Konwerter AC na AC - AC-to-AC converter
Część serii na |
Inżynieria energetyczna |
---|
Konwersja energii elektrycznej |
Infrastruktura elektroenergetyczna |
Elementy systemów elektroenergetycznych |
Półprzewodnikowy przetwornik AC-to-AC konwertuje AC fali do innego przebiegu AC, gdzie napięcie wyjściowe i częstotliwość można ustawić dowolnie.
Kategorie
Odnosząc się do rys. 1, przetwornice AC-AC można podzielić na następujące kategorie:
- Pośrednie przetwornice AC-AC (lub AC / DC-AC) (tj. Z prostownikiem, łączem DC i falownikiem), takie jak te stosowane w przemiennikach częstotliwości
- Cyklokonwertery
- Hybrydowe konwertery macierzowe
- Przetworniki matrycowe (MC)
- Regulatory napięcia AC
Przetwornice DC
Istnieją dwa typy konwerterów z łączem DC:
- Przetwornice inwerter źródła napięcia (VSI) (rys. 2): W przetwornicach VSI prostownik składa się z mostka diodowego, a obwód DC składa się z kondensatora bocznikowego.
- Przetwornice inwerter źródła prądu (CSI) (rys. 3): W przekształtnikach CSI prostownik składa się z mostka przełączającego sterowanego fazą, a obwód DC składa się z 1 lub 2 cewek szeregowych między jedną lub obiema nogami połączenia między prostownikiem i falownik.
Każda operacja hamowania dynamicznego wymagana dla silnika może być zrealizowana za pomocą przerywacza prądu stałego i bocznika rezystora podłączonego do prostownika. Alternatywnie należy przewidzieć antyrównoległy mostek tyrystorowy w sekcji prostownika, aby oddać energię z powrotem do linii prądu przemiennego. Takie sterowane fazowo prostowniki tyrystorowe mają jednak większe zniekształcenia linii prądu przemiennego i niższy współczynnik mocy przy niskim obciążeniu niż prostowniki diodowe.
Przetwornica AC-AC o w przybliżeniu sinusoidalnych prądach wejściowych i dwukierunkowym przepływie mocy może być zrealizowana poprzez sprzężenie prostownika z modulacją szerokości impulsu (PWM) i falownika PWM z łączem DC. Wielkość obwodu pośredniego jest następnie wyładowywana przez element magazynujący energię, który jest wspólny dla obu stopni, którym jest kondensator C dla obwodu pośredniego napięcia lub cewka indukcyjna L dla obwodu prądu stałego. Prostownik PWM jest sterowany w taki sposób, że pobierany jest sinusoidalny prąd sieciowy AC, który jest w fazie lub w przeciwfazie (dla sprzężenia zwrotnego energii) z odpowiednim napięciem fazowym sieci AC.
Dzięki elementowi pamięci DC-link istnieje zaleta polegająca na tym, że oba stopnie przekształtnika są w dużym stopniu odsprzężone do celów sterowania. Ponadto istnieje stała wielkość wejściowa niezależna od linii AC dla stopnia falownika PWM, co skutkuje wysokim wykorzystaniem mocy przekształtnika. Z drugiej strony, element magazynujący energię w łączu DC ma stosunkowo dużą objętość fizyczną, a gdy stosowane są kondensatory elektrolityczne, w przypadku napięciowego obwodu prądu stałego, istnieje potencjalnie skrócona żywotność systemu.
Cyklokonwertery
Cyklokonwerter konstruuje wyjściowy przebieg o zmiennej częstotliwości, w przybliżeniu sinusoidalny, przez przełączanie segmentów przebiegu wejściowego na wyjście; nie ma pośredniego obwodu DC. W przypadku elementów przełączających, takich jak tyrystory SCR , częstotliwość wyjściowa musi być niższa niż wejściowa. Bardzo duże cyklokonwertery (rzędu 10 MW) są produkowane do sprężarek i napędów tuneli aerodynamicznych lub do zastosowań o zmiennej prędkości, takich jak piece cementowe .
Konwertery matrycowe
Aby osiągnąć wyższą gęstość mocy i niezawodność, sensowne jest rozważenie przetworników matrycowych, które osiągają trójfazową konwersję AC-AC bez żadnego pośredniego elementu magazynującego energię. Konwencjonalne bezpośrednie przetworniki macierzowe (rys. 4) wykonują konwersję napięcia i prądu w jednym etapie.
Istnieje alternatywna opcja pośredniej konwersji energii poprzez zastosowanie pośredniego konwertera macierzy (ryc. 5) lub konwertera macierzy rzadkiej, który został wynaleziony przez prof. Johanna W. Kolara z ETH w Zurychu. Podobnie jak w przypadku sterowników VSI i CSI opartych na łączu DC (rys. 2 i rys. 3), do konwersji napięcia i prądu przewidziano oddzielne stopnie, ale łącze DC nie ma pośredniego elementu pamięci. Generalnie, dzięki zastosowaniu konwerterów macierzowych, element pamięci w łączu DC jest eliminowany kosztem większej liczby półprzewodników. Przetwornice matrycowe są często postrzegane jako przyszła koncepcja technologii napędów o zmiennej prędkości, ale pomimo intensywnych badań prowadzonych przez dziesięciolecia, do tej pory osiągały jedynie niewielką penetrację przemysłową. Jednak powołując się na niedawną dostępność niedrogich, wysokowydajnych półprzewodników, jeden z większych producentów napędów od kilku lat aktywnie promuje przetworniki matrycowe.