فرادرسکانورتر پالسی (Pulse Converter) چیست؟ — راهنمای جامع
یک «کانورتر کنترل شده با فاز» (Phase Controlled Converter) قادر است انرژی AC را به انرژی DC تبدیل کند. به عبارت دیگر، از یک کانورتر کنترل شده با فاز در تبدیل توان AC با فرکانس ثابت و نیز ولتاژ ثابت به یک خروجی ولتاژ DC متغیر استفاده می‌شود. در نتیجه می‌توان گفت ورودی ثابت از نوع ولتاژ، فرکانس و توان AC و خروجی متغیر از نوع ولتاژ DC است. در این مطلب قصد داریم به معرفی «کانورتر پالسی» (Pulse Converters) بپردازیم و سه نوع کانورتر پالسی ۲، ۳ و ۶ پالسی را بررسی کنیم.
کانورتر پالسی
در تصویر زیر بلوک دیاگرام یک کانورتر کنترل شده با فاز نشان داده شده است.
ولتاژ AC ورودی که به یک مبدل اعمال می‌شود، معمولا دارای مقدار RMS (مجذور میانگین مربعات) ثابت و فرکانس ثابت است. قرار گرفتن یک «تریستور» (Thyristor) کنترل شده با فاز در مدار کانورتر به این جهت است که اطمینان حاصل شود که یک ولتاژ DC متغیر در خروجی به دست می‌آید. این عمل از طریق تغییر زاویه فازی که تریستور با آن تریگر می‌شود، امکان‌پذیر است. در نتیجه یک شکل موج پالسی از جریان بار به دست می‌آید.
در طول نیم سیکل مثبت تغذیه ورودی، تریستور در بایاس مستقیم قرار دارد و با استفاده از پالس گیت تریگر مناسب، به حالت روشن تغییر وضعیت می‌یابد. زمانی که تریستور به حالت روشن تغییر یابد، جریان شروع به گردش می‌کند و در بازه $$ ω t = \alpha $$ تا $$ ω t = \beta $$ مدار در این حالت قرار دارد. لحظه‌ای که جریان بار به مقدار صفر افت پیدا کند، تریستور نیز در نتیجه کموتاسیون طبیعی خط به حالت خاموش تغییر وضعیت می‌یابد. چند نوع مبدل توان وجود دارند که از کموتاسیون طبیعی بهره می‌برند. این مبدل‌ها عبارتند از:
- مبدل‌های AC به DC
- مبدل‌های AC به AC
- کنترل کننده‌های ولتاژ AC
- سیکلوکانورترها (Cycloconverters)
کانورتر ۲ پالسی ۲ فاز
یک کانورتر پالسی ۲ فاز که با نام مدولاتور عرض پالس ۲ سطحی یا کانورتر دو پالسی نیز شناخته می‌شود، برای تولید کردن پالس برای کانورترهای مدولاسیون پهنای پالس مورد استفاده قرار می‌گیرند که مبتنی بر حامل هستند. کانورترها این عمل را با استفاده از توپولوژی دو سطحی انجام می‌دهند. این بلوک اداوات سویچینگ مانند IGBTها و ترانزیستورهای FET را برای اهداف کنترلی تنظیم می‌کند. این ادوات سویچینگ در سه نوع از کانورترها وجود دارند که عبارتند از:
- نیم پل تک فاز (یک بازو)
- تمام پل تک فاز (دو بازو)
- پل سه فاز (سه بازو)
سیگنال مرجع ورودی در یک کانورتر پالس دو سطحی یا کانورتر ۲ پالسی با یک سیگنال حامل مقایسه می‌شود. اگر سیگنال ورودی مرجع بزرگ‌تر از حامل باشد، پالس برای المان بالاتر برابر با یک و برای المان پایین‌تر برابر با صفر قرار داده می‌شود. به منظور کنترل وسیله با یک فاز تمام پل (دو بازو) اعمال مدولاسیون پهنای پالس تک قطبی یا دو قطبی امری ضروری است. در مدولاسیون تک قطبی هر کدام از دو بازو به صورت مستقل کنترل می‌شوند. یک سیگنال ورودی مرجع دوم به صورت داخلی و از طریق یک شیفت به اندازه ۱۸۰ درجه در سیگنال مرجع اولیه ایجاد می‌شود.
زمانی که یک سیگنال مدولاسیون پهنای پالس دو قطبی اعمال شود، حالت ادوات سویچینگ پایین در کانورتر تمام پل تک فاز دوم مانند حالات کلیدهای بالا در کانورتر تمام پل تک فاز اول هستند. استفاده از مدولاسیون تک قطبی منجر به صاف شدن شکل موج AC می‌شود، در حالی که استفاده از مدولاسیون دو قطبی باعث کمتر شدن تغییرات ولتاژ می‌شود.
کانورتر ۳ پالسی
یک کانورتر سه فاز سه پالسی را در نظر بگیرید که هر کدام از تریستورهای آن در طول یک سوم از سیکل تغذیه در حالت هدایت قرار دارند. زودترین زمانی که یک تریستور به حالت هدایت تریگر می‌شود، در ۳۰ درجه نسبت به ولتاژ فاز مرجع است. عملکرد این مدار توسط سه تریستور و سه دیود توضیح داده می‌شود. زمانی که سه تریستور $$ T _ 1 $$ و $$ T _ 2 $$ و $$ T _ 3 $$ با دیودهای $$ D _ 1 $$ و $$ D _ 2 $$ و $$ D _ 3 $$ جایگزین شوند، هدایت در زاویه ۳۰ درجه نسبت به ولتاژهای فاز $$ U _ { a n } $$ و $$ U _ { b n } $$ و $$ U _ { c n } $$ به ترتیب شروع می‌شود.
در نتیجه زاویه آتش $$ \alpha $$ اولین بار در زاویه ۳۰ درجه نسبت به ولتاژ فاز متناسب با آن اندازه گرفته می‌شود. در تصویر زیر نمایی از یک مدار کانورتر ۳ پالسی نشان داده شده است.
جریان در یک تریستور فقط می‌تواند در یک جهت حرکت داشته باشد که بسیار مشابه با مد عملکرد اینورتر است که توان از سمت DC به سمت AC می‌رود. علاوه بر این، ولتاژ در تریستور را می‌توان با کنترل زاویه آتش تنظیم کرد. این کار در یک یکسوساز هنگامی ممکن است که $$ \alpha = 0 $$ باشد. بنابراین کانورتر سه پالسی مانند یک اینورتر (معکوس کننده) و یک یکسوساز عمل می‌کند.
کانورتر ۶ پالسی
در تصویر زیر مدار یک کانورتر پل کنترل شده ۶ پالسی نشان داده شده است که به یک منبع سه فاز متصل شده است.
در این کانورتر تعداد پالس‌ها دو برابر تعداد فازها ($$ p = 2 m $$) است. با استفاده از همین پیکربندی کانورتر این امکان وجود دارد که دو کانورتر پل ۶ فاز را برای به دست آوردن یک مبدل ۱۲ پالسی یا حتی بیشتر با هم ترکیب کرد. زمانی که کموتاسیون موجود نباشد، دو دیود در هر زمان خاص هدایت می‌کنند. علاوه بر این، برای به دست آوردن افت ولتاژ در دو سر بار، دو دیود باید درموقعیت بازوهای مخالف پل قرار داشته باشند. به عنوان مثال، دیودهای شماره ۳ و ۶ نمی‌توانند همزمان با هم روشن باشند، بنابراین افت ولتاژ در طول بار DC ترکیبی از ولتاژ خط $$ V _ L $$ از منبع سه فاز است. به یاد داشتن این نکته بسیار مهم است که هر چه تعداد پالس‌ها بیشتر باشد، استفاده از کانورتر وسیع‌تر خواهد بود.
در این مطلب به بررسی کانورتر پالسی پرداختیم. اگر این مطلب برایتان مفید بوده است، آموزش‌های زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:
