סקירה של ממירים כפולים

במדריך הקודם ראינו כיצד מתוכנן מעגל אספקת חשמל כפול, כעת אנו למדים על ממירים כפולים, אשר יכולים להמיר AC ל DC ו- DC ל- AC בו זמנית. כפי שהשם מרמז על ממיר כפול שני ממירים, ממיר אחד פועל מיישר (ממיר AC ל DC) וממיר אחר עובד כממיר (ממיר DC ל- AC). שני הממירים מחוברים גב אל גב עם עומס משותף כפי שמוצג בתמונה לעיל. למידע נוסף על מיישר ומהפך, עקוב אחר הקישורים.

מדוע אנו משתמשים בממיר הכפול? אם רק ממיר אחד יכול לספק את העומס, מדוע אנו משתמשים בשני ממירים? שאלות אלו עשויות להתעורר ותוכלו לקבל את התשובה במאמר זה.

כאן יש לנו שני ממירים מחוברים גב לגב. בשל חיבור מסוג זה, ניתן לתכנן מכשיר זה להפעלת ארבע רבעונים. המשמעות היא שגם מתח העומס וגם זרם העומס הופכים להיות הפיכים. כיצד אפשרית פעולת ארבע רבע בממיר הכפול? שנראה בהמשך מאמר זה.

ככלל, ממירים כפולים משמשים לכונני DC הפיכים או לכונני DC במהירות משתנה. הוא משמש ליישומים בעלי עוצמה גבוהה.

ארבע פעולות רבע בממיר כפול

הרבע הראשון: המתח והזרם שניהם חיוביים.

הרבע השני: המתח הוא חיובי והזרם הוא שלילי.

הרבע השלישי: מתח וזרם שליליים.

הרבע הרביעי: המתח הוא שלילי והזרם הוא חיובי.

מתוך שני הממירים הללו, הממיר הראשון עובד בשני רביעיים בהתאם לערך זווית הירי α. ממיר זה פועל כמישר כאשר הערך של α קטן מ- 90˚. בפעולה זו הממיר מייצר מתח עומס ממוצע חיובי וזרם עומס, ופועל ברבע הראשון.

כאשר הערך של α גדול מ- 90˚, ממיר זה פועל כמהפך. בפעולה זו הממיר מייצר מתח יציאה ממוצע שלילי וכיוון הזרם אינו משתנה. לכן זרם העומס נשאר חיובי. בפעולת הרבע הראשונה האנרגיה עוברת מהמקור לעומס ובפעולת הרבע הרביעי האנרגיה עוברת מהעומס למקור.

באופן דומה, הממיר השני פועל כמישר כאשר זווית הירי α קטנה מ- 90˚ והוא פועל כמהפך כאשר זווית הירי α גדולה מ- 90˚. כאשר ממיר זה פועל כמישר, מתח המוצא והזרם הממוצע הם שליליים. אז זה פועל ברבע השלישי וזרימת הכוח היא מעומס למקור. כאן המנוע מסתובב בכיוון ההפוך. כאשר ממיר זה פועל כמהפך, מתח המוצא הממוצע חיובי והזרם הוא שלילי. אז זה פועל ברבע השני וזרימת הכוח היא מעומס למקור.

כאשר זרימת הכוח היא מעומס למקור, המנוע מתנהג כמו גנרטור וזה מאפשר שבירה רגנרטיבית.

עִקָרוֹן

כדי להבין את עקרון הממיר הכפול, אנו מניחים ששני הממירים הם אידיאליים. פירוש הדבר שהם מייצרים מתח יציאת DC טהור, אין אדווה במסופי היציאה. התרשים המקביל הפשוט של הממיר הכפול הוא כפי שמוצג באיור שלהלן.

בתרשים המעגלים שלעיל, ההמרה מניחה כמקור מתח DC נשלט והוא מחובר בסדרה עם הדיודה. זווית הירי של הממירים מווסתת על ידי מעגל בקרה. אז מתח המתח של שני הממירים שווה בעוצמתו ומנוגד לקוטביות. זה מאפשר להניע זרם בכיוון ההפוך דרך העומס.

הממיר שפועל כמיישר נקרא ממיר קבוצתי חיובי והממיר השני העובד כממיר נקרא ממיר קבוצה שלילי.

מתח היציאה הממוצע הוא פונקציה של זווית הירי. עבור מהפך חד פאזי ושל מהפך תלת פאזי, מתח המוצא הממוצע הוא בצורה של המשוואות שלמטה.

E _DC1 = E _max Cos⍺ ₁ E _DC2 = E _max Cos⍺ ₂

כאשר α ₁ ו- α ₂ הם זווית הירי של הממיר -1 והממיר -2 בהתאמה.

עבור ממיר כפול חד פאזי, E _מקס = 2E _m / π

עבור, ממיר כפול תלת פאזי, E _מקס = 3√3E _m / π

עבור, ממיר אידיאלי, E _DC = E _DC1 = -E _DC2 E _max Cos⍺ ₁ = -E _max Cos⍺ ₂ Cos⍺ ₁ = -Cos⍺ ₂ Cos⍺ ₁ = Cos (180⁰ - ⍺ ₂) ⍺ ₁ = 180⁰ - ⍺ ₂ ⍺ ₁ + ⍺ ₂ = 180⁰

כפי שנדון לעיל, מתח היציאה הממוצע הוא פונקציה של זווית הירי. זה אומר עבור מתח היציאה הרצוי שאנחנו צריכים לשלוט בזווית הירי. מעגל בקרת זווית ירי יכול לשמש כזה, כאשר שליטת אות E _ג שינויים, ירי זווית α ₁ ו α ₂ ישתנו בצורה כזו כי זה יספק מתחת גרף.

ממיר כפול מעשי

למעשה איננו יכולים להניח כי שני הממירים הם ממירים אידיאליים. אם זווית הירי של הממירים מוגדרת באופן כזה ⍺ ₁ + ⍺ ₂ = 180⁰. במצב זה, מתח היציאה הממוצע של שני הממירים זהה בממדי אך הפוך בקוטביות. אך בגלל מתח אדווה, איננו יכולים לקבל בדיוק את אותו המתח. אז, יש הבדל מתח מיידי במסופי DC של שני ממירים אשר מייצרים עצום ג נוכחית irculating בין הממירים וכי יזרמו דרך העומס.

לכן, בממיר הכפול המעשי יש צורך לשלוט בזרם המחזור. ישנם שני מצבים לשליטה בזרם המחזור.

1) פעולה ללא זרם במחזור

2) פעולה עם זרם במחזור

1) מבצע ממיר כפול ללא זרם במחזור

בממיר כפול מסוג זה, רק ממיר אחד נמצא בהולכה וממיר אחר נחסם באופן זמני. לכן, בכל פעם ממיר אחד פועל והכור אינו נדרש בין הממירים. ברגע מסוים, נניח ממיר -1 משמש כמישר ומספק את זרם העומס. ברגע זה, ממיר -2 נחסם על ידי הסרת זווית הירי. לפעולת היפוך, ממיר -1 חסום והממיר -2 מספק את זרם העומס.

הפולסים לממיר -2 מוחלים לאחר זמן עיכוב. זמן העיכוב הוא סביב 10 עד 20 אלפיות השנייה. מדוע אנו מיישמים זמן עיכוב בין שינוי הפעולה? זה מבטיח תפעול אמין של תיריסטים. אם ההדק של ממיר -2 לפני שהממיר -1 נכבה לחלוטין, יזרום כמות גדולה של זרם במחזור בין הממירים.

ישנן תוכניות בקרה רבות לייצור זווית ירי להפעלת זרם חופשי של הממיר הכפול. תוכניות בקרה אלה נועדו להפעלת מערכות בקרה מתוחכמות מאוד. כאן, בכל פעם רק ממיר אחד נמצא בהולכה. לכן, ניתן להשתמש ביחידת זווית ירי אחת בלבד. להלן כמה תוכניות בסיסיות.

א) בחירת ממיר על ידי קוטביות אות הבקרה

ב) בחירת ממיר לפי קוטביות זרם העומס

ג) בחירת ממיר על ידי מתח בקרה וזרם עומס

2) מבצע ממיר כפול עם זרם במחזור

ללא ממיר זרם במחזור, הוא דורש מערכת בקרה מתוחכמת מאוד וזרם העומס אינו רציף. כדי להתגבר על קשיים אלה, קיים ממיר כפול שיכול לפעול עם הזרם המסתובב. כור הגבלה נוכחי מחובר בין מסופי DC של שני הממירים. זווית הירי של שני הממירים נקבעת בצורה כזו שכמות הזרימה הנוכחית המינימלית זורמת דרך הכור. כפי שנדון בממיר האידיאלי, הזרם במחזור הוא אפס אם ⍺ ₁ + ⍺ ₂ = 180⁰.

נניח שזווית הירי של הממיר -1 היא 60˚ ואז יש לשמור על זווית הירי של הממיר -2 על 120˚. בפעולה זו, ממיר -1 יפעל כמיישר וממיר -2 יפעל כמהפך. לפיכך, בפעולה מסוג זה, בכל פעם שני הממירים נמצאים במצב התנהלות. אם זרם העומס הפוך, הממיר המופעל כמישר פועל כעת כמהפך, ואילו הממיר המופעל כממיר פועל כעת כמיישר. בתכנית זו, שני הממירים מתנהלים בו זמנית. לכן, זה דורש שתי יחידות גנרטור זווית ירי.

היתרון של תוכנית זו הוא שנוכל לקבל פעולה חלקה של הממיר בזמן ההיפוך. תגובת הזמן של התוכנית מהירה מאוד. תקופת העיכוב הרגילה היא 10 עד 20 אלפיות שניות במקרה של הפעלת זרם חופשי זרם מסולקת.

החיסרון של תוכנית זו הוא בכך שגודל העלות של הכור גבוה. בגלל הזרם במחזור, גורם ההספק והיעילות נמוכים. כדי לטפל בזרם המחזור, נדרשים תיריסטורים עם דירוג זרם גבוה.

על פי סוג העומס משתמשים בממירים כפולים חד פאזיים ותלת פאזיים.

1) ממיר כפול חד פאזי

תרשים המעגל של הממיר הכפול מוצג באיור שלהלן. מנוע DC נרגש בנפרד משמש כעומס. מסופי ה- DC של שני הממירים מחוברים למסופי מתפתל האבזור. כאן, שני ממירים מלאים חד פאזיים מחוברים גב לגב. שני הממירים מספקים עומס משותף.

זווית הירי של הממיר -1 היא α ₁ ו- α ₁ פחות מ- 90˚. מכאן שהממיר -1 משמש כמיישר. עבור מחצית מחזור חיובית (0 <t <π), התיריסטור S1 ו- S2 יתנהל ובמחצית המחזור השלילי (π <t <2π), התיריסטור S3 ו- S4 ינהל. בפעולה זו, מתח המוצא והזרם הם חיוביים. אז פעולה זו ידועה כפעולה מנועי קדימה והממיר עובד ברבע הראשון.

זווית הירי של הממיר -2 היא 180 - α ₁ = α ₂ ו- α ₂ גדול מ- 90˚. אז ממיר -2 משמש כמהפך. בפעולה זו, זרם העומס נשאר באותו כיוון. הקוטביות של מתח המוצא היא שלילית. לכן, הממיר עובד ברבע הרביעי. פעולה זו מכונה בלימה מתחדשת.

לסיבוב הפוך של מנוע DC, ממיר -2 משמש כמיישר וממיר -1 משמש כממיר. זווית הירי של הממיר -2 α ₂ קטנה מ- 90˚. מקור המתח האלטרנטיבי מספק את העומס. בפעולה זו, זרם העומס הוא שלילי והמתח הממוצע ביציאה הוא גם שלילי. לכן, הממיר -2 עובד ברבע השלישי. פעולה זו ידועה בשם מנועי נסיעה לאחור.

בפעולה לאחור, זווית הירי של הממיר -1 קטנה מ- 90˚ וזווית הירי של הממיר -2 גדולה מ- 90˚. לכן, בפעולה זו, זרם העומס הוא שלילי אך מתח המוצא הממוצע חיובי. אז, הממיר -2 עובד ברבע השני. פעולה זו ידועה בתור בלימת ההתחדשות ההפוכה.

צורת הגל של ממיר כפול חד פאזי הוא כפי שמוצג באיור שלהלן.

2) ממיר כפול תלת פאזי

תרשים המעגל של הממיר הכפול התלת-פאזי הוא כפי שמוצג באיור שלהלן. כאן, שני ממירים תלת פאזיים מחוברים גב לגב. עקרון הפעולה זהה לממיר כפול חד פאזי.

אז כך מתוכננים ממירים כפולים וכפי שכבר נאמר הם משמשים בדרך כלל לבניית כונני DC הפיכים או כונני DC במהירות משתנה ביישומים בעלי הספק גבוה.