Cycloconverters –类型，工作和应用

电源可以分为两大类，一类是交流电源，另一类是直流电源。众所周知，只能产生交流电，并且由于更加经济，我们使用交流电进行传输，因此大多数电机/设备都使用交流电运行。但是，发电站提供的标准电压和频率可能不足以驱动某些工业机器。在这些情况下，我们使用转换器和逆变器将一种电源形式转换为另一种形式，例如转换为不同的额定电压，额定电流或频率。Cycloconveter是一种这样的转换器，它将一个频率的交流电转换为可调频率的交流电。在本文中，我们将详细了解这些Cycloconverter的工作和应用。

什么是Cycloconverter？

从维基百科周波变换器的标准定义去如下“A 循环换流器 （CCV）或 cycloinverter 通过合成从交流电源的段中的输出波形，而没有中间转换的恒定电压，恒定频率的交流波形到较低的频率的另一AC波形直流环节”

Cycloconverters的一个特殊属性是它在转换过程中不使用DC链接，因此效率很高。转换是通过使用功率电子开关（如晶闸管）并以逻辑方式进行切换来完成的。通常，这些晶闸管将分为两半，正半部和负半部。在交流形式的每个半周期内，通过转动它们来使每一半导通，从而实现双向功率流。现在，将循环转换器想象成一个黑盒子，它以固定电压，固定频率的交流电源作为输入，并提供一个可变频率，可变电压作为输出，如下图所示。

在阅读本文时，我们将了解该黑匣子内部可能发生的情况。

为什么我们需要Cycloconverters？

好的，现在我们知道Cycloconveters将固定频率的交流电转换为可变频率的交流电。但是为什么我们需要这样做呢？使用可变频率的交流电源有什么好处？

这个问题的答案是速度控制。Cycloconveters被广泛用于驱动大型电机，例如轧机，球磨机，水泥窑等。Cycloconverters的输出频率可以降低到零，这有助于我们以最小速度启动满载的大型电机，然后通过增加输出频率逐渐增加电动机的速度。在发明换流器之前，必须将这些大型电动机完全卸载，然后在启动电动机后逐渐对其进行装载，这会浪费时间和人力。

Cycloconveters的类型：

根据输出频率和输入交流电源中的相数，可将Cycloconverters分为以下类别

1.升压型Cycloconverters

2. Ste-Down Cycloconverters

单相至单相循环转换器
三相到单相循环转换器
三相到三相循环转换器

升压型Cycloconverters：升压型CCV，顾名思义，这种类型的CCV提供的输出频率大于输入频率。但是由于它没有太多的粒子应用，所以没有被广泛使用。大多数应用要求的频率低于50Hz，这是印度此处的默认频率。此外，升压CCV将需要强制换向，这会增加电路的复杂性。

降压型Cycloconverters：降压型CCV，您可能已经猜对了..仅提供了比输入频率小的输出频率。这些是最常用的，并在自然换向的帮助下工作，因此相对易于构建和操作。降压CCV进一步分为三种类型，如下所示，我们将在本文中详细研究每种类型。

循环转换器的基本原理：

尽管存在三种不同类型的Cycloconverter，但它们的工作方式非常相似，只是电路中存在功率电子开关的数量不同。例如，单相到单相CCV仅具有6个功率电子开关（SCR），而三相CCV可能具有多达32个开关。

上图显示了Cycloconverter的最低要求。在负载的任一侧都有一个开关电路，一个电路将在交流电源的正半周期内运行，而另一电路将在负半周期内运行。通常，将使用SCR作为功率电子设备来演示开关电路，但是在现代CCV中，您会发现SCR被IGBT甚至是MOSFET所取代。

开关电路还将需要一个控制电路，该电路指示电力电子设备何时导通和何时断开。该控制电路通常将是一个微控制器，并且可能还会有来自输出的反馈以形成一个闭环系统。用户可以通过调整控制电路中的参数来控制输出频率的值。使用上图中的二极管代表电流的流动方向。正开关电路始终向负载提供电流，而负开关电路始终从负载吸收电流。

单相至单相循环转换器：

单相到单相CCV很少使用，但是要了解CCV的操作，应该首先进行研究，以便我们可以了解三相CCV。单相至单相CCV具有两对全波整流器电路，每对电路均由四个SCR组成。如下图所示，一组放置为笔直，而另一组放置为反平行。

SCR的所有栅极端子都将连接到上面电路中未显示的控制电路。该控制电路将负责触发SCR。为了理解电路的工作原理，我们假设他输入的交流电源频率为50Hz，负载为纯电阻负载，SCR的触发角（α）为0°。由于点火角为0°，因此SCR开启时将像正向二极管一样工作，而关闭时则将像反向二极管一样工作。让我们分析下面的波形，以了解如何使用CCV降低频率

电源电压频率的波形由Vs表示，输出电压频率的波形由Vo表示。在这里，我们试图电源电压频率转换到1/4^个它的价值。因此，在电源电压的前两个周期中，我们将使用正桥式整流器，在接下来的两个周期中，我们将使用负桥式整流器。因此，如输出频率波形Vo所示，我们在正区域有四个正脉冲，然后在负区域有四个正脉冲。该电路的电流波形将与电压波形相同，因为假定负载是纯电阻性的。虽然波形的大小将根据负载的电阻值而变化。

输出频率是使用在VO波形的虚线表示，因为它仅用于将输入波形与四分之一输出频率的每两个周期改变极性^个输入频率的，在我们的情况下为50Hz时的输入频率输出频率将在12.5Hz左右（1/4 * 50）。可以通过改变控制电路中的触发机制来控制该输出频率。

三相至单相循环转换器：

三相到单相CCV也类似于单相到单相CCV，但此处输入电压是三相电源，输出电压是频率可变的单相电源。该电路看起来也非常相似，除了每组整流器中需要6个SCR，因为我们必须对3相AC电压进行整流。

SCR的栅极端子将再次连接到控制电路以触发它们，并且再次进行相同的假设以易于理解其工作原理。另外，还有三相到单相CCV两种，第一种类型具有用于正桥和负桥的半波整流器，第二种类型具有如上所述的全波整流器。第一种类型由于效率低而不经常使用。同样在全波型中，两个桥式整流器都可以产生两个极性的电压，但是正转换器只能在正方向上提供电流（源），而负转换器只能在负方向上提供电流。这允许CCV在四个象限中运行。这四个象限在整流模式下分别为（+ V，+ i）和（-V，-i）以及（+ V，-i）和（-V，-i）在反转模式下。

三相至三相循环转换器：

三相到三相CCV是最常用的，因为它们可以直接驱动电动机等三相负载。三相CCV的负载通常是三相星形连接的负载，例如电动机的定子绕组。该转换器以固定频率的三相交流电压作为输入，并提供可变频率的三相交流电压。

三相CCV有两种类型，一种具有半波转换器，另一种具有全波转换器。半波转换器模型也称为18晶闸管Cycloconverters或3脉冲Cycloconverters。全波转换器称为6脉冲Cycloconverter或36晶闸管Cycloconverter。下图显示了一个3脉冲的Cycloconverter

在这里，我们有六组整流器，其中每相分配两套。此CCV的工作方式与单相CCV相似，不同之处在于，此处的整流器只能对一半的波进行整流，并且对于所有三相来说都相同。

应用范围：

Cycloconverter具有大量的工业应用，以下是几种

研磨机
重型洗衣机
矿山绕线机
高压直流输电线
飞机电源
SVG（静态VAR发生器）
船舶推进系统