliwe dzięki zmianie kąta fazowego, przy którym wyzwalane są tyrystory. W rezultacie uzyskuje się pulsujący przebieg prądu obciążenia.
Podczas półcyklu zasilania wejściowego tyrystor jest w przewodzie polaryzacji i jest włączany przez zastosowanie wystarczającego impulsu bramki (wyzwalacza). Prąd zaczyna płynąć po włączeniu tyrystora, czyli w punkcie ωt = α do punktu ωt = β. Z chwilą spadku prądu obciążenia do zera tyrystor wyłącza się w wyniku komutacji (naturalnej) linii.
Istnieje wiele przetworników mocy, które wykorzystują naturalną komutację. Należą do nich -
- Przetwornice AC na DC
- Przetwornice AC na AC
- Kontrolery napięcia AC
- Cycloconverters
Powyższe konwertery mocy zostaną wyjaśnione w następnych rozdziałach tego samouczka.
2- Konwerter impulsów
Dwufazowy konwerter impulsów, znany również jako generator modulatora szerokości impulsu (PWM) poziomu 2, służy do generowania impulsów dla konwerterów z modulacją szerokości impulsu opartych na nośnej. Czyni to poprzez wykorzystanie topologii drugiego poziomu. Ten blok steruje urządzeniami przełączającymi do celów sterowania, takimi jak tranzystory IGBT i FET, które istnieją w trzech typach konwerterów, a mianowicie -
- 1 ramię (półmostek jednofazowy)
- 2 ramiona (jednofazowy pełny most)
- 3 ramiona (most trójfazowy)
Referencyjny sygnał wejściowy w konwerterze 2-impulsowym jest porównywany z nośną. Jeśli wejściowy sygnał odniesienia jest większy niż nośna, impuls jest równy 1 dla górnego urządzenia i 0 dla dolnego urządzenia.
W celu sterowania urządzeniem z jednofazowym mostkiem pełnym (2 ramiona) konieczne jest zastosowanie jednobiegunowej lub bipolarnej modulacji szerokości impulsu. W modulacji jednobiegunowej każde z dwóch ramion jest sterowane niezależnie. Drugi sygnał wejściowy odniesienia jest generowany wewnętrznie poprzez przesunięcie początkowego punktu odniesienia o 180 °
Po zastosowaniu dwubiegunowego PWM stan dolnego urządzenia przełączającego w drugim jednofazowym pełnym mostku jest podobny do górnego przełącznika w pierwszym jednofazowym urządzeniu z pełnym mostkiem. Stosowanie modulacji jednobiegunowej prowadzi do gładkich przebiegów prądu przemiennego, podczas gdy modulacja bipolarna skutkuje mniejszą zmiennością napięcia.
Konwerter 3-impulsowy
Rozważmy trójfazowy konwerter trójpulsowy, w którym każdy z tyrystorów jest w trybie przewodzenia podczas trzeciego cyklu zasilania. Najwcześniejszy moment włączenia tyrystora do przewodzenia następuje pod kątem 30 ° w odniesieniu do napięcia fazowego.
Jego działanie wyjaśniono za pomocą trzech tyrystorów i trzech diod. Gdy tyrystory T1, T2 i T3 zostaną zastąpione diodami D1, D2 i D3, przewodzenie rozpocznie się pod kątem 30 ° w stosunku do napięć fazowych odpowiednio u an , u bn i u cn . Dlatego kąt zapłonu α jest mierzony początkowo pod kątem 30 ° w odniesieniu do odpowiadającego mu napięcia fazowego.
Prąd może przepływać tylko w jednym kierunku przez tyrystor, co jest podobne do trybu pracy falownika, w którym moc przepływa ze strony DC na AC. Ponadto napięcie w tyrystorach jest kontrolowane przez sterowanie kątem zapłonu. Osiąga się to, gdy α = 0 (możliwe w prostowniku). Zatem konwerter 3-impulsowy działa jako falownik i prostownik.
Konwerter 6-impulsowy
Poniższy rysunek przedstawia sześciopulsowy konwerter sterowany mostkiem, podłączony do źródła trójfazowego. To znaczy, w tym konwerterze liczba impulsów jest dwukrotnie większa niż w przypadku fazp = 2m. Korzystając z tej samej konfiguracji konwertera, możliwe jest połączenie dwóch mostków sześciopulsowych w celu uzyskania konwertera dwunastu lub więcej impulsów.
Gdy komutacja nie jest dostępna, dwie diody będą przewodzić w dowolnym momencie. Ponadto, aby uzyskać spadek napięcia na obciążeniu, dwie diody muszą być umieszczone na przeciwległych nogach mostka. Na przykład diody 3 i 6 nie mogą świecić w tym samym czasie. Dlatego spadek napięcia na obciążeniu DC jest połączeniem napięcia sieciowego VL ze źródła trójfazowego.
Należy pamiętać, że im większa liczba impulsów, tym większe wykorzystanie konwertera. Ponadto im mniejsza liczba impulsów, tym mniejsze wykorzystanie konwertera.