- أربعة عملية رباعي في محول مزدوج
- المبدأ
- عملي محول مزدوج
- 1) تشغيل المحول المزدوج دون تعميم التيار
- 2) عملية المحول المزدوج مع التيار المتداول
- 1) محول مزدوج أحادي الطور
- 2) ثلاث مراحل المحول المزدوج
في البرنامج التعليمي السابق ، رأينا كيف تم تصميم دائرة إمداد الطاقة المزدوجة ، والآن نتعرف على المحولات المزدوجة ، والتي يمكنها تحويل التيار المتردد إلى التيار المستمر والتيار المستمر إلى التيار المتردد في نفس الوقت. كما يوحي الاسم ، يحتوي Dual Converter على محولين ، يعمل محول واحد على مقوم (يحول التيار المتردد إلى تيار مستمر) ويعمل محول آخر كعاكس (يحول التيار المستمر إلى تيار متردد). يتم توصيل كلا المحولين من الخلف إلى الخلف بحمل مشترك كما هو موضح في الصورة أعلاه. لمعرفة المزيد حول المعدل والعاكس ، اتبع الروابط.
لماذا نستخدم المحول المزدوج؟ إذا كان بإمكان محول واحد فقط توفير الحمل ، فلماذا نستخدم محولين؟ قد تظهر هذه الأسئلة وستحصل على إجابة في هذه المقالة.
هنا لدينا محوّلان متصلان من الخلف إلى الخلف. بسبب هذا النوع من الاتصال ، يمكن تصميم هذا الجهاز لتشغيل رباعي. وهذا يعني أن كلاً من جهد الحمل وتيار الحمل يصبحان قابلين للانعكاس. كيف يمكن تشغيل أربعة أرباع في المحول المزدوج؟ سنرى المزيد في هذا المقال.
بشكل عام ، تُستخدم المحولات المزدوجة لمحركات الأقراص الثابتة القابلة للانعكاس أو محركات التيار المستمر ذات السرعة المتغيرة. يتم استخدامه للتطبيقات عالية الطاقة.
أربعة عملية رباعي في محول مزدوج
الربع الأول: الجهد والتيار كلاهما موجب.
الربع الثاني: الجهد موجب والتيار سالب.
الربع الثالث: الجهد والتيار كلاهما سالب.
الربع الرابع: الجهد سالب والتيار موجب.
من بين هذين المحولين ، يعمل المحول الأول في ربعين اعتمادًا على قيمة زاوية إطلاق النار α. يعمل هذا المحول كمقوم عندما تكون قيمة α أقل من 90 درجة. في هذه العملية ، ينتج المحول جهد حمل متوسط موجب وتيار حمل ، ويعمل في الربع الأول.
عندما تكون قيمة α أكبر من 90 درجة ، يعمل هذا المحول كعاكس. في هذه العملية ، ينتج المحول جهد خرج متوسط سالب ولا يتغير اتجاه التيار. لهذا السبب يظل تيار الحمل موجبًا. في العملية الرباعية الأولى ، تنتقل الطاقة من المصدر إلى الحمل وفي عملية الربع الرابع ، تنتقل الطاقة من الحمل إلى المصدر.
وبالمثل ، يعمل المحول الثاني كمقوم عندما تكون زاوية إطلاق النار α أقل من 90 درجة ، ويعمل كعاكس عندما تكون زاوية إطلاق النار α أكبر من 90 درجة. عندما يعمل هذا المحول كمقوم ، فإن متوسط جهد الخرج والتيار كلاهما سالب. لذلك ، فهي تعمل في الربع الثالث وتدفق الطاقة من الحمل إلى المصدر. هنا ، يدور المحرك في الاتجاه المعاكس. عندما يعمل هذا المحول كعاكس ، يكون متوسط جهد الخرج موجبًا والتيار سالبًا. لذلك ، فهو يعمل في الربع الثاني ويتم تدفق الطاقة من الحمل إلى المصدر.
عندما يكون تدفق الطاقة من حمل إلى مصدر ، فإن المحرك يتصرف مثل المولد وهذا يجعل من الممكن كسر التجدد.
المبدأ
لفهم مبدأ المحول المزدوج ، نفترض أن كلا المحولين مثاليان. هذا يعني أنهم ينتجون جهد خرج تيار مستمر نقي ، ولا يوجد تموج في أطراف الخرج. الرسم البياني المكافئ المبسط للمحول المزدوج كما هو موضح في الشكل أدناه.
في مخطط الدائرة أعلاه ، يُفترض أن المحول هو مصدر جهد تيار مستمر يمكن التحكم فيه ومتصل في سلسلة مع الصمام الثنائي. يتم تنظيم زاوية إطلاق المحولات بواسطة دائرة تحكم. لذلك ، فإن الفولتية DC لكلا المحولين متساوية في الحجم وعكس القطبية. هذا يجعل من الممكن قيادة التيار في الاتجاه المعاكس من خلال الحمل.
المحول الذي يعمل كمقوم يسمى محول المجموعة الإيجابية والمحول الآخر الذي يعمل كعاكس يسمى محول المجموعة السلبي.
متوسط جهد الخرج هو دالة لزاوية إطلاق النار. بالنسبة للعاكس أحادي الطور والعاكس ثلاثي الطور ، يكون متوسط جهد الخرج في شكل المعادلات أدناه.
E DC1 = E max Cos⍺ 1 E DC2 = E max Cos⍺ 2
حيث α 1 و α 2 هي زاوية إطلاق المحول 1 والمحول 2 على التوالي.
لمحول مزدوج أحادي الطور ،
E ماكس = 2E م / π
ل ، محول مزدوج ثلاثي المراحل ،
E ماكس = 3√3E م / π
لمحول مثالي ،
E DC = E DC1 = -E DC2 E ماكس Cos⍺ 1 = -E ماكس Cos⍺ 2 Cos⍺ 1 = -Cos⍺ 2 Cos⍺ 1 = كوس (180⁰ - ⍺ 2) ⍺ 1 = 180⁰ - ⍺ 2 ⍺ 1 + ⍺ 2 = 180 درجة
كما نوقش أعلاه ، فإن متوسط جهد الخرج هو دالة لزاوية إطلاق النار. هذا يعني أنه بالنسبة لجهد الخرج المطلوب ، نحتاج إلى التحكم في زاوية إطلاق النار. يمكن استخدام دائرة التحكم في زاوية إطلاق النار بحيث ، عندما تتغير إشارة التحكم E c ، فإن زاوية إطلاق النار α 1 و α 2 ستتغير بطريقة ترضي الرسم البياني أدناه.
عملي محول مزدوج
عمليا لا يمكننا أن نفترض كلا المحولين كمحول مثالي. إذا تم ضبط زاوية إطلاق المحولات بطريقة تكون ⍺ 1 + ⍺ 2 = 180⁰. في هذه الحالة ، يكون متوسط جهد الخرج لكلا المحولين متماثلاً في mmagnitude ولكن العكس في القطبية. ولكن بسبب تموج الجهد ، لا يمكننا الحصول على نفس الجهد بالضبط. لذلك، هناك فرق الجهد لحظية في محطات DC اثنين من المحولات التي تنتج هائلة ج irculating الحالية بين المحولات والتي سوف تتدفق من خلال هذا العبء.
لذلك ، في المحول المزدوج العملي ، من الضروري التحكم في التيار المتداول. هناك طريقتان للتحكم في التيار المتداول.
1) التشغيل بدون تعميم التيار
2) العملية مع التيار المتداول
1) تشغيل المحول المزدوج دون تعميم التيار
في هذا النوع من المحولات المزدوجة ، يوجد محول واحد فقط في التوصيل ويتم حظر محول آخر مؤقتًا. لذلك ، في وقت واحد يعمل محول واحد والمفاعل غير مطلوب بين المحولات. في لحظة معينة ، دعنا نقول أن المحول 1 يعمل كمقوم ويزود تيار الحمل. في هذه اللحظة ، يتم حظر المحول 2 عن طريق إزالة زاوية إطلاق النار. بالنسبة لعملية الانعكاس ، يتم حظر المحول 1 ويقوم المحول 2 بتزويد تيار الحمل.
يتم تطبيق النبضات على المحول 2 بعد وقت تأخير. وقت التأخير حوالي 10 إلى 20 ميللي ثانية. لماذا نطبق تأخير الوقت بين تغيير العملية؟ يضمن التشغيل الموثوق للثايرستور. إذا كان مشغل المحول 2 قبل إيقاف تشغيل المحول 1 تمامًا ، فسوف تتدفق كمية كبيرة من التيار المتداول بين المحولات.
هناك العديد من مخططات التحكم لتوليد زاوية إطلاق لتعميم التشغيل الحر الحالي للمحول المزدوج. تم تصميم مخططات التحكم هذه لتشغيل أنظمة تحكم معقدة للغاية. هنا ، في وقت واحد فقط محول واحد في التوصيل. لذلك ، من الممكن استخدام وحدة زاوية إطلاق واحدة فقط. يتم سرد بعض المخططات الأساسية أدناه.
أ) اختيار المحول عن طريق قطبية إشارة التحكم
ب) اختيار المحول عن طريق تحميل قطبية التيار
ج) اختيار المحول بواسطة كل من جهد التحكم وتحميل التيار
2) عملية المحول المزدوج مع التيار المتداول
بدون تدوير محول التيار ، يتطلب نظام تحكم متطورًا للغاية ولا يكون تيار الحمل مستمرًا. للتغلب على هذه الصعوبات ، يوجد محول مزدوج يمكنه العمل مع التيار المتداول. A مفاعل الحد الحالي متصل بين المحطات DC كلا المحولات. يتم ضبط زاوية إطلاق النار لكلا المحولين بحيث يكون الحد الأدنى من تدفق التيار المتداول عبر المفاعل. كما نوقش في العاكس المثالي ، يكون التيار المتداول صفرًا إذا كان ⍺ 1 + ⍺ 2 = 180⁰.
لنفترض أن زاوية إطلاق المحول 1 هي 60 درجة ، ثم يجب الحفاظ على زاوية إطلاق المحول 2 عند 120 درجة. في هذه العملية ، سيعمل المحول 1 كمقوم وسيعمل المحول 2 كعاكس. وبالتالي ، في هذا النوع من العمليات ، يكون كلا المحولين في حالة إجراء. إذا تم عكس تيار الحمل ، فإن المحول الذي يتم تشغيله كمقوم يعمل الآن كعاكس ، بينما يعمل المحول الذي يتم تشغيله كعاكس الآن كمقوم. في هذا المخطط ، يعمل كلا المحولين في نفس الوقت. لذلك ، فهي تتطلب وحدتي مولد بزاوية إطلاق النار.
تتمثل ميزة هذا المخطط في أنه يمكننا الحصول على التشغيل السلس للمحول في وقت الانعكاس. الاستجابة الزمنية للمخطط سريعة جدًا. فترة التأخير العادية هي من 10 إلى 20 ميللي ثانية في حالة تعميم التشغيل الحر الحالي.
عيب هذا المخطط هو أن حجم وتكلفة المفاعل عالية. بسبب التيار المتداول ، عامل الطاقة والكفاءة منخفضان. للتعامل مع التيار المتداول ، يلزم وجود الثايرستور ذو التصنيفات الحالية العالية.
وفقًا لنوع الحمل ، يتم استخدام محولات أحادية الطور وثلاثية الطور.
1) محول مزدوج أحادي الطور
يظهر الرسم البياني لدائرة المحول المزدوج في الشكل أدناه. يتم استخدام محرك DC متحمس بشكل منفصل كحمل. ترتبط أطراف التيار المستمر لكل من المحولات بأطراف ملف المحرك. هنا ، يتم توصيل محولين كاملين أحادي الطور من الخلف إلى الخلف. يوفر كلا المحولين حمولة مشتركة.
زاوية إطلاق المحول 1 هي α 1 و α 1 أقل من 90 درجة. ومن ثم ، فإن المحول 1 بمثابة مقوم. بالنسبة للدورة النصف الموجبة (0 <t <) ، سيجري الثايرستور S1 و S2 ودورة نصف سالبة (π <t <2π) ، سيجري الثايرستور S3 و S4. في هذه العملية ، يكون كل من جهد الخرج والتيار موجبين. لذلك ، تُعرف هذه العملية باسم عملية المحركات الأمامية ويعمل المحول في الربع الأول.
زاوية إطلاق المحول -2 هي 180 - α 1 = α 2 و α 2 أكبر من 90 درجة. لذلك ، يعمل المحول 2 كعاكس. في هذه العملية ، يظل تيار الحمل في نفس الاتجاه. قطبية جهد الخرج سالبة. لذلك ، يعمل المحول في الربع الرابع. تُعرف هذه العملية باسم الكبح المتجدد.
للدوران العكسي لمحرك DC ، يعمل المحول 2 كمقوم ويعمل المحول 1 كعكس. زاوية إطلاق المحول -2 α 2 أقل من 90 درجة. مصدر الجهد البديل يوفر الحمل. في هذه العملية ، يكون تيار الحمل سالبًا ويكون متوسط جهد الخرج سالبًا أيضًا. لذلك ، يعمل المحول 2 في الربع الثالث. تُعرف هذه العملية بمحرك عكسي.
في العملية العكسية ، تكون زاوية إطلاق المحول 1 أقل من 90 درجة وزاوية إطلاق المحول 2 أكبر من 90 درجة. لذلك ، في هذه العملية ، يكون تيار الحمل سالبًا ولكن متوسط جهد الخرج موجب. إذن ، المحول -2 يعمل في الربع الثاني. تُعرف هذه العملية باسم الكبح المتجدد العكسي.
الشكل الموجي للمحول الثنائي أحادي الطور كما هو موضح في الشكل أدناه.
2) ثلاث مراحل المحول المزدوج
يظهر الرسم التخطيطي لدائرة المحول الثنائي ثلاثي الطور كما هو موضح في الشكل أدناه. هنا ، يتم توصيل محولين من ثلاث مراحل من الخلف إلى الخلف. مبدأ التشغيل هو نفس المحول الثنائي أحادي الطور.
هذه هي الطريقة التي يتم بها تصميم المحولات المزدوجة وكما قيل بالفعل ، يتم استخدامها بشكل عام لبناء محركات DC قابلة للانعكاس أو محركات DC متغيرة السرعة في التطبيقات عالية الطاقة.