Konverter

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning

En konverter , også kendt som en vekselstrømskonverter og, baseret på det engelske udtryk, også kaldet en AC / AC -omformer , er en konverter, der genererer en ny vekselstrøm med forskellig frekvens og amplitude fra en vekselstrøm . Omformere må ikke forveksles med transformere , som kun kan ændre amplituden, men ikke frekvensen af ​​spændingen.

Hvis konverteringen bruges til direkte levering af en elektrisk maskine, såsom en trefaset motor i forbindelse med elektrisk drevteknologi, og hvis frekvensen og amplituden stammer fra motorens driftstilstand, omtales konverteren specifikt som en frekvens konverter . Det inkluderer derefter yderligere funktioner til motorstyring såsom hastighedsmåling og kommutationsprocesser for at tilpasse det roterende felt afhængigt af maskinens aktuelle tilstand.

Omformere og frekvensomformere er elektroniske enheder uden mekanisk bevægelige komponenter. I modsætning hertil er en konverter en kombination af roterende elektriske maskiner, normalt en elektrisk motor og en elektrisk generator , som elektromekanisk muliggør frekvensomdannelse.

Klassifikation

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
AC / AC -omformer
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Inverter med DC -link
 
 
 
 
 
Hybrid Matrix -konverter
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Direkte konverter (matrixomformer)
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
AC / DC-DC / AC-omformer med spændings DC-link (U-BBC)
 
AC / DC-DC / AC-omformer med nuværende DC-link (I-BBC)
 
Hybrid Direct Matrix Converter (HDMC)
 
Hybrid indirekte matrixomformer (HIMC)
 
Direct Matrix Converter
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Indirekte Matrix Converter
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Konventionel matrixomformer (CMS)
 
Full Bridge Matrix Converter (Open Motorwindings)
 
AC / DC-DC / AC-omformer uden DC-link kondensator
 
Indirekte Matrix Converter (IMC)
 
Sparse Matrix Converter (SMC) (VSMC) (USMC)
 
Tre-niveau matrix converter

Der er forskellige topologier af invertere, som vist i diagrammet overfor som en oversigt. [1] De vigtigste typer er de indirekte omformere, der arbejder med et mellemkredsløb , der drives med jævnspænding, og som i princippet repræsenterer en kombination af ensretter og inverter . Der er også direkte omformere, også kendt som matrixomformere, der ikke kræver et DC -link. De vigtigste topologier er opdelt i forskellige undergrupper for specifikke anvendelsesområder.

Med hensyn til ydeevne skelnes der mellem delvise konvertere og fuldkonvertere . En delomformer er kun designet til at regulere glidekraften (op til maksimalt 30%); en fuldomformer styrer fuld effekt på drivmaskinen eller generatoren. Delvise omformere findes ofte i forbindelse med dobbeltfodrede asynkrone generatorervindmøller . [2]

De vigtigste kredsløbsprincipper for omformere er vist nedenfor.

Indirekte konvertere

Indirekte omformere med DC-spænding i mellemkredsløbet, English Voltage Source Inverter (VSI), består af en trefaset ensretter (til venstre i figurerne), et DC-spændingskredsløb, hvor DC-spændingen på kondensatoren C som en energi lagre i det mellemliggende kredsløb er næsten konstant, og en output-side inverter (i billederne til højre). Den kontrolelektronik, der kræves for at styre de elektroniske kontakter, er af klarheds skyld udeladt fra figurerne.

Indirekte omformere med jævnstrøm i mellemkredsløbet, English Current Source Inverter (CSI), består af en trefaset ensretter med fasestyring , et mellemkredsløb med en lagringsdrossel L som en energilagringsenhed , gennem hvilken konstant jævnstrøm strømmer, når belastningen er konstant og en inverter på udgangssiden.

De bipolære transistorer med isoleret gateelektrode (IGBT) som elektroniske switche vist i de forenklede kredsløbsdiagrammer kan også erstattes af andre elektroniske switches såsom thyristorer afhængigt af applikationen. Ved høje spændinger på et par 100 kV forbindes switchene i serie og kombineres til såkaldte thyristortårne . Dette er almindeligt for højere output på op til få 100 MW med jævnstrøm korte koblinger , som er en form for store omformere mellem to vekselstrømsnetværk med forskellige netværksfrekvenser.

Fordelen ved den indirekte omformer er, at output stort set er afkoblet fra indgangen via mellemkredsløbet og dets energilager. Energilagret, især i VSI -omformere med en kondensator, har en forholdsvis høj volumen afhængigt af effekten. Ved højere magter er indirekte omformere designet som CSI med en spole som energilagring. Sammenlignet med direkte omformere har indirekte omformere en lavere energitæthed.

Direkte konvertere

Grundlæggende kredsløb for en direkte omformer [5]

Direkte konverttopologier, også kaldet matrixomformere , bruges, når der er krav til høje energitætheder, f.eks. Med et kompakt konverterdesign. Matrixomformernes struktur kan ikke opdeles i individuelle moduler såsom ensrettere eller invertere og konverterer spændingen og frekvensen i et trin, en matrix.

I trefasesystemet, som vist i det forenklede kredsløbsdiagram til højre, består matrixen af ​​tre stier pr. Fase, hvilket gør det muligt at forbinde hver udgangsfase, der er markeret med store bogstaver A , B og C, til en af inputfaserne a , b eller c . Serieforbindelsen af ​​to IGBT'er pr. Vej er nødvendig for at kunne skifte både positive og negative halvsvingninger. På grund af styrekredsløbet, som ikke er vist her for overskuelighedens skyld, skiftes i denne konverter visse tidssegmenter af indgangsspændingerne til udgangen på en sådan måde, at en ændret frekvens resulterer. De diskontinuerlige overgange inden for koblingstiderne udtrykkes i harmoniske , der dæmpes af yderligere harmoniske filtre .

En anden kredsløbsvariant af en direkte omformer, der især bruges som frekvensomformer til styring af større trefasede motorer, er cykloomformeren . Som et særligt træk ved cyklokonverteren er udgangsfrekvensen altid lavere end indgangsfrekvensen, hvis tyristorer bruges som koblingselementer, som kan tændes på et hvilket som helst tidspunkt, men kun kan slukkes ved en nulovergang .

Blandede topologier

Sparse matrix converter

De indirekte matrixomformere eller også sparsomme matrixomformere repræsenterer en hybridform mellem direkte og indirekte omformere, der har et mellemkredsløb, men uden energilagring. I. E. spændingen eller strømmen er ikke konstant over tid og ændrer dens værdi cyklisk. Fordelen er, at der ikke er behov for de voluminøse energilagringsenheder, der fejler ved højere effektniveauer. Ulemper er den større kompleksitet med hensyn til kredsløb og den mere komplekse kontrollogik. Ligesom cycloomformerne bruges de sparsomme matrixomformere primært inden for frekvensomformere til styring af elektriske motorer. [6]

Ansøgninger

I stigende grad erstattes motordrevne "roterende" omformere af "statiske" omformere baseret på halvledere.

  • Roterende omformere, der kunne genkendes af det cylindriske hus og motorens støj, var almindelige inden for svejsesektoren i 1960'erne. Omkring 1980 dukkede svejsning af "ensrettere" med transformere op, hvis jernkerne typisk blev mekanisk justeret ved hjælp af en håndsving, der stak ovenfra for at begrænse svejsestrømmen. Moderne svejseomformere er meget lettere og mere effektive: en enhed til 150 A svejsestrøm vejer omkring 4 kg og kan bæres med en skulderrem. Store enheder blev tilsluttelige omkring 2010, så de kommunikerer i deres kontrolsystem for at tilføje deres svejsestrømme, f.eks. Til grovsvejsning på sporvognsskinner.
  • I april 2014 blev verdens største konverteringssystem til trækkraft bygget i Datteln med en effekt på 413 megawatt. Det genererer omkring 25% af DB's trækkraft i Tyskland med stor effektivitet. Systemet med 4 blokke i IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristor) teknologi blev udviklet hos ABB Schweiz i Turgi (AG). [7]

Se også

litteratur

  • Joachim Specovius: Grundkursus i effektelektronik . 4. udgave. Vieweg + Teubner, 2010, ISBN 978-3-8348-1307-7 .

Individuelle beviser

  1. ^ JW Kolar, T. Friedli, F. Krismer, SD-runde: Essensen af ​​trefasede AC / AC-konverteringssystemer . Proceedings of the 13. Power Electronics and Motion Control Conference (EPE-PEM), 1-3. September 2008, Poznań 2008, s.   27-42 .
  2. Ralf Løhde, Christian Wessels, Friedrich W. Fuchs: Effektelektronik generator systemer i vindmøller og deres drift adfærd. (PDF; 620 kB) (Ikke længere tilgængelig online.) Christian-Albrechts-Universität Kiel, arkiveret fra originalen den 10. april 2014 ; Hentet 9. juli 2013 .
  3. ^ I. Takahashi, Y. Itoh: Elektrolytisk kondensator-mindre PWM-omformer . Proceedings of the IPEC'90, Tokyo, 2-6. April 1990, s.   131-138 .
  4. ^ MH Bierhoff, FW Fuchs: Pulse Width Modulation for Current Source Converters - A Detailed Concept . Proceedings of the 32nd IEEE IECON, 7-10 November, 2006, Paris 2006.
  5. WI Popow: Den tvangskommuterede direkte konverter med sinusformet udgangsspænding . I: Elektrie . tape   28 , nej.   4 , 1974, s.   194-196 .
  6. ^ Mahesh Swamy, Kume, Tsuneo: Nuværende tilstand og futuristisk vision om motordrevsteknologi . I: powertransmission.com (red.): Power Transmission Engineering . 16. december 2010.
  7. Verdens mest kraftfulde konverteringssystem til traktionsstrøm konverterer effektivt traktionsstrøm til Deutsche Bahn abb-conversations.com, 29. april 2014, tilgås 26. oktober 2018.