듀얼 컨버터 개요

이전 튜토리얼에서 듀얼 전원 공급 장치 회로가 어떻게 설계되었는지 살펴 봤습니다. 이제 AC를 DC로, DC를 AC로 동시에 변환 할 수있는 듀얼 컨버터에 대해 배웁니다. 이름에서 알 수 있듯이 듀얼 컨버터에는 두 개의 컨버터가 있으며 하나의 컨버터는 정류기로 작동하고 (AC에서 DC로 변환) 다른 컨버터는 인버터로 작동합니다 (DC를 AC로 변환). 두 변환기는 위 그림과 같이 공통 부하로 연속적으로 연결됩니다. 정류기와 인버터에 대해 자세히 알아 보려면 링크를 따르십시오.

듀얼 컨버터를 사용하는 이유는 무엇입니까? 하나의 컨버터 만 부하를 공급할 수 있다면 왜 우리는 두 개의 컨버터를 사용합니까? 이러한 질문이 발생할 수 있으며이 기사에서 답을 얻을 수 있습니다.

여기에 두 개의 변환기가 연속적으로 연결되어 있습니다. 이러한 연결 유형으로 인해이 장치는 4 사분면 작동을 위해 설계 될 수 있습니다. 이는 부하 전압과 부하 전류가 모두 가역적이라는 것을 의미합니다. 듀얼 컨버터에서 4 사분면 작동이 가능한가요? 이 기사에서 더 자세히 살펴볼 것입니다.

일반적으로 이중 컨버터는 가역 DC 드라이브 또는 가변 속도 DC 드라이브에 사용 됩니다. 고전력 애플리케이션에 사용됩니다.

듀얼 컨버터에서 4 사분면 작동

1 사분면: 전압과 전류 모두 양수.

2 사분면: 전압은 양수이고 전류는 음수입니다.

3 사분면: 전압과 전류 모두 음수입니다.

4 사분면: 전압은 음이고 전류는 양입니다.

이 두 변환기 중 첫 번째 변환기는 발사 각도 α 값에 따라 두 사분면에서 작동합니다. 이 변환기는 α 값이 90˚ 미만일 때 정류기로 작동합니다. 이 동작에서 컨버터는 양의 평균 부하 전압과 부하 전류를 생성하고 1 사분면 에서 동작합니다 .

α 값이 90˚보다 크면이 변환기는 인버터로 작동합니다. 이 동작에서 컨버터는 음의 평균 출력 전압을 생성하고 전류의 방향은 변경되지 않습니다. 이것이 부하 전류가 양수로 유지되는 이유입니다. 1 사분면 작업에서는 에너지가 소스에서 부하로 전달되고 4 사분면 작업에서는 에너지가 부하에서 소스로 전달됩니다.

마찬가지로, 제 2 컨버터는 발사각 α가 90˚ 미만일 때 정류기로 동작하고, 발사각 α가 90˚ 이상이면 인버터로 동작한다. 이 컨버터가 정류기로 작동 할 때 평균 출력 전압과 전류는 모두 음수입니다. 따라서 3 사분면 에서 작동 하며 전력 흐름은 부하에서 소스로 전달됩니다. 여기서 모터는 역방향으로 회전합니다. 이 컨버터가 인버터로 작동 할 때 평균 출력 전압은 양수이고 전류는 음수입니다. 따라서 2 사분면 에서 작동 하며 전력 흐름은 부하에서 소스로 이동합니다.

전력이 부하에서 소스로 흐를 때 모터는 발전기처럼 작동하여 회생 차단이 가능합니다.

원리

듀얼 컨버터의 원리를 이해하기 위해 두 컨버터가 모두 이상적이라고 가정합니다. 이는 순수한 DC 출력 전압을 생성하고 출력 단자에 리플이 없음을 의미합니다. 듀얼 컨버터의 단순화 된 등가 다이어그램은 아래 그림과 같습니다.

위의 회로도에서 컨버터는 제어 가능한 DC 전압 소스로 가정하고 다이오드와 직렬로 연결됩니다. 컨버터의 발사 각도는 제어 회로에 의해 조절됩니다. 따라서 두 변환기의 DC 전압은 크기가 같고 극성이 반대입니다. 이를 통해 부하를 통해 역방향으로 전류를 구동 할 수 있습니다.

정류기로 작동하는 컨버터를 포지티브 그룹 컨버터라고하고 인버터로 작동하는 다른 컨버터를 네거티브 그룹 컨버터라고합니다.

평균 출력 전압은 발사 각도의 함수입니다. 단상 인버터 및 3 상 인버터의 경우 평균 출력 전압은 다음 방정식의 형태입니다.

E _DC1 = E _최대 Cos⍺ ₁ E _DC2 = E _최대 Cos⍺ ₂

여기서 α ₁ 및 α ₂ 는 각각 변환기 -1 및 변환기 -2의 발사 각도입니다.

단상 듀얼 컨버터의 경우

E _최대 = 2E _m / π

3 상 듀얼 컨버터의 경우

E _최대 = 3√3E _m / π

이상적인 변환기를 위해, E _DC = E _DC1 = -E _DC2 E _최대 Cos⍺ ₁ = -E _최대 Cos⍺ ₂ Cos⍺ ₁ = -Cos⍺ ₂ Cos⍺ ₁ = Cos (180⁰-⍺ ₂) ⍺ ₁ = 180⁰-⍺ ₂ ⍺ ₁ + ⍺ ₂ = 180⁰

위에서 논의한 것처럼 평균 출력 전압은 발사 각도의 함수입니다. 이는 원하는 출력 전압을 위해 발사 각도를 제어해야 함을 의미합니다. 소성 각도 제어 회로는 제어 신호 E의 경우와 같은 것을 사용할 수 _C의 변화, α 호각 ₁ 과 α _2하기 는 그래프 아래 만족하는 방식으로 변경된다.

실용적인 듀얼 컨버터

실제로 우리는 두 변환기를 이상적인 변환기로 가정 할 수 없습니다. 컨버터의 발사 각도가 ⍺ ₁ + ⍺ ₂ = 180⁰가되도록 설정 한 경우. 이 조건에서 두 컨버터의 평균 출력 전압은 크기는 동일하지만 극성은 반대입니다. 그러나 리플 전압으로 인해 정확히 동일한 전압을 얻을 수 없습니다. 그래서, 거대한 제조 두 컨버터 DC 단자에서 순시 전압 차이가있는 C의 irculating 전류 변환기 및 그 부하를 통해 흐를 것이다 사이는.

따라서 실제 듀얼 컨버터에서는 순환 전류를 제어 할 필요가 있습니다. 순환 전류를 제어하는 ​​두 가지 모드가 있습니다.

1) 순환 전류없이 작동

2) 순환 전류로 작동

1) 순환 전류없이 듀얼 컨버터 작동

이 유형의 이중 변환기에서는 하나의 변환기 만 전도되고 다른 변환기는 일시적으로 차단됩니다. 따라서 한 번에 하나의 변환기가 작동하고 변환기 사이에 리액터가 필요하지 않습니다. 특정 순간에 converter-1이 정류기 역할을하고 부하 전류를 공급한다고 가정 해 보겠습니다. 이 시점에서 컨버터 -2는 발사 각도를 제거하여 차단됩니다. 반전 작동의 경우 변환기 -1이 차단되고 변환기 -2가 부하 전류를 공급합니다.

컨버터 -2에 대한 펄스는 지연 시간 후에 적용됩니다. 지연 시간은 약 10 ~ 20msec 입니다. 작업 변경 사이에 지연 시간을 적용하는 이유는 무엇입니까? 사이리스터의 안정적인 작동을 보장합니다. 변환기 -1이 완전히 꺼지기 전에 변환기 -2가 트리거되면 변환기 사이에 많은 양의 순환 전류가 흐릅니다.

듀얼 컨버터의 순환 전류없는 작동을위한 발사 각도를 생성하는 많은 제어 방식이 있습니다. 이러한 제어 체계는 매우 정교한 제어 시스템을 작동하도록 설계되었습니다. 여기서는 한 번에 하나의 변환기 만 전도됩니다. 따라서 하나의 발사 각도 단위 만 사용할 수 있습니다. 몇 가지 기본 체계가 아래에 나열되어 있습니다.

A) 제어 신호 극성에 따른 컨버터 선택

B) 부하 전류 극성에 따른 컨버터 선택

C) 제어 전압 및 부하 전류에 의한 컨버터 선택

2) 순환 전류로 듀얼 컨버터 작동

순환 전류 변환기가 없으면 매우 정교한 제어 시스템이 필요하며 부하 전류가 연속적이지 않습니다. 이러한 어려움을 극복하기 위해 순환 전류로 작동 할 수있는 듀얼 컨버터가 있습니다. 한류 리액터는 모두 DC 컨버터의 단자 사이에 접속된다. 두 컨버터의 점화 각도는 최소 순환 전류가 반응기를 통해 흐르도록 설정됩니다. 이상적인 인버터에서 설명했듯이 ⍺ ₁ + ⍺ ₂ = 180⁰ 인 경우 순환 전류는 0 입니다.

컨버터 -1의 발사 각도가 60˚라고 가정하면 converter-2의 발사 각도는 120˚로 유지되어야합니다. 이 작업에서 변환기 -1은 정류기로 작동하고 변환기 -2는 인버터로 작동합니다. 따라서 이러한 유형의 작동에서는 한 번에 두 변환기가 모두 전도 상태에 있습니다. 부하 전류가 역전되면 정류기로 작동하는 컨버터는 이제 인버터로 작동하고 인버터로 작동하는 변환기는 이제 정류기로 작동합니다. 이 방식에서는 두 변환기가 동시에 작동합니다. 따라서 두 개의 발사 각도 생성기가 필요합니다.

이 방식 의 장점 은 반전시 변환기의 원활한 작동을 얻을 수 있다는 것입니다. 계획의 시간 응답은 매우 빠릅니다. 순환 전류가없는 작동이 제거 된 경우 정상적인 지연 기간은 10 ~ 20msec입니다.

이 방식 의 단점 은 원자로의 크기와 비용이 높다는 것입니다. 순환 전류로 인해 역률 및 효율이 낮습니다. 순환 전류를 처리하려면 정격 전류가 높은 사이리스터가 필요합니다.

부하 의 유형에 따라 단상 및 3 상 이중 변환기가 사용됩니다.

1) 단상 듀얼 컨버터

듀얼 컨버터의 회로도는 아래 그림과 같습니다. 별도로 여자 된 DC 모터가 부하로 사용됩니다. 두 컨버터의 DC 단자는 전기자 권선의 단자와 연결됩니다. 여기에서 두 개의 단상 전체 컨버터가 연속적으로 연결됩니다. 두 컨버터 모두 공통 부하를 공급합니다.

converter-1의 발사 각도는 α ₁ 이고 α ₁ 은 90˚ 미만 입니다. 따라서 변환기 -1은 정류기 역할을합니다. 양의 반주기 (0 <t <π)의 경우 사이리스터 S1 및 S2가 전도되고 음의 반주기 (π <t <2π)의 경우 사이리스터 S3 및 S4가 전도됩니다. 이 작업에서 출력 전압과 전류는 모두 양수입니다. 따라서이 작업을 순방향 모터 링 작업이라고하며 컨버터는 1 사분면에서 작동합니다.

converter-2의 발사 각도는 180-α ₁ = α ₂ 이고 α ₂ 는 90˚보다 큽니다. 따라서 converter-2는 인버터 역할을합니다. 이 작업에서 부하 전류는 동일한 방향으로 유지됩니다. 출력 전압의 극성은 음입니다. 따라서 변환기는 4 사분면에서 작동합니다. 이 작업을 회생 제동이라고합니다.

DC 모터의 역 회전의 경우 변환기 -2는 정류기 역할을하고 변환기 -1은 인버터 역할을합니다. 컨버터 2 α의 호각 ₂ 미만 90˚이다. 대체 전압 소스가 부하를 공급합니다. 이 작업에서 부하 전류는 음수이고 출력 평균 전압도 음수입니다. 따라서 변환기 -2는 3 사분면에서 작동합니다. 이 작업을 역방향 모터 링이라고합니다.

역방향 운전시 Converter-1의 발사 각도는 90˚ 미만이고 converter-2의 발사 각도는 90˚ 이상입니다. 따라서이 작업에서 부하 전류는 음수이지만 평균 출력 전압은 양수입니다. 따라서 변환기 -2는 2 사분면에서 작동합니다. 이 작동을 역 회생 제동이라고합니다.

단상 듀얼 컨버터의 파형은 아래 그림과 같습니다.

2) 3 상 듀얼 컨버터

3 상 듀얼 컨버터의 회로도는 아래 그림과 같습니다. 여기에서 두 개의 3 상 변환기가 연속적으로 연결됩니다. 작동 원리는 단상 이중 변환기와 동일합니다.

이것이 바로 듀얼 컨버터가 설계되는 방식이며 이미 언급했듯이 일반적으로 고전력 애플리케이션에서 가역 DC 드라이브 또는 가변 속도 DC 드라이브 를 구축하는 데 사용됩니다.