Cycloconverters - प्रकार, काम और अनुप्रयोग

बिजली की आपूर्ति को दो व्यापक श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है, एक है एसी बिजली की आपूर्ति और दूसरी है डीसी बिजली की आपूर्ति। जैसा कि हम जानते हैं कि केवल एसी बिजली उत्पन्न की जा सकती है और चूंकि यह अधिक किफायती है इसलिए हम ट्रांसमिशन के लिए एसी का उपयोग करते हैं और इस प्रकार अधिकांश विद्युत मशीनें / उपकरण एसी पावर पर चलते हैं। लेकिन कुछ औद्योगिक मशीनों को चलाने के लिए जेनरेटिंग स्टेशनों से आपूर्ति की जाने वाली मानक वोल्टेज और फ्रीक्वेंसी पर्याप्त नहीं हो सकती है। उन मामलों में हम कन्वर्टर्स और इनवर्टर को एक दूसरे के रूप में बिजली की आपूर्ति के रूप में परिवर्तित करने के लिए एक अलग वोल्टेज रेटिंग, वर्तमान रेटिंग या आवृत्ति रेटिंग में नियोजित करते हैं। एक Cycloconveter एक ऐसा कनवर्टर है जो एक आवृत्ति में एसी पावर को एक समायोज्य आवृत्ति के एसी पावर में परिवर्तित करता है। इस लेख में हम इन साइक्लोकोनवर्कर्स के बारे में उनके काम और अनुप्रयोगों के बारे में अधिक जानेंगे।

Cycloconverter क्या है?

विकिपीडिया से साइक्लोकोनवर्कर्स के लिए मानक परिभाषा निम्नानुसार है: "एक साइक्लोकोन्क्वर्टर (CCV) या एक साइक्लोइन्लेक्ट्रिक एक निरंतर वोल्टेज, निरंतर आवृत्ति एसी तरंग को दूसरे मध्यवर्ती के बिना AC आपूर्ति के खंडों से आउटपुट वेवफॉर्म को संश्लेषित करके एक कम आवृत्ति के एसी तरंग में परिवर्तित करता है। डीसी लिंक ”

साइक्लोकोनवर्कर्स की एक विशेष संपत्ति यह है कि यह रूपांतरण प्रक्रिया में डीसी लिंक का उपयोग नहीं करता है, जिससे यह अत्यधिक कुशल हो जाता है। रूपांतरण बिजली के इलेक्ट्रॉनिक स्विच को पसंद करता है जो थाइरिस्टोर्स को पसंद करता है और उन्हें तार्किक तरीके से स्विच करता है। आम तौर पर इन थायरिस्टर्स को दो आधे, सकारात्मक आधे और नकारात्मक आधे में अलग किया जाएगा। प्रत्येक आधे को एसी फॉर्म के प्रत्येक आधे चक्र के दौरान मोड़कर संचालित करने के लिए बनाया जाएगा ताकि इस प्रकार द्वि-दिशात्मक विद्युत प्रवाह को सक्षम किया जा सके। अभी के लिए साइक्लोकोनवर्कर्स को एक ब्लैक बॉक्स के रूप में कल्पना करें जो इनपुट के रूप में एक निश्चित वोल्टेज फिक्स्ड फ़्रीक्वेंसी एसी पावर में लेता है और नीचे दिए गए चित्रण में दिखाए गए अनुसार एक चर आवृत्ति, चर वोल्टेज प्रदान करता है।

हम सीखेंगे कि इस ब्लैक बॉक्स के अंदर क्या हो सकता है क्योंकि हम लेख के माध्यम से जाते हैं।

हमें Cycloconverters की आवश्यकता क्यों है?

ठीक है, अब हम जानते हैं कि Cycloconveters निश्चित आवृत्ति के AC पावर को परिवर्तनीय फ़्रिक्वेंसी के AC पावर में बदल देता है। लेकिन हमें ऐसा करने की आवश्यकता क्यों है? एक एसी बिजली की आपूर्ति जो चर आवृत्ति है होने का क्या फायदा है?

इस सवाल का जवाब है स्पीड कंट्रोल । साइक्लोकोनवेटर का उपयोग बड़े पैमाने पर बड़ी मोटरों को चलाने के लिए किया जाता है जैसे कि रोलिंग मिल्स, बॉल मिल्स सीमेंट किल्स इत्यादि में इस्तेमाल किया जाता है। साइक्लोकोनवर्कर्स की आउट फ्रिक्वेंसी को शून्य तक कम किया जा सकता है जो हमें न्यूनतम गति पर पूर्ण भार के साथ बहुत बड़ी मोटरों को शुरू करने में मदद करता है। धीरे-धीरे आउटपुट फ्रीक्वेंसी बढ़ाकर मोटर की गति बढ़ाएं। Cycloconverters के आविष्कार से पहले, इन बड़ी मोटरों को पूरी तरह से उतारना पड़ता है और फिर मोटर शुरू करने के बाद इसे धीरे-धीरे लोड करना पड़ता है जिसके परिणामस्वरूप समय और मानव बिजली की खपत होती है।

Cycloconveters के प्रकार:

इनपुट एसी पावर स्रोत में आउटपुट फ्रिक्वेंसी और चरण की संख्या के आधार पर साइक्लोकोनवर्कर्स को नीचे वर्गीकृत किया जा सकता है

1. स्टेप-अप साइक्लोकोनवर्कर्स

2. Ste-Down Cycloconverters

1. सिंगल-फेज सिंगल-फेज साइक्लोकोनकॉर्डर के लिए
2. तीन-चरण एकल-चरण साइक्लोकोनक करने के लिए
3. थ्री-फेज टू थ्री-फेज साइक्लोकोनक

स्टेप-अप साइक्लोकोनवर्कर्स: स्टेप-अप CCV, जैसा कि नाम से पता चलता है कि इस प्रकार का CCV इनपुट फ़्रीक्वेंसी से अधिक आउटपुट फ्रिक्वेंसी प्रदान करता है। लेकिन इसका व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है क्योंकि इसमें बहुत अधिक कण अनुप्रयोग नहीं होते हैं। अधिकांश एप्लिकेशन को 50 हर्ट्ज से कम आवृत्ति की आवश्यकता होगी जो भारत में यहां डिफ़ॉल्ट आवृत्ति है। इसके अलावा स्टेप-अप CCV को मजबूर कम्यूटेशन की आवश्यकता होगी जो सर्किट की जटिलता को बढ़ाता है।

स्टेप-डाउन साइक्लोकोनवर्कर्स: स्टेप-डाउन CCV, जैसा कि आप पहले ही अच्छी तरह से अनुमान लगा चुके होंगे.. बस एक आउटपुट फ्रिक्वेंसी प्रदान करता है जो कि कम होती है फिर इनपुट फ्रिक्वेंसी। ये सबसे अधिक उपयोग किए जाते हैं और प्राकृतिक कम्यूटेशन की मदद से काम करते हैं इसलिए तुलनात्मक रूप से निर्माण और संचालन करना आसान होता है। स्टेप-डाउन CCV को आगे तीन प्रकारों में वर्गीकृत किया गया है जैसा कि नीचे दिया गया है हम इस लेख में विस्तार से इनमें से प्रत्येक प्रकार पर गौर करेंगे।

Cycloconverters के पीछे मूल सिद्धांत:

हालांकि साइक्लोकोनवर्कर के तीन अलग-अलग प्रकार हैं, सर्किट में मौजूद पावर इलेक्ट्रॉनिक स्विच की संख्या को छोड़कर उनमें से कार्य बहुत समान हैं। उदाहरण के लिए सिंगल फेज सीसीवी के लिए एक चरण में केवल 6 पावर इलेक्ट्रॉनिक स्विच (एससीआर) होंगे जबकि तीन चरण सीसीवी में 32 स्विच हो सकते हैं।

एक Cycloconverter के लिए नंगे न्यूनतम ऊपर दिखाया गया है। इसमें लोड के दोनों ओर एक स्विचिंग सर्किट होगा, एक सर्किट एसी पावर स्रोत के सकारात्मक आधे चक्र के दौरान कार्य करेगा और दूसरा सर्किट नकारात्मक आधे चक्र के दौरान कार्य करेगा। आम तौर पर स्विचिंग सर्किट को एससीआर का उपयोग बिजली इलेक्ट्रॉनिक उपकरण के रूप में किया जाएगा, लेकिन आधुनिक सीसीवी में आप एससीआर को आईजीबीटी के द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है और कभी-कभी एमओएसएफईटीएस भी।

स्विचिंग सर्किट को एक नियंत्रण सर्किट की भी आवश्यकता होगी, जो पावर इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस को निर्देश देता है कि कब और कैसे चालू करें। यह नियंत्रण सर्किट सामान्य रूप से एक माइक्रोकंट्रोलर होगा और एक बंद लूप सिस्टम बनाने के लिए आउटपुट से एक फीडबैक भी हो सकता है। उपयोगकर्ता नियंत्रण सर्किट में मापदंडों को समायोजित करके आउटपुट आवृत्ति के मूल्य को नियंत्रित कर सकता है। उपरोक्त आरेख में डायोड का उपयोग किया जाता है धारा के प्रवाह की दिशा का प्रतिनिधित्व करने के लिए। पॉजिटिव स्विचिंग सर्किट हमेशा लोड में करंट को चालू करता है और नेगेटिव स्विचिंग सर्किट हमेशा लोड से करंट को डूबता है।

सिंगल फेज टू सिंगल फेज साइक्लोकोनवर्कर्स:

सिंगल फेज से सिंगल फेज CCV का इस्तेमाल बहुत कम किया जाता है, लेकिन CCV के संचालन को समझने के लिए पहले इसका अध्ययन किया जाना चाहिए ताकि हम थ्री फेज CCV को समझ सकें। सिंगल फेज टू सिंगल फेज CCV में फुल वेव रेक्टिफायर सर्किट के दो जोड़े होते हैं, जिनमें से प्रत्येक में चार SCR होते हैं। एक सेट को सीधा रखा गया है जबकि दूसरे को समानांतर-समानांतर दिशा में रखा गया है जैसा कि नीचे दी गई तस्वीर में दिखाया गया है।

एससीआर के सभी गेट टर्मिनलों को एक नियंत्रण सर्किट से जोड़ा जाएगा जो ऊपर सर्किट में नहीं दिखाया गया है। यह नियंत्रण सर्किट SCRs को ट्रिगर करने के लिए जिम्मेदार होगा। सर्किट की कार्यप्रणाली को समझने के लिए हम मान लेते हैं कि वह इनपुट एसी की आपूर्ति 50 हर्ट्ज फ्रीक्वेंसी की है और लोड को एक शुद्ध प्रतिरोधक भार और SCR (α) का फायरिंग कोण 0 ° होना चाहिए। चूँकि फायरिंग कोण 0 ° SCR पर होता है जब चालू होता है तो आगे की दिशा में डायोड की तरह काम करेगा और जब बंद होगा तो रिवर्स दिशा में डायोड की तरह काम करेगा। सीसीवी का उपयोग करके आवृत्ति को कैसे नीचे ले जाया जाता है यह समझने के लिए नीचे दिए गए तरंग रूप का विश्लेषण करते हैं

आपूर्ति वोल्टेज आवृत्ति की तरंग बनाम द्वारा चिह्नित की जाती है और आउटपुट वोल्टेज आवृत्ति के तरंग रूप को वीओ द्वारा निरूपित किया जाता है। यहां हम आपूर्ति वोल्टेज आवृत्ति को इसके मूल्य के 1/4 ^वें में बदलने की कोशिश कर रहे हैं । इसलिए ऐसा करने के लिए, आपूर्ति वोल्टेज के पहले दो चक्रों के लिए हम सकारात्मक ब्रिज रेक्टिफायर का उपयोग करेंगे और अगले दो चक्रों के लिए हम नेगेटिव ब्रिज रेक्टिफायर का उपयोग करेंगे। इस प्रकार हमारे पास पॉजिटिव रीजन में चार पॉजिटिव पल्स हैं और फिर नेगेटिव रीजन में चार हैं जैसा कि आउटपुट फ्रिक्वेंसी वेवफॉर्म वीओ में दिखाया गया है। इस सर्किट के लिए वर्तमान वेवफॉर्म वोल्टेज वेवफॉर्म के समान होगा क्योंकि लोड को विशुद्ध रूप से प्रतिरोधक माना जाता है। हालांकि लोड के प्रतिरोध के मूल्य के आधार पर तरंग की परिमाण बदल जाएगी।

आउटपुट आवृत्ति को वीओ वेवफॉर्म पर डॉटेड लाइन का उपयोग करके दर्शाया गया है, क्योंकि यह इनपुट तरंग के प्रत्येक दो चक्रों के लिए केवल ध्रुवीयता को बदलता है, आउटपुट आवृत्ति के 1/4 ^वें इनपुट आवृत्ति के साथ आउटपुट आवृत्ति, हमारे मामले में 50Hz की इनपुट आवृत्ति के लिए। आउटपुट फ्रिक्वेंसी (1/4 * 50) लगभग 12.5Hz होगी। नियंत्रण सर्किट में ट्रिगरिंग तंत्र को अलग करके इस आउटपुट आवृत्ति को नियंत्रित किया जा सकता है।

सिंगल फेज साइक्लोकॉनवर्टर के लिए तीन चरण:

सिंगल फेज सीसीवी के लिए थ्री फेज भी सिंगल फेज सीसीवी के सिंगल फेज की तरह ही है, लेकिन यहां इनपुट वोल्टेज 3 फेज सप्लाई है और आउटपुट वोल्टेज वैरिएबल फ्रीक्वेंसी के साथ सिंगल फेज सप्लाई है। सर्किट भी बहुत समान लगता है सिवाय इसके कि हमें रेक्टिफायर के प्रत्येक सेट में 6 एससीआर की आवश्यकता होगी क्योंकि हमें 3 चरण एसी वोल्टेज को सुधारना होगा।

फिर से SCR के गेट टर्मिनलों को ट्रिगर करने के लिए कंट्रोल सर्किट से जोड़ा जाएगा और काम को आसानी से समझने के लिए फिर से वही धारणाएं बनाई गई हैं। इसके अलावा सिंगल फेज सीसीवी में दो प्रकार के तीन चरण होते हैं, पहले प्रकार में पॉजिटिव और निगेटिव ब्रिज दोनों के लिए एक हाफ वेव रेक्टिफायर होगा और दूसरा प्रकार में फुल-वेव रेक्टिफायर होगा जैसा कि ऊपर दिखाया गया है। पहले प्रकार का उपयोग अक्सर इसकी खराब दक्षता के कारण नहीं किया जाता है। एक पूर्ण-लहर प्रकार में भी दोनों पुल रेक्टिफायर्स दोनों ध्रुवीयता में वोल्टेज उत्पन्न कर सकते हैं, लेकिन सकारात्मक कनवर्टर केवल वर्तमान (स्रोत) को सकारात्मक दिशा में आपूर्ति कर सकता है और नकारात्मक कनवर्टर केवल नकारात्मक दिशा में वर्तमान को सूखा सकता है। यह CCV को चार क्वाड्रंट में संचालित करने की अनुमति देता है। ये चार चतुर्भुज हैं (+ V, + i) और (-V, -i) सुधार मोड में और (+ V, -i) और (-V)-आई) उलटा मोड में।

थ्री फेज टू थ्री फेज साइक्लोकोनवर्कर्स:

थ्री फेज टू थ्री फेज सीसीवी सबसे ज्यादा इस्तेमाल किए जाने वाले हैं क्योंकि वे सीधे मोटर की तरह थ्री फेज लोड ड्राइव कर सकते हैं। थ्री फेज सीसीवी के लिए लोड आमतौर पर मोटर के स्टेटर वाइंडिंग की तरह थ्री फेज स्टार कनेक्टेड लोड होगा। यह कन्वर्टर्स इनपुट के रूप में फिक्स्ड फ्रीक्वेंसी के साथ थ्री फेज एसी वोल्टेज में लेते हैं और वैरिएबल फ्रीक्वेंसी के साथ थ्री फेज एसी वोल्टेज प्रदान करते हैं।

दो प्रकार के तीन चरण CCV हैं, जिनमें से एक में आधा तरंग कनवर्टर और दूसरा पूर्ण लहर कनवर्टर है। हाफ वेव कन्वर्टर मॉडल को 18-थाइरिस्टर साइक्लोकोनवर्टर या 3-पल्स साइक्लोकोनवर्टर भी कहा जाता है। पूर्ण तरंग कनवर्टर को 6-पल्स साइक्लोकॉनवर्टर या 36-थाइरिस्टर साइक्लोकोनवर्टर के रूप में कहा जाता है। नीचे दिए गए चित्र में एक 3-पल्स साइक्लोकोन को दिखाया गया है

यहां हमारे पास Rectifiers के छह सेट हैं जिनमें से प्रत्येक चरण के लिए दो आवंटित किए गए हैं। इस CCV का कार्य एकल चरण CCV के समान है, सिवाय इसके कि रेक्टिफायर केवल आधी लहर को ठीक कर सकता है और तीनों चरणों के लिए भी ऐसा ही होता है

अनुप्रयोग:

Cycloconverters औद्योगिक अनुप्रयोग का एक बड़ा सेट है, निम्नलिखित कुछ हैं

• चक्की पीसना
• भारी वाशिंग मशीन
• माइन विंडर्स
• एचवीडीसी पावर लाइनों
• विमान बिजली की आपूर्ति
• SVG (स्टेटिक VAR जेनरेटर)
• पोत प्रणोदन प्रणाली