Perché / quando la conversione CA-CC-CA è superiore alla conversione CA-CA diretta?

Attualmente sto studiando l'energia eolica e l'elettronica di potenza utilizzata per questo. Nell'energia eolica un generatore è azionato dal vento, quindi la potenza risultante è di frequenza e ampiezza ampiamente variabili. La rete elettrica, a sua volta, ha requisiti rigorosi per la potenza in ingresso in termini di frequenza, sfasamento e forma sinusoidale. Per questo motivo, i convertitori di potenza sono oggi utilizzati abitualmente nell'energia eolica.

Il modo predominante per alimentare la rete è utilizzare un convertitore CA-CC seguito da un convertitore CC-CC e un convertitore CC-CA. Questo sembra piuttosto complicato invece di utilizzare un singolo convertitore AC-AC diretto. Perché è preferibile la conversione indiretta tramite il percorso "intermedio" DC?

(Questo è in realtà un repost da parte di Engineering , dal momento che ho scoperto solo in seguito che esiste un Ingegneria elettrica non beta più attiva, tematicamente adatta.)

Esiste un tipo di convertitore che può fare questo: il convertitore di matrice.

In teoria può richiedere molte fasi e produrre molte fasi a una gamma abbastanza ampia di frequenze. Ha anche il vantaggio aggiuntivo di non aver bisogno di alcun passivo di potenza (in teoria), né di condensatori di grandi dimensioni, né di induttori di grandi dimensioni.

Tuttavia, ci sono due regole d'oro con i convertitori di matrici

1. Non cortocircuitare l'alimentazione
2. Non aprire a circuito aperto il carico

È il punto 2 che rende impraticabile la topologia in quanto una semplice perdita di potenza provoca l'esplosione dell'inverter.

Esiste una variante del convertitore di matrice chiamata cicloconvertitore che utilizza tiristori e non presenta gli stessi problemi di un convertitore a matrice completa. Tuttavia, ha una limitazione di poter solo sintetizzare una frequenza di uscita intorno a 1/10 della frequenza di ingresso. Questa limitazione va bene per la nautica che normalmente utilizza alimentazioni elettriche a 400Hz, quindi generare 40Hz non è troppo limitante per la propulsione

Quindi perché AC-DC-AC anziché AC-AC diretto ... Le complicazioni e le limitazioni. Un inverter a sei interruttori è estremamente versatile.

Quando sono possibili due percorsi, raramente esiste una buona risposta al perché ne sia stato scelto uno in particolare. Spesso sono incidenti della storia o vantaggi per l'uno o l'altro a seconda delle industrie locali o dei componenti comuni.

Esiste un percorso completamente elettronico direttamente dalla corrente alternata trifase da una frequenza all'altra, si chiama Matrix Converter. Contiene 9 interruttori in una matrice 3x3, per collegare qualsiasi fase a un'altra. Con una temporizzazione adeguata degli istanti dell'interruttore e filtri di ingresso e uscita adeguati, può creare una tensione di uscita simile all'ingresso. Stanno diventando sempre più utilizzati per le motorizzazioni.

Tuttavia, posso pensare a molti vantaggi nell'uso di un collegamento CC intermedio.

I convertitori CA-CC e CC-CA vengono realizzati in gran numero, in grandi dimensioni per collegamenti CC in cui la trasmissione a lunga distanza è un fattore determinante. Ciò porterà a economie di scala. Sono più maturi dei convertitori di matrici, quindi con la lunga pianificazione delle infrastrutture elettriche è più probabile che siano stati scelti. Le turbine eoliche tendono a essere collegate in mozzi corti a mozzi prima di essere collegate a un'unica linea di trasmissione a lunga distanza (molto lunga nel caso di offshore). È più facile raggruppare l'alimentazione a una tensione intermedia CC nominale, semplificando il controllo. È più facile rimanere in CC per la trasmissione lunga.

Il motivo della conversione diretta CA-CA è la dimensione e la massa della bobina di induttanza CC (o array di condensatori). Non vuoi averlo ad esempio in un vagone della metropolitana con ruote in gomma o in aereo. Nei treni a ruote di ferro dipende, perché più massa significa migliore attrito.

Questo non si applica agli edifici.

Non è possibile risparmiare sulle valvole (transistor o tiristori). Al contrario, i convertitori AC-AC tendono ad avere più valvole (anche se più piccole) rispetto ai convertitori AC-DC-AC. Il concetto di controllo è anche molto più complicato.

La conversione CA-CC-CA vince quando si hanno più fonti CA diverse da combinare in una singola uscita CA (o quando si ha il contrario).

ogni generatore asincrono produce un'alimentazione CA che viene rettificata e potenziata a una tensione del bus CC, la tensione del bus quindi alimenta un inverter collegato alla rete.

Un vantaggio della conversione CA-CC-CA è che è possibile convertire la frequenza della corrente alternata. Esiste anche una potenza militare di 400 Hz, che può comportare una notevole riduzione delle dimensioni. Nel mio caso particolare, avevo bisogno di accedere a motori che funzionavano all'interno di una camera a vuoto. Erano disponibili attrezzature per la NASA e per uso militare che soddisfacevano i nostri requisiti, quindi abbiamo deciso di utilizzare una potenza di 400 Hz. Riconosco che è piuttosto specializzato, quindi probabilmente non è applicabile a te.