Tại sao / khi nào chuyển đổi AC-DC-AC vượt trội so với chuyển đổi AC-AC trực tiếp?

Tôi hiện đang nghiên cứu năng lượng gió và điện tử công suất được sử dụng cho nó. Trong năng lượng gió, một máy phát được điều khiển bởi gió, do đó công suất thu được có tần số và biên độ dao động rất lớn. Ngược lại, lưới điện có các yêu cầu nghiêm ngặt đối với công suất đầu vào về tần số, phaseshift và dạng hình sin. Vì lý do này, các bộ chuyển đổi năng lượng ngày nay được sử dụng thường xuyên trong năng lượng gió.

Cách chủ yếu để có được nguồn điện vào lưới là sử dụng bộ chuyển đổi AC-DC theo sau là bộ chuyển đổi DC-DC và bộ chuyển đổi DC-AC. Điều này có vẻ khá phức tạp thay vì sử dụng một bộ chuyển đổi AC-AC trực tiếp. Tại sao chuyển đổi gián tiếp qua tuyến đường "giữa" DC được ưa thích hơn?

(Đây thực sự là một repost từ Engineering , vì sau này tôi chỉ phát hiện ra rằng có một Kỹ thuật điện phi beta hoạt động hơn, phù hợp hơn theo chủ đề.)

Có một loại bộ chuyển đổi có thể làm điều này: bộ chuyển đổi ma trận.

Về lý thuyết, nó có thể mất nhiều pha và tạo ra nhiều pha ở một dải tần số khá rộng. Nó cũng có lợi ích bổ sung là không cần bất kỳ thụ động điện nào (về lý thuyết), hoặc không có tụ điện lớn, không có cuộn cảm lớn.

Tuy nhiên, có hai quy tắc vàng với bộ chuyển đổi ma trận

1. Ngươi đừng chập mạch
2. Ngươi đừng mở mạch tải

Đó là điểm số 2 làm cho cấu trúc liên kết không thực tế vì mất điện đơn giản sẽ khiến biến tần nổ tung.

Có một biến thể của bộ chuyển đổi ma trận gọi là cycloconverter sử dụng thyristor và không gặp phải các vấn đề tương tự như bộ chuyển đổi ma trận đầy đủ. Tuy nhiên, nó có một hạn chế là chỉ có thể tổng hợp tần số đầu ra khoảng 1/10 tần số đầu vào. Giới hạn này là tốt đối với hàng hải thường sử dụng nguồn cung cấp điện 400Hz, vì vậy việc tạo ra 40Hz không quá giới hạn cho lực đẩy

Vậy tại sao AC-DC-AC thay vì AC-AC trực tiếp ... Các biến chứng và hạn chế. Một biến tần sáu chuyển đổi là rất linh hoạt.

Khi hai tuyến đường là có thể, hiếm khi có một câu trả lời tốt cho lý do tại sao một tuyến đường cụ thể được chọn. Nó thường là tai nạn của lịch sử, hoặc lợi thế cho cái này hay cái khác tùy thuộc vào các ngành công nghiệp địa phương, hoặc các thành phần phổ biến.

Có một tuyến điện tử trực tiếp từ 3 pha AC ở tần số này sang tần số khác, nó được gọi là Bộ chuyển đổi Ma trận. Nó chứa 9 công tắc trong ma trận 3x3, để kết nối bất kỳ pha nào với bất kỳ pha nào khác. Với thời gian phù hợp của các công tắc chuyển đổi, và các bộ lọc đầu vào và đầu ra phù hợp, nó có thể tạo ra một điện áp đầu ra tương tự với đầu vào. Chúng đang ngày càng được sử dụng cho các ổ đĩa động cơ.

Tuy nhiên, tôi có thể nghĩ ra nhiều lợi thế khi sử dụng liên kết DC trung gian.

Bộ chuyển đổi AC-DC và DC-AC đang được sản xuất với số lượng lớn, với kích thước lớn cho các liên kết DC trong đó truyền dẫn đường dài là một yếu tố. Điều này sẽ dẫn đến nền kinh tế quy mô. Chúng trưởng thành hơn bộ chuyển đổi ma trận, vì vậy với quy hoạch dài liên quan đến cơ sở hạ tầng điện có nhiều khả năng đã được chọn. Tua bin gió có xu hướng được kết nối trong các bước ngắn đến các trung tâm trước khi được kết nối với một đường truyền đường dài duy nhất (rất dài trong trường hợp ngoài khơi). Dễ dàng hơn để tập trung năng lượng ở điện áp trung gian danh nghĩa DC, đơn giản hóa việc điều khiển. Ở lại DC dễ dàng hơn cho việc truyền tải dài.

Lý do cho việc chuyển đổi AC-AC trực tiếp là kích thước và khối lượng của cuộn cảm DC (hoặc mảng tụ điện). Bạn không muốn có điều đó, ví dụ như trong một chiếc xe điện ngầm hoặc máy bay có bánh xe cao su. Trong các bánh xe sắt, nó phụ thuộc, bởi vì khối lượng lớn hơn có nghĩa là ma sát tốt hơn.

Điều đó không áp dụng cho các tòa nhà.

Bạn không thể tiết kiệm van (bóng bán dẫn hoặc thyristor). Ngược lại, bộ chuyển đổi AC-AC có xu hướng có nhiều van (mặc dù nhỏ hơn) so với bộ chuyển đổi AC-DC-AC. Khái niệm điều khiển cũng phức tạp hơn nhiều.

Chuyển đổi AC-DC-AC thắng khi bạn có một số nguồn AC khác nhau để kết hợp thành một đầu ra AC duy nhất, (hoặc khi bạn có ngược lại).

mỗi máy phát điện không đồng bộ tạo ra nguồn cung cấp AC được chỉnh lưu và tăng cường thành điện áp bus DC, điện áp bus sau đó cung cấp một biến tần được buộc bằng lưới.

Một lợi thế của chuyển đổi AC-DC-AC là bạn có thể chuyển đổi tần số của AC. Ngoài ra còn có sức mạnh 400 Hz của quân đội, có thể giúp giảm kích thước đáng kể. Trong trường hợp cụ thể của tôi, tôi cần truy cập vào các động cơ làm việc trong buồng chân không. Thiết bị cho NASA và sử dụng quân sự đã có sẵn đáp ứng yêu cầu của chúng tôi, vì vậy chúng tôi đã chọn sử dụng năng lượng 400 Hz. Tôi nhận ra rằng nó khá chuyên biệt, vì vậy nó có thể không áp dụng cho bạn.