تعریف کانورتر پالسی (Pulse Converter) در صنعت برق

تعریف کانورتر پالسی (Pulse Converter) در صنعت برق:
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 می شود.

در نتیجه می توان 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 2، 3 و 6 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 می شود، 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 می آید.

این عمل از طریق تغییر زاویه فازی که تریستور با آن تریگر می شود، امکان پذیر است. در نتیجه یک شکل موج پالسی از جریان بار به دست می آید.

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 می یابد. زمانی که تریستور به حالت روشن تغییر یابد، جریان شروع به گردش می کند و در بازهωt=α تا ωt=β مدار در این حالت قرار دارد.

لحظه ای که جریان بار به مقدار صفر افت پیدا کند، تریستور نیز در نتیجه کموتاسیون طبیعی خط به حالت خاموش تغییر وضعیت می یابد. چند نوع مبدل توان وجود دارند که از کموتاسیون طبیعی بهره می برند. این مبدل ها عبارتند از:

• مبدل های AC به DC.
• مبدل های AC به AC.
• کنترل کننده های ولتاژ AC.
• سیکلوکانورترها (Cycloconverters).

کانورتر 2 پالسی 2 فاز:
یک کانورتر پالسی 2 فاز که با نام مدولاتور عرض پالس 2 سطحی یا کانورتر دو پالسی نیز شناخته می شود، برای تولید کردن پالس برای کانورترهای مدولاسیون پهنای پالس مورد استفاده قرار می گیرند که مبتنی بر حامل هستند.

کانورترها این عمل را با استفاده از توپولوژی دو سطحی انجام می دهند. این بلوک اداوات سویچینگ مانند IGBTها و ترانزیستورهای FET را برای اهداف کنترلی تنظیم می کند.

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 2 پالسی با یک سیگنال حامل مقایسه می شود. اگر سیگنال ورودی مرجع بزرگ تر از حامل باشد، پالس برای المان بالاتر برابر با یک و برای المان پایین تر برابر با صفر قرار داده می شود.

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 می شوند. یک سیگنال ورودی مرجع دوم به صورت داخلی و از طریق یک شیفت به اندازه 180 درجه در سیگنال مرجع اولیه ایجاد می شود.

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 می شود، در حالی که استفاده از مدولاسیون دو قطبی باعث کمتر شدن تغییرات ولتاژ می شود.

کانورتر 3 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 می شود، در 30 درجه نسبت به ولتاژ فاز مرجع است. عملکرد این مدار توسط سه تریستور و سه دیود توضیح داده می شود.

زمانی که سه تریستورT1وT2وT3 با دیودهایD1 و D2و D3 جایگزین شوند، هدایت در زاویه 30 درجه نسبت به ولتاژهای فازUanو Ubnو Ucn به ترتیب شروع می شود.

در نتیجه زاویه آتش α اولین بار در زاویه 30 درجه نسبت به ولتاژ فاز متناسب با آن اندازه گرفته می شود. در تصویر زیر نمایی از یک مدار کانورتر 3 پالسی نشان داده شده است.

جریان در یک تریستور فقط می تواند در یک جهت حرکت داشته باشد که بسیار مشابه با مد عملکرد اینورتر است که توان از سمت DC به سمت AC می رود.

علاوه بر این، ولتاژ در تریستور را می توان با کنترل زاویه آتش تنظیم کرد. این کار در یک یکسوساز هنگامی ممکن است که α=0 باشد. بنابراین کانورتر سه پالسی مانند یک اینورتر (معکوس کننده) و یک یکسوساز عمل می کند.

کانورتر 6 پالسی:
در تصویر زیر مدار یک کانورتر پل کنترل شده 6 پالسی نشان داده شده است که به یک منبع سه فاز متصل شده است.

در این کانورتر تعداد پالس ها دو برابر تعداد فازها (p=2m) است. با استفاده از همین پیکربندی کانورتر این امکان وجود دارد که دو کانورتر پل 6 فاز را برای به دست آوردن یک مبدل 12 پالسی یا حتی بیشتر با هم ترکیب کرد.

زمانی که کموتاسیون موجود نباشد، دو دیود در هر زمان خاص هدایت می کنند. 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 3 و 6 نمی توانند همزمان با هم روشن باشند، بنابراین افت ولتاژ در طول بار DC ترکیبی از ولتاژ خط VL از منبع سه فاز است.

به یاد داشتن این نکته بسیار مهم است که هر چه تعداد پالس ها بیشتر باشد، استفاده از کانورتر وسیع تر خواهد بود.