ממירי מחזור - סוגים, עבודה ויישומים

ניתן לסווג ספקי כוח לשתי קטגוריות רחבות, האחת היא ספק כוח AC והשנייה היא ספק כוח DC. כידוע ניתן לייצר כוח מתח בלבד ומכיוון שהוא חסכוני יותר אנו משתמשים בזרם חילופין וכך רוב המכונות / התקנים החשמליים פועלים על זרם חילופין. אך המתח והתדר הסטנדרטיים המסופקים מתחנות הייצור עשויים שלא להיות טובים מספיק בכדי להניע מכונות תעשייתיות מסוימות. באותם מקרים אנו מפעילים ממירים וממירים להמרת צורת אספקת חשמל אחת לצורה אחרת, כגון לדירוג מתח אחר, דירוג זרם או דירוג תדרים. ממיר ציקלוקוק הוא ממיר כזה הממיר הספק זרם חילופין בתדר אחד להספק זרם חילופין של תדר מתכוונן. במאמר זה נלמד עוד על ממירי מחזור ציקלוק אלה שעובדים ויישומיהם.

מהו ציקלוקו-ממיר?

ההגדרה הסטנדרטית למחזורי ממיר מוויקיפדיה הולכת כדלקמן "ממיר ציקלוק (CCV) או ממיר מחזור ממיר מתח קבוע, תדר קבוע של גל זרם חילופין לצורת גל אחר של תדר נמוך יותר על ידי סינתזה של צורת גל המוצא ממקטעים של ספק הכוח ללא ביניים. קישור DC ”

מאפיין מסוים של Cycloconverters הוא שהוא אינו משתמש בקישור DC בתהליך ההמרה ובכך הופך אותו ליעיל ביותר. ההמרה מתבצעת באמצעות מתגים אלקטרוניים חשמליים אוהבים תיריסטורים ומעבירים אותם בצורה הגיונית. בדרך כלל תיריסטורים אלה יופרדו לשניים, המחצית החיובית והמחצית השלילית. כל מחצית תיערך על ידי סיבובם במהלך כל מחזור של צורת ה- AC ובכך תאפשר זרימת כוח דו-כיוונית. לעת עתה תאר לעצמך ממירי מחזור כקופסה שחורה שלוקחת מתח קבוע של תדר קבוע של מתח כקלט ומספקת תדר משתנה, מתח משתנה כפלט כמוצג באיור שלהלן.

אנו נלמד מה יכול לקרות בתוך הקופסה השחורה הזו כשעוברים את המאמר.

מדוע אנו צריכים ממירי מחזור?

אוקיי, עכשיו אנחנו יודעים ש- Cycloconveters ממירים כוח AC בתדר קבוע ל- AC AC בתדר משתנה. אבל למה אנחנו צריכים לעשות את זה? מה היתרון שיש ספק כוח עם איזה תדר משתנה?

התשובה לשאלה זו היא בקרת מהירות. ציקלוקונווטרס משמשים בהרחבה לנהיגה במנועים גדולים כמו אלה המשמשים במפעלי גלגול, טחנות כדוריות צמנטיות וכו '. ניתן להפחית את תדירות החוצה של ממירי ציקלוק עד לאפס, מה שעוזר לנו להפעיל מנועים גדולים מאוד עם עומס מלא במהירות מינימלית ואז להגדיל בהדרגה את מהירות המנוע על ידי הגדלת תדר ההספק. לפני המצאתם של מחזורי ממיר, יש לפרוק מנועים גדולים אלה לחלוטין ואז לאחר התנעת המנוע יש לטעון אותם בהדרגה, מה שגורם לצריכת חשמל בזמן ואדם.

סוגי ציקלוקונווטרס:

בהתבסס על תדר המוצא ומספר השלב במקור החשמל של קלט ה- AC, ניתן לסווג את ממירי המחזור המופיעים להלן

1. ממירי מחזור סטפ-אפ

2. ממירי ציקלוק מדורגים

1. ממיר מחזור חד-פאזי לחד-פאזי
2. ממיר מחזור תלת-פאזי לחד-פאזי
3. ממיר מחזור תלת פאזי לשלושה שלבים

ממירי מחזור סטפ-אפ: עליית CCV, כפי שהשם מרמז, סוג זה של CCV מספק תדר פלט גדול מזה של תדר הקלט. אבל זה לא נעשה שימוש נרחב מכיוון שאין לו יישום חלקיקים רב. רוב היישומים ידרשו תדר הנמוך מ- 50Hz שהוא תדר ברירת המחדל כאן בהודו. כמו כן Step-Up CCV ידרוש נסיעה כפויה המגדילה את מורכבות המעגל.

ממירי מחזור מדורגים: CCV מוריד, כפי שכבר ניחשתם היטב.. פשוט מספק תדר פלט שהוא פחות מתדר הקלט. אלה משמשים לרוב ועובדים בעזרת נסיעה טבעית ולכן קל יחסית לבנות ולהפעיל אותם. ה- CCV המורד נוסף מסווג לשלושה סוגים כפי שמוצג להלן, נבחן את כל אחד מסוגים אלה בפירוט במאמר זה.

עקרון בסיסי מאחורי ממירי מחזור:

אמנם ישנם שלושה סוגים שונים של ממירי ציקלוק, אך פעולתם דומה מאוד למעט מספר המתגים האלקטרוניים החשמליים הקיימים במעגל. לדוגמא שלב אחד ל- CCV שלב יחיד יכלול 6 מתגים אלקטרוניים חשמליים בלבד (SCR) ואילו CCV תלת-פאזי עשוי להכיל עד 32 מתגים.

המינימום המוחלט למחזור ממיר מוצג לעיל. יהיה לו מעגל מיתוג משני צידי העומס, מעגל אחד יפעל במהלך מחצית המחזור החיובית של מקור החשמל והמעגל השני יפעל במהלך מחצית המחזור השלילית. בדרך כלל מודגמים את מעגל המיתוג באמצעות SCR כמכשיר אלקטרוני כוח, אך ב- CCV מודרני ניתן למצוא שה- SCR מוחלף על ידי IGBT ולעיתים אף MOSFETS.

מעגלי המיתוג יזדקקו גם למעגל בקרה, אשר מורה למכשיר האלקטרוני כוח מתי להתנהל ומתי לכבות. מעגל בקרה זה יהיה בדרך כלל מיקרו-בקר וייתכן שיש לו משוב מהפלט ליצירת מערכת לולאה סגורה. המשתמש יכול לשלוט בערך תדר המוצא על ידי התאמת הפרמטרים במעגל הבקרה. הדיודות בתרשים לעיל משמשות לייצג את כיוון זרימת הזרם. מעגל המיתוג החיובי מקורות תמיד זרם בעומס ומעגל המיתוג השלילי תמיד שוקע זרם מהעומס.

ממירי מחזור שלב בודדים לשלב יחיד:

משתמשים לעתים רחוקות במעגל חד-פעמי לשלב יחיד, אך כדי להבין את פעולתו של מכשיר עזר צריך ללמוד תחילה על מנת שנוכל להבין את CCV תלת-שלבי. לשלב יחיד לשלב יחיד CCV יש שני זוגות מעגל מיישר גל מלא, שכל אחד מהם מורכב מארבעה SCR. סט אחד ממוקם ישר ואילו השני ממוקם בכיוון אנטי מקבילי כפי שמוצג בתמונה למטה.

כל מסופי השער של ה- SCR יחוברו למעגל בקרה שאינו מוצג במעגל למעלה. מעגל בקרה זה יהיה אחראי להפעלת SCRs. כדי להבין את פעולתו של המעגל נניח שהוא מכניס את אספקת AC הוא בתדר 50Hz והעומס יהיה עומס התנגדות טהור וזווית הירי של SCR (α) תהיה 0 °. מכיוון שזווית הירי היא 0 ° ה- SCR כאשר הוא מופעל יפעל כמו דיודה בכיוון קדימה וכאשר הוא כבוי יפעל כמו דיודה בכיוון ההפוך. בואו ננתח את צורת הגל שלהלן כדי להבין כיצד מדליקים את התדר באמצעות CCV

צורת הגל של תדר מתח האספקה ​​מסומנת על ידי Vs וצורת הגל של תדר מתח המוצא מסומנת על ידי Vo. כאן אנו מנסים להמיר את תדירות מתח האספקה כדי 1/4 ^ה מערכו. אז כדי לעשות זאת בשני המחזורים הראשונים של מתח האספקה ​​נשתמש במיישר הגשר החיובי ובשני המחזורים הבאים הבאים נשתמש במיישר הגשר השלילי. לפיכך יש לנו ארבעה פולסים חיוביים באזור החיובי ואז ארבעה באזור השלילי כפי שמוצג בצורת גל תדר המוצא Vo. צורת הגל הנוכחית של מעגל זה תהיה זהה לצורת גל מתח שכן ההנחה היא שהעומס הוא התנגדות גרידא. למרות שגודל צורת הגל ישתנה בהתבסס על ערך ההתנגדות של העומס.

תדירות פלט מיוצגת באמצעות הקו המקווקו על צורת גל וו, שכן הוא משתנה הקוטביות רק עבור כל שני מחזורים של גלי הקלט את תדירות פלט עם 1/4 ^ה של תדר קלט, במקרה שלנו עבור תדר קלט של 50Hz תדר הפלט יהיה (1/4 * 50) סביב 12.5 הרץ. ניתן לשלוט על תדר פלט זה על ידי שינוי מנגנון ההפעלה במעגל הבקרה.

ממירי מחזור שלבים לשלבים לשלבים בודדים:

שלושת השלבים לשלב יחיד CCV דומה גם ל- CCV שלב אחד לשלב יחיד, אך כאן מתח הכניסה הוא אספקה ​​תלת-פאזית ומתח המוצא הוא ספק שלב אחד עם תדר משתנה. המעגל גם נראה דומה מאוד למעט שנצטרך 6 SCR בכל קבוצה של מיישר מכיוון שעלינו לתקן את מתח ה- 3 שלבים.

שוב מסופי השער של ה- SCR יחוברו למעגל הבקרה להפעלת אותם ואותן הנחות יוצרות שוב כדי להבין את העבודה בקלות. כמו כן ישנם שני סוגים של CCVs תלת-פאזיים-חד-פאזיים, לסוג הראשון יהיה מיישר חצי גל עבור גשר חיובי ושלילי, והסוג השני יהיה מיישר גל מלא כפי שמוצג לעיל. הסוג הראשון אינו משמש לעתים קרובות בגלל יעילותו הירודה. גם בסוג גל מלא שני מיישרי הגשר יכולים לייצר מתח בשני הקוטביות, אך הממיר החיובי יכול לספק זרם (מקור) רק בכיוון החיובי והממיר השלילי יכול לנקז זרם רק בכיוון שלילי. זה מאפשר ל- CCV לפעול בארבעה קוואדרנטים. ארבעת הרביעים הללו נמצאים (+ V, + i) ו- (-V, -i) במצב תיקון ו- (+ V, -i) ו- (-V,-i) במצב היפוך.

ממירי מחזור תלת פאזי לשלושה שלבים:

שלושת השלבים לשלושה שלבים CCV הם הנפוצים ביותר שכן הם יכולים להניע עומסים תלת פאזיים כמו מנועים ישירות. העומס עבור CCV תלת פאזי יהיה בדרך כלל עומס מחובר לשלושה כוכבים כמו הסטטור המפותל של מנוע. ממירים אלו לוקחים מתח זרם תלת-פאזי עם תדר קבוע כקלט ומספקים מתח תלת-פאזי עם תדר משתנה.

ישנם שני סוגים של CCV תלת פאזי, זה שיש לו ממיר חצי גל ואחר עם ממיר גל מלא. המודל של ממיר חצי הגל נקרא גם כממירי ציקלוקו 18-תיריסטור או ממירי מחזור 3-דופק. ממיר הגלים המלא נקרא כ ממירי ציקלוק 6-דופק או ממירי מחזור 36-תיריסטור. ממיר ציקלוקומטר 3 פעימות מוצג בתמונה למטה

כאן יש לנו שש קבוצות של מיישרים, מהם שניים מוקצים לכל שלב. העבודה של CCV זה דומה ל- CCV חד פאזי, אלא שכאן המיישרים יכולים לתקן רק מחצית הגל, וכך קורה בכל שלושת השלבים.

יישומים:

לממירים מחזוריים יש מגוון גדול של יישומים תעשייתיים, להלן מספר מועט

• טחנות טחינה
• מכונות כביסה כבדות
• מפותלים שלי
• קווי חשמל HVDC
• אספקת חשמל למטוסים
• SVG (מחוללי VAR סטטיים)
• מערכת הנעת ספינות