¿Qué es un cicloconvertidor? Construcción, trabajo y funciones

Cicloconvertidores: Cicloconvertidores de una y tres secciones

¿Qué es un cicloconvertidor?

Un cicloconvertidor es un regulador de influencia que se utiliza como cambiador de frecuencia que convierte la frecuencia de suministro de una tensión alterna en un grado diferente de la frecuencia de carga que suministra la corriente alterna. El cicloconvertidor es sólo un convertidor CA-CA, es decir, no hay una etapa intermedia de CC en la conversión de energía. Como consecuencia de la modificación de la frecuencia de la alimentación de CA de un grado a otro, se utiliza ampliamente para regular la tasa variable de los motores eléctricos, la calefacción por inducción y la tracción eléctrica.

El precepto de funcionamiento de un cicloconvertidor se lanza en Alemania en 1930. Esta técnica se utiliza para transformar la frecuencia trifásica de 50 Hz en frecuencia monofásica de 16,66 Hz para la tracción ferroviaria. En Estados Unidos, un motor síncrono está equipado con un cicloconvertidor. Estos esquemas más antiguos no suelen ser lo suficientemente atractivos desde el punto de vista técnico o económico y estas estrategias se interrumpen.

Tras la innovación de los circuitos basados en tiristores, transistores y microprocesadores, el funcionamiento del cicloconvertidor es curioso para realizar la frecuencia de entrada ajustada a una frecuencia de salida ajustable a una tensión ajustable. Este tipo de esquema es especialmente útil para los accionamientos de motores de CA.

Un cicloconvertidor se gestiona controlando los impulsos de disparo para generar la tensión alterna de salida deseada. Posteriormente, el cicloconvertidor está capacitado para gestionar de forma estable e imparcial la frecuencia y la tensión de salida.

Un cicloconvertidor puede trabajar con carga en cualquier problema energético y permitir el flujo de energía en cada instrucción. Las formas de onda de la tensión de salida incluyen una parte de distorsión armónica junto con la parte sinusoidal. Estas distorsiones pueden reducirse utilizando un filtro en la salida. Hay una distorsión adicional en la salida si aumenta la relación entre la frecuencia de salida y la de entrada.

El siguiente diagrama de bloques de un cicloconvertidor típico muestra el lugar de entrada y salida de una parte o de tres partes que la entrada al cicloconvertidor puede proporcionar una parte o tres partes de CA. Sin embargo, la salida del cicloconvertidor ofrece una frecuencia variable tanto para la alimentación de una parte como de tres partes de CA. Entiende que la frecuencia de salida es siempre inferior a la de entrada.

Diagrama de bloques de un cicloconvertidor

Precepto principal de funcionamiento

El circuito de igualdad del cicloconvertidor se demuestra dentro de lo que se indica a continuación.

Circuito equivalente del cicloconvertidor

El cicloconvertidor tiene dos cuadrantes. Cada convertidor de dos cuadrantes se representa como una fuente de tensión alterna que corresponde a la parte de tensión de referencia generada en sus terminales de salida. Los diodos se relacionan con una fuente de tensión que permite de forma exclusiva la conducción unidireccional de cada convertidor de dos cuadrantes.

Si asumimos la salida sin rizado, el convertidor actúa como un gran convertidor y representa la tensión de salida especificada. En un gran cicloconvertidor, el ángulo de disparo de la persona convertida se modula repetidamente y produce una tensión alterna sinusoidal idéntica en sus terminales de salida. Posteriormente, la tensión en dos molinos tiene la misma amplitud, frecuencia y parte. Además, la tensión en los terminales de salida del cicloconvertidor es idéntica porque la tensión de estos molinos

Por tanto, en un cicloconvertidor, la energía implícita puede fluir hacia o desde los terminales de salida. Hace que funcione con éxito en cualquier ángulo dentro de un espectro más completo de 360˚. Uno de los convertidores particulares se comporta como un convertidor optimista y el opuesto se comporta como un convertidor destructivo. Como consecuencia de la propiedad unidireccional de un convertidor de persona particular, el semiciclo optimista de la carga presente debe ser llevado siempre por el convertidor optimista y el semiciclo destructivo por el convertidor destructivo.

La tensión de carga puede ser diferente por el ángulo de disparo de los interruptores electrónicos de capacidad relacionados en cada convertidor.

Cicloconvertidor monofásico a monofásico

Como sugiere la identificación, este convertidor tiene entrada y salida monofásicas. La entrada monofásica de 50 Hz proporciona la entrada se transforma en una salida de CA de baja frecuencia. En un cicloconvertidor monofásico, hay dos configuraciones.

  • Transformador de latidos (cicloconvertidor de punto medio)
  • Cicloconvertidor tipo puente

Transformador con rosca cardíaca (Cicloconvertidor de punto medio)

El diagrama del circuito de un cicloconvertidor de punto medio se demuestra dentro de lo que se indica a continuación.

Cicloconvertidor de toma central

Para saber cómo funciona el circuito, aquí suponemos una carga puramente resistiva. Como se ha demostrado en la determinación anterior, 4 SCR (S1, S2, S3, S4) están relacionados con una carga. Los SCR S1, S2, y S3, S4 están relacionados en antiparalelo.

La configuración de los SCR está relacionada con el devanado secundario de un transformador de toma central. Y la carga está relacionada con el centro (punto medio) de un transformador. Un inductor L está relacionado con el circuito que se llama reactor intergrupo. El subdeterminado presenta una forma de onda de salida de un cicloconvertidor con una frecuencia de salida de un centro es un tercio de la frecuencia de entrada.

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Forma de onda de salida de un cicloconvertidor con latido central

Ahora aclaramos el funcionamiento de un cicloconvertidor monofásico a monofásico con una frecuencia de salida de un tercio de la frecuencia de entrada.

fen el exterior = (1/3) fen

Primer ciclo de la media:

Aquí tenemos en cuenta que el primer medio ciclo es optimista. Por tanto, la tensión secundaria inducida es que el tiempo A es optimista con respecto a la toma del corazón O y el nivel B es destructivo con respecto al nivel del corazón O. En esta situación, los SCR S1 y S4 están en ventaja. Sin embargo, sólo el SCR S1 está conectado con un ángulo α.

La tensión de carga es optimista e igual a VAO. El SCR S1 debe apagarse por conmutación pura al final del semiciclo primario (ωt=π). El circuito de igualdad de este ciclo se demuestra dentro de lo que se indica a continuación.

Circuito equivalente de este 1er Semiciclo

Ciclo de la segunda mitad:

El segundo medio ciclo es destructivo, lo que significa que VAO es destructiva y VBO es optimista. Posteriormente, los SCR S2 y S3 están polarizados hacia delante. Sin embargo, sólo el SCR S3 se encenderá en un instante (π+α). En este ciclo, la tensión de carga es optimista e igual a VBO del ciclo (π+α) a 2π.

El curso de la corriente que fluye a través de la carga es idéntico porque el curso dentro del primer medio ciclo. El SCR S3 se apagará debido a la conmutación pura en 2π. El circuito de igualdad de un segundo medio ciclo se comprueba dentro de lo determinado bajo.

Circuito igual de un segundo medio ciclo

Tercer Ciclo Medio:

Un tercer medio ciclo es un medio ciclo optimista. En este ciclo, las polaridades son las mismas que en el primer medio ciclo. En esta situación, el SCR S1 se enciende y hace que la tensión de carga optimista sea igual a la VAO. El circuito igual de este ciclo es idéntico porque el circuito igual del primer semiciclo es igual.

Cuarto, quinto y sexto ciclo y medio:

En estos semiciclos, los SCR S2, S4 y S2 se encenderán, respectivamente. Y a través de estos ciclos, la tensión de carga es destructiva, como se demuestra en la forma de onda. El ángulo de encendido de los SCR S2 y S4 es similar al de los SCR S1 y S3.

La actuación de los SCR S2 y S4 produce tres semiciclos destructivos a través de la carga. Después de estos tres semiciclos destructivos, el SCR S1 se enciende en el séptimo ciclo y repite esta secuencia durante un ciclo más.

Cicloconvertidor monofásico de tipo puente:

La configuración esquemática de un cicloconvertidor monofásico de tipo puente se demuestra en lo que se indica a continuación.

Cicloconvertidor monofásico de tipo puente

Como se ha demostrado en la determinación, dos puentes monofásicos totalmente controlados se relacionan en instrucciones invertidas. En la configuración de tipo puente, dos tiristores están relacionados con cada fuente de tensión y en la configuración de tipo central, sólo un tiristor está relacionado con una fuente de tensión.

El puente 1 proporciona la carga presente dentro del semiciclo de salida optimista y el puente 2 proporciona la carga presente dentro del semiciclo de salida destructivo. Cada puente no funciona de forma colectiva porque produce un cortocircuito en la entrada.

Los SCR S1, S2, S3 y S4 están relacionados en el puente 1, y los SCR S5, S6, S7 y S8 están relacionados en el puente 2. Mediante numerosas secuencias de SCRs, obtendremos numerosas frecuencias de salida. Las secuencias de los SCR para un tercio de la frecuencia de salida se demuestran dentro de lo que se indica a continuación.

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Secuencias de SCR para un tercio de la frecuencia de salida

La secuencia siguiente muestra la forma de onda de salida para una media y un cuarto de frecuencia de la forma de onda de salida.

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Secuencia de la forma de onda de salida para un medio y un cuarto de frecuencia

Cicloconvertidor trifásico a monofásico

Un cicloconvertidor trifásico a monofásico se utiliza para transformar una alimentación trifásica a una frecuencia en una alimentación monofásica a una frecuencia decreciente. El diagrama del circuito del cicloconvertidor trifásico a monofásico se demuestra dentro de lo que se indica a continuación.

Cicloconvertidor trifásico a monofásico

Hay dos convertidores trifásicos de media onda que están relacionados con una carga típica. Uno es para un ciclo de salida optimista y el segundo es para un ciclo de salida destructivo. La salida de un convertidor viene determinada por el ángulo de encendido del SCR correspondiente en un mismo grupo. Si queremos un ciclo optimista dentro de la forma de onda de salida, se disparan los SCR de un grupo optimista y si queremos un ciclo destructivo dentro de la forma de onda de salida, se disparan los SCR de un grupo destructivo.

Por ejemplo, para proporcionar la tensión de salida optimista, el grupo optimista de SCRs se dispara como se demuestra en la figura siguiente. Puede ser crucial que el ángulo de disparo α haya disminuido progresivamente de 90˚ a 0˚. Por tanto, la tensión de salida implícita aumentará desde 0V hasta el pico de la tensión optimista de forma sinusoidal. Después, el ángulo de disparo se incrementa progresivamente de 0˚ a 90˚ para conseguir que el pico de tensión de salida implícito sea de 0V.

Formas de onda de salida del cicloconvertidor trifásico a monofásico

A partir del mismo precepto, produciremos el semiciclo destructivo de la tensión de salida implícita. Para proporcionar un medio ciclo destructivo, se dispara un grupo destructivo de SCRs. El reactor IG está relacionado con el circuito para restringir el presente circulante entre un grupo optimista y otro destructivo de SCRs.

Configuraciones de puente trifásico a monofásico

El diagrama del circuito de una configuración de puente trifásico a monofásico se demuestra en lo que se indica a continuación. Aquí se relacionan dos convertidores de CA a CC (puentes trifásicos, convertidor P y convertidor N) con una carga resistiva típica.

Configuraciones de puente trifásico a monofásico

Para proporcionar una salida optimista de seis pulsos, el tiristor del convertidor P funciona en los pares 1-6, 1-2, 3-2, 3-4, 5-4 y 5-6. Esta secuencia corresponde a 1 ciclo completo de entrada, pero sólo al medio ciclo optimista de la salida. La forma de onda de salida de este convertidor se comprueba en lo que se indica a continuación.

Formas de onda de salida del cicloconvertidor trifásico a monofásico

Para el semiciclo destructivo, los tiristores del convertidor N se disparan en una secuencia de 1′-6′, 1′-2′, 3′-2′, 3′-4′, 5′-4′ y 5′-6′. Esta secuencia corresponde al semiciclo destructivo de la salida. Cuando cualquier convertidor (P o N) está conduciendo, sólo se comporta como un convertidor trifásico de CA a CC en puente.

Para α < 60˚, la carga presente es constante y para α ≥ 60˚, la carga presente debe ser discontinua. Los tiristores de cada convertidor no deben conectarse simultáneamente de ninguna manera, en otro caso la corriente alterna debe cortocircuitarse.

Cicloconvertidor trifásico a trifásico

El cicloconvertidor trifásico a trifásico puede hacerse conectando elementos de convertidores trifásicos a convertidores monofásicos. El diagrama del circuito de un convertidor trifásico a trifásico se muestra en el siguiente cuadro.

Cicloconvertidor trifásico a trifásico

Hay tres convertidores P y tres convertidores N. Los convertidores P corresponden a producir un ciclo optimista de la forma de onda de salida y los convertidores N corresponden a producir un ciclo destructivo de la forma de onda de salida. Como forma de gestionar el presente circulante bajo la restricción de seguridad, se utiliza la IGR entre cada par de convertidores del grupo P y N.

La salida monofásica de R’, Y’ y B, se genera mediante un convertidor trifásico a monofásico, después de lo cual R’, Y’ y B’ se conmutan a 120˚ uno respecto del otro con la ayuda de indicadores de disparo de puerta desfasados para los tiristores relacionados en equipos trifásicos.

Beneficios e Desventajas de Cicloconvertidor

Beneficios

A continuación se enumeran las ventajas de los cicloconvertidores.

  • El cicloconvertidor es un tipo de convertidor CA-CA. Por lo tanto, no es necesario un hipervínculo DC.
  • En un cicloconvertidor, la capacidad puede pasar de la alimentación a la carga o de la carga a la alimentación. Esto significa que en un cicloconvertidor, el flujo de capacidad es bidireccional.
  • Es posible obtener ondas sinusoidales de alta calidad a una frecuencia realmente baja con la ayuda de la gestión del ángulo de disparo variable del tiristor. Y en esta técnica no son necesarios los filtros que reducen las pérdidas y aumentan la eficiencia.
  • Los SCR se conectan a la línea. Por tanto, no es necesario utilizar un circuito de conmutación independiente.
  • El frenado regenerativo puede incluirse en el presente modo de circulación.

Desventajas

Las desventajas de los cicloconvertidores se enumeran a continuación.

  • En un cicloconvertidor, es posible cambiar la frecuencia de salida por pasos. Sin embargo, no es posible una gestión limpia y sin escalones de la frecuencia de salida.
  • La tensión de salida también puede estar distorsionada a bajas frecuencias.
  • Un circuito de gestión puede ser muy avanzado y problemático de diseñar.
  • Con un valor grande de α, el tema de la entrada de energía es pobre.

Funciones del cicloconvertidor

Los objetivos de los cicloconvertidores son los siguientes

  • El cicloconvertidor puede utilizarse para controlar el ritmo de los motores de corriente alterna, como un motor de inducción o un motor síncrono.
  • Se utiliza para la tracción de par excesivo a baja velocidad.
  • Generalmente se utiliza para arrancar el motor de inducción y luego la gestión se transfiere al VSI (inversor de alimentación de tensión) o al CSI (inversor de alimentación de corriente).
  • Los cicloconvertidores Matrix de mayor calidad (como los convertidores AC/AC de alta frecuencia (HFAC-AC) y Matrix AC-AC) se utilizan en diferentes aplicaciones de accionamiento, como fábricas de cemento, propulsión de barcos, trenes de laminación, molinos de mineral y bobinadoras de minas, lavadoras, bombas de agua y otras aplicaciones industriales

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