Dreiphasen-Wechselrichterschaltung

Wir alle kennen den Wechselrichter - er ist ein Gerät, das Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. Zuvor haben wir verschiedene Wechselrichtertypen kennengelernt und einen einphasigen Wechselrichter mit 12 V bis 220 V gebaut. Ein 3-Phasen-Wechselrichter wandelt die Gleichspannung in eine 3-Phasen-Wechselstromversorgung um. Hier in diesem Tutorial lernen wir den Dreiphasen-Wechselrichter und seine Funktionsweise kennen. Bevor wir jedoch fortfahren, wollen wir uns die Spannungsverläufe der Dreiphasenleitung ansehen. In der obigen Schaltung ist eine dreiphasige Leitung mit einer ohmschen Last verbunden und die Last zieht Strom aus der Leitung. Wenn wir die Spannungswellenformen für jede Phase zeichnen, erhalten wir ein Diagramm wie in der Abbildung gezeigt. In der Grafik sehen wir drei Spannungswellenformen, die um 120 ° zueinander phasenverschoben sind.

In diesem Artikel werden wir eine 3-Phasen-Wechselrichterschaltung diskutieren, die als DC / 3-Phasen-Wechselrichter verwendet wird. Denken Sie daran, dass es selbst in der heutigen Zeit äußerst schwierig und unpraktisch ist, eine vollständig sinusförmige Wellenform für unterschiedliche Lasten zu erreichen. Daher werden wir hier die Funktionsweise einer idealen Dreiphasen-Wandlerschaltung diskutieren , wobei alle Probleme im Zusammenhang mit praktischen Dreiphasen-Wechselrichtern vernachlässigt werden.

3-Phasen-Wechselrichter arbeiten

Betrachten wir nun den 3-Phasen-Wechselrichterschaltkreis und seine ideale vereinfachte Form.

Unten sehen Sie einen dreiphasigen Wechselrichter-Schaltplan, der mit Thyristoren und Dioden (zum Schutz vor Spannungsspitzen) konstruiert wurde.

Im Folgenden finden Sie einen dreiphasigen Wechselrichter-Schaltplan, der nur mit Schaltern erstellt wurde. Wie Sie sehen können, ist diese Konfiguration mit sechs mechanischen Schaltern für das Verständnis der Funktionsweise des 3-Phasen-Wechselrichters nützlicher als die umständliche Thyristorschaltung.

Was wir hier tun werden, ist, diese sechs Schalter zu öffnen und symmetrisch zu schließen, um den dreiphasigen Spannungsausgang für die ohmsche Last zu erhalten. Es gibt zwei Möglichkeiten, die Schalter auszulösen, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen: eine, bei der die Schalter für 180 ° leiten, und eine andere, bei der die Schalter nur für 120 ° leiten. Lassen Sie uns jedes Muster unten diskutieren:

A) Dreiphasen-Wechselrichter - 180-Grad-Leitungsmodus

Die ideale Schaltung wird gezeichnet, bevor sie in drei Segmente unterteilt werden kann, nämlich Segment eins, Segment zwei und Segment drei, und wir werden diese Notation im späteren Abschnitt des Artikels verwenden. Segment eins besteht aus einem Schalterpaar S1 & S2, Segment zwei besteht aus dem Schaltpaar S3 & S4 und Segment drei besteht aus dem Schaltpaar S5 & S6. Zu jedem Zeitpunkt sollten beide Schalter im selben Segment niemals geschlossen werden, da dies dazu führt, dass die Batterie kurzgeschlossen wird und das gesamte Setup fehlschlägt. Daher sollte dieses Szenario jederzeit vermieden werden.

Beginnen wir nun mit der Schaltsequenz, indem wir den Schalter S1 im ersten Segment der idealen Schaltung schließen und den Start als 0º bezeichnen. Da die gewählte Leitungszeit 180º beträgt, wird der Schalter S1 von 0º bis 180º geschlossen.

Nach 120 ° der ersten Phase hat die zweite Phase jedoch auch einen positiven Zyklus, wie im dreiphasigen Spannungsdiagramm dargestellt, sodass der Schalter S3 nach S1 geschlossen wird. Dieser S3 wird auch für weitere 180º geschlossen gehalten. So S3 wird von 120º bis 300º geschlossen werden und es wird offen sein erst nach 300º.

In ähnlicher Weise hat die dritte Phase auch einen positiven Zyklus nach 120º des positiven Zyklus der zweiten Phase, wie in der Grafik am Anfang des Artikels gezeigt. Der Schalter S5 wird also nach 120º S3 geschlossen, dh 240º. Sobald der Schalter geschlossen ist, wird er für 180 ° geschlossen gehalten, bevor er geöffnet wird. Damit wird der S5 von 240 ° auf 60 ° geschlossen (zweiter Zyklus).

Bisher haben wir lediglich davon ausgegangen, dass die Leitung erfolgt, sobald die Schalter der obersten Schicht geschlossen sind, der Stromfluss aus dem Stromkreis jedoch abgeschlossen sein muss. Denken Sie auch daran, dass beide Schalter im selben Segment niemals gleichzeitig geschlossen sein sollten. Wenn also ein Schalter geschlossen ist, muss ein anderer geöffnet sein.

Um die beiden oben genannten Bedingungen zu erfüllen, schließen wir S2, S4 und S6 in einer vorbestimmten Reihenfolge. Erst nachdem S1 geöffnet wurde, müssen wir S2 schließen. In ähnlicher Weise wird S4 geschlossen, nachdem S3 bei 300º geöffnet wurde, und auf die gleiche Weise wird S6 geschlossen, nachdem S5 den Leitungszyklus abgeschlossen hat. Dieser Zyklus des Umschaltens zwischen Schaltern desselben Segments ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Hier folgt S2S1, S4 folgt S3 und S6 folgt S5.

Durch Befolgen dieser symmetrischen Umschaltung können wir die gewünschte dreiphasige Spannung erreichen, die in der Grafik dargestellt ist. Wenn wir die anfängliche Schaltsequenz in der obigen Tabelle ausfüllen, erhalten wir ein vollständiges Schaltmuster für den 180º-Leitungsmodus wie unten.

Aus der obigen Tabelle können wir Folgendes verstehen:

Von 0-60: S1, S4 & S5 werden geschlossen und die restlichen drei Schalter geöffnet.

Von 60-120: S1, S4 & S6 werden geschlossen und die restlichen drei Schalter geöffnet.

Von 120-180: S1, S3 & S6 werden geschlossen und die restlichen drei Schalter geöffnet.

Und so geht es weiter. Zeichnen wir nun die vereinfachte Schaltung für jeden Schritt, um den Stromfluss und die Spannungsparameter besser zu verstehen.

Schritt 1: (für 0-60) S1, S4 und S5 sind geschlossen, während die verbleibenden drei Schalter geöffnet sind. In einem solchen Fall kann die vereinfachte Schaltung wie unten gezeigt sein.

Also für 0 bis 60: Vao = Vco = Vs / 3; Vbo = -2 Vs / 3

Mit diesen können wir die Netzspannungen ableiten als:

Vab = Vao - Vbo = Vs Vbc = Vbo - Vco = -Vs Vca = Vco - Vao = 0

Schritt 2: (für 60 bis 120) S1, S4 und S6 sind geschlossen, während die verbleibenden drei Schalter geöffnet sind. In einem solchen Fall kann die vereinfachte Schaltung wie unten gezeigt sein.

Also für 60 bis 120: Vbo = Vco = -Vs / 3; Vao = 2 Vs / 3

Mit diesen können wir die Netzspannungen ableiten als:

Vab = Vao - Vbo = Vs Vbc = Vbo - Vco = 0 Vca = Vco - Vao = -Vs

Schritt 3: (für 120 bis 180) S1, S3 und S6 sind geschlossen, während die verbleibenden drei Schalter geöffnet sind. In einem solchen Fall kann die vereinfachte Schaltung wie folgt gezeichnet werden.

Also für 120 bis 180: Vao = Vbo = Vs / 3; Vco = -2 Vs / 3

Mit diesen können wir die Netzspannungen ableiten als:

Vab = Vao - Vbo = 0 Vbc = Vbo - Vco = Vs Vca = Vco - Vao = -Vs

In ähnlicher Weise können wir die Phasenspannungen und Netzspannungen für die nächsten Schritte in der Sequenz ableiten. Und es kann wie folgt dargestellt werden:

A) Dreiphasen-Wechselrichter - 120-Grad-Leitungsmodus

Der 120º-Modus ähnelt in allen Aspekten 180º, außer dass die Schließzeit jedes Schalters auf 120 reduziert wird, was zuvor 180 war.

Beginnen wir wie gewohnt mit der Schaltsequenz, indem wir den Schalter S1 im ersten Segment schließen und die Startnummer auf 0º setzen. Da die gewählte Leitungszeit 120 ° beträgt, wird der Schalter S1 nach 120 ° geöffnet, sodass der S1 von 0 ° auf 120 ° geschlossen wurde.

Da der Halbzyklus des sinusförmigen Signals von 0 auf 180 ° geht, ist S1 für die verbleibende Zeit offen und wird durch den grauen Bereich oben dargestellt.

Jetzt, nach 120º der ersten Phase, hat die zweite Phase ebenfalls einen positiven Zyklus, wie zuvor erwähnt, so dass der Schalter S3 nach S1 geschlossen wird. Dieser S3 wird auch für weitere 120º geschlossen gehalten. So wird S3 von 120º bis 240º geschlossen.

In ähnlicher Weise hat die dritte Phase auch einen positiven Zyklus nach 120 ° des positiven Zyklus der zweiten Phase, so dass der Schalter S5 nach 120 ° des Schließens von S3 geschlossen wird. Sobald der Schalter geschlossen ist, wird er für 120 ° geschlossen gehalten, bevor er geöffnet wird, und damit wird der Schalter S5 von 240 ° auf 360 ° geschlossen

Dieser Zyklus des symmetrischen Schaltens wird fortgesetzt, um die gewünschte dreiphasige Spannung zu erreichen. Wenn wir die Anfangs- und Endschaltsequenz in der obigen Tabelle ausfüllen, erhalten wir ein vollständiges Schaltmuster für den 120º-Leitungsmodus wie unten.

Aus der obigen Tabelle können wir Folgendes verstehen:

Von 0-60: S1 & S4 sind geschlossen, während die restlichen Schalter geöffnet sind.

Von 60-120: S1 & S6 sind geschlossen, während die restlichen Schalter geöffnet sind.

Von 120-180: S3 & S6 werden geschlossen, während die restlichen Schalter geöffnet sind.

Von 180-240: S2 & S3 sind geschlossen, während die restlichen Schalter geöffnet sind

Von 240-300: S2 & S5 sind geschlossen, während die restlichen Schalter geöffnet sind

Von 300-360: S4 & S5 sind geschlossen, während die restlichen Schalter geöffnet sind

Und diese Abfolge von Schritten geht so weiter. Zeichnen wir nun die vereinfachte Schaltung für jeden Schritt, um den Stromfluss und die Spannungsparameter der 3-Phasen-Wechselrichterschaltung besser zu verstehen.

Schritt 1: (für 0-60) S1, S4 sind geschlossen, während die restlichen vier Schalter geöffnet sind. In einem solchen Fall kann die vereinfachte Schaltung wie folgt gezeigt werden.

Also für 0 bis 60: Vao = Vs / 2, Vco = 0; Vbo = -Vs / 2

Mit diesen können wir die Netzspannungen ableiten als:

Vab = Vao - Vbo = Vs Vbc = Vbo - Vco = -Vs / 2 Vca = Vco - Vao = -Vs / 2

Schritt 2: (für 60 bis 120) S1 und S6 sind geschlossen, während die restlichen Schalter geöffnet sind. In einem solchen Fall kann die vereinfachte Schaltung wie folgt gezeigt werden.

Also für 60 bis 120: Vbo = 0, Vco = -Vs / 2 & Vao = Vs / 2

Mit diesen können wir die Netzspannungen ableiten als:

Vab = Vao - Vbo = Vs / 2 Vbc = Vbo - Vco = Vs / 2 Vca = Vco - Vao = -Vs

Schritt 3: (für 120 bis 180) S3 und S6 sind geschlossen, während die restlichen Schalter geöffnet sind. In einem solchen Fall kann die vereinfachte Schaltung wie folgt gezeigt werden.

Also für 120 bis 180: Vao = 0, Vbo = Vs / 2 & Vco = -Vs / 2

Mit diesen können wir die Netzspannungen ableiten als:

Vab = Vao - Vbo = -Vs / 2 Vbc = Vbo - Vco = Vs Vca = Vco - Vao = -Vs / 2

In ähnlicher Weise können wir die Phasenspannungen und Netzspannungen für die nächsten Schritte ableiten. Und wenn wir ein Diagramm für alle Schritte zeichnen, erhalten wir so etwas wie unten.

In den Ausgangsgraphen von 180º- und 120º-Schaltfällen ist zu sehen, dass wir an den drei Ausgangsklemmen eine dreiphasige Wechselspannung erreicht haben. Obwohl die Ausgangswellenform keine reine Sinuswelle ist, ähnelte sie der dreiphasigen Spannungswellenform. Dies ist eine einfache ideale Schaltung und eine angenäherte Wellenform zum Verständnis der Funktionsweise von 3-Phasen-Wechselrichtern. Sie können ein Arbeitsmodell basierend auf dieser Theorie unter Verwendung von Thyristoren, Schalt-, Steuer- und Schutzschaltungen entwerfen.