Trofazni krug pretvarača

Svi znamo o pretvaraču - to je uređaj koji pretvara istosmjernu struju u izmjeničnu. I prethodno smo naučili o različitim vrstama pretvarača i izgradili jednofazni pretvarač od 12 do 220 v. Trofazni pretvarač pretvara istosmjerni napon u trofazni AC napon. Ovdje ćemo u ovom tutorialu naučiti o trofaznom pretvaraču i njegovom radu, ali prije nego što nastavimo, pogledajmo naponske valove trofazne linije. U gore navedenom krugu trofazni vod spojen je na otporno opterećenje i teret crpi energiju iz voda. Ako za svaku fazu nacrtamo valne oblike napona, imat ćemo grafikon kao što je prikazano na slici. Na grafikonu možemo vidjeti da su tri naponska valna oblika međusobno izvan faze za 120 °.

U ovom ćemo članku razgovarati o 3-faznom krugu pretvarača koji se koristi kao pretvarač izmjeničnog napona u trofazni. Ne zaboravite da je čak i u moderno doba postizanje potpuno sinusnog oblika valova za različita opterećenja izuzetno teško i nije praktično. Dakle, ovdje ćemo razgovarati o radu idealnog sklopa trofaznog pretvarača zanemarujući sva pitanja vezana uz praktični trofazni pretvarač.

3-fazni pretvarač radi

Pogledajmo sada 3-fazni krug pretvarača i njegov idealni pojednostavljeni oblik.

Ispod je dijagram kruga trofaznog pretvarača dizajniran pomoću tiristora i diode (za zaštitu od napona)

A ispod je shema trofaznog pretvarača dizajnirana pomoću samo prekidača. Kao što vidite, ovo postavljanje šest mehaničkih sklopki korisnije je za razumijevanje rada 3-faznog pretvarača od nezgrapnog tiristorskog kruga.

Ono što ćemo ovdje učiniti je otvaranje i simetrično zatvaranje ovih šest prekidača kako bi se dobio trofazni izlazni napon za otporno opterećenje. Postoje dva moguća načina za pokretanje prekidača kako bi se postigao željeni rezultat, jedan u kojem prekidači rade za 180 °, a drugi u kojima prekidači vode samo za 120 °. Razmotrimo svaki obrazac u nastavku:

A) Trofazni pretvarač - način provođenja od 180 stupnjeva

Izvučen je idealan sklop prije nego što se može podijeliti u tri segmenta, naime segment jedan, segment dva i segment tri, a mi ćemo ih upotrijebiti u kasnijem odjeljku članka. Segment jedan sastoji se od para sklopki S1 i S2, segment dva sastoji se od sklopnog para S3 i S4, a segment tri sastoji se od sklopnog para S5 i S6. U bilo kojem trenutku obje sklopke u istom segmentu nikada ne smiju biti zatvorene, jer to dovodi do kratkog spoja baterije koji otkazuje cijelu postavku, pa ovaj scenarij treba izbjegavati u svakom trenutku.

Sada započnimo s prebacivanjem slijeda zatvaranjem prekidača S1 u prvom segmentu idealnog kruga i označimo početak kao 0º. Budući da je odabrano vrijeme provođenja 180º, prekidač S1 bit će zatvoren od 0º do 180º.

Ali nakon 120 ° prve faze, druga faza također će imati pozitivan ciklus kao što se vidi na trofaznom grafikonu napona, pa će sklopka S3 biti zatvorena nakon S1. Ovaj S3 također će biti zatvoren još 180 °. Dakle, S3 će biti zatvoren sa 120º na 300º i bit će otvoren tek nakon 300º.

Slično tome, treća faza također ima pozitivan ciklus nakon 120º pozitivnog ciklusa druge faze, kao što je prikazano na grafikonu na početku članka. Tako će se prekidač S5 zatvoriti nakon 120 ° S3 zatvaranja, tj. 240 °. Nakon zatvaranja prekidač će se držati zatvorenim za 180 ° prije otvaranja, s tim da će S5 biti zatvoren s 240º na 60º (drugi ciklus).

Do sada smo sve što smo radili pretpostavljali da je provođenje izvedeno kad se sklopke gornjeg sloja zatvore, ali za strujni tok iz kruga mora biti dovršen. Također, imajte na umu da obje sklopke u istom segmentu ne smiju biti istovremeno u zatvorenom, pa ako je jedan prekidač zatvoren, drugi mora biti otvoren.

Da bismo zadovoljili gornja oba uvjeta, zatvorit ćemo S2, S4 i S6 unaprijed određenim redoslijedom. Dakle, tek nakon što se otvori S1, morat ćemo zatvoriti S2. Slično tome, S4 će se zatvoriti nakon što se S3 otvori na 300 °, a na isti način S6 će se zatvoriti nakon što S5 završi ciklus provođenja. Ovaj ciklus prebacivanja između prekidača istog segmenta može se vidjeti ispod slike. Ovdje S2 slijedi S1, S4 slijedi S3, a S6 slijedi S5.

Slijedeći ovo simetrično prebacivanje možemo postići željeni trofazni napon prikazan na grafikonu. Ako popunimo početni redoslijed prebacivanja u gornjoj tablici, imat ćemo cjeloviti obrazac prebacivanja za način provođenja od 180º kao što je prikazano dolje.

Iz gornje tablice možemo razumjeti da:

Od 0-60: S1, S4 i S5 se zatvaraju, a preostale tri sklopke se otvaraju.

Od 60-120: S1, S4 i S6 se zatvaraju, a preostale tri sklopke se otvaraju.

Od 120-180: S1, S3 i S6 se zatvaraju, a preostale tri sklopke se otvaraju.

I slijed prebacivanja tako ide dalje. Sada nacrtajmo pojednostavljeni krug za svaki korak kako bismo bolje razumjeli trenutne parametre protoka i napona.

Korak 1: (za 0-60) S1, S4 i S5 su zatvoreni dok su preostale tri sklopke otvorene. U takvom slučaju pojednostavljeni sklop može biti kao što je prikazano dolje.

Dakle za 0 do 60: Vao = Vco = Vs / 3; Vbo = -2Vs / 3

Pomoću njih možemo izvesti linijske napone kao:

Vab = Vao - V bo = Vs Vbc = Vbo - Vco = -Vs Vca = Vco - Vao = 0

Korak 2: (za 60 do 120) S1, S4 i S6 su zatvoreni, dok su preostale tri sklopke otvorene. U takvom slučaju pojednostavljeni sklop može biti kao što je prikazano dolje.

Dakle, za 60 do 120: Vbo = Vco = -Vs / 3; Vao = 2Vs / 3

Pomoću njih možemo izvesti linijske napone kao:

Vab = Vao - Vbo = Vs Vbc = Vbo - Vco = 0 Vca = Vco - Vao = -Vs

Korak 3: (za 120 do 180) S1, S3 i S6 su zatvoreni, dok su preostale tri sklopke otvorene. U takvom se slučaju pojednostavljeni sklop može nacrtati kao dolje.

Dakle za 120 do 180: Vao = Vbo = Vs / 3; Vco = -2Vs / 3

Pomoću njih možemo izvesti linijske napone kao:

Vab = Vao - V bo = 0 Vbc = Vbo - Vco = Vs Vca = Vco - Vao = -Vs

Slično tome, možemo izvesti fazne napone i napone na liniji za sljedeće korake u slijedu. I to se može prikazati kao donja slika:

A) Trofazni pretvarač - način provođenja od 120 stupnjeva

Način rada od 120 ° sličan je 180 ° u svim aspektima, osim što se vrijeme zatvaranja svakog prekidača smanjuje na 120, kao i prije 180.

Kao i obično, započnimo s prebacivanjem slijeda zatvaranjem prekidača S1 u prvom segmentu i budimo početni broj na 0º. Budući da je odabrano vrijeme provođenja 120º, prekidač S1 otvorit će se nakon 120º, pa je S1 zatvoren s 0º na 120º.

Budući da poluciklus sinusoidnog signala ide od 0 do 180º, preostalo vrijeme S1 će biti otvoren i prikazan je sivim područjem iznad.

Sada nakon 120º prve faze, druga faza također će imati pozitivan ciklus kao što je spomenuto prije, pa će sklopka S3 biti zatvorena nakon S1. Ovaj S3 također će biti zatvoren još 120 °. Dakle, S3 će biti zatvoren sa 120º na 240º.

Slično tome, treća faza također ima pozitivan ciklus nakon 120 ° pozitivnog ciklusa druge faze, tako da će prekidač S5 biti zatvoren nakon 120 ° S3 zatvaranja. Jednom kada se prekidač zatvori, on će se držati zatvorenim 120 ° prije otvaranja, a time će i prekidač S5 biti zatvoren s 240º na 360º

Ovaj ciklus simetričnog prebacivanja nastavit će se radi postizanja željenog trofaznog napona. Ako u gornjoj tablici popunimo početni i završni preklopni redoslijed, imat ćemo cjelovit obrazac prebacivanja za način provođenja od 120 °, kao u nastavku.

Iz gornje tablice možemo razumjeti da:

Od 0-60: S1 i S4 se zatvaraju dok se otvaraju preostali prekidači.

Od 60-120: S1 i S6 se zatvaraju dok se otvaraju preostali prekidači.

Od 120-180: S3 i S6 se zatvaraju dok se otvaraju preostali prekidači.

Od 180-240: S2 i S3 se zatvaraju dok se otvaraju preostali prekidači

Od 240-300: S2 i S5 se zatvaraju dok se otvaraju preostali prekidači

Od 300-360: S4 i S5 se zatvaraju dok se otvaraju preostali prekidači

I ovaj slijed koraka ide dalje tako. Sada nacrtajmo pojednostavljeni krug za svaki korak kako bismo bolje razumjeli trenutne parametre protoka i napona 3-faznog pretvarača.

Korak1: (za 0-60) S1, S4 su zatvoreni dok su preostale četiri sklopke otvorene. U takvom se slučaju pojednostavljeni sklop može prikazati kao dolje.

Dakle, za 0 do 60: Vao = Vs / 2, Vco = 0; Vbo = -Vs / 2

Pomoću njih možemo izvesti linijske napone kao:

Vab = Vao - V bo = Vs Vbc = Vbo - Vco = -Vs / 2 Vca = Vco - Vao = -Vs / 2

Korak 2: (za 60 do 120) S1 i S6 su zatvoreni dok su preostali prekidači otvoreni. U takvom se slučaju pojednostavljeni sklop može prikazati kao dolje.

Dakle, za 60 do 120: Vbo = 0, Vco = -Vs / 2 & Vao = Vs / 2

Pomoću njih možemo izvesti linijske napone kao:

Vab = Vao - Vbo = Vs / 2 Vbc = Vbo - Vco = Vs / 2 Vca = Vco - Vao = -Vs

Korak 3: (za 120 do 180) S3 i S6 su zatvoreni dok su preostale sklopke otvorene. U takvom se slučaju pojednostavljeni sklop može prikazati kao dolje.

Dakle za 120 do 180: Vao = 0, Vbo = Vs / 2 & Vco = -Vs / 2

Pomoću njih možemo izvesti linijske napone kao:

Vab = Vao - V bo = -Vs / 2 Vbc = Vbo - Vco = Vs Vca = Vco - Vao = -Vs / 2

Slično tome, možemo izvesti fazne i naponske napone za sljedeće nadolazeće korake. A ako nacrtamo grafikon za sve korake, dobit ćemo nešto poput dolje.

Na izlaznim grafikonima i kod preklopnih slučajeva od 180 ° i 120 ° može se vidjeti da smo postigli izmjenični trofazni napon na tri izlazna terminala. Iako izlazni valni oblik nije čisti sinusni val, on je nalikovao trofaznom valnom obliku napona. Ovo je jednostavan idealan krug i približni valni oblik za razumijevanje rada 3-faznog pretvarača. Na temelju ove teorije možete dizajnirati radni model pomoću tiristora, sklopnih, upravljačkih i zaštitnih sklopova.