Θεωρία του Μετατροπέα σε Λειτουργία με Φόρτο και χωρίς Φόρτο

Ορισμός Μετατροπέα

Ένας μετατροπέας ορίζεται ως ηλεκτρικός μηχανισμός που μεταφέρει ηλεκτρική ενέργεια μεταξύ δύο ή περισσότερων κυκλώματων μέσω της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής.

Θεωρία Μετατροπέα χωρίς Φορτίο

Χωρίς Αντίσταση Πλεξίδων και Χωρίς Αντίδραση Διάρροης

Υποθέτουμε έναν μετατροπέα με μόνο απώλειες πυρήνα, δηλαδή χωρίς απώλειες χαλκού ή αντίδραση διάρροης. Όταν εφαρμόζεται μια πηγή εναλλασσόμενης συχνότητας στην πρωτεύουσα, παρέχει ρεύμα για να μαγνητοποιήσει τον πυρήνα του μετατροπέα.

Αλλά αυτό το ρεύμα δεν είναι το πραγματικό μαγνητοποιητικό ρεύμα· είναι λίγο μεγαλύτερο από το πραγματικό μαγνητοποιητικό ρεύμα. Το συνολικό ρεύμα που παρέχεται από την πηγή έχει δύο συνιστώσες, μία είναι το μαγνητοποιητικό ρεύμα που χρησιμοποιείται απλώς για τη μαγνητοποίηση του πυρήνα, και η άλλη συνιστώσα του ρεύματος της πηγής καταναλώνεται για την αντιστάθμιση των απωλειών πυρήνα στους μετατροπείς.

Λόγω της συνιστώσας των απωλειών του πυρήνα, το ρεύμα της πηγής χωρίς φορτίο δεν παρακολουθεί την παροχή συχνότητας ακριβώς 90°, αλλά με ένα γωνία θ, η οποία είναι λιγότερη από 90°. Το συνολικό ρεύμα Io έχει μια συνιστώσα Iw σε φάση με την παροχή συχνότητας V1, που αντιπροσωπεύει τη συνιστώσα των απωλειών του πυρήνα.

Αυτή η συνιστώσα λαμβάνεται σε φάση με την συχνότητα της πηγής επειδή είναι συνδεδεμένη με ενεργές ή εργαζόμενες απώλειες στους μετατροπείς. Μια άλλη συνιστώσα του ρεύματος της πηγής συμβολίζεται ως Iμ.

Αυτή η συνιστώσα παράγει την εναλλασσόμενη μαγνητική ροή στον πυρήνα, οπότε είναι ανεργή· δηλαδή είναι η αντιδραστική μέρος του ρεύματος της πηγής του μετατροπέα. Επομένως, το Iμ θα είναι σε ορθογωνική φάση με το V1 και σε φάση με την εναλλασσόμενη ροή Φ. Έτσι, το συνολικό πρωτεύον ρεύμα σε έναν μετατροπέα χωρίς φορτίο μπορεί να αναπαρασταθεί ως:

Τώρα έχετε δει πόσο απλό είναι να εξηγηθεί η θεωρία του μετατροπέα χωρίς φορτίο.

Θεωρία Μετατροπέα με Φορτίο

Χωρίς Αντίσταση Πλεξίδων και Αντίδραση Διάρροης

Τώρα θα εξετάσουμε τη συμπεριφορά του προαναφερθέντος μετατροπέα με φορτίο, δηλαδή το φορτίο είναι συνδεδεμένο με τα δευτερεύοντα άκρα. Υποθέτουμε, έναν μετατροπέα με απώλειες πυρήνα αλλά χωρίς απώλειες χαλκού και αντίδραση διάρροης. Όταν συνδέεται ένα φορτίο με τη δευτερεύουσα πλεξίδα, το ρεύμα του φορτίου θα αρχίσει να ρέει μέσω του φορτίου καθώς και της δευτερεύουσας πλεξίδας.

Αυτό το ρεύμα του φορτίου εξαρτάται μόνο από τις ιδιότητες του φορτίου και επίσης από τη δευτερεύουσα τάση του μετατροπέα. Αυτό το ρεύμα ονομάζεται δευτερεύον ρεύμα ή ρεύμα φορτίου, εδώ συμβολίζεται ως I2. Καθώς το I2 ρέει μέσω της δευτερεύουσας, θα παραχθεί ένας εγγενής MMF στη δευτερεύουσα πλεξίδα. Εδώ είναι N2I2, όπου, N2 είναι το πλήθος των βρόχων της δευτερεύουσας πλεξίδας του μετατροπέα.

Αυτό το MMF ή μαγνητοδυναμική δύναμη στη δευτερεύουσα πλεξίδα παράγει ροή φ2. Αυτή η φ2 θα αντιταχθεί στην κύρια μαγνητοποιητική ροή και προσωρινά θα αδυναμώσει την κύρια ροή και θα προσπαθήσει να μειώσει την αυτοεπαγωγή της πρωτεύουσας E1. Εάν η E1 μειωθεί κάτω από την τάση της πηγής V1, θα ρέει ένα επιπλέον ρεύμα από την πηγή προς την πρωτεύουσα πλεξίδα.

Αυτό το επιπλέον πρωτεύον ρεύμα I2′ παράγει επιπλέον ροή φ' στον πυρήνα, η οποία θα ανευθυνθεί την δευτερεύουσα αντίδραση φ2. Επομένως, η κύρια μαγνητοποιητική ροή του πυρήνα, Φ παραμένει αναλλοίωτη ανεξάρτητα από το φορτίο. Έτσι, το συνολικό ρεύμα που προσελκύει αυτός ο μετατροπέας από την πηγή μπορεί να χωριστεί σε δύο συνιστώσες.

Η πρώτη χρησιμοποιείται για τη μαγνητοποίηση του πυρήνα και την αντιστάθμιση των απωλειών του πυρήνα, δηλαδή Io. Είναι η συνιστώσα χωρίς φορτίο του πρωτεύοντος ρεύματος. Η δεύτερη χρησιμοποιείται για την αντιστάθμιση της αντίδρασης της δευτερεύουσας πλεξίδας. 

Είναι γνωστή ως η συνιστώσα φορτίου του πρωτεύοντος ρεύματος. Επομένως, το συνολικό πρωτεύον ρεύμα I1 ενός ηλεκτρικού μετατροπέα με χωρίς αντίσταση πλεξίδων και αντίδραση διάρροης μπορεί να αναπαρασταθεί ως εξής

Όπου θ2 είναι η γωνία μεταξύ της Δευτερεύουσας Τάσης και του Δευτερεύοντος Ρεύματος του μετατροπέα. Τώρα θα προχωρήσουμε ένα βήμα περαιτέρω προς μια πιο πρακτική πλευρά του μετατροπέα.

Θεωρία Μετατροπέα με Φορτίο, με Ωμική Αντίσταση, αλλά χωρίς Αντίδραση Διάρροης

Τώρα, θεωρούμε την ομική αντίσταση του μετατροπέα, αλλά χωρίς αντίδραση διάρροης. Μέχρι τώρα έχουμε συζητήσει τον μετατροπέα, ο οποίος έχει ιδεαλικές πλεξίδες, δηλαδή πλεξίδες χωρίς αντίσταση και αντίδραση διάρροης, αλλά τώρα θα θεωρήσουμε έναν μετατροπέα, ο οποίος έχει εσωτερική αντίσταση στις πλεξίδες, αλλά χωρίς αντίδραση διάρροης. Επειδή οι πλεξίδες είναι ομικές, θα υπάρξει πτώση τάσης στις πλεξίδες.

Έχουμε αποδείξει προηγουμένως ότι, το συνολικό πρωτεύον ρεύμα από την πηγή με φορτίο είναι I1. Η πτώση τάσης στην πρωτεύουσα πλεξίδα με αντίσταση R1 είναι R1I1. Ουσιαστικά, η επαγωγή εναλλασσόμενης συχνότητας στην πρωτεύουσα πλεξίδα E1, δεν είναι ακριβώς ίση με την τάση της πηγής V1. Η E1 είναι λιγότερη από τη V1 κατά την πτώση I1R1.

Πάλι στην περίπτωση της δευτερεύουσας, η επαγωγή εναλλασσόμενης συχνότητας στη δευτερεύουσα πλεξίδα, E2, δεν εμφανίζεται εντελώς στο φορτίο, καθώς επίσης πέφτει κατά ένα ποσό I2R2, όπου R2 είναι η αντίσταση της δευτερεύουσας πλεξίδας και I2 είναι το δευτερεύον ρεύμα ή ρεύμα φορτίου.

Παρόμοια, η εξίσωση τάσης της δευτερεύουσας πλευράς του μετατροπέα θα είναι:

Θεωρία Μετατροπέα με Φορτίο, με Ωμική Αντίσταση και Αντίδραση Διάρροης

Τώρα θα θεωρήσουμε την περίπτωση όπου υπάρχει αντίδραση διάρροης του μετατροπέα καθώς και ομική αντίσταση του μετατροπέα.

Ας ορίσουμε ως X1 και X2 τις αντιδράσεις διάρροης των πρωτεύουσας και δευτερεύουσας πλεξίδων του μετατροπέα, αντίστοιχα. Επομένως, το συνολικό αντίσταση της πρωτεύουσας και δευτερεύουσας πλεξίδων του μετατροπέα με αντίσταση R1 και R2, αντίστοιχα, μπορεί να αναπαρασταθεί ως,

Έχουμε ήδη ορίσει την εξίσωση τάσης ενός μετατροπέα με φορτίο, με μόνο αντιστάσεις στις πλεξίδες, όπου οι πτώσεις τάσης στι