- Operasi Empat Kuadran dalam Dual Converter
- Prinsip
- Penukar Dual Praktikal
- 1) Operasi Penukar Dwi tanpa Mengalirkan Arus
- 2) Operasi Penukar Dwi dengan Arus Beredar
- 1) Penukar Dwi Fasa Tunggal
- 2) Penukar Dwi Tiga Fasa
Dalam tutorial sebelumnya, kita telah melihat bagaimana Dual Power Supply Circuit dirancang, sekarang kita belajar mengenai Dual Converter, yang dapat menukar AC ke DC dan DC ke AC pada masa yang sama. Seperti namanya Dual Converter mempunyai dua penukar, satu penukar berfungsi penyearah (Menukar AC ke DC) dan penukar lain berfungsi sebagai penyongsang (menukar DC menjadi AC). Kedua-dua penukar disambungkan dari belakang ke belakang dengan beban biasa seperti yang ditunjukkan dalam gambar di atas. Untuk mengetahui lebih lanjut mengenai Rectifier dan Inverter, ikuti pautan.
Mengapa kita menggunakan penukar dua? Sekiranya hanya satu penukar dapat membekalkan beban, maka mengapa kita menggunakan dua penukar? Soalan-soalan ini mungkin timbul dan anda akan mendapat jawapan dalam artikel ini.
Di sini kita mempunyai dua penukar yang disambungkan ke belakang. Oleh kerana jenis sambungan ini, peranti ini dapat direka untuk operasi empat kuadran. Ini bermaksud bahawa voltan beban dan arus beban menjadi terbalik. Bagaimana operasi empat-kuadran dapat dilakukan dalam penukar dua? Itu akan kita lihat lebih lanjut dalam artikel ini.
Secara amnya, penukar dwi digunakan untuk pemacu DC terbalik atau pemacu DC berkelajuan berubah. Ia digunakan untuk aplikasi berkuasa tinggi.
Operasi Empat Kuadran dalam Dual Converter
Kuadran pertama: voltan dan arus kedua-duanya positif.
Kuadran kedua: voltan positif dan arus negatif.
Kuadran ketiga: voltan dan arus kedua-duanya negatif.
Kuadran keempat: voltan negatif dan arus positif.
Dari kedua penukar ini, penukar pertama berfungsi dalam dua kuadran bergantung pada nilai sudut tembakan α. Ini converter berfungsi sebagai penerus apabila nilai α adalah kurang daripada 90˚. Dalam operasi ini, penukar menghasilkan voltan beban rata-rata positif dan arus beban, dan beroperasi pada kuadran pertama.
Apabila nilai α lebih besar daripada 90˚, penukar ini berfungsi sebagai penyongsang. Dalam operasi ini, penukar menghasilkan voltan output purata negatif dan arah arus tidak berubah. Itulah sebabnya arus beban tetap positif. Pada operasi kuadran pertama, tenaga berpindah dari sumber ke beban dan pada operasi kuadran keempat, tenaga berpindah dari beban ke sumber.
Begitu juga, penukar kedua beroperasi sebagai penyearah ketika sudut penembakan α kurang dari 90˚ dan ia berfungsi sebagai penyongsang apabila sudut penembakan α lebih besar dari 90˚. Apabila penukar ini beroperasi sebagai penerus, voltan dan arus keluaran rata-rata kedua-duanya negatif. Jadi, ia beroperasi di kuadran ketiga dan aliran daya dari beban ke sumber. Di sini, motor berputar ke arah terbalik. Apabila penukar ini beroperasi sebagai penyongsang, voltan keluaran purata positif dan arus negatif. Jadi, ia beroperasi pada kuadran kedua dan aliran daya dari beban ke sumber.
Apabila aliran kuasa dari beban ke sumber, motor berkelakuan seperti penjana dan ini memungkinkan pemecahan regeneratif.
Prinsip
Untuk memahami prinsip penukar dua, kami menganggap bahawa kedua-dua penukar adalah ideal. Ini bermaksud bahawa mereka menghasilkan voltan keluaran DC tulen, tidak ada riak pada terminal output. Gambarajah setara sederhana penukar dua adalah seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah.
Dalam rajah litar di atas, penukar dianggap sebagai sumber voltan DC yang dapat dikawal dan ia dihubungkan secara bersiri dengan diod. Sudut menembak penukar diatur oleh litar kawalan. Jadi, voltan DC kedua-dua penukar sama besarnya dan bertentangan dalam kekutuban. Ini memungkinkan untuk menggerakkan arus ke arah terbalik melalui beban.
Penukar yang beroperasi sebagai penerus dipanggil penukar kumpulan positif dan penukar lain yang berfungsi sebagai penyongsang disebut penukar kumpulan negatif.
Voltan keluaran purata adalah fungsi dari sudut penembakan. Untuk penyongsang fasa tunggal dan penyongsang tiga fasa, voltan keluaran purata adalah dalam bentuk persamaan di bawah.
E DC1 = E max Cos⍺ 1 E DC2 = E max Cos⍺ 2
Di mana α 1 dan α 2 adalah sudut tembakan penukar-1 dan penukar-2 masing-masing.
Untuk, penukar dua fasa tunggal, E max = 2E m / π
Untuk, penukar dua fasa tiga, E max = 3√3E m / π
Untuk, penukar ideal, E DC = E DC1 = -E DC2 E max Cos⍺ 1 = -E max Cos⍺ 2 Cos⍺ 1 = -Cos⍺ 2 Cos⍺ 1 = Cos (180⁰ - ⍺ 2) ⍺ 1 = 180⁰ - ⍺ 2 ⍺ 1 + ⍺ 2 = 180⁰
Seperti yang dibincangkan di atas, voltan keluaran rata-rata adalah fungsi dari sudut penembakan. Ini bermaksud untuk voltan keluaran yang diinginkan, kita perlu mengawal sudut penembakan. Litar kawalan sudut penembakan dapat digunakan sedemikian rupa sehingga, apabila isyarat kawalan E c berubah, sudut tembak α 1 dan α 2 akan berubah sedemikian rupa sehingga dapat memenuhi grafik di bawah.
Penukar Dual Praktikal
Secara praktikal kita tidak boleh menganggap kedua-dua penukar sebagai penukar yang ideal. Sekiranya sudut penembakan penukar ditetapkan sedemikian rupa sehingga ⍺ 1 + ⍺ 2 = 180⁰. Dalam keadaan ini, voltan keluaran purata kedua-dua penukar sama dalam mmagnitud tetapi bertentangan dalam polaritas. Tetapi kerana voltan riak, kita tidak dapat memperoleh voltan yang sama. Oleh itu, terdapat perbezaan voltan seketika pada terminal DC kedua penukar yang menghasilkan arus penyebaran c yang besar antara penukar dan yang akan mengalir melalui beban.
Oleh itu, dalam penukar dwi praktikal, perlu mengawal arus peredaran. Terdapat dua Mod untuk mengawal arus peredaran.
1) Operasi tanpa peredaran arus
2) Operasi dengan arus beredar
1) Operasi Penukar Dwi tanpa Mengalirkan Arus
Dalam jenis penukar dua jenis ini, hanya satu penukar yang berada dalam konduksi dan penukar yang lain disekat buat sementara waktu. Jadi, pada satu masa satu penukar beroperasi dan reaktor tidak diperlukan antara penukar. Pada saat tertentu, katakanlah penukar-1 bertindak sebagai penyearah dan membekalkan arus beban. Pada masa ini, penukar-2 disekat dengan melepaskan sudut tembakan. Untuk operasi penyongsangan, penukar-1 disekat dan penukar-2 membekalkan arus beban.
Denyut ke penukar-2 diterapkan setelah masa kelewatan. Masa kelewatan adalah sekitar 10 hingga 20 msec. Mengapa kita menggunakan masa kelewatan antara pertukaran operasi? Ia memastikan operasi thyristor yang boleh dipercayai. Sekiranya pemicu penukar-2 sebelum penukar-1 dimatikan sepenuhnya, sejumlah besar arus peredaran akan mengalir di antara penukar.
Terdapat banyak skema kawalan untuk menghasilkan sudut tembak untuk mengedarkan operasi bebas arus penukar ganda. Skema kawalan ini direka untuk mengendalikan sistem kawalan yang sangat canggih. Di sini, pada satu masa hanya satu penukar berada dalam konduksi. Oleh itu, adalah mungkin untuk menggunakan satu unit sudut tembak sahaja. Beberapa skema asas disenaraikan di bawah.
A) Pemilihan penukar dengan kekutuban isyarat kawalan
B) Pemilihan penukar dengan kekutuban arus beban
C) Pemilihan penukar dengan voltan kawalan dan arus beban
2) Operasi Penukar Dwi dengan Arus Beredar
Dalam tanpa penukar arus yang beredar, ia memerlukan sistem kawalan yang sangat canggih dan arus beban tidak berterusan. Untuk mengatasi kesukaran ini, terdapat dual converter yang dapat beroperasi dengan arus peredaran. A reaktor mengehadkan semasa disambungkan antara terminal DC kedua-dua penukar. Sudut menembak kedua-dua penukar ditetapkan sedemikian rupa sehingga jumlah minimum arus peredaran arus melalui reaktor. Seperti yang dibincangkan dalam penyongsang ideal, arus peredaran adalah sifar jika ⍺ 1 + ⍺ 2 = 180⁰.
Katakan sudut penembakan penukar-1 adalah 60˚ maka sudut penembakan penukar-2 mesti dikekalkan pada 120˚. Dalam operasi ini, penukar-1 akan beroperasi sebagai penyearah dan penukar-2 akan berfungsi sebagai penyongsang. Oleh itu, dalam jenis operasi ini, pada masa kedua penukar berada dalam keadaan konduktif. Sekiranya arus beban dibalikkan, penukar yang dikendalikan sebagai penerus sekarang beroperasi sebagai penyongsang, sementara penukar yang dikendalikan sebagai penyongsang sekarang beroperasi sebagai penerus. Dalam skema ini, kedua-dua penukar melakukan serentak. Jadi, ia memerlukan dua unit penjana sudut tembakan.
Kelebihan skema ini ialah kita dapat menjalankan operasi penukar dengan lancar pada masa inversi. Tindak balas masa skema sangat cepat. Tempoh penundaan normal adalah 10 hingga 20 msec sekiranya operasi bebas arus yang beredar dihapuskan.
Kelemahan skema ini ialah, saiz dan kos reaktornya tinggi. Kerana arus peredaran, faktor daya dan kecekapan rendah. Untuk mengatasi arus peredaran, diperlukan thyristor dengan penilaian arus tinggi.
Mengikut jenis beban, penukar dua fasa tunggal dan tiga fasa digunakan.
1) Penukar Dwi Fasa Tunggal
Gambarajah litar penukar dua ditunjukkan dalam rajah di bawah. Motor DC yang teruja secara berasingan digunakan sebagai beban. Terminal DC kedua-dua penukar disambungkan dengan terminal penggulungan angker. Di sini, dua penukar satu fasa tunggal disambungkan ke belakang. Kedua-dua penukar membekalkan beban biasa.
Sudut menembak penukar-1 adalah α 1 dan α 1 kurang dari 90˚. Oleh itu, penukar-1 bertindak sebagai penerus. Untuk pusingan separuh positif (0 <t <π), thyristor S1 dan S2 akan melakukan dan untuk kitaran separuh negatif (π <t <2π), thyristor S3 dan S4 akan melakukan. Dalam operasi ini, voltan output dan arus keduanya positif. Jadi, operasi ini dikenali sebagai operasi motor depan dan penukar berfungsi pada kuadran pertama.
Sudut menembak penukar-2 ialah 180 - α 1 = α 2 dan α 2 lebih besar daripada 90˚. Jadi, converter-2 bertindak sebagai penyongsang. Dalam operasi ini, arus beban tetap dalam arah yang sama. Kekutuban voltan keluaran adalah negatif. Oleh itu, penukar berfungsi pada kuadran keempat. Operasi ini dikenali sebagai regeneratif brek.
Untuk putaran terbalik motor DC, converter-2 bertindak sebagai penerus dan converter-1 bertindak sebagai penyongsang. Sudut menembak penukar-2 α 2 kurang dari 90˚. Sumber voltan alternatif membekalkan beban. Dalam operasi ini, arus beban negatif dan voltan purata output juga negatif. Oleh itu, penukar-2 berfungsi pada kuadran ketiga. Operasi ini dikenali sebagai motor belakang.
Dalam operasi terbalik, sudut penembakan penukar-1 kurang dari 90˚ dan sudut penembakan penukar-2 lebih besar daripada 90˚. Jadi, dalam operasi ini, arus beban negatif tetapi voltan keluaran purata positif. Jadi, penukar-2 berfungsi pada kuadran kedua. Operasi ini dikenali sebagai brek regeneratif terbalik.
Bentuk gelombang penukar dua fasa tunggal adalah seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah.
2) Penukar Dwi Tiga Fasa
Gambarajah litar penukar dua fasa tiga adalah seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah. Di sini, dua penukar tiga fasa disambungkan ke belakang. Prinsip operasi adalah sama dengan penukar dua fasa tunggal.
Jadi ini adalah bagaimana Dual Converter dirancang dan seperti yang telah diberitahu bahawa mereka biasanya digunakan untuk membina pemacu DC boleh balik atau pemacu DC berkelajuan berubah-ubah dalam aplikasi berkuasa tinggi.