Dlaczego / kiedy konwersja AC-DC-AC przewyższa bezpośrednią konwersję AC-AC?

Obecnie studiuję energetykę wiatrową i elektronikę energetyczną. W energetyce wiatrowej generator napędzany jest przez wiatr, a zatem uzyskana moc ma bardzo zmienną częstotliwość i amplitudę. Z kolei sieć energetyczna ma surowe wymagania dotyczące mocy wejściowej pod względem częstotliwości, przesunięcia fazowego i formy sinusoidalnej. Z tego powodu przetwornice mocy są dziś rutynowo stosowane w energetyce wiatrowej.

Przeważającym sposobem na doprowadzenie energii do sieci jest użycie konwertera AC-DC, a następnie konwertera DC-DC i konwertera DC-AC. Wydaje się to dość skomplikowane zamiast używania pojedynczego bezpośredniego konwertera AC-AC. Dlaczego preferowana jest konwersja pośrednia za pomocą trasy pośredniej DC?

(To właściwie post z inżynierii , ponieważ dopiero później dowiedziałem się, że istnieje bardziej aktywna, dopasowana tematycznie, inna niż beta inżynieria elektryczna).

Istnieje pewien rodzaj konwertera, który może to zrobić: konwerter matrycowy.

Teoretycznie może przyjmować wiele faz i wytwarzać wiele faz przy dość szerokim zakresie częstotliwości. Ma również tę dodatkową zaletę, że nie potrzebuje żadnych pasywnych mocy (teoretycznie), ani dużego kondensatora, żadnych dużych cewek indukcyjnych.

Istnieją jednak dwie złote reguły z konwerterami macierzowymi

1. Nie należy zwierać zasilania
2. Nie należy otwierać obciążenia w obwodzie

To punkt 2 sprawia, że ​​topologia jest niepraktyczna, ponieważ zwykła utrata mocy spowoduje wysadzenie falownika.

Istnieje wariant konwertera matrycowego zwany cyklokonwerterem, który wykorzystuje tyrystory i nie ma takich samych problemów jak konwerter pełnej matrycy. Ma jednak ograniczenie polegające na możliwości syntezy częstotliwości wyjściowej około 1/10 częstotliwości wejściowej. To ograniczenie jest dobre w przypadku okrętów, które zwykle używają źródeł zasilania 400 Hz, więc generowanie 40 Hz nie jest zbyt ograniczające dla napędu

Dlaczego więc AC-DC-AC zamiast bezpośredniego AC-AC ... Komplikacje i ograniczenia. Falownik z sześcioma przełącznikami jest niezwykle wszechstronny.

Gdy możliwe są dwie trasy, rzadko jest dobra odpowiedź na pytanie, dlaczego wybrano jedną z nich. Często są to wypadki historyczne lub zalety jednego lub drugiego w zależności od lokalnych gałęzi przemysłu lub wspólnych elementów.

Istnieje całkowicie elektroniczna trasa bezpośrednio z 3 fazowego prądu przemiennego na jednej częstotliwości na drugą, nazywa się to Matrix Converter. Zawiera 9 przełączników w matrycy 3x3, umożliwiających połączenie dowolnej fazy z dowolną inną. Dzięki odpowiedniemu taktowaniu instancji przełącznika oraz odpowiednim filtrom wejściowym i wyjściowym może wytworzyć napięcie wyjściowe podobne do wejściowego. Coraz częściej są stosowane do napędów silnikowych.

Mogę jednak wymyślić wiele zalet korzystania z pośredniego łącza DC.

Konwertery AC-DC i DC-AC są wytwarzane w dużych ilościach, w dużych rozmiarach dla łączy DC, w których istotna jest transmisja na duże odległości. Doprowadzi to do korzyści skali. Są bardziej dojrzałe niż konwertery matrycowe, więc przy długim planowaniu związanym z infrastrukturą elektryczną istnieje większe prawdopodobieństwo, że zostaną wybrane. Turbiny wiatrowe zwykle łączy się w krótkich przeskokach z hubami, zanim zostaną podłączone do pojedynczej linii przesyłowej na duże odległości (bardzo długie w przypadku offshore). Łatwiej jest zgromadzić moc przy znamionowym napięciu pośrednim DC, co upraszcza kontrolę. W przypadku długiej transmisji łatwiej jest utrzymać prąd stały.

Powodem bezpośredniej konwersji AC-AC jest rozmiar i masa cewki dławika DC (lub matrycy kondensatorowej). Nie chcesz tego mieć np. W wagonie metra lub samolocie z gumowymi kołami. W pociągach z żelaznymi kołami zależy to, ponieważ większa masa oznacza lepsze tarcie.

Nie dotyczy to budynków.

Nie możesz oszczędzać na zaworach (tranzystorach lub tyrystorach). Przeciwnie, konwertery AC-AC mają zwykle więcej zaworów (choć mniejszych) niż konwertery AC-DC-AC. Koncepcja sterowania jest również znacznie bardziej skomplikowana.

Konwersja AC-DC-AC wygrywa, gdy masz kilka różnych źródeł prądu zmiennego, które można połączyć w jedno wyjście prądu przemiennego (lub gdy masz odwrotnie).

każdy generator asynchroniczny wytwarza zasilanie prądem przemiennym, które jest prostowane i podwyższane do napięcia szyny DC, następnie napięcie szyny zasila falownik związany z siecią.

Jedną z zalet konwersji AC-DC-AC jest to, że można przeliczyć częstotliwość prądu przemiennego. Istnieje również militarna moc 400 Hz, co może spowodować znaczne zmniejszenie rozmiaru. W moim szczególnym przypadku potrzebowałem dostępu do silników pracujących w komorze próżniowej. Dostępny był sprzęt do NASA i do celów wojskowych, który spełniał nasze wymagania, dlatego zdecydowaliśmy się na wykorzystanie mocy 400 Hz. Rozumiem, że jest raczej wyspecjalizowany, więc prawdopodobnie nie dotyczy ciebie.