ทำไมการแปลง AC-DC-AC ถึงเหนือกว่าการแปลง AC-AC โดยตรง?

ขณะนี้ฉันกำลังศึกษาพลังงานลมและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังที่ใช้สำหรับมัน ในพลังงานลมเครื่องกำเนิดไฟฟ้าถูกขับเคลื่อนด้วยลมดังนั้นพลังงานที่ได้จึงเป็นความถี่และแอมพลิจูดที่หลากหลาย ในทางกลับกันกริดพลังงานมีข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับอินพุตพลังงานในแง่ของความถี่เฟสเซอร์และไซน์รูปแบบ ด้วยเหตุนี้ตัวแปลงพลังงานจึงถูกใช้อย่างสม่ำเสมอในพลังงานลม

วิธีเด่นในการรับพลังงานลงในกริดคือการใช้ตัวแปลง AC-DC ตามด้วยตัวแปลง DC-DC และตัวแปลง DC-AC ดูเหมือนว่าจะค่อนข้างซับซ้อนแทนที่จะใช้ตัวแปลง AC-AC โดยตรงตัวเดียว ทำไมการแปลงทางอ้อมผ่านทาง DC "ในระหว่าง" จึงดีกว่า?

(อันที่จริงเป็นrepost จากวิศวกรรมเนื่องจากฉันเพิ่งค้นพบในภายหลังว่ามีการใช้งานมากขึ้น, กระชับ, หัวเรื่องที่ไม่ใช่วิศวกรรมเบต้าไฟฟ้า)

มีตัวแปลงชนิดหนึ่งซึ่งสามารถทำได้: ตัวแปลงเมทริกซ์

ในทางทฤษฎีมันสามารถใช้หลายเฟสในและผลิตหลายเฟสที่ความถี่ค่อนข้างกว้าง นอกจากนี้ยังมีประโยชน์เพิ่มเติมจากการไม่ต้องใช้พลังงานใด ๆ (ในทางทฤษฎี) หรือไม่มีตัวเก็บประจุขนาดใหญ่ไม่มีตัวเหนี่ยวนำขนาดใหญ่

อย่างไรก็ตามมีกฎทองคำสองข้อพร้อมตัวแปลงเมทริกซ์

1. ท่านจะไม่ทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร
2. คุณจะไม่เปิดวงจรโหลด

มันเป็นจุดที่ 2 ที่ทำให้โทโพโลยีไม่ทำงานเนื่องจากการสูญเสียพลังงานอย่างง่ายจะทำให้อินเวอร์เตอร์ระเบิด

มีความแตกต่างของตัวแปลงเมทริกซ์ที่เรียกว่า cycloconverter ซึ่งใช้ไทริสเตอร์และไม่ประสบปัญหาเดียวกันกับตัวแปลงเมทริกซ์แบบเต็ม อย่างไรก็ตามมีข้อ จำกัด เพียงความสามารถในการสังเคราะห์ความถี่เอาต์พุตประมาณ 1 / 10th ของความถี่อินพุต ข้อ จำกัด นี้ใช้ได้สำหรับเรือเดินทะเลซึ่งโดยทั่วไปจะใช้อุปกรณ์ไฟฟ้า 400Hz ดังนั้นการสร้าง 40Hz ไม่ได้ จำกัด เพียงแรงขับ

เหตุใดจึงต้องใช้ AC-DC-AC แทนที่จะเป็น AC-AC โดยตรง ... ความยุ่งยากและข้อ จำกัด อินเวอร์เตอร์สวิตช์ 6 ตัวมีความหลากหลายอย่างยิ่ง

เมื่อเป็นไปได้ทั้งสองเส้นทางไม่มีคำตอบที่ดีว่าทำไมจึงเลือกเส้นทางใดเส้นทางหนึ่งโดยเฉพาะ มันมักจะเกิดอุบัติเหตุจากประวัติศาสตร์หรือข้อได้เปรียบอย่างใดอย่างหนึ่งขึ้นอยู่กับอุตสาหกรรมในท้องถิ่นหรือส่วนประกอบทั่วไป

มีเส้นทางอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดโดยตรงจาก 3 เฟส AC ที่ความถี่หนึ่งไปยังอีกความถี่หนึ่งเรียกว่า Matrix Converter มันมี 9 สวิตช์ในเมทริกซ์ 3x3 เพื่อเชื่อมต่อเฟสใด ๆ ด้วยช่วงเวลาที่เหมาะสมของสวิทช์อินพุทและฟิลเตอร์อินพุทและเอาท์พุทที่เหมาะสมมันสามารถสร้างแรงดันเอาต์พุตที่คล้ายกันกับอินพุท พวกเขากำลังใช้กันมากขึ้นสำหรับมอเตอร์ไดรฟ์

อย่างไรก็ตามฉันสามารถคิดถึงข้อดีหลายประการในการใช้ลิงค์ DC ระดับกลาง

ตัวแปลง AC-DC และ DC-AC นั้นทำขึ้นเป็นจำนวนมากในขนาดที่ใหญ่สำหรับการเชื่อมต่อ DC ที่การส่งสัญญาณทางไกลเป็นปัจจัย สิ่งนี้จะนำไปสู่การประหยัดจากขนาด พวกมันมีอายุมากกว่าตัวแปลงเมทริกซ์ดังนั้นด้วยการวางแผนระยะยาวที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างพื้นฐานไฟฟ้ามีแนวโน้มที่จะถูกเลือกมากกว่า กังหันลมมีแนวโน้มที่จะเชื่อมต่อในระยะสั้นไปฮับก่อนที่จะเชื่อมต่อกับสายส่งทางไกลเดียว (ยาวมากในกรณีนอกชายฝั่ง) มันง่ายกว่าที่จะรวมพลังกับแรงดันไฟฟ้ากลางระดับ DC เล็กน้อยซึ่งทำให้การควบคุมง่ายขึ้น มันง่ายกว่าที่จะอยู่ DC สำหรับการส่งสัญญาณที่ยาวนาน

สาเหตุของการแปลง AC-AC โดยตรงคือขนาดและมวลของคอยล์ DC choke (หรืออาร์เรย์ตัวเก็บประจุ) คุณไม่ต้องการที่จะมีเช่นในรถใต้ดินหรือล้อยางเครื่องบิน ในขบวนรถไฟที่มีล้อเหล็กขึ้นอยู่กับว่าเพราะมีมวลมากกว่าหมายถึงแรงเสียดทานที่ดีกว่า

ไม่สามารถใช้ได้กับอาคาร

คุณไม่สามารถประหยัดวาล์ว (ทรานซิสเตอร์หรือไทริสเตอร์) ในทางกลับกันตัวแปลง AC-AC มักจะมีวาล์วมากกว่า (แม้ว่าจะเล็กกว่า) กว่าตัวแปลง AC-DC-AC แนวคิดการควบคุมนั้นซับซ้อนกว่ามากเช่นกัน

การแปลง AC-DC-AC จะชนะเมื่อคุณมีแหล่งที่มาของ AC ที่แตกต่างกันหลายแห่งเพื่อรวมเข้ากับเอาต์พุต AC เดียว (หรือเมื่อคุณมีสิ่งที่ตรงกันข้าม)

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบอะซิงโครนัสแต่ละเครื่องจะสร้างแหล่งจ่ายไฟ AC ที่ได้รับการแก้ไขและปรับปรุงให้เป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงบัสแรงดันบัสนั้นจะป้อนกระแสไฟฟ้าที่เชื่อมโยงกับกริด

ข้อดีอย่างหนึ่งของการแปลง AC-DC-AC คือคุณสามารถแปลงความถี่ของ AC นอกจากนี้ยังมีกำลังทหาร 400 Hz ซึ่งอาจส่งผลให้ขนาดลดลงอย่างมาก ในกรณีเฉพาะของฉันฉันต้องการการเข้าถึงมอเตอร์ที่ทำงานภายในห้องสุญญากาศ อุปกรณ์สำหรับนาซ่าและการใช้งานทางทหารมีให้บริการที่ตรงตามข้อกำหนดของเราดังนั้นเราจึงเลือกใช้กำลัง 400 Hz ฉันรู้ว่ามันค่อนข้างพิเศษดังนั้นจึงอาจไม่เหมาะกับคุณ