Cycloconverters - الأنواع والعمل والتطبيقات

يمكن تصنيف مصادر الطاقة إلى فئتين رئيسيتين ، أحدهما مزود طاقة التيار المتردد والآخر هو مصدر طاقة التيار المستمر. كما نعلم ، يمكن توليد طاقة التيار المتردد فقط ، ولأنها أكثر اقتصادا ، فإننا نستخدم التيار المتردد للنقل ، وبالتالي تعمل معظم الآلات / الأجهزة الكهربائية على طاقة التيار المتردد. لكن الجهد والتردد المعياريين اللذين يتم توفيرهما من محطات التوليد قد لا يكونان جيدًا بما يكفي لتشغيل بعض الآلات الصناعية. في هذه الحالات ، نستخدم محولات ومحولات لتحويل أحد أشكال إمدادات الطاقة إلى شكل آخر مثل تصنيف جهد أو تصنيف تيار أو تصنيف تردد مختلف. يعد Cycloconveter أحد هذه المحولات التي تحول طاقة التيار المتردد بتردد واحد إلى طاقة تيار متردد بتردد قابل للتعديل. في هذه المقالة سوف نتعلم المزيد عن هذه المحولات الحلقية عملهم وتطبيقاتهم.

ما هو Cycloconverter؟

يذهب التعريف القياسي للمحولات الحلقية من ويكيبيديا على النحو التالي " المحول الحلقي (CCV) أو المحول الحلقي يحول جهدًا ثابتًا ، وشكل موجة متناوبة ذات تردد ثابت إلى شكل موجي تيار متردد آخر بتردد أقل عن طريق تجميع شكل الموجة الناتج من أجزاء من إمداد التيار المتردد بدون وسيط رابط DC "

إحدى خصائص Cycloconverters الخاصة هي أنها لا تستخدم رابط DC في عملية التحويل مما يجعلها عالية الكفاءة. يتم التحويل باستخدام مفاتيح كهربائية كهربائية مثل الثايرستور وتبديلها بطريقة منطقية. عادةً ما يتم فصل هذه الثايرستور إلى نصفين ، النصف الموجب والنصف السالب. سيتم إجراء كل نصف من خلال تدويرها خلال كل نصف دورة لشكل التيار المتردد وبالتالي تمكين تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه. تخيل الآن Cycloconverters كصندوق أسود يأخذ طاقة التيار المتردد بتردد ثابت للجهد الثابت كمدخل ويوفر ترددًا متغيرًا ، جهدًا متغيرًا كإخراج كما هو موضح في الرسم التوضيحي أدناه.

سوف نتعرف على ما يمكن أن يحدث داخل هذا الصندوق الأسود أثناء استعراض المقالة.

لماذا نحتاج Cycloconverters؟

حسنًا ، نحن نعلم الآن أن المقاييس الحلقية تقوم بتحويل طاقة التيار المتردد للتردد الثابت إلى طاقة التيار المتردد ذات التردد المتغير. لكن لماذا نحتاج إلى فعل ذلك؟ ما هي ميزة وجود مصدر طاقة تيار متردد متغير التردد؟

الجواب على هذا السؤال هو التحكم في السرعة. يتم استخدام Cycloconveters على نطاق واسع لقيادة المحركات الكبيرة مثل تلك المستخدمة في مصانع الدرفلة ، ومطاحن الكرة ، الأسمنت kils وما إلى ذلك. زيادة سرعة المحرك تدريجيًا عن طريق زيادة تردد الإخراج. قبل اختراع Cycloconverters ، يجب تفريغ هذه المحركات الكبيرة تمامًا ثم بعد بدء تشغيل المحرك يجب تحميلها تدريجيًا مما يؤدي إلى استهلاك الوقت والطاقة البشرية.

أنواع Cycloconveters:

بناءً على تردد الإخراج وعدد الطور في مصدر طاقة التيار المتردد للإدخال ، يمكن تصنيف المحولات الحلقية على النحو التالي

1. المحولات الحلقية التصاعدية

2. Ste-Down Cycloconverters

1. من مرحلة واحدة إلى محول حلقي أحادي الطور
2. من ثلاث مراحل إلى محوّل حلقي أحادي الطور
3. من ثلاث مراحل إلى ثلاث مراحل Cycloconverter

Step-Up Cycloconverters: Step-Up CCV ، حيث يشير الاسم إلى أن هذا النوع من CCV يوفر تردد خرج أكبر من تردد الإدخال. لكنه لا يستخدم على نطاق واسع لأنه لا يحتوي على الكثير من تطبيقات الجسيمات. سيتطلب معظم التطبيقات ترددًا أقل من 50 هرتز وهو التردد الافتراضي هنا في الهند. سيتطلب أيضًا Step-Up CCV تخفيفًا قسريًا مما يزيد من تعقيد الدائرة.

Step-Down Cycloconverters: Step-Down CCV ، كما كنت قد خمنته جيدًا.. فقط يوفر تردد خرج أقل من تردد الإدخال. هذه هي الأكثر استخدامًا وتعمل بمساعدة التبديل الطبيعي ومن ثم يسهل بناؤها وتشغيلها نسبيًا. يتم تصنيف Step-Down CCV إلى ثلاثة أنواع كما هو موضح أدناه ، وسننظر في كل نوع من هذه الأنواع بالتفصيل في هذه المقالة.

المبدأ الأساسي وراء Cycloconverters:

على الرغم من وجود ثلاثة أنواع مختلفة من Cycloconverters ، إلا أن عملها متشابه جدًا باستثناء عدد مفاتيح الطاقة الإلكترونية الموجودة في الدائرة. على سبيل المثال ، سيكون لمرحلة واحدة إلى مرحلة واحدة CCV 6 مفاتيح إلكترونية للطاقة (SCR) بينما قد تحتوي CCV ثلاثية الطور على 32 مفتاحًا.

يظهر الحد الأدنى المجرد لـ Cycloconverter أعلاه. سيكون لها دائرة تبديل على جانبي الحمل ، وستعمل دائرة واحدة خلال دورة النصف الموجبة لمصدر طاقة التيار المتردد وستعمل الدائرة الأخرى أثناء الدورة النصف السلبية. عادةً ما يتم عرض دائرة التبديل باستخدام SCR كجهاز إلكتروني للطاقة ، ولكن في CCV الحديثة ، يمكنك العثور على استبدال SCR بـ IGBT وأحيانًا MOSFETS.

سوف تحتاج دوائر التبديل أيضًا إلى دائرة تحكم ، والتي توجّه جهاز الطاقة الإلكتروني متى يجب إجراء التوصيل ومتى يتم إيقاف تشغيله. عادة ما تكون دائرة التحكم هذه عبارة عن متحكم دقيق وقد يكون لها أيضًا ردود فعل من الخرج لتشكيل نظام حلقة مغلقة ، ويمكن للمستخدم التحكم في قيمة تردد الخرج عن طريق ضبط المعلمات في دائرة التحكم. لتمثيل اتجاه تدفق التيار. تقوم دائرة التبديل الموجب دائمًا بتوجيه التيار إلى الحمل ودائرة التبديل السلبية تغرق دائمًا التيار من الحمل.

المرحلة الواحدة إلى المحولات الحلقية أحادية الطور:

نادرًا ما يتم استخدام المرحلة الواحدة إلى المرحلة الواحدة CCV ، ولكن لفهم تشغيل CCV ، يجب دراستها أولاً حتى نتمكن من فهم المرحلة الثالثة من CCV. تحتوي المرحلة الواحدة إلى المرحلة الواحدة CCV على زوجين من دائرة مقوم الموجة الكاملة ، كل منها يتكون من أربعة SCR. يتم وضع مجموعة واحدة بشكل مستقيم بينما يتم وضع الأخرى في الاتجاه المعاكس الموازي كما هو موضح في الصورة أدناه.

سيتم توصيل جميع أطراف بوابة SCR بدائرة تحكم غير مبينة في الدائرة أعلاه. ستكون دائرة التحكم هذه مسؤولة عن تشغيل SCRs. لفهم عمل الدائرة ، دعنا نفترض أنه دخل التيار المتردد بتردد 50 هرتز والحمل هو حمل مقاوم خالص وزاوية إطلاق SCR (α) تساوي 0 درجة. نظرًا لأن زاوية إطلاق النار عند 0 درجة ، فإن SCR عند تشغيله سيعمل مثل الصمام الثنائي في الاتجاه الأمامي وعند إيقاف التشغيل سيعمل مثل الصمام الثنائي في الاتجاه المعاكس. دعونا نحلل شكل الموجة أدناه لفهم كيفية خفض التردد باستخدام CCV

يتم الإشارة إلى شكل الموجة لتردد جهد الإمداد بواسطة Vs ويتم الإشارة إلى شكل الموجة لتردد جهد الخرج بواسطة Vo. هنا نحاول تحويل تردد جهد التغذية إلى 1/4 ^عشر من قيمته. للقيام بذلك في أول دورتين من جهد الإمداد ، سنستخدم مقوم الجسر الموجب ، وفي الدورتين التاليتين ، سنستخدم مقوم الجسر السالب. وبالتالي لدينا أربع نبضات موجبة في المنطقة الموجبة ثم أربعة في المنطقة السلبية كما هو موضح في شكل موجة التردد الناتج Vo. سيكون شكل الموجة الحالي لهذه الدائرة هو نفسه شكل موجة الجهد حيث يُفترض أن يكون الحمل مقاومًا تمامًا. على الرغم من أن حجم شكل الموجة سيتغير بناءً على قيمة مقاومة الحمل.

يتم تمثيل تردد الخرج باستخدام الخط المنقط على شكل موجة Vo ، لأنه يغير القطبية فقط لكل دورتين من شكل موجة الإدخال ، تردد الخرج مع 1/4 ^th من تردد الإدخال ، في حالتنا لتردد إدخال يبلغ 50 هرتز سيكون تردد الإخراج (1/4 * 50) حوالي 12.5 هرتز. يمكن التحكم في تردد الخرج هذا عن طريق تغيير آلية التشغيل في دائرة التحكم.

المحولات الحلقية ثلاثية الطور إلى الطور الواحد:

تتشابه CCV من ثلاث مراحل إلى مرحلة واحدة أيضًا مع مرحلة واحدة إلى مرحلة واحدة CCV ، ولكن هنا يكون جهد الإدخال عبارة عن إمداد ثلاثي الطور والجهد الناتج هو مصدر أحادي الطور بتردد متغير. تبدو الدائرة أيضًا متشابهة جدًا باستثناء أننا سنحتاج إلى 6 SCR في كل مجموعة من المقومات حيث يتعين علينا تصحيح جهد التيار المتردد ثلاثي الطور.

مرة أخرى ، سيتم توصيل أطراف بوابة SCR بدائرة التحكم لتشغيلها ويتم إجراء نفس الافتراضات مرة أخرى لفهم العمل بسهولة. يوجد أيضًا نوعان من ثلاث مراحل إلى مرحلة واحدة CCVs ، النوع الأول سيكون له مقوم نصف موجة لكل من الجسر الموجب والسالب والنوع الثاني سيكون له مقوم الموجة الكاملة كما هو موضح أعلاه. لا يتم استخدام النوع الأول غالبًا بسبب ضعف كفاءته. أيضًا في نوع الموجة الكاملة ، يمكن أن يولد كل من مقومات الجسر الفولتية في كل من القطبين ، لكن المحول الإيجابي يمكنه توفير التيار (المصدر) فقط في الاتجاه الإيجابي ويمكن للمحول السالب أن يستنزف التيار فقط في الاتجاه السلبي. هذا يسمح لـ CCV بالعمل في أربعة أجزاء. هذه الأرباع الأربعة هي (+ V ، + i) و (-V ، -i) في وضع التصحيح و (+ V ، -i) و (-V ،-i) في وضع الانعكاس.

ثلاث مراحل إلى ثلاث مراحل Cycloconverters:

تعد CCV من ثلاث مراحل إلى ثلاث مراحل هي الأكثر استخدامًا لأنها يمكن أن تقود أحمالًا ثلاثية الطور مثل المحركات مباشرة. عادةً ما يكون الحمل لثلاث مراحل من CCV عبارة عن حمولة متصلة بنجمة ثلاثية الأطوار مثل لف الجزء الثابت للمحرك. تأخذ هذه المحولات جهد تيار متردد ثلاثي الأطوار بتردد ثابت كمدخلات وتوفر جهد تيار متردد ثلاثي الأطوار بتردد متغير.

هناك نوعان من ثلاث مراحل CCV ، النوع الذي يحتوي على محول نصف موجة والآخر مع محول الموجة الكاملة. يُطلق على نموذج محول نصف الموجة أيضًا 18 محولات دورانية ثايرستور أو محولات دائرية ثلاثية النبضات. يُطلق على محول الموجة الكاملة محولات دائرية ذات 6 نبضات أو محولات دائرية ذات 36 ثايرستور. يظهر محول Cycloconverter ثلاثي النبضات في الصورة أدناه

لدينا هنا ست مجموعات من المقومات ، اثنان منها مخصصان لكل مرحلة. يشبه عمل CCV هذا CCV أحادي الطور باستثناء هنا يمكن للمعدلات تصحيح نصف الموجة فقط ويحدث نفس الشيء لجميع المراحل الثلاث

التطبيقات:

تمتلك Cycloconverters مجموعة كبيرة من التطبيقات الصناعية ، وفيما يلي عدد قليل منها

• مطاحن
• الغسالات الثقيلة
• اللفافات الألغام
• خطوط الكهرباء HVDC
• امدادات طاقة الطائرات
• SVG (مولدات VAR الثابتة)
• نظام دفع السفن