ثلاث مراحل الدائرة العاكس

نعلم جميعًا عن العاكس - إنه جهاز يحول التيار المستمر إلى تيار متردد. وقد تعلمنا سابقًا عن أنواع مختلفة من العواكس وقمنا ببناء عاكس أحادي الطور من 12 فولت إلى 220 فولت. يحول العاكس ثلاثي الطور جهد التيار المستمر إلى مصدر تيار متردد ثلاثي الطور. هنا في هذا البرنامج التعليمي ، سوف نتعرف على Three Phase Inverter وعمله ، ولكن قبل المضي قدمًا ، دعونا نلقي نظرة على أشكال موجة الجهد للخط ثلاثي الطور. في الدائرة أعلاه ، يتم توصيل خط ثلاثي الطور بحمل مقاوم والحمل يسحب الطاقة من الخط. إذا رسمنا أشكال موجة الجهد لكل مرحلة ، فسنحصل على رسم بياني كما هو موضح في الشكل. في الرسم البياني ، يمكننا أن نرى ثلاثة أشكال موجية للجهد خارج الطور مع بعضها البعض بمقدار 120 درجة.

في هذه المقالة ، سنناقش دارة العاكس ثلاثية الطور والتي تستخدم كمحول تيار متردد إلى 3 مراحل. تذكر أنه حتى في العصر الحديث ، فإن تحقيق شكل موجة جيبية تمامًا للأحمال المتغيرة أمر صعب للغاية وغير عملي. لذلك سنناقش هنا عمل دارة محول ثلاثية الطور مثالية تتجاهل جميع المشكلات المتعلقة بالعاكس العملي ثلاثي الطور.

3 المرحلة العاكس العمل

الآن دعونا نلقي نظرة على الدائرة العاكس ثلاثية الطور وشكلها المبسط المثالي.

يوجد أدناه مخطط دائرة عاكس ثلاثي المراحل مصمم باستخدام الثايرستور والصمام الثنائي (لحماية ارتفاع الجهد)

ويوجد أدناه مخطط دائرة عاكس ثلاثي الأطوار مصمم باستخدام المفاتيح فقط. كما ترون ، يعد إعداد التبديل الميكانيكي الستة هذا أكثر فائدة في فهم عمل العاكس ثلاثي الطور من دائرة الثايرستور المرهقة.

ما سنفعله هنا هو فتح وإغلاق هذه المفاتيح الستة بشكل متماثل للحصول على خرج الجهد ثلاثي الطور للحمل المقاوم. هناك طريقتان محتملتان لتشغيل المفاتيح لتحقيق النتيجة المرجوة ، إحداهما تعمل فيها المفاتيح عند 180 درجة والأخرى تعمل فيها المفاتيح عند 120 درجة فقط. دعونا نناقش كل نمط أدناه:

أ) ثلاث مراحل العاكس - 180 درجة وضع التوصيل

يتم رسم الدائرة المثالية قبل أن يمكن تقسيمها إلى ثلاثة أجزاء وهي الجزء الأول والجزء الثاني والجزء الثالث وسنستخدم هذه الرموز في القسم التالي من المقالة. يتكون الجزء الأول من زوج من المفاتيح S1 و S2 ، ويتكون الجزء الثاني من زوج التبديل S3 & S4 ويتكون الجزء الثالث من زوج التبديل S5 & S6. في أي وقت من الأوقات ، لا ينبغي أبدًا إغلاق كلا المفتاحين الموجودين في نفس المقطع لأنه يؤدي إلى فشل دوائر البطارية القصيرة في الإعداد بالكامل ، لذلك يجب تجنب هذا السيناريو في جميع الأوقات.

لنبدأ الآن في تبديل التسلسل بإغلاق المفتاح S1 في المقطع الأول من الدائرة المثالية ودعنا نسمي البداية بـ 0º. نظرًا لأن وقت التوصيل المحدد هو 180 درجة ، فسيتم إغلاق المفتاح S1 من 0 إلى 180 درجة.

ولكن بعد 120 درجة من المرحلة الأولى ، سيكون للمرحلة الثانية أيضًا دورة موجبة كما هو موضح في الرسم البياني للجهد ثلاثي الطور ، لذلك سيتم إغلاق المفتاح S3 بعد S1. سيتم أيضًا إبقاء S3 مغلقًا لمدة 180 درجة أخرى. لذلك سيتم إغلاق S3 من 120 درجة إلى 300 درجة ولن يتم فتحها إلا بعد 300 درجة.

وبالمثل ، فإن المرحلة الثالثة لها أيضًا دورة موجبة بعد 120 درجة من الدورة الإيجابية للمرحلة الثانية ، كما هو موضح في الرسم البياني في بداية المقالة. لذلك سيتم إغلاق المفتاح S5 بعد إغلاق 120 درجة S3 أي 240 درجة. بمجرد إغلاق المفتاح ، سيظل مغلقًا لزاوية 180 درجة قبل فتحه ، حيث سيتم إغلاق S5 من 240 درجة إلى 60 درجة (الدورة الثانية).

حتى الآن ، كل ما فعلناه هو افتراض أن التوصيل يتم بمجرد إغلاق مفاتيح الطبقة العليا ولكن يجب إكمال تدفق التيار من الدائرة. تذكر أيضًا أن كلا المفتاحين في نفس المقطع يجب ألا يكونا مغلقين في نفس الوقت ، لذلك إذا تم إغلاق أحد المفاتيح ، فيجب فتح مفتاح آخر.

لتحقيق الشرطين المذكورين أعلاه ، سنغلق S2 و S4 و S6 بترتيب محدد مسبقًا. لذلك فقط بعد فتح S1 ، سيتعين علينا إغلاق S2. وبالمثل ، سيتم إغلاق S4 بعد فتح S3 عند 300 درجة وبنفس الطريقة سيتم إغلاق S6 بعد إكمال S5 دورة التوصيل. يمكن رؤية دورة التبديل بين المفاتيح في نفس المقطع أدناه. هنا يتبع S2 S1 ، يتبع S4 S3 ويتبع S6 S5.

باتباع هذا التبديل المتماثل يمكننا تحقيق الجهد ثلاثي الأطوار المطلوب والمتمثل في الرسم البياني. إذا قمنا بملء تسلسل التبديل الأولي في الجدول أعلاه ، فسيكون لدينا نمط تحويل كامل لوضع التوصيل 180 درجة على النحو التالي.

من الجدول أعلاه يمكننا أن نفهم أن:

من 0-60: يتم إغلاق S1 و S4 و S5 ويتم فتح المفاتيح الثلاثة المتبقية.

من 60-120: يتم إغلاق S1 و S4 و S6 ويتم فتح المفاتيح الثلاثة المتبقية.

من 120-180: يتم إغلاق S1 و S3 و S6 ويتم فتح المفاتيح الثلاثة المتبقية.

ويستمر تسلسل التبديل على هذا النحو. الآن دعونا نرسم الدائرة المبسطة لكل خطوة لفهم تدفق التيار ومعلمات الجهد بشكل أفضل.

الخطوة 1: (من 0 إلى 60) يتم إغلاق S1 و S4 و S5 بينما تكون المفاتيح الثلاثة المتبقية مفتوحة. في مثل هذه الحالة ، يمكن أن تكون الدائرة المبسطة كما هو موضح أدناه.

لذلك من 0 إلى 60: Vao = Vco = Vs / 3 ؛ Vbo = -2Vs / 3

باستخدام هذه يمكننا اشتقاق جهود الخط على النحو التالي:

Vab = Vao - V bo = Vs Vbc = Vbo - Vco = -Vs Vca = Vco - Vao = 0

الخطوة 2: (من 60 إلى 120) يتم إغلاق S1 و S4 و S6 بينما تكون المفاتيح الثلاثة المتبقية مفتوحة. في مثل هذه الحالة ، يمكن أن تكون الدائرة المبسطة كما هو موضح أدناه.

لذلك من 60 إلى 120: Vbo = Vco = -Vs / 3 ؛ Vao = 2Vs / 3

باستخدام هذه يمكننا اشتقاق جهود الخط على النحو التالي:

Vab = Vao - Vbo = Vs Vbc = Vbo - Vco = 0 Vca = Vco - Vao = -Vs

الخطوة 3: (من 120 إلى 180) يتم إغلاق S1 و S3 و S6 بينما تكون المفاتيح الثلاثة المتبقية مفتوحة. في مثل هذه الحالة ، يمكن رسم الدائرة المبسطة على النحو التالي.

لذلك من 120 إلى 180: Vao = Vbo = Vs / 3 ؛ Vco = -2Vs / 3

باستخدام هذه يمكننا اشتقاق جهود الخط على النحو التالي:

Vab = Vao - V bo = 0 Vbc = Vbo - Vco = Vs Vca = Vco - Vao = -Vs

وبالمثل ، يمكننا اشتقاق جهد الطور وخط الفولتية للخطوات التالية في التسلسل. ويمكن إظهاره بالشكل الموضح أدناه:

أ) ثلاث مراحل العاكس - 120 درجة وضع التوصيل

الوضع 120 درجة مشابه لـ 180 درجة في جميع الجوانب باستثناء وقت إغلاق كل مفتاح يتم تقليله إلى 120 ، والذي كان 180 درجة من قبل.

كالعادة ، لنبدأ في تبديل التسلسل بإغلاق المفتاح S1 في المقطع الأول ونكون رقم البداية إلى 0º. نظرًا لأن الوقت المحدد للتوصيل هو 120 درجة مئوية ، فسيتم فتح المفتاح S1 بعد 120 درجة ، لذلك تم إغلاق S1 من 0 إلى 120 درجة.

نظرًا لأن نصف دورة الإشارة الجيبية تنتقل من 0 إلى 180 درجة مئوية ، فسيتم فتح S1 للوقت المتبقي وتمثله المنطقة الرمادية أعلاه.

الآن بعد 120 درجة من المرحلة الأولى ، سيكون للمرحلة الثانية أيضًا دورة موجبة كما ذكرنا من قبل ، لذلك سيتم إغلاق المفتاح S3 بعد S1. سيتم أيضًا إبقاء S3 مغلقًا لـ 120 درجة أخرى. لذلك سيتم إغلاق S3 من 120º إلى 240º.

وبالمثل ، تحتوي المرحلة الثالثة أيضًا على دورة موجبة بعد 120 درجة من الدورة الإيجابية للمرحلة الثانية ، لذلك سيتم إغلاق المفتاح S5 بعد إغلاق 120 درجة من S3. بمجرد إغلاق المفتاح ، سيظل مغلقًا حتى 120 درجة قبل فتحه ، وبهذا ، سيتم إغلاق المفتاح S5 من 240 درجة إلى 360 درجة.

ستستمر دورة التبديل المتماثل هذه لتحقيق الجهد ثلاثي الأطوار المطلوب. إذا قمنا بملء تسلسل تبديل البداية والنهاية في الجدول أعلاه ، فسيكون لدينا نمط تبديل كامل لوضع التوصيل 120 درجة على النحو التالي.

من الجدول أعلاه يمكننا أن نفهم أن:

من 0 إلى 60: يتم إغلاق المحورين S1 و S4 بينما يتم فتح المفاتيح المتبقية.

من 60 إلى 120: يتم إغلاق المحورين S1 و S6 بينما يتم فتح المفاتيح المتبقية.

من 120-180: يتم إغلاق S3 و S6 بينما يتم فتح المفاتيح المتبقية.

من 180 إلى 240: يتم إغلاق المحورين S2 و S3 بينما يتم فتح المفاتيح المتبقية

من 240-300: يتم إغلاق S2 و S5 بينما يتم فتح المفاتيح المتبقية

من 300 إلى 360: يتم إغلاق S4 و S5 بينما يتم فتح المفاتيح المتبقية

وهذا التسلسل من الخطوات يستمر على هذا النحو. الآن دعونا نرسم الدائرة المبسطة لكل خطوة لفهم أفضل لتدفق التيار ومعلمات الجهد لدائرة العاكس ثلاثية الطور.

الخطوة 1: (من 0 إلى 60) يتم إغلاق S1 و S4 بينما تكون المفاتيح الأربعة المتبقية مفتوحة. في مثل هذه الحالة ، يمكن عرض الدائرة المبسطة على النحو التالي.

لذلك من 0 إلى 60: Vao = Vs / 2 ، Vco = 0 ؛ Vbo = -Vs / 2

باستخدام هذه يمكننا اشتقاق جهود الخط على النحو التالي:

Vab = Vao - V bo = Vs Vbc = Vbo - Vco = -Vs / 2 Vca = Vco - Vao = -Vs / 2

الخطوة 2: (من 60 إلى 120) يتم إغلاق S1 و S6 بينما تكون المفاتيح المتبقية مفتوحة. في مثل هذه الحالة ، يمكن عرض الدائرة المبسطة على النحو التالي.

لذلك من 60 إلى 120: Vbo = 0 ، Vco = -Vs / 2 & Vao = Vs / 2

باستخدام هذه يمكننا اشتقاق جهود الخط على النحو التالي:

Vab = Vao - Vbo = Vs / 2 Vbc = Vbo - Vco = Vs / 2 Vca = Vco - Vao = -Vs

الخطوة 3: (من 120 إلى 180) يتم إغلاق S3 & S6 بينما تكون المفاتيح المتبقية مفتوحة. في مثل هذه الحالة ، يمكن عرض الدائرة المبسطة على النحو التالي.

لذلك من 120 إلى 180: Vao = 0 ، Vbo = Vs / 2 & Vco = -Vs / 2

باستخدام هذه يمكننا اشتقاق جهود الخط على النحو التالي:

Vab = Vao - V bo = -Vs / 2 Vbc = Vbo - Vco = Vs Vca = Vco - Vao = -Vs / 2

وبالمثل ، يمكننا اشتقاق جهد الطور وخط الفولتية للخطوات التالية. وإذا رسمنا رسمًا بيانيًا لجميع الخطوات ، فسنحصل على شيء مثل أدناه.

يمكن أن نرى في الرسوم البيانية للإخراج لكل من حالات التبديل 180 درجة و 120 درجة أننا حققنا جهدًا متناوبًا ثلاثي الطور في أطراف الخرج الثلاثة. على الرغم من أن شكل الموجة الناتج ليس موجة جيبية نقية ، إلا أنه يشبه شكل موجة الجهد ثلاثي الأطوار. هذه دائرة مثالية بسيطة وشكل موجة تقريبي لفهم عمل العاكس ثلاثي الطور. يمكنك تصميم نموذج عمل بناءً على هذه النظرية باستخدام دوائر الثايرستور والتبديل والتحكم والحماية.