כולנו יודעים על מהפך - זהו מכשיר הממיר DC לזרם זרם זרם חילופין. ולמדנו בעבר על סוגים שונים של ממירים ובנינו מהפך פאזה יחיד 12V ל 220V. מהפך תלת פאזי ממיר את מתח ה- DC לאספקת 3-שלב AC. כאן במדריך זה, נלמד על מהפך תלת פאזי ועבודתו, אך לפני שנמשיך הלאה הבה נסתכל על צורות גל המתח של הקו התלת-פאזי. במעגל הנ"ל, קו תלת פאזי מחובר לעומס התנגדות והעומס שואב כוח מהקו. אם נשרטט את צורות גל המתח עבור כל שלב, יהיה לנו גרף כפי שמוצג באיור. בתרשים אנו יכולים לראות שלוש צורות גל מתח אינן מהפאזה ביניהן ב -120 מעלות.
במאמר זה נדון במעגל מהפך 3 שלבים המשמש ממיר זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם זרם DC. זכור כי גם בימינו המודרניים השגת צורת גל סינוסי לחלוטין לעומסים משתנים היא קשה ביותר ואינה מעשית. אז כאן נדון בעבודה של מעגל ממיר תלת פאזי אידיאלי תוך הזנחת כל הנושאים הקשורים למהפך תלת פאזי מעשי.
מהפך 3 שלבים עובד
הבה נבחן את מעגל המהפך 3 השלבים ואת צורתו הפשוטה האידיאלית.
להלן תרשים מעגל מהפך תלת פאזי שתוכנן באמצעות תיריסטורים ודיודה (להגנה על ספייק מתח)
ולהלן תרשים מעגל מהפך תלת פאזי שתוכנן באמצעות מתגים בלבד. כפי שאתה יכול לראות, הגדרת ששת המתגים המכאניים שימושית יותר בהבנת מהפך התלת-פאזי מאשר במעגל התיריסטור המסורבל.
מה שנעשה כאן הוא לפתוח ולסגור באופן סימטרי את ששת המתגים הללו כדי לקבל את יציאת המתח התלת פאזי לעומס התנגדות. ישנן שתי דרכים אפשריות להפעלת המתגים להשגת התוצאה הרצויה, אחת שבה מתגים מוליכים ל -180 מעלות ואחת שבה מתגים מוליכים רק ל -120 מעלות. הבה נדון בכל תבנית להלן:
א) מהפך תלת פאזי - מצב הולכה 180 מעלות
המעגל האידיאלי נמשך לפני שהוא יכול להיות מחולק לשלושה קטעים, כלומר קטע אחד, קטע שני וקטע שלוש ונשתמש בציון זה בחלק המאוחר יותר של המאמר. קטע אחד מורכב מצמד מתגים S1 & S2, קטע שני מורכב מצמד מיתוג S3 & S4 וקטע שלוש מורכב מצמד מיתוג S5 & S6. בכל זמן נתון אסור לסגור את שני המתגים באותו קטע מכיוון שהוא מוביל לקצר סוללות כושל בכל ההתקנה, ולכן יש להימנע מתרחיש זה בכל עת.
עכשיו נתחיל לעבור על רצף החלפה על ידי סגירת המתג S1 בקטע הראשון של המעגל האידיאלי ובואו נקרא את ההתחלה כ 0º. מכיוון שזמן ההולכה שנבחר הוא 180 מעלות, המתג S1 יהיה סגור מ 0 ° ל 180 °.
אך לאחר 120 מעלות השלב הראשון, לשלב השני יהיה גם מחזור חיובי כפי שניתן לראות בגרף המתח התלת פאזי, כך שמתג S3 ייסגר לאחר S1. S3 זה יישמר גם סגור למשך 180 מעלות נוספות. אז S3 יהיה סגור מ 120 עד 300 מעלות והוא יהיה פתוח רק אחרי 300 מעלות.
באופן דומה, לשלב השלישי יש גם מחזור חיובי לאחר 120 מעלות של המחזור החיובי בשלב השני, כפי שמוצג בגרף בתחילת המאמר. אז המתג S5 ייסגר לאחר סגירת 120º S3 כלומר 240º. לאחר סגירת המתג הוא יישאר סגור למשך 180 מעלות לפני פתיחתו, ובכך S5 יהיה סגור מ -240 עד 60 מעלות (מחזור שני).
עד כה, כל מה שעשינו היה להניח כי ההולכה נעשית ברגע שמתגי השכבה העליונה סגורים, אך יש להשלים את הזרימה הנוכחית מהמעגל. כמו כן, זכור ששני המתגים באותו קטע לעולם לא צריכים להיות סגורים בו זמנית, כך שאם מתג אחד סגור אז אחר צריך להיות פתוח.
לצורך עמידה בשני התנאים לעיל, נסגור את S2, S4 & S6 בסדר קבוע מראש. אז רק לאחר פתיחת S1 נצטרך לסגור את S2. באופן דומה, S4 ייסגר לאחר פתיחת S3 ב -300 מעלות ובאותה דרך S6 ייסגר לאחר סיום S5 את מחזור ההולכה. ניתן לראות מחזור זה של מעבר בין מתגים מאותו קטע מתחת לדמות. כאן S2 עוקב אחרי S1, S4 עוקב אחרי S3 ו- S6 עוקבים אחרי S5.
על ידי ביצוע מיתוג סימטרי זה אנו יכולים להשיג את המתח התלת-פאזי הרצוי המיוצג בגרף. אם נמלא את רצף המיתוג ההתחלתי בטבלה שלעיל יהיה לנו דפוס מיתוג מלא למצב הולכה 180 ° כמפורט להלן.
מהטבלה לעיל אנו יכולים להבין כי:
בין 0-60: S1, S4 & S5 סגורים ושלושת המתגים הנותרים נפתחים.
בין 60-120: S1, S4 & S6 סגורים ושלושת המתגים הנותרים נפתחים.
בין 120-180: S1, S3 & S6 סגורים ושלושת המתגים הנותרים נפתחים.
ורצף המעבר ממשיך ככה. עכשיו בואו נצייר את המעגל הפשוט עבור כל שלב כדי להבין טוב יותר את פרמטרי הזרימה והמתח הנוכחיים.
שלב 1: (עבור 0-60) S1, S4 & S5 סגורים בעוד שלושת המתגים הנותרים פתוחים. במקרה כזה, המעגל הפשוט יכול להיות כפי שמוצג להלן.
אז עבור 0 עד 60: Vao = Vco = Vs / 3; Vbo = -2Vs / 3
באמצעות אלה אנו יכולים להפיק את מתח הקו כ:
Vab = Vao - V bo = Vs Vbc = Vbo - Vco = -Vs Vca = Vco - Vao = 0
שלב 2: (עבור 60 עד 120) S1, S4 & S6 סגורים בעוד שלושת המתגים הנותרים פתוחים. במקרה כזה, המעגל הפשוט יכול להיות כפי שמוצג להלן.
אז עבור 60 עד 120: Vbo = Vco = -Vs / 3; Vao = 2Vs / 3
באמצעות אלה אנו יכולים להפיק את מתח הקו כ:
Vab = Vao - Vbo = Vs Vbc = Vbo - Vco = 0 Vca = Vco - Vao = -Vs
שלב 3: (עבור 120 עד 180) S1, S3 & S6 סגורים בעוד שלושת המתגים הנותרים פתוחים. במקרה כזה, ניתן לצייר את המעגל הפשוט להלן.
אז עבור 120 עד 180: Vao = Vbo = Vs / 3; Vco = -2Vs / 3
באמצעות אלה אנו יכולים להפיק את מתח הקו כ:
Vab = Vao - V bo = 0 Vbc = Vbo - Vco = Vs Vca = Vco - Vao = -Vs
באופן דומה, אנו יכולים להפיק את מתח הפאזה ומתחי הקו לשלבים הבאים ברצף. וזה יכול להיות מוצג כאיור הבא:
א) מהפך תלת פאזי - מצב הולכה של 120 מעלות
מצב ה -120 מעלות דומה ל -180 מעלות בכל ההיבטים למעט זמן הסגירה של כל מתג מצטמצם ל -120 שהיו 180 לפני כן.
כרגיל, נתחיל להחליף רצף על ידי סגירת המתג S1 בקטע הראשון ונהיה מספר ההתחלה ל- 0º. מכיוון שזמן ההולכה שנבחר הוא 120 מעלות, המתג S1 ייפתח לאחר 120 מעלות, כך שה- S1 נסגר מ 0 עד 120 מעלות.
מכיוון שחצי מחזור של האות הסינוסי הוא בין 0 ל -180 מעלות, במשך הזמן הנותר S1 יהיה פתוח ומיוצג על ידי השטח האפור שלמעלה.
כעת לאחר 120 מעלות השלב הראשון, השלב השני יקבל מחזור חיובי כאמור, לכן מתג S3 ייסגר לאחר S1. S3 זה יישמר גם סגור לעוד 120 מעלות. אז S3 יהיה סגור בין 120 ל -240.
באופן דומה, לשלב השלישי יש גם מחזור חיובי לאחר 120 º מהמחזור החיובי בשלב השני, כך שהמתג S5 ייסגר לאחר סגירת 120 º S3. לאחר סגירת המתג, הוא יישאר סגור לבוא 120 מעלות לפני פתיחתו ובכך, המתג S5 ייסגר מ 240 עד 360 מעלות
מחזור זה של מיתוג סימטרי יימשך להשגת המתח התלת פאזי הרצוי. אם נמלא את רצף המיתוג ההתחלתי והסיומי בטבלה שלעיל יהיה לנו דפוס מיתוג מלא למצב הולכה של 120º כמפורט להלן.
מהטבלה לעיל אנו יכולים להבין כי:
בין 0-60: S1 ו- S4 סגורים בזמן שנפתחים המתגים הנותרים.
בין 60-120: S1 & S6 סגורים בזמן שנפתחים המתגים הנותרים.
בין 120-180: S3 ו- S6 סגורים בזמן שנפתחים המתגים הנותרים.
בין 180-240: S2 ו- S3 סגורים בזמן שנפתחים המתגים הנותרים
בין 240-300: S2 ו- S5 סגורים בזמן שנפתחים המתגים הנותרים
בין 300-360: S4 ו- S5 סגורים בזמן שנפתחים המתגים הנותרים
ורצף הצעדים הזה ממשיך ככה. עכשיו בואו נשרטט את המעגל הפשוט לכל שלב כדי להבין טוב יותר את פרמטרי הזרימה והמתח הנוכחיים של מעגל המהפך התלת-פאזי.
שלב 1: (עבור 0-60) S1, S4 סגורים בזמן שארבעת המתגים הנותרים פתוחים. במקרה כזה, ניתן להציג את המעגל הפשוט להלן.
אז עבור 0 עד 60: Vao = Vs / 2, Vco = 0; Vbo = -Vs / 2
באמצעות אלה אנו יכולים להפיק את מתח הקו כ:
Vab = Vao - V bo = Vs Vbc = Vbo - Vco = -Vs / 2 Vca = Vco - Vao = -Vs / 2
שלב 2: (עבור 60 עד 120) S1 ו- S6 סגורים בזמן שהמתגים הנותרים פתוחים. במקרה כזה, ניתן להציג את המעגל הפשוט להלן.
אז עבור 60 עד 120: Vbo = 0, Vco = -Vs / 2 & Vao = Vs / 2
באמצעות אלה אנו יכולים להפיק את מתח הקו כ:
Vab = Vao - Vbo = Vs / 2 Vbc = Vbo - Vco = Vs / 2 Vca = Vco - Vao = -Vs
שלב 3: (עבור 120 עד 180) S3 ו- S6 סגורים בזמן שהמתגים הנותרים פתוחים. במקרה כזה, ניתן להציג את המעגל הפשוט להלן.
אז עבור 120 עד 180: Vao = 0, Vbo = Vs / 2 & Vco = -Vs / 2
באמצעות אלה אנו יכולים להפיק את מתח הקו כ:
Vab = Vao - V bo = -Vs / 2 Vbc = Vbo - Vco = Vs Vca = Vco - Vao = -Vs / 2
באופן דומה, אנו יכולים להפיק את מתח הפאזה ומתחי הקו לשלבים הבאים הבאים. ואם נצייר גרף עבור כל השלבים נקבל משהו כמו להלן.
ניתן לראות בתרשימי הפלט של מקרי החלפה של 180 מעלות ושל 120 מעלות שהשגנו מתח תלת פאזי מתחלף בשלושת מסופי הפלט. למרות שצורת הגל המוצא אינה גל סינוס טהור, היא דמתה לצורת המתח התלת פאזית. זהו מעגל אידיאלי פשוט וצורת גל מקורבת להבנת עבודה של מהפך תלת פאזי. ניתן לתכנן מודל עבודה המבוסס על תיאוריה זו תוך שימוש במעגלי תיריסטים, מיתוג, שליטה ומגנה.