อิเล็กทรอนิกส์กำลัง - ตัวแปลงพัลส์

เฟสควบคุมคอนเวอร์เตอร์

ตัวแปลงที่ควบคุมเฟสจะแปลงพลังงาน AC เป็น DC (เปลี่ยนสาย) กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือใช้ในการแปลงความถี่คงที่และไฟฟ้ากระแสสลับคงที่เป็นเอาต์พุตแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงตัวแปร จะแสดงเป็น

  • Fixed Input - แรงดันไฟฟ้าความถี่และไฟฟ้ากระแสสลับ

  • Variable output - เอาต์พุตแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง

แรงดันไฟฟ้าขาเข้า AC ที่เข้าสู่ตัวแปลงโดยปกติจะอยู่ที่ RMS คงที่ (กำลังสองเฉลี่ยราก) และความถี่คงที่ การรวมไทริสเตอร์ที่ควบคุมเฟสไว้ในคอนเวอร์เตอร์ทำให้มั่นใจได้ว่าจะได้รับแรงดันเอาต์พุต DC แบบแปรผัน สิ่งนี้ทำได้โดยการเปลี่ยนมุมเฟสที่ไทริสเตอร์ถูกทริกเกอร์ เป็นผลให้ได้รูปคลื่นที่เร้าใจของกระแสโหลด

ในช่วงครึ่งรอบของการจ่ายอินพุตไทริสเตอร์จะมีอคติไปข้างหน้าและเปิดอยู่โดยใช้เกตพัลส์ที่เพียงพอ (ทริกเกอร์) กระแสจะเริ่มไหลเมื่อไทริสเตอร์เปิดอยู่นั่นคือที่จุดωt = αถึงจุดωt = β ในขณะที่กระแสโหลดลดลงเหลือศูนย์ไทริสเตอร์จะปิดการทำงานอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนสาย (ตามธรรมชาติ)

มีตัวแปลงไฟจำนวนมากที่ใช้การเปลี่ยนจากธรรมชาติ ซึ่ง ได้แก่ -

  • ตัวแปลง AC เป็น DC
  • ตัวแปลง AC เป็น AC
  • ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ
  • Cycloconverters

ตัวแปลงพลังงานข้างต้นจะอธิบายในบทถัดไปในบทช่วยสอนนี้

2- ตัวแปลงพัลส์

ตัวแปลงพัลส์ 2 เฟสหรือที่เรียกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามอดูเลเตอร์ความกว้างพัลส์ (PWM) ระดับ 2 ถูกใช้เพื่อสร้างพัลส์สำหรับตัวแปลงการมอดูเลตความกว้างพัลส์ที่ใช้พาหะ โดยใช้โทโพโลยีระดับสอง บล็อกนี้ควบคุมอุปกรณ์สวิตชิ่งเพื่อวัตถุประสงค์ในการควบคุมเช่น IGBT และ FET ที่มีอยู่ในตัวแปลงสามประเภท ได้แก่ -

  • 1 แขน (เฟสเดียวครึ่งสะพาน)
  • 2 แขน (เฟสเดียวสะพานเต็ม)
  • 3 แขน (สะพานสามเฟส)

สัญญาณอินพุตอ้างอิงในตัวแปลง 2 พัลส์ถูกเปรียบเทียบกับพาหะ หากสัญญาณอินพุตอ้างอิงมากกว่าพาหะพัลส์จะเท่ากับ 1 สำหรับอุปกรณ์ด้านบนและ 0 สำหรับอุปกรณ์ด้านล่าง

ในการควบคุมอุปกรณ์ที่มีเฟสเดียวฟูลบริดจ์ (แขน 2 ข้าง) จำเป็นต้องใช้การมอดูเลตความกว้างพัลส์แบบยูโพลาร์หรือสองขั้ว ในการมอดูเลตแบบ unipolar แขนทั้งสองข้างจะถูกควบคุมอย่างอิสระ สัญญาณอินพุตอ้างอิงที่สองถูกสร้างขึ้นภายในโดยการเปลี่ยนจุดอ้างอิงเริ่มต้น 180 °

เมื่อใช้ไบโพลาร์ PWM สถานะของอุปกรณ์สวิตชิ่งที่ต่ำกว่าในเฟสเดียวเฟสเดียวที่สองจะคล้ายกับสวิตช์บนในอุปกรณ์เฟสเดียวเฟสเดียว การใช้การมอดูเลตแบบขั้วเดียวจะนำไปสู่รูปคลื่น AC ที่ราบรื่นในขณะที่การมอดูเลตแบบสองขั้วส่งผลให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันน้อยลง

ตัวแปลง 3-Pulse

พิจารณาตัวแปลง 3 เฟส 3 พัลส์โดยที่ไทริสเตอร์แต่ละตัวอยู่ในโหมดการนำไฟฟ้าในช่วงที่สามของรอบการจ่าย เวลาแรกสุดที่ไทริสเตอร์ถูกกระตุ้นให้เกิดการนำไฟฟ้าอยู่ที่ 30 °ตามแรงดันไฟฟ้าเฟส

อธิบายการทำงานโดยใช้ไทริสเตอร์สามตัวและไดโอดสามตัว เมื่อไทริสเตอร์ T1, T2 และ T3 ถูกแทนที่ด้วยไดโอด D1, D2 และ D3 การนำไฟฟ้าจะเริ่มต้นที่มุม 30 °ตามแรงดันเฟส u an , u bnและ u cnตามลำดับ ดังนั้นมุมยิงαจึงถูกวัดเริ่มต้นที่ 30 °โดยอ้างอิงกับแรงดันไฟฟ้าเฟสที่สอดคล้องกัน

กระแสสามารถไหลในทิศทางเดียวผ่านไทริสเตอร์ซึ่งคล้ายกับโหมดอินเวอร์เตอร์ของการทำงานที่กระแสไฟไหลจากด้าน DC ไปยังด้าน AC นอกจากนี้แรงดันไฟฟ้าในไทริสเตอร์จะถูกควบคุมโดยการควบคุมมุมยิง สิ่งนี้ทำได้เมื่อα = 0 (เป็นไปได้ในวงจรเรียงกระแส) ดังนั้นตัวแปลง 3 พัลส์ทำหน้าที่เป็นอินเวอร์เตอร์และวงจรเรียงกระแส

6-Pulse Converter

รูปด้านล่างแสดงตัวแปลงควบคุมสะพานหกพัลส์ที่เชื่อมต่อกับแหล่งสัญญาณสามเฟส ในตัวแปลงนี้จำนวนพัลส์เป็นสองเท่าของเฟสนั่นคือp = 2m. ด้วยการใช้คอนฟิกูเรชันคอนเวอร์เตอร์เดียวกันคุณสามารถรวมสองบริดจ์ของหกพัลส์เพื่อให้ได้ตัวแปลงพัลส์สิบสองตัวขึ้นไป

เมื่อไม่มีการสับเปลี่ยนไดโอดสองตัวจะทำงานในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่ง นอกจากนี้เพื่อให้ได้แรงดันตกคร่อมโหลดไดโอดสองตัวจะต้องอยู่ในตำแหน่งที่ขาตรงข้ามของสะพาน ตัวอย่างเช่นไดโอด 3 และ 6 ไม่สามารถเปิดพร้อมกันได้ ดังนั้นแรงดันตกคร่อมโหลด DC คือการรวมกันของแรงดันไฟฟ้าแบบเส้น VL จากแหล่งจ่ายไฟสามเฟส

สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าจำนวนพัลส์มากขึ้นการใช้งานตัวแปลงก็จะมากขึ้น นอกจากนี้ยิ่งจำนวนพัลส์น้อยลงก็จะทำให้การใช้งานคอนเวอร์เตอร์น้อยลง