Elettronica di potenza - Convertitori di impulsi

Convertitore a controllo di fase

Un convertitore controllato in fase converte l'energia CA in CC (linea commutata). In altre parole, viene utilizzato nella conversione di alimentazione CA a frequenza fissa e tensione fissa in uscita di tensione CC variabile. È espresso come

  • Fixed Input - Tensione, frequenza e alimentazione AC

  • Variable output - Uscita in tensione CC

La tensione di ingresso CA che entra in un convertitore è normalmente a RMS fisso (root mean square) e frequenza fissa. L'inclusione di tiristori a controllo di fase nel convertitore garantisce l'ottenimento di una tensione di uscita CC variabile. Ciò è reso possibile modificando l'angolo di fase al quale vengono attivati ​​i tiristori. Di conseguenza, si ottiene una forma d'onda pulsante della corrente di carico.

Durante il semiciclo di alimentazione in ingresso, il tiristore è in polarizzazione diretta e viene acceso tramite l'applicazione di un impulso di gate sufficiente (trigger). La corrente inizia a fluire una volta che il tiristore è stato acceso, cioè in un punto ωt = α al punto ωt = β. Nel momento in cui la corrente di carico scende a zero, il tiristore si spegne a seguito della commutazione (naturale) della linea.

Esistono numerosi convertitori di potenza che utilizzano la commutazione naturale. Questi includono:

  • Convertitori da CA a CC
  • Convertitori da CA a CA.
  • Controllori di tensione AC
  • Cycloconverters

I convertitori di potenza di cui sopra verranno spiegati nei prossimi capitoli di questo tutorial.

2- Convertitore di impulsi

Un convertitore di impulsi a 2 fasi, noto anche come generatore di modulatore di larghezza di impulso (PWM) di livello 2, viene utilizzato per generare impulsi per convertitori di modulazione di larghezza di impulso basati su portante. Lo fa utilizzando la topologia di livello due. Questo blocco controlla i dispositivi di commutazione per scopi di controllo come IGBT e FET che esistono in tre tipi di convertitori, vale a dire:

  • 1 braccio (semiponte monofase)
  • 2 bracci (ponte intero monofase)
  • 3 bracci (ponte trifase)

Il segnale di ingresso di riferimento in un convertitore a 2 impulsi viene confrontato con una portante. Se il segnale di ingresso di riferimento è maggiore della portante, l'impulso è uguale a 1 per il dispositivo superiore e 0 per il dispositivo inferiore.

Per controllare un dispositivo con ponte completo monofase (2 bracci), è necessario applicare la modulazione di larghezza di impulso unipolare o bipolare. Nella modulazione unipolare ciascuno dei due bracci è controllato indipendentemente. Un secondo segnale di ingresso di riferimento viene generato internamente attraverso uno spostamento del punto di riferimento iniziale di 180 °

Quando viene applicato il PWM bipolare, lo stato del dispositivo di commutazione inferiore nel secondo ponte intero monofase è simile all'interruttore superiore nel primo dispositivo a ponte intero monofase. L'uso di una modulazione unipolare porta a forme d'onda CA uniformi mentre la modulazione bipolare si traduce in una tensione meno variabile.

Convertitore a 3 impulsi

Si consideri un convertitore trifase a 3 impulsi, in cui ciascuno dei tiristori è in modalità di conduzione durante il terzo del ciclo di alimentazione. La prima volta che un tiristore viene attivato in conduzione è a 30 ° rispetto alla tensione di fase.

Il suo funzionamento è spiegato utilizzando tre tiristori e tre diodi. Quando i tiristori T1, T2 e T3 vengono sostituiti dai diodi D1, D2 e ​​D3, la conduzione inizierà ad un angolo di 30 ° rispetto alle tensioni di fase u an , u bn e u cn rispettivamente. Pertanto, l'angolo di accensione α viene misurato inizialmente a 30 ° in riferimento alla tensione di fase ad esso corrispondente.

La corrente può fluire solo in una direzione attraverso il tiristore, che è simile alla modalità di funzionamento dell'inverter in cui la potenza scorre dal lato CC al lato CA. Inoltre, la tensione nei tiristori è controllata controllando l'angolo di accensione. Ciò si ottiene quando α = 0 (possibile in un raddrizzatore). Pertanto, il convertitore a 3 impulsi funge da inverter e da raddrizzatore.

Convertitore a 6 impulsi

La figura seguente mostra un convertitore controllato a ponte a sei impulsi collegato a una sorgente trifase. In questo convertitore, il numero di impulsi è il doppio di quello delle fasi, cioèp = 2m. Utilizzando la stessa configurazione del convertitore, è possibile combinare due ponti del sei impulsi per ottenere un convertitore a dodici o più impulsi.

Quando la commutazione non è disponibile, due diodi condurranno in un determinato momento. Inoltre, per ottenere una caduta di tensione attraverso il carico, due diodi devono essere posizionati in corrispondenza delle gambe opposte del ponte. Ad esempio, i diodi 3 e 6 non possono essere accesi contemporaneamente. Pertanto, la caduta di tensione attraverso il carico CC è una combinazione della tensione di linea VL dalla sorgente trifase.

È importante notare che maggiore è il numero di impulsi, maggiore è l'utilizzo del convertitore. Inoltre, minore è il numero di impulsi, minore è l'utilizzo del convertitore.