Die Hauptaufgabe der Leistungselektronik besteht darin, den Strom elektrischer Energie zu verarbeiten und zu steuern, indem Spannungen und Ströme in einer Form geliefert werden, die für Benutzerlasten optimal geeignet ist. Moderne leistungselektronische Wandler sind an einem sehr breiten Anwendungsspektrum beteiligt, wie z. B. Schaltnetzteilen, aktiven Leistungsfiltern, Bewegungssteuerung für elektrische Maschinen, dezentralen Stromerzeugungssystemen für die Umwandlung erneuerbarer Energien, flexiblen Wechselstromübertragungssystemen und Fahrzeugtechnologie usw. .
Leistungselektronische Wandler sind überall dort zu finden, wo die elektrische Energieform mit klassischer Elektronik geändert werden muss, bei der elektrische Ströme und Spannungen zum Übertragen von Informationen verwendet werden, während sie bei Leistungselektronik Leistung übertragen. Einige Anwendungsbeispiele für leistungselektronische Systeme sind DC / DC-Wandler, die in vielen Mobilgeräten wie Mobiltelefonen oder PDAs verwendet werden, und AC / DC-Wandler in Computern und Fernsehgeräten. Leistungselektronik in großem Maßstab wird verwendet, um den Stromfluss von Hunderten von Megawatt in unserem Land zu steuern. Einige dieser Konverter werden unten erläutert.
Doppelkonverter
Der Doppelwandler ist eine Kombination aus Gleichrichter und Wechselrichter, bei der die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom erfolgt, gefolgt von Gleichstrom in Wechselstrom, wobei die Last dazwischen liegt. Ein Doppelwandler kann einphasig oder dreiphasig sein. Ein Doppelwandler besteht aus zwei Brücken, die aus Thyristoren bestehen, von denen eine zu Gleichrichtungszwecken dient, bei denen Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt wird, der der Last zugeführt werden kann. Eine andere Brücke von Thyristoren wird zum Umwandeln von Gleichstrom in Wechselstrom verwendet.
Einphasen-Doppelwandler
Einphasen-Doppelwandler verwendet eine Einphasen-Quelle als Quelle, die dem Wandler 1 des Doppelwandlers zur Gleichrichtung nach dem Laden gegeben wird.
Funktionsprinzip:
Ein Wechselstromeingang, der dem Wandler 1 zur Gleichrichtung in diesem Prozess gegeben wird, wird dem ersten Satz von in Vorwärtsrichtung vorgespannten Thyristoren gegeben, die einen gleichgerichteten Gleichstrom bei positivem Zyklus ergeben, und dem Satz von in Sperrrichtung vorgespannten Thyristoren, die einen Gleichstrom einschalten, einen negativen Zyklus gegeben Der Last kann ein negativer Zyklus gegeben werden, der den gleichgerichteten Vollwellenausgang vervollständigt. Während dieses Vorgangs wird der Wandler 2 mit einem Induktor blockiert. Da Thyristor erst dann zu leiten beginnt, wenn ein Stromimpuls an das Gate gegeben wird, und kontinuierlich leitet, bis die Stromversorgung gestoppt ist. Die Ausgabe der Thyristorbrücke kann wie folgt sein, wenn sie unterschiedlichen Lasten ausgesetzt wird.
Da ein Doppelwandler auch aus der Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom besteht, damit er funktioniert, ist der Wandler zwei blockiert. Gleichstromeingänge werden zur Umwandlung in Gleichstromquelle.
Abfeuern von Thyristoren:
Damit Thyristoren leiten können, muss gleichzeitig mit der Netzspannung ein Triggerimpuls an das Gate abgegeben werden. Eine separate Gate-Ansteuerschaltung muss zu einer Thyristorbrücke mit zwei Wandlern hinzugefügt werden. Die Gate-Ansteuerschaltung muss gleichmäßig mit der Quellenspannung synchronisiert sein. Jede Verzögerung verursacht Nulldurchgangsjitter und Nullfrequenzschwankungen. Um dies zu verhindern, müssen diese Schaltkreise in Phasenregelkreisen und Komparatoren enthalten sein.
Anwendungen von Einphasen-Doppelwandlern
- Drehzahlregelung und Richtungsregelung in Gleichstrommotoren.
Drehzahlregelung und Polaritätsregelung des Gleichstrommotors mit einphasigem Doppelwandler
Ein einphasiger Doppelwandler kann zur Steuerung der Drehzahl und Drehrichtung verwendet werden, die mit dem Mikrocontroller verbunden sind. Die Kombination von vier SCRs befindet sich auf beiden Seiten des Motors und der Motor ist belastet. Diese Thyristoren können über einen Optokoppler ausgelöst werden, der an einen Anschluss eines Mikrocontrollers angeschlossen ist.
Die Drehung des Motors kann unter Verwendung eines Optokopplers durch Einstellen eines Thyristorsatzes zum Auslösen initialisiert werden, der auf einer Seite angeordnet ist, und eine Änderung der Motorrichtung kann durch Auslösen eines anderen Thyristorsatzes erreicht werden. Eine Änderung der Motordrehzahl kann durch einen verzögerten Zündwinkel von erreicht werden SCR.
Modusauswahl und Geschwindigkeitsauswahl sind Mikrocontroller-Schnittstellenschalter, mit denen Geschwindigkeit und Drehung der Schalter ausgewählt werden können.
Einphasig - Dreibeiniger AC / AC-Wandler
Leistungselektronik ist die Anwendung von Elektronik zur Leistungsumwandlung. Eine Unterkategorie der Energieumwandlung ist die Umwandlung von Wechselstrom in Wechselstrom. Ein AC / AC-Spannungsregler ist ein Wandler, der die Spannung, den Strom und die durchschnittliche Leistung steuert, die von einer AC-Quelle an eine AC-Last geliefert werden. Es gibt zwei Arten von Wechselspannungsreglern, einphasige und dreiphasige Wechselstromregler.
Ein einphasiger AC / AC-Wandler ist ein Wandler, der von einer festen AC-Eingangsspannung in eine variable AC-Ausgangsspannung mit einer gewünschten Frequenz umwandelt. Sie werden in praktischen Schaltkreisen wie Lichtdimmerschaltungen, Drehzahlregelungen von Induktionsmotoren und Traktionsmotorsteuerungen usw. verwendet. In einphasigen AC / AC-Wandlern gibt es viele vorhandene Technologien. Sie sind einphasig - zwei Beine, drei Beine und vier Beine. Die einphasigen Zwei- und Vierbeinwandler haben einige Nachteile wie - sie benötigen eine große Anzahl von Leistungsgeräten, große Steuerschaltungen, mehr Schaltvorgänge und Verluste werden nur zur Hälfte reduziert, um die 50% der Leistung zu steuern. Um diese in den herkömmlich verwendeten Wandlern vorhandenen Nachteile zu überwinden, ist ein besserer Ansatz die Verwendung eines AC / AC-Wandlers mit einer Phase drei.
Eine einzelne Phase - drei Beine besteht aus 3 Beinen und 6 Schaltern. Ein Bein ist sowohl für die Gitterseite als auch für die Lastseite üblich. Ein Zweig führt den Gleichrichterbetrieb aus und ein Netz führt den Wechselrichterbetrieb aus. Und dabei verwenden wir Pulsweitenmodulation (PWM) Techniken zur Steuerung des Wandlerausgangs. Ein einzelner Phase-Drei-Bein-Wandler ist in der folgenden Abbildung dargestellt:
Während der positiven Halbwelle leiten die Versorgungsspannungsschalter Qg und Qa im Gleichrichter und wir erhalten einen gleichgerichteten Ausgang über den Kondensator und für Wechselrichterbetrieb Zusätzlich zu den Schaltern Qg und Qa 'wird auch der Schalter Ql im lastseitigen Bein ausgelöst und wir erhalten eine Wechselstromleistung über die Last. Während des negativen Halbzyklus leiten die Schalter Qa und Qg auf der Netzseite einen gleichgerichteten Ausgang und für den Inversionsbetrieb zusätzlich zu den Schaltern Qa und Qg wird auch der Schalter Ql ausgelöst und wir erhalten einen Wechselstromausgang über die Last. Unter Verwendung des PWM-Verfahrens wird dem Wechselrichter eine feste Gleichstrom-Eingangsspannung zugeführt, und eine geregelte Wechselstrom-Ausgangsspannung wird durch Einstellen der Ein- und Ausschaltperioden der Wechselrichtervorrichtungen erhalten. Die Schalter in der Wandlerschaltung sorgen für einen ordnungsgemäßen Betrieb und reduzieren auch die Oberwellen. Durch Variieren des Modulationsindexwerts können wir die Impulsbreite entsprechend unserer Bequemlichkeit ändern.
Vorteile und Anwendungen des 3-Bein-Konverters
- Die DC-Ausgangsspannung am Kondensator ist im Vergleich zum Vierbeinwandler nahezu verdoppelt.
- Die Nennleistung und Spannung der Schaltung können verbessert werden.
- Die gleiche Leistung kann mit reduzierten Verlusten und Schaltern erzielt werden. Somit können der Wirkungsgrad und der Leistungsfaktor verbessert werden.
- Dieser Wandler wird in unterbrechungsfreien Stromversorgungskreisen (USV) und in verwendet Leistungselektronik zum Abrufen von vier Quadrantenoperationen der Laufwerke.
