Cicloconversores - tipos, funcionamento e aplicações

As fontes de alimentação podem ser classificadas em duas grandes categorias, uma é a fonte de alimentação CA e a outra é a fonte de alimentação CC. Como sabemos, apenas energia CA pode ser gerada e, por ser mais econômica, usamos CA para transmissão e, portanto, a maioria das máquinas / dispositivos elétricos funciona com energia CA. Mas a tensão e a frequência padrão fornecidas pelas estações geradoras podem não ser boas o suficiente para acionar certas máquinas industriais. Nesses casos, empregamos conversores e inversores para converter uma forma de fonte de alimentação em outra, como em uma classificação de tensão, corrente ou frequência diferentes. Um cicloconvímetro é um conversor que converte a energia CA em uma frequência em energia CA de uma frequência ajustável. Neste artigo, aprenderemos mais sobre esses Cicloconversores, seu funcionamento e suas aplicações.

O que é Cycloconverter?

A definição padrão para cicloconversores da Wikipedia é a seguinte "Um cicloconversor (CCV) ou um cicloinversor converte uma tensão constante, forma de onda de frequência constante AC em outra forma de onda AC de uma freqüência mais baixa, sintetizando a forma de onda de saída de segmentos da fonte AC sem um intermediário Link DC ”

Uma propriedade particular dos cicloconversores é que ele não usa um link DC no processo de conversão, tornando-o altamente eficiente. A conversão é feita usando interruptores eletrônicos de potência como tiristores e comutando-os de maneira lógica. Normalmente esses tiristores são separados em duas metades, a metade positiva e a metade negativa. Cada metade será conduzida girando-as durante cada metade do ciclo da forma CA, permitindo assim o fluxo de energia bidirecional. Por agora imagine os cicloconversores como uma caixa preta que recebe uma alimentação CA de frequência fixa de tensão fixa como entrada e fornece uma frequência variável, tensão variável como saída, conforme mostrado na ilustração abaixo.

Aprenderemos o que pode estar acontecendo dentro dessa caixa preta à medida que lermos o artigo.

Por que precisamos de cicloconversores?

Ok, agora sabemos que os cicloconvímetros convertem a energia CA de frequência fixa em energia CA de frequência variável. Mas por que precisamos fazer isso? Qual é a vantagem de ter uma fonte de alimentação AC com frequência variável?

A resposta a esta pergunta é o controle de velocidade. Os cicloconvímetros são amplamente usados ​​para acionar grandes motores, como o usado em laminadores, moinhos de bolas de cimento etc. A frequência de saída de um cicloconversor pode ser reduzida a zero, o que nos ajuda a dar partida em motores muito grandes com carga total na velocidade mínima Aumente gradualmente a velocidade do motor aumentando a frequência de saída. Antes da invenção dos cicloconversores, esses motores grandes tinham que ser completamente descarregados e, depois de dar partida no motor, deveriam ser carregados gradualmente, o que resultava em tempo e consumo de mão de obra.

Tipos de cicloconvetros:

Com base na frequência de saída e número de fases na fonte de alimentação CA de entrada, os cicloconversores podem ser classificados como abaixo

1. Cicloconversores Step-Up

2. Cicloconversores Ste-Down

1. Cicloconversor monofásico para monofásico
2. Cicloconversor Trifásico para Monofásico
3. Cicloconversor Trifásico para Trifásico

Cicloconversores Step-Up: Step-Up CCV, como o nome sugere, este tipo de CCV fornece frequência de saída maior do que a frequência de entrada. Mas não é amplamente utilizado, pois não tem muita aplicação de partículas. A maioria das aplicações exigirá uma frequência inferior a 50 Hz, que é a frequência padrão aqui na Índia. Além disso, o CCV Step-Up exigirá comutação forçada, o que aumenta a complexidade do circuito.

Cicloconversores abaixadores: CCV abaixadores, como você já deve ter adivinhado… apenas fornece uma frequência de saída que é menor que a frequência de entrada. Estes são mais comumente usados ​​e funcionam com a ajuda de comutação natural, portanto, comparativamente fáceis de construir e operar. O CCV Step-Down é classificado em três tipos, conforme mostrado a seguir, examinaremos cada um desses tipos em detalhes neste artigo.

Princípio básico por trás dos cicloconversores:

Embora existam três tipos diferentes de Cicloconversores, o funcionamento deles é muito semelhante, exceto pelo número de chaves eletrônicas de potência presentes no circuito. Por exemplo, um CCV monofásico para monofásico terá apenas 6 chaves eletrônicas de potência (SCR), enquanto um CCV trifásico pode ter até 32 chaves.

O mínimo para um Cicloconversor é mostrado acima. Ele terá um circuito de comutação em cada lado da carga, um circuito funcionará durante a metade do ciclo positivo da fonte de alimentação CA e o outro circuito funcionará durante a metade do ciclo negativo. Normalmente, o circuito de chaveamento será demonstrado usando SCR como dispositivo eletrônico de potência, mas no CCV moderno você pode encontrar os SCRs sendo substituídos por IGBTs e às vezes até MOSFETS.

Os circuitos de comutação também precisarão de um circuito de controle, que instrua o dispositivo eletrônico de potência quando conduzir e quando desligar. Este circuito de controle será normalmente um microcontrolador e também pode ter um feedback da saída para formar um sistema de malha fechada. O usuário pode controlar o valor da frequência de saída ajustando os parâmetros no circuito de controle. Os diodos no diagrama acima são usados para representar a direção do fluxo da corrente. O circuito de comutação positivo sempre fornece corrente para a carga e o circuito de comutação negativo sempre absorve a corrente da carga.

Cicloconversores monofásicos para monofásicos:

O CCV Monofásico para Monofásico é muito raramente usado, mas para compreender o funcionamento de um CCV, deve primeiro ser estudado para que possamos compreender o CCV Trifásico. O CCV Monofásico para Monofásico tem dois pares de circuito retificador de onda completa, cada um consistindo de quatro SCR. Um conjunto é colocado em linha reta enquanto o outro é colocado na direção anti-paralela, conforme mostrado na imagem abaixo.

Todos os terminais da porta dos SCRs serão conectados a um circuito de controle que não é mostrado no circuito acima. Este circuito de controle será responsável por acionar os SCRs. Para entender o funcionamento do circuito, vamos supor que a alimentação CA de entrada seja de frequência de 50 Hz e a carga seja uma carga resistiva pura e o ângulo de disparo do SCR (α) seja 0 °. Como o ângulo de disparo é de 0 °, o SCR, quando ligado, agirá como um diodo na direção direta e quando desligado, atuará como um diodo na direção reversa. Vamos analisar a forma de onda abaixo para entender como a frequência é reduzida usando um CCV

A forma de onda da frequência da tensão de alimentação é denotada por Vs e a forma de onda da frequência da tensão de saída é denotada por Vo. Aqui nós estamos tentando converter a freqüência de tensão de alimentação 1/4 ^th de seu valor. Então, para fazer isso nos dois primeiros ciclos da tensão de alimentação, usaremos o retificador em ponte positiva e nos próximos dois ciclos usaremos o retificador em ponte negativa. Portanto, temos quatro pulsos positivos na região positiva e quatro na região negativa, conforme mostrado na forma de onda da frequência de saída Vo. A forma de onda da corrente para este circuito será igual à forma de onda da tensão, uma vez que a carga é considerada puramente resistiva. Embora a magnitude da forma de onda mude com base no valor da resistência da carga.

A frequência de saída é representado usando a linha a tracejado na forma de onda Vo, uma vez que muda de polaridade única para cada dois ciclos da forma de onda de entrada a frequência de saída com 1/4 ^th da frequência de entrada, no nosso caso, para uma frequência de entrada de 50Hz a a frequência de saída será (1/4 * 50) em torno de 12,5 Hz. Esta frequência de saída pode ser controlada variando o mecanismo de disparo no circuito de controle.

Cicloconversores trifásicos para monofásicos:

O CCV trifásico para monofásico também é semelhante ao CCV monofásico para monofásico, mas aqui a tensão de entrada é uma alimentação trifásica e a tensão de saída é uma alimentação monofásica com frequência variável. O circuito também parece muito semelhante, exceto que precisaremos de 6 SCR em cada conjunto de retificador, uma vez que temos que retificar a tensão CA trifásica.

Mais uma vez, os terminais da porta do SCR serão conectados ao circuito de controle para acioná-los e as mesmas suposições são feitas novamente para compreender o funcionamento facilmente. Também existem dois tipos de CCVs trifásicos a monofásicos, o primeiro tipo terá um retificador de meia onda para ponte positiva e negativa e o segundo tipo terá um retificador de onda completa, conforme mostrado acima. O primeiro tipo não é usado com frequência devido à sua baixa eficiência. Também em um tipo de onda completa, ambos os retificadores em ponte podem gerar tensões em ambas as polaridades, mas o conversor positivo pode fornecer corrente (fonte) apenas na direção positiva e o conversor negativo pode drenar a corrente apenas na direção negativa. Isso permite que o CCV opere em quatro quadrantes. Esses quatro quadrantes são (+ V, + i) e (-V, -i) no modo de retificação e (+ V, -i) e (-V,-i) no modo de inversão.

Cicloconversores trifásicos para trifásicos:

Os CCV trifásicos a trifásicos são os mais usados, pois podem acionar cargas trifásicas como motores diretamente. A carga para um CCV trifásico normalmente será uma carga trifásica conectada em estrela, como o enrolamento do estator de um motor. Estes conversores recebem tensão CA Trifásica com frequência fixa como entrada e fornecem tensão CA Trifásica com frequência variável.

Existem dois tipos de CCV Trifásico, um com conversor de meia onda e outro com conversor de onda completa. O modelo do conversor de meia onda também é chamado de Cicloconversor de 18 tiristores ou Cicloconversor de 3 pulsos. O conversor de onda completa é chamado de Cicloconversor de 6 pulsos ou Cicloconversor de 36 tiristor. Um cicloconversor de 3 pulsos é mostrado na imagem abaixo

Aqui temos seis conjuntos de retificadores, dos quais dois são alocados para cada fase. O funcionamento deste CCV é semelhante ao CCV monofásico, exceto aqui os retificadores podem retificar apenas metade da onda e o mesmo acontece para todas as três fases

Formulários:

Os cicloconversores têm um amplo conjunto de aplicações industriais, os seguintes são alguns

• Moinhos
• Máquinas de lavar pesadas
• Mina Winders
• Linhas de energia HVDC
• Fonte de alimentação de aeronaves
• SVG (Geradores VAR estáticos)
• Sistema de propulsão de navio