- Fonctionnement à quatre quadrants dans un double convertisseur
- Principe
- Double convertisseur pratique
- 1) Fonctionnement à double convertisseur sans courant de circulation
- 2) Fonctionnement à double convertisseur avec courant de circulation
- 1) double convertisseur monophasé
- 2) double convertisseur triphasé
Dans le didacticiel précédent, nous avons vu comment un circuit d'alimentation double est conçu, maintenant nous en apprenons davantage sur les convertisseurs doubles, qui peuvent convertir le courant alternatif en courant continu et le courant continu en courant alternatif en même temps. Comme son nom l'indique, Dual Converter dispose de deux convertisseurs, un convertisseur fonctionne avec un redresseur (convertit le courant alternatif en courant continu) et un autre convertisseur fonctionne comme un onduleur (convertit le courant continu en courant alternatif). Les deux convertisseurs sont connectés dos à dos avec une charge commune comme indiqué dans l'image ci-dessus. Pour en savoir plus sur le redresseur et l'onduleur, suivez les liens.
Pourquoi utilisons-nous le double convertisseur? Si un seul convertisseur peut fournir la charge, pourquoi utiliser deux convertisseurs? Ces questions peuvent survenir et vous obtiendrez la réponse dans cet article.
Ici, nous avons deux convertisseurs connectés dos à dos. En raison de ce type de connexion, cet appareil peut être conçu pour un fonctionnement à quatre quadrants. Cela signifie que la tension de charge et le courant de charge deviennent réversibles. Comment un fonctionnement à quatre quadrants est-il possible dans le convertisseur double? On verra plus loin dans cet article.
En général, des convertisseurs doubles sont utilisés pour les variateurs CC réversibles ou les variateurs CC à vitesse variable. Il est utilisé pour les applications à haute puissance.
Fonctionnement à quatre quadrants dans un double convertisseur
Premier quadrant: tension et courant tous deux positifs.
Deuxième quadrant: la tension est positive et le courant est négatif.
Troisième quadrant: tension et courant tous deux négatifs.
Quatrième quadrant: la tension est négative et le courant est positif.
Sur ces deux convertisseurs, le premier convertisseur fonctionne dans deux quadrants en fonction de la valeur de l'angle de tir α. Ce convertisseur fonctionne comme un redresseur lorsque la valeur de α est inférieure à 90˚. Dans cette opération, le convertisseur produit une tension de charge moyenne positive et un courant de charge et fonctionne dans le premier quadrant.
Lorsque la valeur de α est supérieure à 90˚, ce convertisseur fonctionne comme un inverseur. Dans cette opération, le convertisseur produit une tension de sortie moyenne négative et la direction du courant n'est pas modifiée. C'est pourquoi le courant de charge reste positif. Dans le premier quadrant, l'énergie est transférée de la source à la charge et dans le quatrième quadrant, l'énergie est transférée de la charge à la source.
De même, le deuxième convertisseur fonctionne comme un redresseur lorsque l'angle de tir α est inférieur à 90˚ et il fonctionne comme un inverseur lorsque l'angle de tir α est supérieur à 90˚. Lorsque ce convertisseur fonctionne comme un redresseur, la tension de sortie moyenne et le courant sont tous deux négatifs. Ainsi, il fonctionne dans le troisième quadrant et le flux de puissance va de la charge à la source. Ici, le moteur tourne en sens inverse. Lorsque ce convertisseur fonctionne comme un inverseur, la tension de sortie moyenne est positive et le courant est négatif. Ainsi, il fonctionne dans le deuxième quadrant et le flux d'énergie est de la charge à la source.
Lorsque le flux de puissance va de la charge à la source, le moteur se comporte comme un générateur, ce qui rend la coupure régénérative possible.
Principe
Pour comprendre le principe du double convertisseur, nous supposons que les deux convertisseurs sont idéaux. Cela signifie qu'ils produisent une tension de sortie DC pure, il n'y a pas d'ondulation aux bornes de sortie. Le schéma équivalent simplifié du double convertisseur est illustré dans la figure ci-dessous.
Dans le schéma de circuit ci-dessus, le convertisseur est considéré comme une source de tension continue contrôlable et il est connecté en série avec la diode. L'angle d'allumage des convertisseurs est régulé par un circuit de commande. Ainsi, les tensions CC des deux convertisseurs sont égales en amplitude et opposées en polarité. Cela permet de conduire le courant dans le sens inverse à travers la charge.
Le convertisseur fonctionnant comme un redresseur est appelé un convertisseur de groupe positif et l'autre convertisseur fonctionnant comme un inverseur est appelé un convertisseur de groupe négatif.
La tension de sortie moyenne est fonction de l'angle d'allumage. Pour les onduleurs monophasés et triphasés, la tension de sortie moyenne se présente sous la forme des équations ci-dessous.
E DC1 = E max Cos⍺ 1 E DC2 = E max Cos⍺ 2
Où α 1 et α 2 sont l'angle de déclenchement du convertisseur-1 et du convertisseur-2 respectivement.
Pour, convertisseur double monophasé, E max = 2E m / π
Pour, convertisseur double triphasé, E max = 3√3E m / π
Pour, convertisseur idéal, 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
Comme indiqué ci-dessus, la tension de sortie moyenne est fonction de l'angle d'allumage. Cela signifie que pour la tension de sortie souhaitée, nous devons contrôler l'angle de tir. Un circuit de commande d'angle de tir peut être utilisé de telle sorte que, lorsque le signal de commande E c change, les angles de tir a 1 et a 2 changent de manière à satisfaire le graphique ci-dessous.
Double convertisseur pratique
En pratique, nous ne pouvons pas supposer que les deux convertisseurs sont un convertisseur idéal. Si l'angle de tir des convertisseurs est réglé de telle manière que ⍺ 1 + ⍺ 2 = 180⁰. Dans cette condition, la tension de sortie moyenne des deux convertisseurs est la même en magnitude mais opposée en polarité. Mais en raison de la tension d'ondulation, nous ne pouvons pas obtenir exactement la même tension. Donc, il y a la différence de tension instantanée aux bornes de courant continu des deux convertisseurs qui produisent d' énormes c irculating courant entre les convertisseurs et qui va circuler à travers la charge.
Par conséquent, dans le double convertisseur pratique, il est nécessaire de contrôler le courant de circulation. Il existe deux modes pour contrôler le courant de circulation.
1) Fonctionnement sans courant de circulation
2) Fonctionnement avec courant de circulation
1) Fonctionnement à double convertisseur sans courant de circulation
Dans ce type de double convertisseur, un seul convertisseur est en conduction et un autre est temporairement bloqué. Ainsi, à la fois, un convertisseur fonctionne et le réacteur n'est pas nécessaire entre les convertisseurs. À un instant particulier, disons que le convertisseur-1 agit comme un redresseur et fournit le courant de charge. A cet instant, le convertisseur-2 est bloqué en supprimant l'angle de tir. Pour le fonctionnement en inversion, le convertisseur-1 est bloqué et le convertisseur-2 fournit le courant de charge.
Les impulsions au convertisseur-2 sont appliquées après un temps de retard. Le temps de retard est d'environ 10 à 20 msec. Pourquoi appliquons-nous un délai entre le changement d'opération? Il garantit un fonctionnement fiable des thyristors. Si le convertisseur-2 se déclenche avant que le convertisseur-1 ne soit complètement éteint, une grande quantité de courant de circulation circulera entre les convertisseurs.
Il existe de nombreux schémas de commande pour générer un angle de déclenchement pour le fonctionnement sans courant de circulation du double convertisseur. Ces schémas de contrôle sont conçus pour faire fonctionner des systèmes de contrôle très sophistiqués. Ici, à la fois, un seul convertisseur est en conduction. Par conséquent, il est possible d'utiliser une seule unité d'angle de tir. Quelques schémas de base sont énumérés ci-dessous.
A) Sélection du convertisseur par polarité du signal de commande
B) Sélection du convertisseur par polarité du courant de charge
C) Sélection du convertisseur par la tension de commande et le courant de charge
2) Fonctionnement à double convertisseur avec courant de circulation
En sans convertisseur de courant de circulation, il nécessite un système de contrôle très sophistiqué et le courant de charge n'est pas continu. Pour surmonter ces difficultés, il existe un double convertisseur qui peut fonctionner avec le courant de circulation. Un réacteur limiteur de courant est connecté entre les bornes CC des deux convertisseurs. L'angle d'allumage des deux convertisseurs est réglé de telle manière que la quantité minimale de courant de circulation circule à travers le réacteur. Comme discuté dans l'onduleur idéal, le courant de circulation est nul si ⍺ 1 + ⍺ 2 = 180⁰.
Supposons que l'angle de tir du convertisseur-1 soit de 60˚, alors l'angle de tir du convertisseur-2 doit être maintenu à 120˚. Dans cette opération, le convertisseur-1 fonctionnera comme un redresseur et le convertisseur-2 fonctionnera comme un inverseur. Ainsi, dans ce type de fonctionnement, à la fois les deux convertisseurs sont à l'état passant. Si le courant de charge est inversé, le convertisseur qui fonctionne comme un redresseur fonctionne maintenant comme un inverseur, tandis que le convertisseur qui fonctionne comme un inverseur fonctionne maintenant comme un redresseur. Dans ce schéma, les deux convertisseurs conduisent en même temps. Ainsi, il nécessite deux générateurs d'angle de tir.
L'avantage de ce schéma est que nous pouvons obtenir le bon fonctionnement du convertisseur au moment de l'inversion. La réponse temporelle du schéma est très rapide. La période de retard normale est de 10 à 20 ms en cas d'élimination du fonctionnement sans courant de circulation.
L'inconvénient de ce schéma est que la taille et le coût du réacteur sont élevés. En raison du courant de circulation, le facteur de puissance et l'efficacité sont faibles. Pour gérer le courant de circulation, les thyristors à courant nominal élevé sont nécessaires.
Selon le type de charge, des convertisseurs doubles monophasés et triphasés sont utilisés.
1) double convertisseur monophasé
Le schéma de circuit du convertisseur double est illustré dans la figure ci-dessous. Un moteur à courant continu excité séparément est utilisé comme charge. Les bornes CC des deux convertisseurs sont connectées aux bornes de l'enroulement d'induit. Ici, deux convertisseurs pleins monophasés sont connectés dos à dos. Les deux convertisseurs fournissent une charge commune.
L'angle de déclenchement du convertisseur-1 est α 1 et α 1 est inférieur à 90˚. Par conséquent, le convertisseur-1 agit comme un redresseur. Pour un demi-cycle positif (0 <t <π), les thyristors S1 et S2 conduiront et pour un demi-cycle négatif (π <t <2π), les thyristors S3 et S4 conduiront. Dans cette opération, la tension et le courant de sortie sont tous deux positifs. Ainsi, cette opération est connue sous le nom d'opération de moteur avant et le convertisseur fonctionne dans le premier quadrant.
L'angle de déclenchement du convertisseur-2 est de 180 - α 1 = α 2 et α 2 est supérieur à 90˚. Ainsi, le convertisseur-2 agit comme un inverseur. Dans cette opération, le courant de charge reste dans le même sens. La polarité de la tension de sortie est négative. Par conséquent, le convertisseur fonctionne dans le quatrième quadrant. Cette opération est connue sous le nom de freinage régénératif.
Pour la rotation inverse du moteur à courant continu, le convertisseur-2 agit comme un redresseur et le convertisseur-1 agit comme un inverseur. L'angle de tir du convertisseur-2 α 2 est inférieur à 90˚. La source de tension alternative alimente la charge. Dans cette opération, le courant de charge est négatif et la tension moyenne de sortie est également négative. Par conséquent, le convertisseur-2 fonctionne dans le troisième quadrant. Cette opération est connue sous le nom de marche arrière.
En fonctionnement inverse, l'angle de déclenchement du convertisseur-1 est inférieur à 90 ° et l'angle de déclenchement du convertisseur-2 est supérieur à 90 °. Ainsi, dans cette opération, le courant de charge est négatif mais la tension de sortie moyenne est positive. Ainsi, le convertisseur-2 fonctionne dans le deuxième quadrant. Cette opération est connue sous le nom de freinage régénératif inverse.
La forme d'onde du convertisseur double monophasé est illustrée dans la figure ci-dessous.
2) double convertisseur triphasé
Le schéma de circuit du convertisseur triphasé double est illustré dans la figure ci-dessous. Ici, deux convertisseurs triphasés sont connectés dos à dos. Le principe de fonctionnement est le même que pour un double convertisseur monophasé.
C'est ainsi que les convertisseurs doubles sont conçus et, comme nous l'avons déjà dit, ils sont généralement utilisés pour construire des entraînements CC réversibles ou des entraînements CC à vitesse variable dans les applications à haute puissance.