سيكلوكنورترها

در كاربردهاي صنعتي دو شكل از انرژي الكتريكي بكار مي رود: جريان مستقيم (dc) و جريان متناوب (ac) معمولاً ولتاژ ثابت، فركانس ثابت، تك فاز يا سه فاز ac به سهولت در دسترس است. با اين حال، براي كاربردهاي مختلف، فرم هاي مختلف، اندازه ها و يا فركانس هاي مختلف مورد نياز است. چهار نوع تبديل مختلف بين منابع نيروي ac,dc وجود دارد. اين تبديلها از طريق مدارهايي بنام تبديلگرهاي قدرت انجام مي شود اين تبديلگرها به شكل زير طبقه بندي مي شوند:

1- يكسو سازها: از ac تك فاز يا سه فاز به ولتاژ قابل تغيير dc.

2- choppers يا (لرزش يا حركت خردكننده): از dc به ولتاژ قابل تغيير dc.

3- تبديلگرها: از dc به اندازه هاي قابل تغيير و فركانس هاي قابل تغير، ac تك فاز يا سه فاز.

4- سيكلوكنورترها: از ac تك فاز يا سه فاز به حجم هاي متغيير و فركانس متغيير، ac تك فاز يا سه فاز.

سه مورد اول در جزوه اي ديگر شرح داده مي شود. اين جزوه درباره ي سيكلوكنورترها، نوع آنها، كاربرد و نحوه ي كار آنها توضيح مي دهد. بطور سنتي تبديل ac-ac با استفاده از كليدهاي نيمه هادي به دو روش مختلف صورت مي گيرد.

1- در سيكلو كنورترهاي دو مرحله اي (ac-dc و سپس dc-ac) مانند آنچه كه در تبديلگرهاي متصل dc وجود دارد.

2- در سيكلو كنورترهاي تك مرحله اي (ac-ac) وجود دارد (شكل 1).

سيكلوكنورترها در كاربردهاي پر نيروي القاي محرك و موتورهاي همزمان بكار مي رود. آنها معمولاً كنترل فاز دارند و بطور سنتي به سبب سهولتشان در ارتباط فاز تريستور استفاده مي كنند. دو شكل جديدتر تبديل سيكل وجود دارد مانند تبديلگرهاي ماتريس ac-ac و تبديلگرهاي فركانس هاي بالاي ac-ac و اينها سويچ هايي دارند كه خود به خود تنظيم مي شوند

 اين تبديلگرها اما چندان محبوب نيستند برخي كاربردهاي سيكلو كنورترها عبارتند از:

·                   Ore grinding mills

·                   Mine winders

·                   محرك قرقره اي

·                   محرك *

·                   محرك غلطان سيماني

·                   نيروي فشار *

بخش پيش روي درباره ي اصول اجراي سيكلوكنورتر است كه از ساده ترين شكل آن، يعني سيكلوكنورتر تك فاز به تك فاز  شروع مي شود.

جهت فهم اصول عملكرد سيكلوكنورترها، ابتدا به بررسي سيكلوكنورترها تك فاز به تك فاز پرداخته مي شود. اين تبديلگر شامل اتصال پشت به پشت دو مدار يكسو كننده ي تمام موج مي باشند شكل 3 نحوه ي عملكرد فرم موجها براي اين تبديلگرها همراه با بار مقاوم را نشان مي دهد. ولتاژ ورودي V يك ولتاژ ac در يك فركانس F است كه در شكل a3 مي بينيم. براي فهم بهتر فرض كنيد كه همه ي تريستورها در زاويه ي جرقه ي  شليك مي شود، بعبارتي تريستورها مانند قطبها عمل مي كنند نكته اينكه زاويه هاي جرقه براي هر تبديلگر مثبت  نام دارند و براي تبديلگر منفي  نام دارد.

عملكرد سيكلوكنورتر را براي بدست آوردن يك چهارم فركانس ورودي در خروجي در نظر بگيريد براي دو سيكل اول V، تبديلگر مثبت جريان دريافتي را به بار مي رساد. و آن ولتاژ ورودي را يكسويه مي كند بنابراين، بار چهارم نيم چرخه ي مثبت را مي بيند مانند شكل b3. در دو سيكل بعدي تبديلگر منفي جريان دريافتي را با جهتي معكوس به بار مي رساند. فرم موجهاي جريان در تصويرها نشان داده نشده اند چون جريان بار مقاوم فرم موجي مثل ولتاژ دارند اما فقط از طريق مقاومت اندازه گيري مي شوند. نكته اينكه وقتي از تبديلگرها بكار بيفتند ديگري ناتوان مي شود. بنابراين هيچ جرياني جاري بين دو يكسيويه ها وجود ندارد.

شكل 3: فرم موجهاي سيكلوكنورتر تك فاز به تك فاز

a)     ولتاژ ورودي

b)    ولتاژ خروجي براي زاويه ي جرقه ي صفر.

c)     ولتاژ خروجي همراه با زوايه ي جرقه ي

d)    ولتاژ خروجي همراه با زوايه ي خروجي متغيير.

فركانس ولتاژ خروجي V در شكل b3 چهار مرتبه كمتر از ولتاژ V است. ولتاژ ورودي به عبارت ديگر F/F=1/4 است. بنابراين اين يك سيكلوكنورتر كاهنده است. از طرف ديگر سيكلوكنورترهايي كه رابطه ي فركاني F / F >1 دارند بنام سيكلو كنورترهاي افزاينده معروف هستند. نكته اينكه سيكلوكنورترهاي كاهنده كاربرد بيشتري نسبت به نوع افزايش دهنده دارند. فركانس V مي تواند از طريق تعدادي از سيكلهاي مثبت و منفي تغيير كند. با عمليات بالا سيكلوكنورتر  فقط مي تواند ولتاژ مشخصي را در زاويه ي جرقه ي  تامين كند. خروجي dc در هر يكسوساز مي شود.

كه در آن V ولتاژ ورودي rms است.

حجم dc در هر نيم چرخه در شكل d3 آمده است. پس اوج ولتاژ خروجي مبنا مي شود.

معادله ي 2 مي گويد كه ولتاژ خروجي مبنا بستگي به  دارد چون  است. V=V×1=V كه در آن  است. اگر  مانند شكل d3 تا  افزايش يابد بنابراينV=V×0.5 است.

بنابراين با تغيير با تغيير  ثابت يك فرم موج خروجي همراه با محتواي هارمونيك غني مي دهد. خطوط نقطه چين b3 c, يك موج مربعي را نشان مي دهند اگر موج مربعي را بتوان اصلاح كرد تا موج سينوسي بيشتري داشته باشد حات هارمونيك كاسته خواهد شد به همين دليل  مدوله خواهد شد مثل شكل b3. اينك خط نقزه چين شش مرحله اي بيشتر شبيه به موج سينوسي است كه هارموني كمتري دارد. هر چه پالس ها بيشتر باشد و آلفاهاي گوناگون وجود داشته باشد در نتيجه هارمونيي ها كمتر مي شود.

2-1: سيكلو كنورتر از سه فاز به تك فاز  دو نوع تبديل گرستيل از سه فاز به تك فاز  وجود دارد: سيكلوكنورتر نيمه موج  (شكل 4) و سيكلوكنورتر *  (شكل 5) سيكلوكنورتر  مانند نوع ، ولتاژ يكسوساز به بار را استفاده مي كند. هم تبديل گرماي مثبت و هم منفي مي توانند ولتاژهايي با هر دو قطبيت توليد نمايند. ولي تبديل گر مثبت فقط مي تواند جريان مثبت را تامين نمايد و تبديل گر منفي فقط مي تواند جريان منفي تامين كند. بنابراين سيكلوكنورتر مي تواند در چهار قسمت عمل كند: حالت هاي يكسوكردن (+V,+i) و (-V,-i) و حالت هاي تبديل (+V,-i) و (-V,+i).

مدولاسيون ولتاژ خروجي و ولتاژ خروجي مبنا در شكل 6 نشان داده شده اند. نكته اينكه به شكل سينوسي روي سيكل مدوله شد.

 تا يك ولتاژ خروجي بهينه به شكل هارمونيك توليد كند. قطبيت جريان تعيين مي كند كه آيا تبديلگر مثبت يا منفي بايد نيروي بار را تامين كنند. طبق معمول زوايه ي جرقه براي تبديل گر مثبت  نام دارد، و اينكه تبديل گر منفي  نام دارد. وقتي قطبيت جريان تغيير كند تبديلگري كه سابقاً جريان را تامين كند ناتوان گشته و ديگري توانمند مي گردد. بار هميشه نياز به ولتاژ مبنا دارد تا ممتد باشد. بنابراين در طي معكوس شدن قطبيت جريان، ولتاژ متوسط تامين شده توسط هر دو تبديل گر بايستي مساوي باشد، در غير اين صورت كليد زدن ازيك تبديل گر به يك تبديل گر ديگر باعث پرش ولتاژ ناخواسته مي شود. براي پرهيز از اين مشكل، تبديل گرها تحت فشار قرار گرفته تا ولتاژ متوسط مشابه اي در همه ي وقتها ايجاد نمايد. بنابراين شرايط زير بايد براي زاويه هاي جرقه فراهم شود.

ولتاژ خروجي مبنا در شكل زير، مي تواند به شكل معادله زير باشد.

در يك تايم t ولتاژ مبناي خروجي مي شود:

تبديل گر مثبت مي تواند اين ولتاژ را تامين كند اگر شرايط زير فراهم باشد.

كه در آن  براي تبديل گر نيمه موج و 6 براي تبديل گر پُل وار است. در شرايط (3) فرمول زير را در نظر بگيريد.  كه زاويه ي جرقه در هر نمونه را مي توان در معادله ي 6 و 7 يافت. عملكرد سيكلو كنورتر پُلوار مشابه است با، سيكلو كنورتر نيم موج  نكته اينكه تعداد پالس در اين حالت 6 است.

اگر خروجي هاي تبديلگرهاي  نوع مشابه در دلتا يا wye متصل باشند و يا اگر ولتاژ خروجي كه تابش هاي  از هم تغيير كنند تبديلگر ايجاد شده در واقع يك سيكلوكنورتر سه فاز- سه فاز  خواهد بود. سيكلو كنورترهاي ايجاد شده در شكل 7 و 8 همراه با اتصالات wye ديده مي شود. اگر اين سه تبديل گر متصل شده تبديلگرهاي نيمه موج باشند پس تبديل گر جديد يك سيكلوكنورتر نيمه موج  ناميده مي شود. اگر در عوض تبديل گرهاي پُلوار بكار روند پس نتيجه مي شود يك سيكلوكنورتر پُلوار . سيكلوكنورتر موج  همچنين يك سكلوكنورتر 3 پالسي يك يك سيكلوكنورتر 18 تريستور ناميده مي شود. از طرف ديگر سيكلوكنورتر پُلوار  همچنين يك سيكلوكنورتر 6 پالسي و يا يك سيكلوكنورتر 36 تريستور ناميده مي شود. عملكرد هر فاز در بخش قبل توضيح داده شد.