ไซโคลคอนเวอร์เตอร์ - ประเภทการทำงานและการใช้งาน

อุปกรณ์จ่ายไฟสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทกว้าง ๆ ประเภทหนึ่งคือแหล่งจ่ายไฟ AC และอีกประเภทหนึ่งคือแหล่งจ่ายไฟ DC ดังที่เราทราบกันดีว่าสามารถสร้างไฟฟ้ากระแสสลับได้เท่านั้นและเนื่องจากประหยัดกว่าเราจึงใช้ AC ในการส่งผ่านดังนั้นเครื่อง / อุปกรณ์ไฟฟ้าส่วนใหญ่จึงทำงานโดยใช้ไฟ AC แต่แรงดันไฟฟ้าและความถี่มาตรฐานที่ให้มาจากสถานีสร้างอาจไม่ดีพอที่จะขับเคลื่อนเครื่องจักรอุตสาหกรรมบางประเภท ในกรณีดังกล่าวเราใช้ตัวแปลงและอินเวอร์เตอร์เพื่อแปลงแหล่งจ่ายไฟรูปแบบหนึ่งไปเป็นอีกรูปแบบหนึ่งเช่นเป็นพิกัดแรงดันไฟฟ้าพิกัดกระแสหรือพิกัดความถี่ที่แตกต่างกัน Cycloconveter เป็นหนึ่งในตัวแปลงที่แปลงไฟฟ้ากระแสสลับในความถี่เดียวเป็นไฟฟ้ากระแสสลับของความถี่ที่ปรับได้ ในบทความนี้เราจะเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการทำงานและแอปพลิเคชันของ Cycloconverters

Cycloconverter คืออะไร?

นิยามมาตรฐาน Cycloconverters จากวิกิพีเดียไปดังต่อไปนี้“เป็น cycloconverter (CCV) หรือ cycloinverter แปลงแรงดันไฟฟ้าคงที่คงรูปแบบของคลื่นความถี่ AC เข้ากับรูปแบบของคลื่น AC อื่นของความถี่ต่ำโดยการสังเคราะห์สัญญาณ output จากกลุ่มของอุปทาน AC โดยไม่ต้องเป็นสื่อกลาง ลิงก์ DC”

คุณสมบัติเฉพาะอย่างหนึ่งของ Cycloconverters คือไม่ใช้ลิงก์ DC ในกระบวนการแปลงจึงทำให้มีประสิทธิภาพสูง การแปลงทำได้โดยใช้สวิตช์อิเล็กทรอนิกส์กำลังเช่นไทริสเตอร์และเปลี่ยนในลักษณะที่เป็นตรรกะ โดยปกติไทริสเตอร์เหล่านี้จะถูกแยกออกเป็นสองครึ่งคือครึ่งบวกและครึ่งลบ แต่ละครึ่งจะถูกสร้างขึ้นเพื่อดำเนินการโดยการหมุนในแต่ละครึ่งรอบของรูปแบบ AC จึงทำให้เกิดการไหลของพลังงานแบบสองทิศทาง ตอนนี้ลองนึกภาพไซโคลคอนเวอร์เตอร์เป็นกล่องดำที่ใช้ไฟ AC ความถี่คงที่คงที่เป็นอินพุตและให้ความถี่ตัวแปรตัวแปรแรงดันไฟฟ้าเป็นเอาต์พุตตามที่แสดงในภาพประกอบด้านล่าง

เราจะเรียนรู้สิ่งที่อาจเกิดขึ้นภายในกล่องดำนี้เมื่อเราอ่านบทความ

ทำไมเราต้องใช้ Cycloconverters?

เอาล่ะตอนนี้เรารู้แล้วว่า Cycloconveters แปลงไฟ AC ของความถี่คงที่เป็น AC Power ของความถี่ตัวแปร แต่ทำไมเราต้องทำเช่นนั้น? ข้อดีของการมีแหล่งจ่ายไฟ AC ซึ่งความถี่ตัวแปรคืออะไร?

คำตอบสำหรับคำถามนี้คือการควบคุมความเร็วCycloconveters ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในการขับเคลื่อนมอเตอร์ขนาดใหญ่เช่นเดียวกับที่ใช้ในโรงงานโรลลิ่งสมิลล์โรงโม่ปูนซีเมนต์ปูนซีเมนต์ ฯลฯ ความถี่ออกของไซโคลคอนเวอร์เตอร์สามารถลดลงได้ถึงศูนย์ซึ่งช่วยให้เราสตาร์ทมอเตอร์ขนาดใหญ่มากด้วยโหลดเต็มด้วยความเร็วต่ำสุดแล้ว ค่อยๆเพิ่มความเร็วของมอเตอร์โดยการเพิ่มความถี่เอาท์พุท ก่อนที่จะมีการประดิษฐ์ไซโคลคอนเวอร์เตอร์มอเตอร์ขนาดใหญ่เหล่านี้จะต้องถูกยกเลิกการโหลดอย่างสมบูรณ์จากนั้นหลังจากสตาร์ทมอเตอร์จะต้องโหลดทีละน้อยซึ่งส่งผลให้สิ้นเปลืองเวลาและกำลังคน

ประเภทของ Cycloconveters:

ขึ้นอยู่กับความถี่เอาต์พุตและจำนวนเฟสในแหล่งจ่ายไฟ AC อินพุตไซโคลคอนเวอร์เตอร์สามารถจำแนกได้ดังต่อไปนี้

1. ไซโคลคอนเวอร์เตอร์แบบขั้นบันได

2. Ste-Down Cycloconverters

1. ไซโคลคอนเวอร์เตอร์แบบเฟสเดียวเป็นเฟสเดียว
2. ไซโคลคอนเวอร์เตอร์สามเฟสเป็นเฟสเดียว
3. ไซโคลคอนเวอร์เตอร์สามเฟสถึงสามเฟส

ไซโคลคอนเวอร์เตอร์แบบ Step-Up: Step-Up CCV ตามชื่อที่แนะนำ CCV ประเภทนี้จะให้ความถี่เอาต์พุตมากกว่าความถี่อินพุต แต่ไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากไม่มีการใช้อนุภาคมากนัก แอปพลิเคชันส่วนใหญ่จะต้องใช้ความถี่น้อยกว่า 50Hz ซึ่งเป็นความถี่เริ่มต้นที่นี่ในอินเดีย นอกจากนี้ Step-Up CCV จะต้องมีการเปลี่ยนแบบบังคับซึ่งจะเพิ่มความซับซ้อนของวงจร

ไซโคลคอนเวอร์เตอร์แบบลดขั้นตอน: CCV แบบลดขั้นตอนอย่างที่คุณอาจเดาได้ดีอยู่แล้ว.. เพียงแค่ให้ความถี่เอาต์พุตซึ่งน้อยกว่าความถี่อินพุต สิ่งเหล่านี้มักใช้กันมากที่สุดและทำงานด้วยความช่วยเหลือของการสับเปลี่ยนตามธรรมชาติจึงค่อนข้างง่ายในการสร้างและใช้งาน Step-Down CCV แบ่งออกเป็นสามประเภทดังที่แสดงด้านล่างเราจะพิจารณารายละเอียดแต่ละประเภทในบทความนี้

หลักการพื้นฐานเบื้องหลังไซโคลคอนเวอร์เตอร์:

แม้ว่าไซโคลคอนเวอร์เตอร์จะมีสามประเภทที่แตกต่างกัน แต่การทำงานของพวกมันจะคล้ายกันมากยกเว้นจำนวนสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์กำลังที่มีอยู่ในวงจร ตัวอย่างเช่นเฟสเดียวถึง CCV เฟสเดียวจะมีสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์กำลังเพียง 6 ตัว (ของ SCR) ในขณะที่ CCV สามเฟสอาจมีสวิตช์มากถึง 32 สวิตช์

ค่าต่ำสุดที่เปลือยเปล่าสำหรับ Cycloconverter แสดงไว้ด้านบน มันจะมีวงจร Switching ที่ด้านใดด้านหนึ่งของ Load วงจรหนึ่งจะทำงานในช่วงครึ่งรอบบวกของแหล่งจ่ายไฟ AC และอีกวงจรจะทำงานในช่วงครึ่งรอบที่เป็นลบ โดยปกติวงจรสวิตชิ่งจะแสดงโดยใช้ SCR เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง แต่ใน CCV สมัยใหม่คุณจะพบว่า SCR ถูกแทนที่ด้วย IGBT และบางครั้งก็เป็น MOSFETS

วงจรสวิตชิ่งจะต้องมีวงจรควบคุมซึ่งจะสั่งให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังดำเนินการเมื่อใดและควรปิดเมื่อใด วงจรควบคุมนี้โดยปกติจะเป็นไมโครคอนโทรลเลอร์และอาจมีการป้อนกลับจากเอาต์พุตเพื่อสร้างระบบลูปปิดผู้ใช้สามารถควบคุมค่าความถี่เอาต์พุตได้โดยการปรับพารามิเตอร์ในวงจรควบคุมไดโอดในแผนภาพด้านบนใช้ เพื่อแสดงทิศทางการไหลของกระแส วงจรสวิตชิ่งบวกจะจ่ายกระแสเข้าสู่โหลดเสมอและวงจรสวิตชิ่งเชิงลบจะจมกระแสจากโหลดเสมอ

ไซโคลคอนเวอร์เตอร์เฟสเดียวเป็นเฟสเดียว:

CCV เฟสเดียวถึงเฟสเดียวไม่ค่อยได้ใช้ แต่เพื่อให้เข้าใจถึงการทำงานของ CCV ควรศึกษาก่อนเพื่อให้เราเข้าใจ CCV สามเฟส CCV เฟสเดียวถึงเฟสเดียวมีวงจรเรียงกระแสคลื่นเต็มสองคู่แต่ละคู่ประกอบด้วย SCR สี่ตัว ชุดหนึ่งวางตรงในขณะที่อีกชุดวางในแนวต้านขนานดังแสดงในภาพด้านล่าง

ขั้วประตูทั้งหมดของ SCR จะเชื่อมต่อกับวงจรควบคุมซึ่งไม่ได้แสดงไว้ในวงจรด้านบน วงจรควบคุมนี้จะทำหน้าที่กระตุ้น SCR เพื่อให้เข้าใจถึงการทำงานของวงจรให้เราสมมติว่าเขาป้อนแหล่งจ่ายไฟ AC เป็นความถี่ 50Hz และโหลดเป็นโหลดตัวต้านทานที่บริสุทธิ์และมุมยิงของ SCR (α) เป็น 0 ° เนื่องจากมุมยิงอยู่ที่ 0 ° SCR เมื่อเปิดเครื่องจะทำหน้าที่เหมือนไดโอดในทิศทางไปข้างหน้าและเมื่อปิดจะทำหน้าที่เหมือนไดโอดในทิศทางย้อนกลับ ให้เราวิเคราะห์รูปคลื่นด้านล่างเพื่อทำความเข้าใจว่าความถี่ลดลงโดยใช้ CCV อย่างไร

รูปคลื่นของความถี่แรงดันไฟฟ้าแสดงด้วย Vs และรูปคลื่นของความถี่แรงดันไฟฟ้าขาออกจะแสดงด้วย Vo ที่นี่เรากำลังพยายามแปลงความถี่แรงดันไฟฟ้าเป็น 1/4 ^thของค่าของมัน ดังนั้นในการทำเช่นนั้นในสองรอบแรกของแรงดันไฟฟ้าเราจะใช้วงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์บวกและสำหรับสองรอบถัดไปเราจะใช้วงจรเรียงกระแสเชิงลบ ดังนั้นเราจึงมีพัลส์บวกสี่พัลส์ในพื้นที่บวกและสี่ในพื้นที่เชิงลบดังแสดงในรูปคลื่นความถี่เอาต์พุต Vo รูปคลื่นกระแสไฟฟ้าสำหรับวงจรนี้จะเหมือนกับรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าเนื่องจากโหลดจะถือว่าเป็นตัวต้านทานล้วนๆ แม้ว่าขนาดของรูปคลื่นจะเปลี่ยนไปตามค่าความต้านทานของโหลด

ความถี่ในการส่งออกเป็นตัวแทนโดยใช้เส้นประในรูปแบบของคลื่น Vo เพราะมันมีการเปลี่ยนแปลงขั้วเฉพาะสำหรับทุกสองรอบของการป้อนข้อมูลรูปแบบของคลื่นความถี่เอาท์พุทที่มี 1/4 ^THความถี่ของการป้อนข้อมูลในกรณีของเราสำหรับความถี่ 50Hz ใส่ของ ความถี่เอาต์พุตจะอยู่ที่ (1/4 * 50) ประมาณ 12.5Hz ความถี่เอาท์พุทนี้สามารถควบคุมได้โดยการเปลี่ยนแปลงกลไกการกระตุ้นในวงจรควบคุม

ไซโคลคอนเวอร์เตอร์สามเฟสเป็นเฟสเดียว:

CCV สามเฟสถึงเฟสเดียวก็คล้ายกับ CCV เฟสเดียวถึงเฟสเดียว แต่ในที่นี้แรงดันไฟฟ้าอินพุตเป็นแหล่งจ่าย 3 เฟสและแรงดันขาออกเป็นแหล่งจ่ายเฟสเดียวที่มีความถี่ตัวแปร วงจรยังดูคล้ายกันมากยกเว้นเราจะต้องใช้ 6 SCR ในแต่ละชุดของ Rectifier เนื่องจากเราต้องแก้ไขแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ 3 เฟส

อีกครั้งที่ขั้วประตูของ SCR จะเชื่อมต่อกับวงจรควบคุมเพื่อเรียกใช้และมีการตั้งสมมติฐานเดียวกันอีกครั้งเพื่อให้เข้าใจการทำงานได้ง่าย นอกจากนี้ยังมี CCV สามเฟสเป็นเฟสเดียวสองประเภทประเภทแรกจะมีวงจรเรียงกระแสครึ่งคลื่นสำหรับทั้งสะพานบวกและลบและประเภทที่สองจะมีวงจรเรียงกระแสแบบเต็มคลื่นดังที่แสดงด้านบน ประเภทแรกไม่ได้ใช้บ่อยเนื่องจากมีประสิทธิภาพไม่ดี นอกจากนี้ในประเภทคลื่นเต็มทั้งวงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์สามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าได้ทั้งสองขั้ว แต่ตัวแปลงบวกสามารถจ่ายกระแส (แหล่งที่มา) ได้เฉพาะในทิศทางบวกและตัวแปลงค่าลบสามารถระบายกระแสได้ในทิศทางลบเท่านั้น สิ่งนี้ช่วยให้ CCV ทำงานในสี่ Quadrants จตุภาคทั้งสี่นี้คือ (+ V, + i) และ (-V, -i) ในโหมดแก้ไขและ (+ V, -i) และ (-V,-i) ในโหมดผกผัน

ไซโคลคอนเวอร์เตอร์สามเฟสถึงสามเฟส:

CCV สามเฟสถึงสามเฟสเป็นรุ่นที่ใช้มากที่สุดเนื่องจากสามารถขับเคลื่อนโหลดสามเฟสเช่นมอเตอร์ได้โดยตรง โหลดสำหรับ CCV สามเฟสโดยปกติจะเป็นโหลดที่เชื่อมต่อแบบสามเฟสสตาร์เหมือนกับการขดลวดสเตเตอร์ของมอเตอร์ ตัวแปลงนี้ใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟสที่มีความถี่คงที่เป็นอินพุตและให้แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟสพร้อมความถี่ตัวแปร

CCV สามเฟสมีสองประเภทประเภทที่มีตัวแปลงคลื่นครึ่งหนึ่งและอื่น ๆ ที่มีตัวแปลงคลื่นเต็มรูปแบบ แบบจำลอง Half wave converter เรียกอีกอย่างว่า 18-thyristor Cycloconverters หรือ 3-pulse Cycloconverters ตัวแปลงคลื่นเต็มเรียกว่าไซโคลคอนเวอร์เตอร์ 6 พัลส์หรือไซโคลคอนเวอร์เตอร์ 36 ไทริสเตอร์ Cycloconverter 3 พัลส์แสดงดังภาพด้านล่าง

ที่นี่เรามี Rectifiers หกชุดซึ่งสองชุดถูกจัดสรรสำหรับแต่ละเฟส การทำงานของ CCV นี้คล้ายกับ CCV เฟสเดียวยกเว้นที่นี่วงจรเรียงกระแสสามารถแก้ไขคลื่นได้เพียงครึ่งเดียวและสิ่งเดียวกันนี้จะเกิดขึ้นกับทั้งสามเฟส

การใช้งาน:

ไซโคลคอนเวอร์เตอร์มีการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมจำนวนมากดังต่อไปนี้

• โรงเจียร
• เครื่องซักผ้าหนัก
• Winders เหมือง
• สายไฟ HVDC
• แหล่งจ่ายไฟของเครื่องบิน
• SVG (เครื่องกำเนิดไฟฟ้า VAR แบบคงที่)
• ระบบขับเคลื่อนเรือ