Силовая электроника - импульсные преобразователи
Фазовый преобразователь
Преобразователь с фазовым управлением преобразует переменный ток в постоянный ток (с коммутацией линии). Другими словами, он используется для преобразования мощности переменного тока с фиксированной частотой и фиксированным напряжением в выходное переменное напряжение постоянного тока. Это выражается как
Fixed Input - Напряжение, частота и мощность переменного тока
Variable output - выход постоянного напряжения
Входное переменное напряжение, которое подается на преобразователь, обычно имеет фиксированное среднеквадратичное значение (среднеквадратичное значение) и фиксированную частоту. Включение в преобразователь тиристоров с фазовым регулированием обеспечивает получение переменного выходного напряжения постоянного тока. Это стало возможным за счет изменения фазового угла, при котором тиристоры срабатывают. В результате получается пульсирующая форма волны тока нагрузки.
Во время полупериода входного питания тиристор находится в прямом смещении и включается подачей достаточного стробирующего импульса (триггера). Ток начинает течь после включения тиристора, то есть из точки ωt = α в точку ωt = β. В момент падения тока нагрузки до нуля тиристор выключается в результате линейной (естественной) коммутации.
Существует ряд преобразователей энергии, в которых используется естественная коммутация. К ним относятся -
- Преобразователи переменного тока в постоянный
- Преобразователи переменного тока в переменный
- Контроллеры переменного напряжения
- Cycloconverters
Вышеупомянутые преобразователи мощности будут объяснены в следующих главах этого руководства.
2- Импульсный преобразователь
Двухфазный импульсный преобразователь, также известный как генератор широтно-импульсной модуляции (ШИМ) уровня 2, используется для генерации импульсов для преобразователей с широтно-импульсной модуляцией, основанных на несущей. Это достигается за счет использования топологии второго уровня. Этот блок управляет коммутационными устройствами для целей управления, такими как IGBT и полевые транзисторы, которые существуют в трех типах преобразователей, а именно:
- 1 плечо (однофазный полумост)
- 2 плеча (однофазный полный мост)
- 3 плеча (трехфазный мост)
Опорный входной сигнал в 2-импульсном преобразователе сравнивается с несущей. Если опорный входной сигнал больше несущей, импульс равен 1 для верхнего устройства и 0 для нижнего устройства.
Для управления устройством с однофазным полным мостом (2 плеча) необходимо применять униполярную или биполярную широтно-импульсную модуляцию. При униполярной модуляции каждое из двух плеч управляется независимо. Второй опорный входной сигнал генерируется внутри за счет перехода в начальной точки отсчета на 180 °
Когда применяется биполярный ШИМ, состояние нижнего переключающего устройства во втором однофазном полном мосту аналогично верхнему переключателю в первом однофазном полном мостовом устройстве. Использование униполярной модуляции приводит к сглаживанию формы волны переменного тока, в то время как биполярная модуляция приводит к меньшему изменению напряжения.
3-импульсный преобразователь
Рассмотрим трехфазный трехимпульсный преобразователь, в котором каждый тиристор находится в режиме проводимости в течение третьей части цикла питания. Самый ранний момент, когда тиристор переводится в режим проводимости, - это угол 30 ° относительно фазного напряжения.
Его работа объясняется использованием трех тиристоров и трех диодов. Когда тиристоры T1, T2 и T3 заменяются диодами D1, D2 и D3, проводимость начинается под углом 30 ° по отношению к фазным напряжениям u an , u bn и u cn соответственно. Следовательно, угол открытия α сначала измеряется при 30 ° относительно соответствующего ему фазного напряжения.
Ток может течь через тиристор только в одном направлении, что аналогично режиму работы инвертора, когда мощность течет со стороны постоянного тока на сторону переменного тока. Кроме того, напряжение в тиристорах регулируется углом зажигания. Это достигается при α = 0 (возможно в выпрямителе). Таким образом, 3-импульсный преобразователь действует как инвертор и выпрямитель.
6-импульсный преобразователь
На рисунке ниже показан шестиимпульсный преобразователь с мостовым управлением, подключенный к трехфазному источнику. В этом преобразователе количество импульсов вдвое больше, чем фаз, то естьp = 2m. Используя ту же конфигурацию преобразователя, можно объединить два моста шестиимпульсного преобразователя, чтобы получить преобразователь из двенадцати или более импульсов.
Когда коммутация недоступна, два диода будут работать в любой момент времени. Кроме того, чтобы получить падение напряжения на нагрузке, два диода должны быть расположены на противоположных сторонах моста. Например, диоды 3 и 6 не могут быть включены одновременно. Следовательно, падение напряжения на нагрузке постоянного тока представляет собой комбинацию линейного напряжения VL от трехфазного источника.
Важно отметить, что чем больше количество импульсов, тем выше коэффициент использования преобразователя. Кроме того, чем меньше количество импульсов, тем меньше коэффициент использования преобразователя.