Cicloconvertitori - tipologie, funzionamento e applicazioni

Gli alimentatori possono essere classificati in due grandi categorie, uno è l'alimentatore CA e l'altro è l'alimentatore CC. Come sappiamo, solo l'alimentazione CA può essere generata e poiché è più economica utilizziamo CA per la trasmissione e quindi la maggior parte delle macchine / dispositivi elettrici funziona con alimentazione CA. Ma la tensione e la frequenza standard fornite dalle stazioni di generazione potrebbero non essere sufficienti per guidare alcune macchine industriali. In questi casi, utilizziamo convertitori e inverter per convertire una forma di alimentazione in un'altra forma, ad esempio in una diversa tensione nominale, corrente nominale o valutazione di frequenza. Un cicloconvetro è uno di questi convertitori che converte la potenza CA in una frequenza in potenza CA di una frequenza regolabile. In questo articolo impareremo di più su questi Cicloconvertitori sul loro funzionamento e sulle loro applicazioni.

Cos'è Cycloconverter?

La definizione standard di Cicloconvertitori da Wikipedia è la seguente: "Un cicloconvertitore (CCV) o un cicloinvertitore converte una forma d'onda CA a tensione costante e a frequenza costante in un'altra forma d'onda CA di una frequenza inferiore sintetizzando la forma d'onda di uscita dai segmenti dell'alimentazione CA senza un intermedio DC link "

Una proprietà particolare dei Cycloconverters è che non utilizza un collegamento CC nel processo di conversione, rendendolo così altamente efficiente. La conversione viene eseguita utilizzando interruttori elettronici di potenza come i tiristori e commutandoli in modo logico. Normalmente questi tiristori saranno separati in due metà, la metà positiva e la metà negativa. Ciascuna metà verrà fatta condurre ruotandole durante ogni semiciclo della forma AC, consentendo così un flusso di potenza bidirezionale. Per ora immagina i Cicloconvertitori come una scatola nera che accetta una tensione CA a frequenza fissa a tensione fissa come ingresso e fornisce una frequenza variabile, tensione variabile come uscita come mostrato nell'illustrazione sotto.

Impareremo cosa potrebbe succedere all'interno di questa scatola nera mentre esaminiamo l'articolo.

Perché abbiamo bisogno dei Cicloconvertitori?

Ok, ora sappiamo che i cicloconvettori convertono la potenza CA di frequenza fissa in potenza CA di frequenza variabile. Ma perché dobbiamo farlo? Qual è il vantaggio di avere un alimentatore AC con frequenza variabile?

La risposta a questa domanda è Speed ​​Control. I cicloconvertitori sono ampiamente utilizzati per azionare motori di grandi dimensioni come quello utilizzato nei laminatoi, nei mulini a sfere, ecc. La frequenza di uscita di un cicloconvertitore può essere ridotta fino a zero, il che ci aiuta ad avviare motori molto grandi a pieno carico alla aumentare gradualmente la velocità del motore aumentando la frequenza di uscita. Prima dell'invenzione dei Cicloconvertitori, questi grandi motori devono essere scaricati completamente e quindi dopo aver avviato il motore deve essere caricato gradualmente, il che si traduce in tempo e consumo di energia.

Tipi di cicloconvettori:

In base alla frequenza di uscita e al numero di fasi nella sorgente di alimentazione CA in ingresso, i Cicloconvertitori possono essere classificati come di seguito

1. Cicloconvertitori step-up

2. Cicloconvertitori Ste-Down

1. Cicloconvertitore da monofase a monofase
2. Cicloconvertitore da trifase a monofase
3. Cicloconvertitore da trifase a trifase

Cicloconvertitori Step-Up: CCV Step-Up, come suggerisce il nome, questo tipo di CCV fornisce una frequenza di uscita maggiore di quella della frequenza di ingresso. Ma non è ampiamente utilizzato poiché non ha molta applicazione di particelle. La maggior parte delle applicazioni richiederà una frequenza inferiore a 50Hz, che è la frequenza predefinita qui in India. Anche Step-Up CCV richiederà una commutazione forzata che aumenta la complessità del circuito.

Cicloconvertitori step-down: CCV step-down, come avrete già intuito bene.. fornisce solo una frequenza di uscita che è inferiore alla frequenza di ingresso. Questi sono più comunemente usati e funzionano con l'aiuto della commutazione naturale, quindi relativamente facili da costruire e da usare. Il CCV step-down è ulteriormente classificato in tre tipi, come mostrato di seguito, esamineremo in dettaglio ciascuno di questi tipi in questo articolo.

Principio di base dietro i Cicloconvertitori:

Sebbene esistano tre diversi tipi di cicloconvertitori, il loro funzionamento è molto simile tranne che per il numero di interruttori elettronici di potenza presenti nel circuito. Ad esempio, un CCV da monofase a monofase avrà solo 6 interruttori elettronici di potenza (SCR) mentre un CCV trifase potrebbe avere fino a 32 interruttori.

Il minimo indispensabile per un cicloconvertitore è mostrato sopra. Avrà un circuito di commutazione su entrambi i lati del carico, un circuito funzionerà durante il semiciclo positivo della fonte di alimentazione CA e l'altro circuito funzionerà durante il semiciclo negativo. Normalmente il circuito di commutazione verrà dimostrato utilizzando SCR come dispositivo elettronico di potenza, ma nei moderni CCV è possibile trovare gli SCR sostituiti da IGBT e talvolta anche MOSFET.

I circuiti di commutazione avranno anche bisogno di un circuito di controllo, che istruisca il dispositivo elettronico di potenza quando condurre e quando spegnersi. Questo circuito di controllo sarà normalmente un microcontrollore e potrebbe anche avere un feedback dall'uscita per formare un sistema a circuito chiuso.L'utente può controllare il valore della frequenza di uscita regolando i parametri nel circuito di controllo.I diodi nello schema sopra sono usati per rappresentare la direzione del flusso di corrente. Il circuito di commutazione positivo alimenta sempre la corrente nel carico e il circuito di commutazione negativo assorbe sempre corrente dal carico.

Cicloconvertitori da monofase a monofase:

Il CCV da monofase a monofase è usato molto raramente, ma per comprendere il funzionamento di un CCV dovrebbe essere prima studiato in modo da poter comprendere il CCV trifase. Il CCV da monofase a monofase ha due coppie di circuiti raddrizzatori a onda intera, ciascuno costituito da quattro SCR. Un set è posizionato dritto mentre l'altro è posizionato in direzione antiparallela come mostrato nell'immagine sotto.

Tutti i terminali di gate degli SCR saranno collegati a un circuito di controllo che non è mostrato nel circuito sopra. Questo circuito di controllo sarà responsabile dell'attivazione degli SCR. Per comprendere il funzionamento del circuito supponiamo che l'alimentazione AC in ingresso sia di frequenza 50Hz e che il carico sia un carico resistivo puro e che l'angolo di accensione dell'SCR (α) sia 0 °. Poiché l'angolo di accensione è a 0 °, l'SCR quando acceso agirà come un diodo in avanti e quando è spento agirà come un diodo in direzione inversa. Analizziamo la forma d'onda di seguito per capire come la frequenza viene ridotta utilizzando un CCV

La forma d'onda della frequenza della tensione di alimentazione è indicata da Vs e la forma d'onda della frequenza della tensione di uscita è indicata da Vo. Qui stiamo cercando di convertire la frequenza della tensione di alimentazione a 1/4 ^° del suo valore. Quindi per fare ciò per i primi due cicli della tensione di alimentazione utilizzeremo il ponte raddrizzatore positivo e per i successivi due cicli successivi utilizzeremo il ponte raddrizzatore negativo. Quindi abbiamo quattro impulsi positivi nella regione positiva e poi quattro nella regione negativa come mostrato nella forma d'onda della frequenza di uscita Vo. La forma d'onda della corrente per questo circuito sarà la stessa della forma d'onda della tensione poiché si presume che il carico sia puramente resistivo. Sebbene l'ampiezza della forma d'onda cambierà in base al valore di resistenza del carico.

La frequenza di uscita è rappresentato utilizzando la linea tratteggiata sulla forma d'onda Vo, poiché cambia polarità solo per ogni due cicli della forma d'onda in ingresso la frequenza di uscita con 1/4 ^th della frequenza di ingresso, nel nostro caso di una frequenza di 50Hz ingresso del la frequenza di uscita sarà (1/4 * 50) intorno a 12,5 Hz. Questa frequenza di uscita può essere controllata variando il meccanismo di attivazione nel circuito di controllo.

Cicloconvertitori da trifase a monofase:

Il CCV da trifase a monofase è simile al CCV da monofase a monofase, ma qui la tensione di ingresso è un'alimentazione trifase e la tensione di uscita è un'alimentazione monofase con frequenza variabile. Anche il circuito sembra molto simile tranne che avremo bisogno di 6 SCR in ogni set di Rectifier poiché dobbiamo rettificare la tensione CA trifase.

Anche in questo caso i terminali di gate dell'SCR saranno collegati al circuito di controllo per attivarli e le stesse ipotesi vengono fatte nuovamente per comprenderne facilmente il funzionamento. Inoltre ci sono due tipi di CCV da trifase a monofase, il primo tipo avrà un raddrizzatore a semionda sia per il ponte positivo che per quello negativo e il secondo tipo avrà un raddrizzatore a onda intera come mostrato sopra. Il primo tipo non viene utilizzato spesso a causa della sua scarsa efficienza. Anche in un tipo ad onda intera entrambi i ponti raddrizzatori possono generare tensioni in entrambe le polarità, ma il convertitore positivo può fornire corrente (sorgente) solo in direzione positiva e il convertitore negativo può assorbire corrente solo in direzione negativa. Ciò consente al CCV di operare in quattro quadranti. Questi quattro quadranti sono (+ V, + i) e (-V, -i) in modalità rettifica e (+ V, -i) e (-V,-i) in modalità inversione.

Cicloconvertitori da trifase a trifase:

I CCV da trifase a trifase sono i più utilizzati poiché possono pilotare direttamente carichi trifase come i motori. Il carico per un CCV trifase sarà normalmente un carico collegato a stella trifase come l'avvolgimento dello statore di un motore. Questi convertitori accettano la tensione CA trifase con frequenza fissa come ingresso e forniscono tensione CA trifase con frequenza variabile.

Esistono due tipi di CCV trifase, quello con convertitore a semionda e l'altro con convertitore a onda intera. Il modello di convertitore a mezza onda è anche chiamato cicloconvertitore a 18 tiristori o cicloconvertitore a 3 impulsi. Il convertitore a onda intera è chiamato cicloconvertitori a 6 impulsi o cicloconvertitori a 36 tiristori. Nella figura sotto è mostrato un cicloconvertitore a 3 impulsi

Qui abbiamo sei serie di raddrizzatori di cui due sono assegnati per ciascuna fase. Il funzionamento di questo CCV è simile al CCV monofase tranne qui i raddrizzatori possono rettificare solo metà dell'onda e lo stesso accade per tutte e tre le fasi

Applicazioni:

I cicloconvertitori hanno una vasta gamma di applicazioni industriali, le seguenti sono le poche

• Mulini di macinazione
• Lavatrici pesanti
• Mine Winders
• Linee elettriche HVDC
• Alimentazione per aeromobili
• SVG (generatori VAR statici)
• Sistema di propulsione della nave