दोहरी कन्वर्टर्स का अवलोकन

पिछले ट्यूटोरियल में हमने देखा है कि एक ड्यूल पॉवर सप्लाई सर्किट कैसे बनाया जाता है, अब हम ड्यूल कन्वर्टर्स के बारे में सीखते हैं, जो एक ही समय में AC से DC और DC को AC में बदल सकते हैं। जैसा कि नाम से पता चलता है कि डुअल कन्वर्टर में दो कन्वर्टर्स होते हैं, एक कन्वर्टर एक रेक्टिफायर (Converts AC से DC) काम करता है और दूसरा कन्वर्टर इनवर्टर का काम करता है (DC को AC में कनवर्ट करता है)। दोनों कन्वर्टर्स एक आम लोड के साथ बैक टू बैक जुड़े हुए हैं जैसा कि ऊपर चित्र में दिखाया गया है। रेक्टिफायर और इन्वर्टर के बारे में अधिक जानने के लिए लिंक का अनुसरण करें।

हम दोहरे कनवर्टर का उपयोग क्यों करते हैं? यदि केवल एक कनवर्टर लोड की आपूर्ति कर सकता है, तो हम दो कन्वर्टर्स का उपयोग क्यों करते हैं? ये सवाल उठ सकते हैं और आपको इस लेख में जवाब मिलेगा।

यहाँ हम दो कन्वर्टर्स बैक टू बैक जुड़े हुए हैं। इस प्रकार के कनेक्शन के कारण, इस डिवाइस को चार-चतुर्थांश ऑपरेशन के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है । इसका मतलब है कि लोड वोल्टेज और लोड वर्तमान दोनों प्रतिवर्ती हो जाते हैं। दोहरे कनवर्टर में चार-चतुर्थांश ऑपरेशन कैसे संभव है? कि हम इस लेख में आगे देखेंगे।

आम तौर पर, प्रतिवर्ती डीसी ड्राइव या चर गति डीसी ड्राइव के लिए दोहरे कन्वर्टर्स का उपयोग किया जाता है । इसका उपयोग उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है।

दोहरी कनवर्टर में चार चतुर्थांश ऑपरेशन

पहला चतुर्थांश: वोल्टेज और वर्तमान दोनों सकारात्मक।

दूसरा चतुर्थांश: वोल्टेज सकारात्मक है और वर्तमान ऋणात्मक है।

तीसरा चतुर्थांश: वोल्टेज और वर्तमान दोनों नकारात्मक।

चौथा चतुर्थांश: वोल्टेज नकारात्मक है और वर्तमान सकारात्मक है।

इन दो कन्वर्टर्स में से, पहला कन्वर्टर फायरिंग कोण α के मूल्य के आधार पर दो क्वाड्रंट में काम करता है। यह कनवर्टर एक रेक्टिफायर के रूप में काम करता है जब α का मान 90 rect से कम होता है । इस ऑपरेशन में, कनवर्टर एक सकारात्मक औसत लोड वोल्टेज और वर्तमान लोड करता है, और पहले क्वाड्रेंट में संचालित होता है ।

जब α का मान 90˚ से अधिक होता है, तो यह कनवर्टर इन्वर्टर के रूप में काम करता है । इस ऑपरेशन में, कनवर्टर नकारात्मक औसत आउटपुट वोल्टेज पैदा करता है और वर्तमान की दिशा नहीं बदली जाती है। इसीलिए लोड करंट पॉजिटिव रहता है। पहले क्वाड्रेंट ऑपरेशन में ऊर्जा स्रोत से लोड में स्थानांतरित होती है और चौथे क्वाड्रेंट ऑपरेशन में ऊर्जा लोड से स्रोत में स्थानांतरित होती है।

इसी तरह, दूसरा कनवर्टर एक रेक्टिफायर के रूप में काम करता है जब फायरिंग कोण α 90 it से कम होता है और यह एक इन्वर्टर के रूप में संचालित होता है जब फायरिंग कोण α 90˚ से अधिक होता है । जब यह कन्वर्टर एक रेक्टिफायर के रूप में काम करता है, तो औसत आउटपुट वोल्टेज और करंट दोनों नकारात्मक होते हैं। तो, यह तीसरे चतुर्थांश में संचालित होता है और बिजली का प्रवाह भार से स्रोत तक होता है। यहां, मोटर रिवर्स दिशा में घूमता है। जब यह कनवर्टर एक इन्वर्टर के रूप में संचालित होता है, तो औसत आउटपुट वोल्टेज सकारात्मक होता है और वर्तमान ऋणात्मक होता है। तो, यह दूसरे चतुर्थांश में संचालित होता है और बिजली का प्रवाह भार से स्रोत तक होता है।

जब बिजली का प्रवाह लोड से स्रोत तक होता है, तो मोटर एक जनरेटर की तरह व्यवहार करता है और यह पुनर्योजी को संभव बनाता है ।

सिद्धांत

दोहरे कनवर्टर के सिद्धांत को समझने के लिए, हम मानते हैं कि दोनों कन्वर्टर्स आदर्श हैं। इसका मतलब है कि वे शुद्ध डीसी आउटपुट वोल्टेज का उत्पादन करते हैं, आउटपुट टर्मिनलों पर कोई लहर नहीं है। दोहरे कनवर्टर का सरलीकृत समकक्ष आरेख नीचे दिए गए आंकड़े में दिखाया गया है।

उपरोक्त सर्किट आरेख में, कनवर्टर को एक नियंत्रणीय डीसी वोल्टेज स्रोत के रूप में माना जाता है और यह डायोड के साथ श्रृंखला में जुड़ा हुआ है। कन्वर्टर्स के फायरिंग कोण को एक नियंत्रण सर्किट द्वारा नियंत्रित किया जाता है। तो, दोनों कन्वर्टर्स के डीसी वोल्टेज परिमाण में समान हैं और ध्रुवीयता में विपरीत हैं। यह लोड के माध्यम से रिवर्स दिशा में वर्तमान ड्राइव करना संभव बनाता है।

रेक्टिफायर के रूप में काम करने वाले कनवर्टर को पॉजिटिव ग्रुप कन्वर्टर कहा जाता है और इन्वर्टर के रूप में काम करने वाले दूसरे कन्वर्टर को नेगेटिव ग्रुप कन्वर्टर कहा जाता है।

औसत आउटपुट वोल्टेज फायरिंग कोण का एक कार्य है। एकल-चरण इन्वर्टर और तीन-चरण इन्वर्टर के लिए, औसत आउटपुट वोल्टेज नीचे समीकरणों के रूप में है।

ई _DC1 = ई _{अधिकतम} कोस ₁ ई _डीसी 2 = ई _{अधिकतम} कोस ₂

जहां α ₁ और α 2 क्रमशः कनवर्टर -1 और कनवर्टर _-2 का फायरिंग कोण है।

एकल-चरण दोहरे कनवर्टर के लिए, ई _{अधिकतम} = 2 ई _मीटर / _m

तीन चरण के लिए, दोहरी कनवर्टर, ई _{अधिकतम} = 3√3E _मी / √

आदर्श कनवर्टर के लिए, ई _डीसी = ई _DC1 = -E _DC2 ई _{अधिकतम} Cos⍺ ₁ = -E _{अधिकतम} Cos⍺ ₂ Cos⍺ ₁ = -Cos⍺ ₂ Cos⍺ ₁ = क्योंकि (180⁰ - ⍺ ₂) ⍺ ₁ = 180⁰ - ⍺ ₂ ⍺ ₁ + ⍺ ₂ = 180⍺

जैसा कि ऊपर चर्चा की गई है, औसत आउटपुट वोल्टेज फायरिंग कोण का एक कार्य है। इसका मतलब वांछित आउटपुट वोल्टेज के लिए हमें फायरिंग कोण को नियंत्रित करने की आवश्यकता है। एक फायरिंग एंगल कंट्रोल सर्किट का उपयोग इस तरह किया जा सकता है, जब कंट्रोल सिग्नल ई _सी बदलता है, फायरिंग एंगल α ₁ और α ₂ इस तरह से बदल जाएगा कि यह नीचे दिए गए ग्राफ को संतुष्ट करेगा।

व्यावहारिक दोहरी कनवर्टर

व्यावहारिक रूप से हम दोनों कन्वर्टर्स को एक आदर्श कनवर्टर के रूप में नहीं मान सकते हैं। यदि कन्वर्टर्स के फायरिंग कोण को इस तरह से सेट किया जाता है कि of ₁ + ⁰ ₂ = 180⁰। इस स्थिति में, दोनों कन्वर्टर्स का औसत आउटपुट वोल्टेज मिमीैग्निट्यूड में समान है लेकिन ध्रुवीयता में विपरीत है। लेकिन तरंग वोल्टेज के कारण, हम वास्तव में एक ही वोल्टेज नहीं प्राप्त कर सकते हैं। तो, दो कन्वर्टर्स के डीसी टर्मिनलों पर तात्कालिक वोल्टेज का अंतर होता है जो कन्वर्टर्स के बीच भारी सी irculating करंट पैदा करते हैं और जो लोड के माध्यम से प्रवाहित होंगे।

इसलिए, व्यावहारिक दोहरे कनवर्टर में, परिसंचारी वर्तमान को नियंत्रित करना आवश्यक है। परिसंचारी धारा को नियंत्रित करने के लिए दो मोड हैं।

1) बिना परिचालित धारा का संचालन

2) परिचालित धारा के साथ संचालन

1) दोहरी कनवर्टर ऑपरेशन परिसंचारी वर्तमान के बिना

इस प्रकार के दोहरे कनवर्टर में, कंडक्टर में केवल एक कनवर्टर होता है और दूसरा कनवर्टर अस्थायी रूप से अवरुद्ध होता है। इसलिए, एक समय में एक कनवर्टर संचालित होता है और कन्वर्टर्स के बीच रिएक्टर की आवश्यकता नहीं होती है। किसी विशेष पल में, मान लें कि कनवर्टर -1 एक रेक्टिफायर के रूप में कार्य करता है और लोड करंट की आपूर्ति करता है। इस पल में, कनवर्टर -2 फायरिंग कोण को हटाकर अवरुद्ध कर दिया जाता है। उलटा संचालन के लिए, कनवर्टर -1 अवरुद्ध है और कनवर्टर -2 लोड करंट की आपूर्ति कर रहा है।

कनवर्टर -2 को दालों को देरी समय के बाद लागू किया जाता है। देरी का समय लगभग 10 से 20 मिसे है । हम ऑपरेशन के परिवर्तन के बीच देरी का समय क्यों लागू करते हैं? यह thyristors का विश्वसनीय संचालन सुनिश्चित करता है। यदि कनवर्टर -1 से पहले कनवर्टर -2 ट्रिगर पूरी तरह से बंद हो गया है, तो बड़ी मात्रा में परिसंचारी प्रवाह कन्वर्टर्स के बीच प्रवाह होगा।

दोहरी कनवर्टर के वर्तमान मुक्त संचालन को प्रसारित करने के लिए फायरिंग कोण उत्पन्न करने के लिए कई नियंत्रण योजनाएं हैं। इन नियंत्रण योजनाओं को बहुत परिष्कृत नियंत्रण प्रणालियों को संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यहां, एक समय में केवल एक कनवर्टर चालन में होता है। इसलिए, केवल एक फायरिंग कोण इकाई का उपयोग करना संभव है। कुछ बुनियादी योजनाएँ नीचे सूचीबद्ध हैं।

ए) नियंत्रण संकेत ध्रुवीयता द्वारा कनवर्टर चयन

बी) लोड वर्तमान ध्रुवीयता द्वारा कनवर्टर का चयन

सी) नियंत्रण वोल्टेज और लोड वर्तमान दोनों द्वारा कनवर्टर चयन

2) दोहरी कनवर्टर ऑपरेशन परिसंचारी वर्तमान के साथ

वर्तमान कनवर्टर को प्रसारित किए बिना, इसमें बहुत परिष्कृत नियंत्रण प्रणाली की आवश्यकता होती है और लोड चालू निरंतर नहीं होता है। इन कठिनाइयों को दूर करने के लिए, एक दोहरी कनवर्टर है जो परिसंचारी वर्तमान के साथ काम कर सकता है। एक वर्तमान सीमित रिएक्टर दोनों कन्वर्टर्स के डीसी टर्मिनलों के बीच जुड़ा हुआ है। दोनों कन्वर्टर्स का फायरिंग कोण इस तरह से सेट किया गया है कि रिएक्टर के माध्यम से प्रवाह की न्यूनतम मात्रा परिसंचारी है। जैसा कि आदर्श पलटनेवाला में चर्चा की गई है, परिसंचारी धारा शून्य है यदि + ₁ + ⁰ ₂ = 180⁰।

मान लें कि कनवर्टर -1 का फायरिंग कोण 60 f है तो कनवर्टर -2 का फायरिंग कोण 120˚ पर बनाए रखा जाना चाहिए। इस ऑपरेशन में, कन्वर्टर -1 एक रेक्टिफायर के रूप में काम करेगा और कनवर्टर -2 इन्वर्टर के रूप में काम करेगा। इस प्रकार, इस तरह के ऑपरेशन में, एक समय में दोनों कन्वर्टर्स राज्य का संचालन कर रहे हैं। यदि लोड करंट को उलट दिया जाता है, तो कनवर्टर जो एक रेक्टिफायर के रूप में संचालित होता है, अब एक इन्वर्टर के रूप में काम कर रहा है, जबकि एक कनवर्टर के रूप में संचालित होने वाला कनवर्टर अब एक रेक्टिफायर के रूप में काम कर रहा है। इस योजना में, दोनों कन्वर्टर्स एक ही समय में आचरण करते हैं। तो, यह दो फायरिंग कोण जनरेटर इकाई की आवश्यकता है।

इस योजना का लाभ यह है कि हम व्युत्क्रम के समय कनवर्टर का सुचारू संचालन कर सकते हैं। योजना की समय प्रतिक्रिया बहुत तेज है। चालू विलंब परिचालन को समाप्त करने के मामले में सामान्य विलंब की अवधि 10 से 20 मिसेक है।

इस योजना का नुकसान यह है कि, रिएक्टर का आकार और लागत अधिक है। परिसंचारी प्रवाह के कारण, शक्ति कारक और दक्षता कम है। परिसंचारी वर्तमान को संभालने के लिए, उच्च वर्तमान रेटिंग वाले थियोरिस्टर्स की आवश्यकता होती है।

लोड के प्रकार के अनुसार , एकल-चरण और तीन-चरण दोहरे कन्वर्टर्स का उपयोग किया जाता है ।

1) एकल-चरण दोहरी कनवर्टर

दोहरी कनवर्टर के सर्किट आरेख को नीचे दिए गए आंकड़े में दिखाया गया है। लोड के रूप में एक अलग से उत्साहित डीसी मोटर का उपयोग किया जाता है। दोनों कन्वर्टर्स के डीसी टर्मिनलों को आर्मेचर वाइंडिंग के टर्मिनलों के साथ जोड़ा जाता है। यहां, दो एकल-चरण पूर्ण कन्वर्टर्स बैक-टू-बैक जुड़े हुए हैं। दोनों कन्वर्टर्स एक सामान्य लोड की आपूर्ति करते हैं।

कनवर्टर -1 का फायरिंग कोण α ₁ और α ₁ 90˚ से कम है । इसलिए, कनवर्टर -1 एक रेक्टिफायर के रूप में कार्य करता है। सकारात्मक आधा चक्र (0 <t <π) के लिए, थाइरिस्टर एस 1 और एस 2 का संचालन होगा और नकारात्मक आधे चक्र के लिए (cycle <t <2π), थाइरिस्टर एस 3 और एस 4 का संचालन करेगा। इस ऑपरेशन में, आउटपुट वोल्टेज और वर्तमान दोनों सकारात्मक हैं। तो, इस ऑपरेशन को फॉरवर्ड मोटरिंग ऑपरेशन के रूप में जाना जाता है और कनवर्टर पहले क्वाड्रेंट में काम करता है।

कनवर्टर -2 का फायरिंग कोण 180 है - α ₁ = α ₂ और α ₂ 90˚ से अधिक है । तो, कनवर्टर -2 एक इन्वर्टर के रूप में कार्य करता है। इस ऑपरेशन में, लोड वर्तमान उसी दिशा में रहता है। आउटपुट वोल्टेज की ध्रुवीयता नकारात्मक है। इसलिए, कनवर्टर चौथे चतुर्थांश में काम करता है। इस ऑपरेशन को पुनर्योजी ब्रेकिंग के रूप में जाना जाता है।

डीसी मोटर के रिवर्स रोटेशन के लिए, कन्वर्टर के रूप में कनवर्टर -2 अधिनियम और इन्वर्टर के रूप में कनवर्टर -1 कार्य करता है। कनवर्टर -2 α ₂ का फायरिंग कोण 90 converter से कम है। वैकल्पिक वोल्टेज स्रोत लोड की आपूर्ति करता है। इस ऑपरेशन में, लोड वर्तमान नकारात्मक है और आउटपुट औसत वोल्टेज भी नकारात्मक है। इसलिए, कनवर्टर -2 तीसरे वृत्त का चतुर्थ भाग में काम करता है। इस ऑपरेशन को रिवर्स मोटरिंग के रूप में जाना जाता है।

रिवर्स ऑपरेशन में, कनवर्टर -1 का फायरिंग कोण 90 f से कम है और कनवर्टर -2 का फायरिंग कोण 90 f से अधिक है। तो, इस ऑपरेशन में, लोड वर्तमान नकारात्मक है लेकिन औसत आउटपुट वोल्टेज सकारात्मक है। तो, कनवर्टर -2 दूसरे वृत्त का चतुर्थ भाग में काम करता है। इस ऑपरेशन को रिवर्स रीजेनरेटिव ब्रेकिंग के रूप में जाना जाता है।

एकल-चरण दोहरे कनवर्टर की तरंग नीचे की आकृति में दिखाई गई है।

2) तीन-चरण दोहरी कनवर्टर

तीन-चरण दोहरे कनवर्टर के सर्किट आरेख नीचे दिए गए आंकड़े में दिखाए गए हैं। यहां, दो तीन-चरण कन्वर्टर्स बैक-टू-बैक जुड़े हुए हैं। ऑपरेशन का सिद्धांत एकल-चरण दोहरे कनवर्टर के समान है।

तो यह है कि कैसे दोहरी कन्वर्टर्स डिज़ाइन किए गए हैं और जैसा कि पहले ही बताया गया है कि वे आमतौर पर उच्च-शक्ति अनुप्रयोगों में प्रतिवर्ती डीसी ड्राइव या चर गति डीसी ड्राइव बनाने के लिए उपयोग किए जाते हैं ।