فروشگاه اینترنتی سنسور پارس
0 محصولات نمایش سبد خرید

سبد خرید شما خالی است.

انواع اینورتر و کاربردهای آن در صنعت

انواع اینورتر و کاربردهای آن در صنعت

اصطلاح اینورتر احتمالاً توسط دیوید پرینس در سال ۱۹۲۵ معرفی شد و مقاله ای با عنوان اینورتر منتشر کرد. همه عناصر مهم در این مقاله برای یک اینورتر مدرن مورد نیاز است. این مقاله منتشر شده توضیح می دهد که چگونه “نویسنده مدار یکسو کننده را گرفت و آن را معکوس کرد، در یک انتها جریان مستقیم را می چرخاند و در طرف دیگر جریان متناوب را خارج می کرد”.

اینورتر چیست؟

اینورتر دستگاهی است که DC را به AC تبدیل می کند. بیشتر بارهای تجاری، صنعتی و مسکونی به منابع جریان متناوب (AC) نیاز دارند. یکی از مشکلات اصلی منابع AC این است که نمی‌توان آن‌ها را در باتری‌هایی که ذخیره‌سازی برای تامین انرژی پشتیبان مهم است، ذخیره کرد.

این نقص توسط منابع جریان مستقیم قابل رفع است. جریان متناوب برای اهداف ذخیره سازی به جریان مستقیم (DC) تبدیل می شود. قطبیت منابع DC مانند منابع AC با گذشت زمان تغییر نمی کند، بنابراین، DC را می توان در باتری ها و فوق خازن ها ذخیره کرد. هر زمان که AC برای راه اندازی وسایل AC مورد نیاز باشد، DC دوباره به AC تبدیل می شود تا وسایل AC را راه اندازی کند. برای دانستن تفاوت های اساسی بین آنها می توانید به پست قبلی در مورد جریان های AC و DC و ولتاژ مراجعه کنید.

انواع اینورتر

اینورترها بر اساس منبع ورودی اعمال شده، اتصال، ولتاژ خروجی و غیره به دسته های مختلفی تقسیم می شوند.

طبقه بندی منبع ورودی

اینورتر را می توان به عنوان وسیله ای تعریف کرد که منبع ورودی DC را به خروجی AC تبدیل می کند که در آن ورودی ممکن است منبع ولتاژ یا منبع جریان باشد. اینورترها عمدتاً به دو دسته اصلی طبقه بندی می شوند.

اینورتر منبع ولتاژ (VSI)

هنگامی که ورودی اینورتر یک منبع ولتاژ DC ثابت باشد، اینورتر به عنوان اینورتر منبع ولتاژ شناخته می شود. ورودی اینورتر منبع ولتاژ دارای یک منبع ولتاژ DC سفت است. منبع ولتاژ DC سفت به این معنی است که امپدانس منبع ولتاژ DC صفر است. در عمل، منابع DC مقداری امپدانس ناچیز دارند. فرض بر این است که VSI با منابع ولتاژ ایده آل (منابع امپدانس بسیار کم) عرضه می شود. ولتاژ خروجی AC به طور کامل توسط حالت های سوئیچینگ دستگاه ها در اینورتر و منبع DC اعمال شده تعیین می شود.

اینورتر منبع جریان (CSI)

هنگامی که ورودی اینورتر یک منبع جریان DC ثابت باشد، اینورتر به عنوان اینورتر منبع جریان شناخته می شود. جریان سفت از منبع DC که در آن منبع DC امپدانس بالایی دارد به CSI (اینورتر منبع جریان) عرضه می شود. معمولاً از یک سلف بزرگ یا جریان کنترل شده با حلقه بسته برای تأمین جریان سفت استفاده می شود. موج جریان حاصل سفت است که تحت تأثیر بار قرار نمی گیرد. جریان خروجی AC به طور کامل توسط وضعیت دستگاه های سوئیچینگ در اینورتر و منبع DC اعمال شده تعیین می شود.

دسته بندی اینورتر

ولتاژ خروجی و شکل موج جریان مدار اینورتر، vo و io به ترتیب کمیت های AC در نظر گرفته می شوند. اینها بر حسب مقادیر RMS به طور معمول بیان می شوند در حالی که انحراف این شکل موج ها از مؤلفه های بنیادی و سینوسی آنها در شرایط فاکتورهای THD نشان داده می شود. THD کل اعوجاج هارمونیک را نشان می دهد.

طبقه بندی فاز خروجی

با توجه به فازهای ولتاژ و جریان خروجی، اینورترها به دو دسته اصلی تقسیم می شوند: اینورتر تک فاز و اینورتر سه فاز. در اینجا به اختصار به این دسته بندی ها می پردازیم.

اینورترهای تک فاز

اینورتر تک فاز ورودی DC را به خروجی تک فاز تبدیل می کند. ولتاژ/جریان خروجی اینورتر تک فاز دقیقاً یک فاز دارد که فرکانس اسمی آن ۵۰ هرتز یا ۶۰ هرتز ولتاژ اسمی است. ولتاژ نامی به عنوان سطح ولتاژی که سیستم الکتریکی در آن کار می کند تعریف می شود. ولتاژهای اسمی متفاوتی وجود دارد به عنوان مثال ۱۲۰ ولت، ۲۲۰ ولت، ۴۴۰ ولت، ۶۹۰ ولت، ۳٫۳ کیلو ولت، ۶٫۶ کیلو ولت، ۱۱ کیلو ولت، ۳۳ کیلو ولت، ۶۶ کیلو ولت، ۱۳۲ کیلو ولت، ۲۲۰ کیلو ولت، ۴۰۰ کیلو ولت و ۷۶۵ کیلو ولت، چرا ولتاژ چندگانه ۱ کیلوولت است. ، ۲۲ کیلو ولت، ۶۶ کیلو ولت و غیره؟

ولتاژهای اسمی پایین را می توان مستقیماً با استفاده از اینورتر با استفاده از ترانسفورماتور داخلی یا مدار باک بوست به دست آورد، در حالی که برای ولتاژهای اسمی بالا از ترانسفورماتورهای افزایش دهنده خارجی استفاده می شود.

از اینورترهای تک فاز برای بارهای کم استفاده می شود. در تکفاز تلفات بیشتری وجود دارد و همچنین راندمان تکفاز نسبت به اینورتر سه فاز پایین است. بنابراین، اینورترهای ۳ فاز برای بارهای بالا ترجیح داده می شوند.

اینورتر تک فاز و سه فاز

اینورترهای سه فاز

اینورترهای سه فاز DC را به برق سه فاز تبدیل می کنند. برق سه فاز سه جریان متناوب را فراهم می کند که به طور یکنواخت در زاویه فاز از هم جدا می شوند. دامنه و فرکانس هر سه موج تولید شده در خروجی با تغییرات جزئی ناشی از بار یکسان است در حالی که هر موج دارای یک شیفت فاز ۱۲۰ درجه از یکدیگر است.

اساسا یک اینورتر ۳ فاز ۳ اینورتر تک فاز است که فازهای هر اینورتر ۱۲۰ درجه از هم فاصله دارند و هر اینورتر تک فاز به یکی از سه ترمینال بار متصل می شود.

توپولوژی های مختلفی برای ساخت مدار اینورتر ولتاژ ۳ فاز وجود دارد. در مورد اینورتر پل که با حالت ۱۲۰ درجه کار می کند، سوئیچ های اینورترهای سه فاز به گونه ای عمل می کنند که هر کلید T/6 از کل زمان را کار می کند که شکل موج خروجی را ایجاد می کند که دارای ۶ مرحله است. یک مرحله ولتاژ صفر بین سطوح ولتاژ منفی و مثبت شکل موج مربع وجود دارد.

رتبه های قدرت اینورتر را می توان بیشتر افزایش داد. برای ساخت اینورترهای با توان بالا، ۲ اینورتر (اینورتر سه فاز) به صورت سری برای رتبه بندی ولتاژ بالا متصل می شوند. برای رتبه بندی جریان بالا، ۲ اینورتر سه مرحله ای شش مرحله ای را می توان متصل کرد.

روش های طبقه بندی جابجایی

یکسو کننده های کنترل شده سیلیکونی به طور عمده با توجه به تکنیک های کموتاسیون به دو نوع اصلی تقسیم می شوند. اینورترهای کموتاسیون خط و تغییر نیرو معمولاً استفاده می شوند در حالی که سایر اینورترهای کموتاسیون مانند اینورترهای کموتاسیون کمکی و اینورترهای کموتاسیون مکمل معمولاً استفاده نمی شوند. در اینجا دو نوع اصلی به اختصار مورد بحث قرار می گیرد.

تغییر خط

در این نوع اینورترها، ولتاژ خط مدارهای AC از طریق دستگاه قابل دسترسی است. هنگامی که جریان در SCR ویژگی های صفر را تجربه کند، دستگاه خاموش می شود. این فرآیند کموتاسیون به عنوان کموتاسیون خط شناخته می شود در حالی که اینورترهایی که بر روی این اصل کار می کنند به عنوان اینورترهای کموتاسیون خط شناخته می شوند.

تغییر نیرو

عرضه در این نوع کموتاسیون امتیاز صفر را تجربه نمی کند. به همین دلیل است که منبع خارجی برای جابجایی دستگاه مورد نیاز است. این فرآیند کموتاسیون به عنوان جابجایی نیرو شناخته می شود در حالی که اینورترهای مبتنی بر این فرآیند به عنوان اینورترهای جابجایی نیرو شناخته می شوند.

تغییر خطتغییر نیرو
نیاز به هزینه صفر داردحداقل نیاز به هزینه دارد
هیچ افت برق اضافی در طول کموتاسیون رخ نمی دهداز دست دادن توان در تغییر نیرو رخ می دهد
هیچ مؤلفه خارجی برای این کموتاسیون مورد نیاز نیستبرای جابجایی نیرو، اجزای خارجی مورد نیاز است
ولتاژ منفی تریستور را خاموش می کندهم جریان و هم ولتاژ تریستور را خاموش می کنند

اتصالات تریستورها و طبقه بندی عناصر جابجایی

اینورترهای سری

اینورتر سری از یک جفت تریستور و مدار RLC (مقاومت، سلف و خازن) تشکیل شده است. یک تریستور به صورت موازی با مدار RLC و یک تریستور به صورت سری بین منبع DC و مدار RLC متصل است. این اینورتر به اینورتر سری معروف است زیرا بار مستقیماً به کمک T1 به صورت سری به منبع DC متصل می شود.

اینورتر سری نیز به عنوان یک اینورتر خودکموتاسیون شناخته می شود زیرا تریستورهای این اینورتر توسط خود از بار کموتاسیون می شوند. نام دیگر این اینورتر Load Commutated Inverter است. این نام به این دلیل است که LCR باری است که کموتاسیون را فراهم می کند.

کارکرد اینورتر سری

دو تریستور (T1 و T2) برای تبدیل DC به AC از جمله مدار RLC استفاده می شود. فقط یک تریستور در این مدار در یک زمان روشن می شود. در زمانی که T1 روشن است، T2 خاموش می شود، در حالی که زمانی که T2 روشن است، T1 خاموش می شود. هر دو تریستور نباید همزمان روشن شوند وگرنه باعث اتصال کوتاه می شود. روشن کردن هر دو تریستور در یک زمان باعث آسیب دائمی مدار می شود حتی اگر برای یک بازه زمانی بسیار کوتاه باشد. به همین دلیل است که تاخیر زمانی به تریستور مخالف داده می شود. به عبارت دیگر، تریستور مخالف تا زمانی که مخالف به طور کامل خاموش نشود، روشن نمی شود.

حالت ۱:

در این حالت T1 روشن و T2 خاموش می شود. در ابتدا هر دو T1 و T2 خاموش هستند. با روشن شدن T1، جریان از منبع DC به بار LCR شروع می شود. در این حالت جریان از منبع DC از سمت خازن وارد و از سمت مقاومت خارج می شود. خازن شروع به شارژ می کند در حالی که سلف خود را در این حالت تخلیه می کند.

حالت ۲:

در این حالت T2 روشن و T1 خاموش است. قبل از جابجایی از حالت ۱ به حالت ۲، یک تاخیر زمانی ارائه می شود تا بتوان T1 را به طور کامل خاموش کرد. تریستورها زمان بازیابی معکوس خاصی دارند که برای خاموش شدن کامل تریستور لازم است. پس از خاموش شدن کامل T1، T1 روشن می شود. جریان از منبع تغذیه DC از طریق T2 به بار شروع می شود. جریان در این حالت از طرف مقابل بار وارد می شود، یعنی جریان از سمت مقاومت وارد می شود و از سمت خازن خارج می شود.

تناوب جریان در بار با تغییر از حالت به حالت، اصل معکوس شدن یک اینورتر را نشان می دهد. این تناوب جریان در بار نشان می دهد که جریان DC با موفقیت به AC تبدیل شده است.

نمودار مدار اینورتر سری

نمودار مدار اینورتر سری

مزایا

چند مزیت اینورترهای سری در اینجا آورده شده است

  • گرمایش القایی: اینورترهای سری جریان بالایی را ارائه می دهند، بنابراین می توان از این اینورترها برای بخاری های القایی که نیاز به جریان اضافی دارند استفاده کرد.
  • نورپردازی فلورانس از این اینورترها می توان برای نورپردازی فلورانس استفاده کرد.
  • عملکرد فرکانس بالا: این اینورترها را می توان در فرکانس بالا مورد استفاده قرار داد زیرا این اینورترها می توانند از ۲۰۰ هرتز تا ۲۰۰ کیلو هرتز کار کنند.

اینورترهای موازی

اینورتر موازی از دو تریستور (T1 و T2)، یک خازن، ترانسفورماتور با ضربه مرکزی و یک سلف تشکیل شده است. تریستورها برای ارائه مسیری به جریان جریان استفاده می شوند در حالی که از سلف L برای ثابت کردن منبع جریان استفاده می شود. این تریستورها روشن و خاموش می شوند و توسط خازن کموتاسیون متصل بین آنها کنترل می شوند. روش کموتاسیون مکمل برای روشن و خاموش کردن خازن ها استفاده می شود. یک کموتاسیون مکمل به این معنی است که وقتی T1 روشن است، فرشته شلیک به T2 اعمال می شود، سپس خازن T1 را خاموش می کند. حالت دقیق زمانی است که T2 روشن است و فرشته شلیک به T1 اعمال می شود، سپس به دلیل ولتاژ خازن، T2 خاموش می شود. جریان و ولتاژ خروجی به ترتیب Io و Vo هستند.

به اینورتر موازی معروف است زیرا در شرایط کاری خازن C به موازات بار از طریق ترانسفورماتور می آید. اینورترهای موازی همچنین به عنوان اینورتر ترانسفورماتور با شیر مرکزی شناخته می شوند زیرا دارای یک ترانسفورماتور با شیر مرکزی در بین مدار بار و محرک است. هدف از ترانسفورماتور تبدیل DC به AC ولتاژ مورد نیاز است.

کارکرد اینورتر موازی

در دو حالت ساده کار می کند.

حالت ۱:

هنگامی که T1 راه اندازی می شود، خازن تبدیل شده T2 را خاموش می کند و جریان در سیم پیچ اولیه از A به N جریان می یابد. چنین جریانی در سیم پیچ اولیه باعث ایجاد جریان در جهت عقربه های ساعت در سیم پیچ ثانویه می شود.

حالت ۲:

با فعال کردن T2، خازن کموت شده T1 را خاموش می کند. بنابراین، جریان در سیم پیچ اولیه از B به N جریان می یابد. این جریان در سیم پیچ اولیه باعث ایجاد جریان خلاف جهت عقربه های ساعت در سیم پیچ ثانویه می شود.

نمودار مدار اینورتر موازی

مزایای اینورترهای موازی

تعداد کمی از مزایای اینورترهای موازی به عنوان آورده شده است

  • ولتاژ بار پایدار: شکل موج ولتاژ بار مستقل از بار است در حالی که این محدودیت در یک اینورتر سری وجود دارد. ولتاژ خروجی در اینورتر سری وابسته به بار است که مورد نظر نیست.
  • ارزان‌ترین مدار: مدار اینورتر موازی ارزان‌ترین و ساده‌ترین مدار است زیرا فقط به دو کلید و یک ترانسفورماتور با شیر مرکزی نیاز دارد.
  • کموتاسیون ساده: این اینورترها با استفاده از کموتاسیون کلاس C ساده کار می کنند. علاوه بر این، اجزای کموتاسیون کل جریان بار را حمل نمی کنند که یک جنبه بسیار مفید از اینورتر موازی است.
  • تعداد کمی سوئیچ کنترلی: در مقایسه با اینورترهای پل H برای عملکرد کامل، تنها به دو کلید کنترل نیاز است. کمترین تعداد کلید مورد نیاز برای اینورترهای پل H 4 عدد می باشد.

اینورترهای نوع پل

دو نوع اینورتر پل H تک فاز و یک نوع اینورتر سه فاز معروف به نام اینورتر پل H سه فاز وجود دارد. در اینجا به این دو نوع پرداخته می شود.

اینورتر نیم پل

اینورتر نیم پل برای کار به دو کلید الکترونیکی نیاز دارد. سوئیچ ها ممکن است ماسفت، IJBT، BJT یا تریستور باشند. نیم پل با سوئیچ های تریستور و BJT به دو دیود اضافی به جز در بارهای مقاومتی خالص نیاز دارد در حالی که ماسفت ها دارای یک دیود بدنه داخلی هستند. به عبارت ساده، دو سوئیچ برای بار صرفاً مقاومتی کافی است در حالی که بارهای دیگر (القایی و خازنی) به دو دیود اضافی نیاز دارند. این دیودها به دیودهای بازخورد یا دیودهای چرخ آزاد معروف هستند.

اصل کار اینورتر نیم پل برای همه کلیدها یکسان است اما نیم پل با کلیدهای تریستوری در اینجا مورد بحث قرار می گیرد. دو تریستور مکمل وجود دارد که به این معنی است که هر بار یک تریستور روشن می شود. مدار در دو حالت برای بار مقاومتی کار می کند. فرکانس سوئیچینگ فرکانس خروجی را تعیین می کند. برای فرکانس ۵۰ هرتز در خروجی، هر تریستور به مدت ۲۰ میلی ثانیه در یک زمان روشن می شود.

حالت ۱:

در ابتدا، هر دو سوئیچ خاموش می شوند، اما به محض روشن شدن T1، جریان از منبعی به بار دیگر شروع می شود. جهت فعلی در این حالت از راست به چپ خواهد بود. همانطور که در نمودار مدار نشان داده شده است، جریان جریان در جهت T1 خواهد بود. ولتاژ بار در این حالت نصف ولتاژ DC ورودی اعمال شده است که VDC/2 است.

حالت ۲:

در این حالت تریستور T2 روشن و T1 خاموش می شود. T2 نباید مستقیماً پس از تغییر از حالت ۱ به حالت ۲ روشن شود. قبل از روشن کردن T2، کلید T1 باید به طور کامل خاموش شود زیرا روشن کردن هر دو در یک زمان باعث اتصال کوتاه می شود که به طور دائمی مدار را آسیب می رساند. جریان در این حالت از چپ به راست در بار جریان می یابد. ولتاژ خروجی در این حالت -VDC/2 است.

تناوب جریان در بار، از حالت به حالت نشان می دهد که DC به AC تبدیل شده است.

نمودار مدار اینورتر نیم پل

نمودار مدار اینورتر نیم پل

اینورتر پل کامل

اینورتر پل تک فاز دارای چهار کلید کنترل شده است که جهت جریان جریان در بار را کنترل می کند. این پل دارای ۴ دیود بازخوردی است که انرژی ذخیره شده در بار را به منبع باز می گرداند. این دیودهای بازخورد فقط زمانی عمل می کنند که تمام تریستورها خاموش باشند و بار غیر از بار مقاومتی خالص باشد.

برای هر بار، فقط ۲ تریستور در یک زمان کار می کنند. تریستورهای T1 و T2 در یک دوره هدایت خواهند شد در حالی که T3 و T4 در دوره دیگر هدایت خواهند شد. به عبارت دیگر، زمانی که T1 و T2 در شرایط ON هستند، T3 و T4 خاموش هستند در حالی که زمانی که T3 و T4 روشن هستند، دو مورد دیگر خاموش هستند. روشن کردن بیش از دو تریستور در یک زمان باعث اتصال کوتاه می شود که گرمای بیش از حد تولید می کند و بلافاصله مدار را می سوزاند. ساخت اینورتر پل کامل درست مانند اینورتر نیم پل است که اینورتر پل کامل یک پایه اضافی به همراه دارد.

حالت ۱: در ابتدا تمام تریستورها خاموش می شوند. در این حالت، T1 و T2 روشن می شوند. با روشن کردن T1 و T2، جریان از منبع DC به بار از طریق T1 وارد می شود در حالی که T2 یک مسیر زمین را فراهم می کند.

حالت ۲: پس از تغییر از حالت ۱ به حالت ۲، T1 و T2 اولیه فعال شده خاموش می شوند. در این حالت، D1 و D2 هدایت را آغاز می کنند. جهت جریان جریان با عبور جریان از D2 به D1 از طریق بار معکوس خواهد شد. این دیودها به دیودهای بازخوردی معروف هستند زیرا انرژی ذخیره شده را به بار برمی‌گردانند و به منبع باز می‌گردانند.

اینورتر پل کامل

حالت ۳: پس از تخلیه کامل بار، تریستور T3 و T4 فعال می شوند. به محض راه اندازی T3 و T4، جهت جریان از طریق بار یک بار دیگر تغییر می کند. در این حالت، جریان از طریق تریستور T3 وارد بار می شود در حالی که T4 مسیر خروجی را به جریان ارائه می دهد.

حالت ۴: T3 و T4 برای تغییر از حالت ۳ به حالت ۴ خاموش هستند. در این حالت دیودهای بازخورد شروع به هدایت می کنند. یک بار دیگر جهت جریان تغییر می کند. جریان از طریق این دیودهای بازخورد از بار به منبع شروع می شود.

اینورترهای پل سه فاز:

بارهای سنگین صنعتی و سایر بارهای سنگین نیاز به برق سه فاز دارند. برای اجرای این بارهای سنگین از دستگاه های ذخیره سازی یا سایر منابع DC، اینورترهای سه فاز مورد نیاز است. برای این منظور می توان از اینورترهای پل سه فاز استفاده کرد.

اینورتر پل سه فاز یکی دیگر از انواع اینورتر پل است که مطابق شکل از ۶ کلید کنترل شده و ۶ دیود تشکیل شده است. این پل را می توان در دو حالت مختلف بر اساس درجه پالس های گیت کار کرد. این حالت ها به عنوان حالت ۱۸۰ درجه و حالت ۱۲۰ درجه شناخته می شوند که در زیر تعریف شده اند.

حالت ۱۸۰ درجه:

در این حالت عملکرد، سه تریستور در حالت رسانایی خواهند بود که هر سه تریستور به ترتیب تک فاز را ارائه می دهند. در هر پایه، یک تریستور مکمل برای نیمی از زمان روشن می شود. به عبارت دیگر، یک تریستور به مدت نیمه روشن و دیگری بسته خواهد شد. بر حسب درجه، نیمه وقت را می توان ۱۸۰ درجه نشان داد. بین هر پا یک جابجایی ۱۲۰ درجه ای وجود خواهد داشت.
۰-۶۰°۶۰°-۱۲۰°۱۲۰°-۱۸۰°۱۸۰°-۲۴۰°۲۴۰°-۳۰۰°۳۰۰°-۳۶۰°
T1T1T1T4T4T4
T6T6T3T3T3T6
T5T2T2T2T5T5

فاصله زمانی بین کموتاسیون تریستور مکمل در یک پایه صفر است. این می تواند باعث اتصال کوتاه شود. برای جلوگیری از مشکل اتصال کوتاه، حالت عملکرد ۱۲۰ درجه ترجیح داده می شود.

حالت ۱۲۰ درجه:

در این حالت کار، تنها دو تریستور از شش تریستور در زمانی که هر سوئیچ در هر پایه ۱۲۰ درجه هدایت می کند، کار می کند. یک تاخیر زمانی ۶۰ درجه بین عملکرد دو تریستور در هر پایه وجود دارد که از اتصال کوتاه جلوگیری می کند.

۰-۶۰°۶۰°-۱۲۰°۱۲۰°-۱۸۰°۱۸۰°-۲۴۰°۲۴۰°-۳۰۰°۳۰۰°-۳۶۰°
T1T1DEAD TIMET4T4DEAD TIME
T6DEAD TIMET3T3DEAD TIMET6
DEAD TIMET2T2DEAD TIMET5T5

حالت های طبقه بندی عملیات

با توجه به نحوه عملکرد، اینورترها به ۳ دسته اصلی طبقه بندی می شوند که در اینجا به اختصار مورد بحث قرار می گیرد.

اینورترهای مستقل

اینورترهای مستقل به طور مستقیم به بارها بدون قطع شدن توسط منابع دیگر متصل می شوند. اینورترهای مستقل یا «اینورترهای حالت خارج از شبکه»، اینورترها در جایی که هیچ تأثیری از شبکه یا سایر منابع وجود ندارد، به تنهایی نیروی بار را تأمین می کنند.

اینورترهای مستقل

این اینورترها به اینورترهای حالت خارج از شبکه معروف هستند زیرا این اینورترها از شبکه برق آزاد هستند. این اینورترها را نمی توان به شبکه برق وصل کرد زیرا توانایی همگام سازی را ندارند، جایی که همگام سازی فرآیند تطبیق فاز و فرکانس اسمی (۵۰/۶۰ هرتز) هر دو منبع AC است.

مزایا

  • این نوع سیستم اینورتر یکی از بهترین ها برای تامین برق مداوم است.
  • این اینورترها فرکانس پایداری را برای بار فراهم می کنند.
  • این اینورترها ولتاژ پایدار را تامین می کنند.
  • اینورترهای خارج از شبکه یا مستقل بسیار ارزان تر هستند.
  • خودکفایی انرژی و قطع برق در شبکه برق بر سیستم خارج از شبکه تأثیری نخواهد گذاشت.

اینورترهای متصل به شبکه

اینورتر متصل به شبکه یا Grid-Tie (GTI) دو عملکرد اصلی دارد. یکی از عملکردهای اینورتر متصل به شبکه، تامین برق AC برای بارهای متناوب از دستگاه های ذخیره سازی (منابع DC) است در حالی که عملکرد دیگر اینورتر متصل به شبکه، تغذیه برق اضافی به شبکه است. این اینورترها همچنین به عنوان اینورترهای on-grid، utility-interactive، grid inter-tie یا grid back-feeding inverter شناخته می شوند.

این اینورترها به عنوان اینورترهای تعاملی شبکه یا اینورتر سنکرون نیز شناخته می‌شوند، زیرا فرکانس و فاز جریان را مطابق با شبکه برق همگام می‌کنند. توان از منابع DC به شبکه برق با افزایش سطح ولتاژ ولتاژ اینورتر منتقل می شود. در صورت انتقال حداکثر توان از منابع DC به شبکه های تجاری، موج جریان با سرب ۹۰ درجه جابجا می شود. اصل مورد استفاده برای انتقال توان به عنوان قضیه انتقال توان شناخته می شود که می گوید جریان توان را می توان با زاویه فاز کنترل کرد.

انواع اینورترهای متصل به شبکه

بر اساس توپولوژی پیکربندی، اینورترهای متصل به شبکه بیشتر به ۴ دسته اصلی تقسیم می شوند که در اینجا به اختصار مورد بحث قرار می گیرند.

اینورترهای مرکزی

قبل از اتصال منابع DC از منابع انرژی تجدیدپذیر و دستگاه های ذخیره سازی به شبکه برق، رشته هایی از منابع DC به یک اینورتر مرکزی اصلی تغذیه می شود که برق AC را به DC تبدیل می کند و آن را به شبکه برق تغذیه می کند. توان اینورترهای مرکزی از چند کیلووات تا ۱۰۰ مگاوات متغیر است.

اینورترهای مرکزی

مزایای اینورتر مرکزی

  • این سنتی ترین توپولوژی اینورتر است.
  • دسترسی آسان به عیب یابی و تعمیر و نگهداری دارد.
  • طراحی و پیاده سازی آسان سیستم

معایب

  • افزودنی دشوار: اضافه کردن رشته های بیشتر برای اهداف ارتقا بسیار دشوار است.
  • Single MPPT برای کل سیستم: فقط یک MPPT واحد برای کل سیستم استفاده می شود که خرابی آن می تواند کل سیستم را قطع کند.
  • نقطه شکست واحد برای کل سیستم: کل سیستم از کار می افتد، حتی اگر یک نقطه کار نکند.

اینورترهای رشته ای

راه دیگر برای اتصال منابع DC به شبکه، اتصال هر رشته از منابع DC (همانطور که در شکل نشان داده شده است) به هر اینورتر و سپس به شبکه است. به عبارت دیگر، هر رشته از منابع DC به هر اینورتر متصل است و خروجی همه اینورترها با هم ترکیب شده و به شبکه تغذیه می شود. توان این اینورترها از چند صد وات تا چند کیلو وات متغیر است.

اینورترهای رشته ای

مزایای اینورترهای رشته ای

  • توسعه پذیر: با افزودن رشته های بیشتر در صورت لزوم به راحتی مقیاس پذیر است.
  • Single MPPT: اینها قابلیت MPPT بهتری در هر رشته دارند.
  • اینها را می توان در سطوح رشته نظارت کرد.
  • اندازه کوچکتر: این اینورترها کوچکتر و سبکتر از اینورترهای مرکزی هستند.

معایب

  • هزینه هر وات بالاتری دارد
  • انعطاف پذیری ضعیف در سایه جزئی

میکرو اینورتر

این اینورترها به عنوان اینورتر ماژول نیز شناخته می شوند زیرا هر ماژول DC به هر میکرو اینورتر متصل است. خروجی همه اینورترها ترکیب شده و به شبکه برق تغذیه می شود. به طور معمول، اینورترهای ماژول از ۵۰ وات تا ۵۰۰ وات رتبه بندی می شوند. برخی از مزایا و معایب میکرو اینورترها به شرح زیر است
میکرو اینورتر

مزایای میکرو اینورترها

  • هر ماژول MPPT خود را دارد
  • دارای بالاترین انعطاف پذیری سیستم در بین تمام اینورترهای اتصال شبکه موجود است.
  • سیستم را می توان در سطح ماژول نظارت کرد.
  • حداقل هزینه سیم کشی DC را در بین همه دارد.

معایب

  • دسترسی برای تعمیر و نگهداری کمی دشوار است زیرا نصب ماژول عاقلانه است.
  • هزینه نگهداری آن نیز بالاست.
  • هزینه هر وات بالایی دارد.

مزایای اینورترهای متصل به شبکه

  • صرفه جویی در هزینه: اینورتر متصل به شبکه به شما این امکان را می دهد که از طریق راندمان بهتر و اندازه گیری خالص در پول بیشتری صرفه جویی کنید.
  • منابع انرژی تجدیدپذیر برق بیشتری از مقدار مورد نیاز برای بار تولید می کنند. این برق اضافی را می توان از طریق اندازه گیری شبکه به شبکه برق وارد کرد.
  • به عنوان یک باتری مجازی عمل کنید: شبکه ابزار به عنوان یک باتری مجازی عمل می کند که بسیار بهتر از باتری معمولی است. به جای ذخیره انرژی در دستگاه های ذخیره سازی، انرژی اضافی بر اساس وام به شبکه برق تغذیه می شود. هر زمان که انرژی مورد نیاز باشد، شبکه برق تامین خواهد شد.
  • با این کار در هزینه تعویض و نگهداری باتری نیز صرفه جویی می شود.

اینورترهای دو وجهی

اینورترهای Bimodal هم به صورت متصل به شبکه و هم به عنوان یک اینورتر مستقل کار می کنند. این اینورترها می‌توانند انرژی اضافی را از منابع تجدیدپذیر و دستگاه‌های ذخیره‌سازی به شبکه تزریق کنند و زمانی که انرژی تولید شده از منابع انرژی تجدیدپذیر کافی نیست، برق را از شبکه پس بگیرند. به عبارت دیگر، این اینورترها بسته به نیاز بار می‌توانند به‌عنوان اینورتر مستقل و شبکه‌ای عمل کنند. اینورترهای Bimodal چند منظوره هستند، از جمله عملکرد اینورترهای مستقل و شبکه ای.

اینورترهای دو وجهی

عملکرد اینورتر دووجهی با توجه به بار تغییر می کند. اگر مشکلی در شبکه وجود داشته باشد یا زمانی که برق از منابع انرژی تجدیدپذیر برای بار کافی باشد، عملکرد آن به اینورتر مستقل تغییر می کند (اینورتر مستقل می شود). در این حالت، سوئیچ انتقال اینورتر را از شبکه جدا می کند.

به محض اینکه منابع انرژی تجدیدپذیر شروع به تولید انرژی اضافی می کنند، نحوه عملکرد از حالت مستقل به شبکه متصل می شود. اینورتر فاز و فرکانس خود را با اینورتر هماهنگ می کند و شروع به تزریق انرژی اضافی به شبکه می کند.

مزایای اینورترهای Bimodal

  • بدون هزینه اضافی: استفاده از اینورترهای دووجهی باعث صرفه جویی در هزینه ما می شود زیرا به ژنراتورهای ذخیره سازی پشتیبان نیاز ندارد.
  • توان پشتیبان کمتر: باتری‌های AH پایین‌تر را می‌توان استفاده کرد زیرا درست مانند اینورترهای اتصال شبکه، انرژی را به جای ذخیره در باتری‌های ذخیره‌سازی در شبکه ذخیره می‌کند.
  • دروازه به دروازه هوشمند: استفاده از اینورترهای دووجهی با گذشت زمان به طور تصاعدی در حال افزایش است زیرا به طور خودکار از حالت به حالت تغییر می کند. تولید انرژی محلی در مقیاس کوچک را می توان ادغام کرد و در شبکه تغذیه کرد تا بر بحران انرژی غلبه کند.
  • دروازه ای به نوآوری های جالب جدید: اینورترهای دووجهی راهی را به سوی نوآوری های جالب جدید باز کردند.
  • پنل های خورشیدی حداکثر توان را در ظهر تولید می کنند. بنابراین، وسایل نقلیه الکتریکی را می توان به گونه ای برنامه ریزی کرد که از پنل های خورشیدی (Off-grid) انرژی مصرف کنند.
  • در نتیجه، برق اضافی را می توان در دستگاه ذخیره سازی پشتیبان ذخیره کرد و زمانی که زمان پرداخت بیشتر برای هر واحد KWH فرا رسید، می توان آن را به شبکه برق تغذیه کرد.

طبقه بندی ولتاژ خروجی

یک اینورتر ایده آل به اینورتر گفته می شود که سیگنال DC را به خروجی سینوسی خالص AC تبدیل می کند. مشکل اینورترهای کاربردی این است که سیگنال های خروجی آنها سینوسی خالص نیستند. بر اساس شکل موج خروجی، اینورترها به ۳ دسته اصلی طبقه بندی می شوند.

اینورترهای موج مربعی

اینها ساده ترین اینورترها هستند که DC را به AC تبدیل می کنند، اما شکل موج خروجی سینوسی خالص نیست که مورد نیاز است. این اینورترها دارای موج مربعی در خروجی هستند. به عبارت دیگر اینورترها ورودی DC را به صورت موج مربعی به AC تبدیل می کنند. در عین حال، اینورترهای موج مربعی نیز ارزان تر هستند.

ساده ترین ساخت این اینورترها می تواند اینورتر H-Bridge باشد. یک نسخه ساده دیگر را می توان با استفاده از یک سوئیچ SPDT (پرتاب دوبار با یک فشار) قبل از ترانسفورماتور همانطور که در شکل نشان داده شده است به دست آورد. این ترانسفورماتور همچنین به دستیابی به هر سطح ولتاژ خروجی مطلوب کمک خواهد کرد.

اینورترهای موج مربعی

عملکرد مدل داده شده بسیار ساده است. تنها با روشن و خاموش کردن سوئیچ، جریان جریان به طور همزمان در خروجی تغییر می کند. به عبارت دیگر، سوئیچینگ SPDT با فرکانس مورد نیاز، موج مربع AC را در ترمینال خروجی اینورتر معمولی، یعنی یک ترانسفورماتور با شیر مرکزی تولید می کند. اعوجاج هارمونیک یک موج سینوسی معمولی حدود ۴۵ درصد است که می توان با استفاده از فیلترهایی که برخی از هارمونیک ها را فیلتر می کنند، کاهش بیشتری پیدا کرد.

اینورتر تقریبا سینوسی

اینورترهای شبه سینوسی یا اینورترهای موج سینوسی اصلاح شده که دارای موج سینوسی پلکانی هستند. به عبارت دیگر سیگنال خروجی این اینورترها با قطبیت مثبت به صورت پلکانی افزایش می یابد. همانطور که در شکل نشان داده شده است، پس از لمس قله مثبت، سیگنال خروجی به صورت پلکانی شروع به کاهش می کند تا به قله منفی برسد.

اینورتر تقریبا سینوسی

ساخت اینورتر شبه موج سینوسی بسیار ساده تر از اینورتر موج سینوسی خالص است اما کمی پیچیده تر از اینورتر موج مربعی خالص است. موج خروجی یک موج مربعی به طور ناگهانی از مثبت به منفی تغییر می کند در حالی که خروجی موج شبه سینوسی قبل از تغییر قطبیت آن از مثبت به منفی گام های کوتاهی برمی دارد. بنابراین، اینورتر شبه موج سینوسی را می توان به طور مستقیم از اینورتر موج سینوسی خالص فقط با دادن یک تاخیر زمانی به سوئیچ ساخت. در مورد مدار داده شده، تأخیر باید در زمانی داده شود که موج در حال تغییر قطبیت خود از مثبت به منفی است. تکنیک های سوئیچینگ برای تغییر اینورترهای موج مربعی به اینورتر موج سینوسی کمی متفاوت است.

اگرچه موج خروجی حاصل از این اینورترها سینوسی خالص نیست، اما همچنان اعوجاج هارمونیک خروجی به ۲۴ درصد کاهش می یابد. فیلتر کردن اعوجاج را بیشتر کاهش می دهد، اما میزان اعوجاج همچنان قابل توجه است. به همین دلیل، این اینورترها برای راندن بسیاری از انواع بارها از جمله مدارهای الکترونیکی ترجیح داده نمی شوند.

موج شبه سینوسی ممکن است برای همیشه به دستگاه های الکترونیکی که تایمر در مدارهای خود دارند آسیب برساند. تمام وسایلی که دارای یک موتور هستند، اگر با یک اینورتر موج سینوسی شبه سینوسی متصل شوند، به اندازه یک اینورتر موج سینوسی خالص کارایی لازم را ندارند. علاوه بر این، انتقال سریع در شکل موج ممکن است باعث ایجاد نویز شود. با توجه به این مشکلات، اینورترهای شبه سینوسی کاربرد محدودی دارند.

اینورتر موج سینوسی خالص

اینورترهای سینوسی خالص DC را به AC سینوسی تقریباً خالص تبدیل می کنند. شکل موج خروجی اینورتر موج سینوسی خالص هنوز سینوسی ایده‌آل نیست، اما از هر دو اینورتر موج مربعی و شبه سینوسی بسیار نرم‌تر است.

شکل موج خروجی اینورترهای موج سینوسی خالص دارای هارمونیک بسیار کم است. هارمونیک ها امواج سینوسی هستند که مضرب های فرد فرکانس اصلی با دامنه های مختلف هستند. هارمونیک ها بسیار نامطلوب هستند زیرا باعث ایجاد مشکلات جدی در لوازم مختلف می شوند. این هارمونیک ها را می توان با استفاده از تکنیک های مختلف PWM و سپس عبور سیگنال خروجی از فیلتر پایین گذر کاهش داد.

اینورتر موج سینوسی خالص

ساخت و کار اینورترهای موج سینوسی خالص بسیار پیچیده تر از اینورترهای موج مربعی و اصلاح شده است. ایده اصلی پشت کار اینورتر موج سینوسی خالص را می توان در نمودار مدار مشاهده کرد. سیگنال های PWM کم توان با مقایسه سیگنال مرجع با موج مثلثی فرکانس بالا تولید می شوند، جایی که سیگنال مرجع دارای فرکانس است که فرکانس خروجی اینورتر را تعیین می کند. علاوه بر این، سیگنال PWM کم توان تقویت شده و برای اجرای سوئیچ های اینورترهای پل H یا دیگر اینورترهای توپولوژیکی استفاده می شود. پس از آن، خروجی اینورتر از فیلتر پایین گذر عبور می کند که موج سینوسی تقریباً خالص را ارائه می دهد.

این اینورترها نسبت به دو اینورتر قبلی ترجیح داده می شوند زیرا اکثر دستگاه های الکتریکی برای عملکرد بهتر به موج سینوسی خالص نیاز دارند. همانطور که قبلاً بحث شد، اینورترهای موج مربعی یا موج شبه سینوسی به وسایل الکتریکی، به ویژه آن دسته از وسایلی که دارای موتور هستند، آسیب می رساند. بنابراین برای مصارف عملی از اینورترهای سینوسی خالص استفاده می شود.

تعداد طبقه بندی عاقلانه سطح ولتاژ

اینورترها بر اساس تعداد سطوح خروجی به دو دسته تقسیم می شوند. تعداد سطوح خروجی هر اینورتر می تواند حداقل دو یا بیشتر از دو باشد. هر دو دسته در اینجا به اختصار مورد بحث قرار می گیرند.

اینورتر دو سطحی

اینورترهای دسته بندی شده در این دسته دارای دو سطح خروجی هستند. ولتاژ خروجی متناوب بین مثبت و منفی بود. این ولتاژها با فرکانس اصلی (۵۰ هرتز یا ۶۰ هرتز) متناوب می شوند. برخی به اصطلاح “اینورترهای دو سطحی” دارای سه سطح در شکل موج خروجی خود هستند. دلیل دسته بندی اینورترهای سه سطحی در این دسته به این دلیل است که در واقع دو سطح با سطح ولتاژ صفر اضافی هستند. عملاً صفر یک سطح ۳ است اما همچنان در اینورترهای دو سطحی طبقه بندی می شود.

این دسته شامل اینورترهای پل H است که برخی از آنها در این مقاله به اختصار توضیح داده شده است. برخی از توپولوژی‌های جدید نیز پیشنهاد شده‌اند، یعنی استفاده از دستگاه‌های توان بالا با فرکانس سوئیچینگ پایین.

مدار اینورتر دو سطحی از منابع و چند کلید برای کنترل جریان یا ولتاژ تشکیل شده است. اینورترهای دو سطحی به دلیل تلفات سوئیچینگ و محدودیت‌های رتبه‌بندی دستگاه، محدودیت‌هایی در کار با فرکانس بالا در کاربردهای ولتاژ بالا دارند. با این حال، رتبه بندی سوئیچ ها را می توان با ترکیب های سری و موازی افزایش داد. به گروهی از کلیدها در اینورترهای دو سطحی که نیم سیکل مثبت را ارائه می‌کنند، سوئیچ‌های گروه مثبت و گروه دیگر کلیدهایی که نیم سیکل منفی را تامین می‌کنند، گروه منفی نامیده می‌شوند.

اینورترهای دو سطح به دلیل زیر ترجیح داده نمی شوند. اینورترها باید با حداقل تعداد کلید با حداقل مقدار منبع تغذیه کار کنند تا توان را در مراحل ولتاژ کوچک تبدیل کنند. گام های ولتاژ کوچکتر شکل موجی با کیفیت بالا ارائه می دهد. علاوه بر این، فشار ولتاژ (dv/dt) روی بار و نگرانی‌های سازگاری الکترومغناطیسی را کاهش می‌دهد. در مقایسه با اینورترهای دو سطح، فقط دو سطح دارد که بسیار نامطلوب است. بنابراین، اینورترهای چند سطحی برای استفاده عملی تر ترجیح داده می شوند.

اینورتر چند سطحی (MLI)

اینورترهای چند سطحی سیگنال DC را به شکل موج پلکانی چند سطحی تبدیل می کنند. شکل موج خروجی اینورتر چند سطحی مستقیماً بین مثبت و منفی نیست، بلکه در چند مرحله تغییر می کند. همانطور که صافی شکل موج با تعداد سطوح ولتاژ نسبت مستقیم دارد. بنابراین، اینورتر چند سطحی موج بسیار نرم تری تولید می کند. این ویژگی مراحل کوچکتر آن را برای کاربردهای عملی همانطور که قبلاً توضیح داده شد قابل استفاده می کند. مقایسه اینورتر چند سطحی با اینورتر دو سطحی در جدول قابل مشاهده است.

پارامترهااینورتر دو سطحیاینورترهای چند سطحی
تعداد سطوح خروجی۲ یا ۳بیشتر از ۳
ولتاژ خروجیولتاژ خروجی پایینولتاژ خروجی بالا
تنظیم ولتاژقابل تنظیم نیستتنظیم ولتاژ قابل تنظیم
هارمونیک هابالاپایین
بهره وریکمزیاد

مزایای اینورتر چند سطحی

برخی از مزایای دیگر اینورترهای چند سطحی عبارتند از

  • شکل موج ولتاژ بهتر: با استفاده از اینورتر چند سطحی، می توان به شکل موج ولتاژ بهتری دست یافت.
  • فرکانس سوئیچینگ را می توان برای عملکرد PWM بیشتر کاهش داد.
  • ولتاژ بالا با استفاده از دستگاه های رتبه پایین: با استفاده از اینورتر چند سطحی، ولتاژ AC بالا را می توان با استفاده از دستگاه های رتبه بندی ولتاژ پایین تولید کرد. در مورد اینورترهای سنتی، تعداد کلیدها کمتر از MLI است. بنابراین، سوئیچ های رتبه بندی بالا مورد نیاز است که به مقدار محدود در دسترس هستند و بسیار گران هستند. اینورترهای MLI کلیدهای زیادی دارند که هر کلید تا حدی مسئول سطح کمی از ولتاژ و کنترل جریان است. به جای کنترل سطح عظیم ولتاژ مانند اینورتر دو سطحی سنتی.
  • اندازه فیلتر را کاهش دهید زیرا موج تولید شده توسط اینورتر چند سطحی نزدیک به موج سینوسی مورد نیاز است بنابراین تعداد هارمونیک های کمتری وجود خواهد داشت. اندازه فیلتر با تعداد هارمونیک های مورد نیاز برای حذف نسبت معکوس دارد. موج خروجی MLI دارای تعداد هارمونیک کمتری است. بنابراین فیلترهای کوچکتر برای حذف هارمونیک ها کافی است.
  • کیفیت توان بهتر: اینورترهای چند سطحی کیفیت برق نسبتاً بهتری را ارائه می دهند.
  • THD پایین: با صاف تر شدن موج خروجی، اعوجاج هارمونیک کل کاهش می یابد. موج خروجی MLI نزدیک به موج سینوسی خالص است، بنابراین در این حالت، THD کاهش می یابد.
  • تلفات کم سوئیچینگ: تلفات با فرکانس نسبت مستقیم دارند. تلفات کلیدی اصلی به دلیل همپوشانی ولتاژ و جریان است. با توجه به P=VI اگر یکی از آنها صفر باشد ضرری وجود نخواهد داشت. رابطه معکوس بین جریان و ولتاژ نشان می دهد که پس از روشن شدن، جریان شروع به افزایش می کند در حالی که ولتاژ کاهش می یابد. در صورت خاموش شدن کلید، ولتاژ افزایش و جریان کاهش می یابد. اگر زمان انتقال حداکثر باشد، زمان تداخل بین جریان و ولتاژ حداکثر خواهد بود. اگرچه اینورترها برای پاسخگویی بهتر باید با حداکثر فرکانس کار کنند، اما میزان تلفات غیر قابل کنترل خواهد بود. در مورد اینورترهای چند سطحی، این تلفات سوئیچینگ را می توان کاهش داد.
  • کاهش تلفات توسط ولتاژ پایین در حالت و جریان نشتی خارج از حالت.

انواع اینورترهای چند سطحی

سه نوع اصلی اینورتر چند سطحی وجود دارد که در اینجا به اختصار مورد بحث قرار می گیرد.

اینورتر خازن پرنده (FCMI)

عامل اصلی برای انتقال سطوح ولتاژ به بار در این توپولوژی خازن است. حالت های سوئیچینگ در اینورتر چند سطحی پرنده مانند “اینورتر گیره دیودی” با استثناء دیودهای گیره در FCMI است. در این اینورتر به دلیل فرکانس سوئیچینگ بالا می توان جریان هر دو توان اکتیو و راکتیو را کنترل کرد. با این حال، فرکانس سوئیچینگ بالا تلفات اضافی ایجاد می کند.

اینورتر خازن پرنده (FCMI)

خازن های پرنده درجه آزادی بالاتری را برای ارائه ولتاژ خروجی خاص با استفاده از تعداد کمتری از دستگاه های نیمه هادی قدرت فراهم می کنند. هدف از این پیکربندی، حفظ ولتاژ خروجی آن در سطح مورد نظر، جلوگیری از اعوجاج در خروجی آن است. دو روش برای تنظیم ولتاژ خازن وجود دارد. این دو نوع عبارتند از: تعادل طبیعی و طرح های فعال.

حداکثر ولتاژ خروجی این اینورتر نصف ولتاژ ورودی اعمال شده است. به عبارت دیگر، سطح ولتاژ خروجی نمی تواند بیش از نیمی از ولتاژ اعمال شده را افزایش دهد. اینورترهای خازن پرنده بیشتر به دو دسته اصلی تقسیم می شوند.

  • اینورترهای خازن پرنده متقارن
  • اینورترهای خازن پرنده نامتقارن

اینورتر گیره دار دیود (DCMI)

همانطور که از نام آن پیداست، دیود با خازن ها برای تامین سطوح مختلف ولتاژ خروجی استفاده می شود. در این توپولوژی دیود عامل اصلی اصلاح است و همچنین منبع ورودی و سطوح ولتاژ خروجی را کنترل می کند. این اینورتر به تعداد کلیدهای کنترلی کمتری نیاز دارد. این باعث تولید هارمونیک های پایین می شود و همچنین امواج تولید شده توسط این اینورتر نسبتاً کمتر از اینورتر دو سطحی خواهد بود.

اینورتر گیره دار دیود (DCMI)

با توجه به سطح ولتاژ خروجی، انواع مختلفی از اینورترهای گیره دار دیودی وجود دارد. معروف ترین دو نوع، ۵ سطح و ۹ سطح هستند. حداکثر سطح ولتاژ خروجی نصف ولتاژ ورودی در اینورتر چند سطحی با دیود ۵ سطحی است. دلیل اصلی آن این است که فقط از یک خازن استفاده می کند. حداکثر ولتاژ خروجی در اینورتر دیود گیره دار ۹ سطحی بیشتر از ولتاژ ورودی اعمال شده است. برای افزایش ولتاژ خروجی از خازن های بیشتری استفاده می کند. تنش ولتاژ هر دستگاه از طریق دیود گیره به سطح ولتاژ یک خازن محدود می شود.

تعداد کلیدهای مورد نیاز برای M تعداد سطوح ۲ (M-1) خواهد بود، در حالی که تعداد دیودهای مورد نیاز (M-1)*(M-2) خواهد بود. این مشکل اصلی اینورترهای دیود گیره دار است زیرا طبق معادله تعداد دیودهای مورد نیاز برای یک اینورتر ۹ سطحی ۵۶ دیود خواهد بود. این تعداد زیادی دیود است که خرابی یک دیود باعث اختلال در عملکرد مدار می شود.

مزایای اینورتر دیود گیره دار.

  • می توان از آن برای انتقال ولتاژ بالا DC به AC استفاده کرد.
  • هیچ فایلری لازم نیست زیرا شکل موج خروجی تقریباً سینوسی خالص است.
  • کارایی خوب: کارایی خوبی دارد. دلیل آن این است که سوئیچ ها با فرکانس خروجی روشن و خاموش می شوند.

اینورتر پل H آبشاری

کلمه cascaded به معنای در ارتباط سری بودن است. این اینورترها به اینورترهای پل H آبشاری معروف هستند زیرا دو اینورتر پل H در حالت آبشاری به هم متصل هستند. به عبارت دیگر، دو اینورتر پل H به صورت سری به هم متصل می شوند که موج ولتاژی بیش از دو سطح را ارائه می دهند.

طبقه بندی سطح اینورترهای پل H

اینورترهای پل H آبشاری بر اساس سطوح خروجی بیشتر تقسیم می شوند. سوئیچ ها مسئول تعداد سطوح خروجی هستند. تعداد سوئیچ های مورد نیاز برای سطوح خروجی M 2 (M-1) خواهد بود در حالی که تعداد منابع مورد نیاز (M-1)/2 خواهد بود. بر اساس این معادله، اینورترهای پل H آبشاری واقعی وجود دارد، اما دو اینورتر پل H آبشاری معروف عبارتند از.

  • اینورتر پل H آبشاری ۵ سطحی
  • اینورتر پل H آبشاری ۹ سطحی

اینورتر پل H آبشاری ۵ سطحی: این اینورترها سیگنال DC را به AC با ۵ سطح ولتاژ تبدیل می کنند. در پل H سنتی، سیگنال خروجی دارای دو سطح ± VDC است در حالی که در این اینورترها، سطوح موج خروجی ± Vdc، ± Vdc/2، ۰ خواهد بود. مزیت اصلی این توپولوژی این است که عدم تعادل ولتاژ بسیار کم است.

تعداد کلیدهای مورد نیاز برای ۵ اینورتر سطح طبق معادله ۲ (M-1) 8 خواهد بود که در آن هر پل H معمولی ۴ کلید را ارائه می دهد. در حالی که تعداد منبع مورد نیاز طبق رابطه (M-1)/2 2 خواهد بود.

طبقه بندی تقارن اینورترهای پل H

اینورترهای پل H آبشاری با توجه به تقارن پل به دو دسته تقسیم می شوند. نیازی به بحث در مورد این انواع نیست زیرا نام آنها همه چیز را در مورد ساختار آنها نشان می دهد. این دو نوع هستند

  • اینورتر چند سطحی پل H آبشاری متقارن
  • اینورتر چند سطحی پل H آبشاری نامتقارن

طبقه بندی PWM

PWM برای کنترل داخلی اینورتر و همچنین برای تغییر شکل ولتاژ خروجی تا حد امکان نزدیک به موج سینوسی استفاده می شود. برخی از دلایل دیگر استفاده از تکنیک های PWM هستند

  • برای خلاص شدن از شر هارمونیک های پایین تر در ولتاژ خروجی
  • نیاز فیلتر را به حداقل برسانید زیرا هارمونیک های پایین قبلاً با استفاده از PWM حذف می شوند در حالی که هارمونیک های بالاتر را می توان به راحتی حذف کرد.
  • کنترل آسان ولتاژ خروجی با استفاده از تکنیک های مختلف PWM.

مدولاسیون عرض پالس تک (تک PWM)

سیگنال دروازه برای سوئیچ در مدولاسیون عرض پالس تک با مقایسه یک پالس مرجع با موج حامل مثلثی تولید می شود. این مقایسه در هر نیم سیکل موج خروجی، یک پالس منفرد تولید می کند، از این رو مدولاسیون عرض پالس منفرد نامیده می شود. به عبارت دیگر، دو پالس برای مرجع ارائه می شود که هر پالس نیم سیکل ولتاژ خروجی را ارائه می کند.

مدولاسیون عرض پالس تک (تک PWM)

مزایا:

  • ارزان تر: این اینورترها نسبتاً ارزان تر هستند
  • کار برای بار معمولی: اینورترهای SPWM برای بارهای معمولی مانند نور، لامپ ها و فن ها کار می کنند.

معایب:

  • مشکل اصلی در این اینورترها وارد کردن هارمونیک در خروجی است.

مدولاسیون عرض پالس چندگانه (Multiple PWM)

محدودیت‌های اینورترهای SPWM توسط MPWM برطرف می‌شوند که در آن پالس‌های مرجع متعدد با موج مثلثی فرکانس بالا برای هر نیم سیکل ولتاژ خروجی مقایسه می‌شوند. تعداد پالس های مورد نیاز برای هر نیمه را می توان از معادله بدست آورد.

جایی که fo فرکانس سیگنال خروجی است در حالی که fc فرکانس حامل است.

مدولاسیون عرض پالس چندگانه (Multiple PWM)

مدولاسیون عرض پالس سینوسی (SPWM)

در این تکنیک، عرض پالس با توجه به دامنه موج سینوسی مرجع موج می زند. این سیگنال مرجع فرکانس خروجی موج ولتاژ را تعیین می کند در حالی که شاخص مدولاسیون مقدار RMS ولتاژ خروجی سینوسی را تعیین می کند. پالس های گیت تولید شده برای سوئیچ ها با مقایسه موج حامل مثلثی با موج سینوسی مرجع است. سیگنال مرجع مورد استفاده در این تکنیک یک موج سینوسی است که به عنوان مدولاسیون عرض پالس سینوسی شناخته می شود.

مدولاسیون عرض پالس سینوسی (SPWM)

چندین پالس برای هر نیم سیکل ولتاژ خروجی استفاده می شود اما به جای عرض پالس یکسان، عرض پالس ها متناسب با موج سینوسی افزایش می یابد. عرض پالس ها به صورت سینوسی افزایش می یابد. همانطور که در شکل نشان داده شده است، درست مانند یک موج سینوسی که پس از یک دوره زمانی خاص متناوب می شود، پالس های حاصل نیز تغییر می کنند.

مزایا:

  • ولتاژ خروجی به دست آمده نزدیک به موج سینوسی است که مورد نیاز است.
  • مقدار هارمونیک پایینی در ولتاژ خروجی وجود دارد.

مدولاسیون عرض پالس سینوسی اصلاح شده (MSPWM)

در تکنیک MSPWM از ۶۰ درجه اول و آخر هر نیم موج برای مدولاسیون استفاده می شود. این تکنیک PWM موج سینوسی بسیار نرم‌تری را در مقایسه با تکنیک‌های مورد بحث قبلی ارائه می‌کند.

اگر قصد خرید اینورتر اصل، با کیفیت و با قیمت مناسب را دارید می توانید از فروشگاه پارس سنسور، یکی از نمایندگی های فروش اینورتر در تهران خرید خود را انجام دهید. همچنین می توانید با فروشگاه تماس گرفته و مشاوره خرید نیز بگیرید.

0
دیدگاه‌های نوشته

*
*

تخفیف بالای %10
!همین الآن عضو شوید

برای گرفتن کدهای تخفیف جدید ایمیل خود را وارد کنید

از عضویت شما سپاس گزاریم