آذر
اینورترهای برق چه هستند و چگونه کار می‌کنند؟
اینورتر DC
===========================
اینورتر چیست؟
اینورتر (یا اینورتر برق) یک وسیله الکترونیکی قدرت‌است که برای تبدیل ولتاژ DC به ولتاژ AC استفادهمیشود. اگرچه از برق DC در وسایل کوچک الکتریکی استفادهمیشود ، بیشتر تجهیزات خانگی با برق متناوب کارمی‌کنند. از این رو ما به یک روش کارآمد برای تبدیل برق DC به برق AC نیازداریم.
اینورتر یک دستگاه استاتیک‌است. اینورتر می‌تواند یک شکل از توان الکتریکی را به اشکال دیگر تبدیل‌کند. اما نمی‌تواند توان الکتریکی تولیدکند. از این رو اینورتر یک مبدل‌است و نه ژنراتور.
می‌تواند به عنوان یک دستگاه مستقل مانند انرژی خورشیدی یا برق برگشتی برای لوازم خانگی استفاده‌شود. اینورتر برق DC رااز باتری‌ها گرفته و در زمان قطع برق به برق متناوب تبدیل می‌کند.
اینورتر توان در شبکه سیستم قدرت برای تبدیل برق DC با توان بالا به برق AC استفادهمیشود. این اینورتر به عنوان اینورتر شبکه ای شناخته‌می‌شود.
اینورتر چگونه کار می‌کند؟
بیایید با استفاده از یک مثال عملکرد اینورتر را درک‌کنیم. یک لامپ متصل به باتری را در نظربگیرید، که یک مسیر بسته را تشکیل داده‌است. از این رو جریان از طریق لامپ عبور می‌کند.
لامپ دارای دو ترمینال “A” و “B”است. ترمینال مثبت و منفی باتری به ترتیب به ترمینال “A” و “B” متصل شده و لامپ روشن خواهدشد.
اکنون ، ترمینال های باتری را تغییردهید. لامپ در این شرایط نیز روشن خواهدشد. بنابراین ، تفاوت این دو مورد درچیست؟
در اینجا ، تفاوت فقط در جهت جریان ACاست.
حال‌تصورکنید که می توانید باتری را 50 یا 60 دور در دقیقه بچرخانید. چه اتفاقی خواهد افتاد؟ پلاریته 50 یا 60 بار تغییر خواهد کرد که این شبیه به یک برق متناوب با فرکانس 50 یا 60 هرتز خواهد بود.
این فقط برای درک اصول کار اینورتر‌است.
عملاً ، اینورتر هرگز به این شکل کار نمیکند و قطعات دوار ندارد.
اینورتر از سوئیچ های الکترونیکی قدرت مانند IGBT و MOSFET ستفاده می کند. تعداد سوئیچ ها به نوع اینورتر بستگی‌دارد.
بیایید یک مدار دیاگرام از یک اینورتر تک فاز تمام پل را برای درک نحوه عملکرد به کار ببریم.
نمودار مدار اینورتر تک فاز تمام پل
چهار سوئیچ وجود دارد. یک منبع DC به سوئیچ ها و بار وصل‌شده‌است.
وقتی کلیدهای S1 و S2 روشن باشند ، S3 و S4 خاموش‌هستند ، جهت جریان از طریق بار در این شرایط مثبت‌است. این یک نیم سیکل مثبت از خروجی ACاست.
حالا ، S3 و S4 روشن‌است ، S1 و S2 خاموش‌است. جریان در جهت مخالف جاری می‌شود. این یک نیم سیکل منفی از خروجی AC را نشان می‌دهد.
زمان روشن و خاموش شدن کلیدها فرکانس خروجی را تعیین می‌کند. خروجی اینورتر یک موج مربع‌است.
===========================
انواع اینورتر
با توجه به شکل موج خروجی ، سه نوع اینورتر وجود دارد :
- 1- اینورتر موج مربعی
- 2- اینورتر موج سینوسی اصلاح‌شده
- 3- اینورتر موج سینوسی
1- اینورتر موج مربعی
این نوع ساده ترین نوع اینورتر است ولی بسیار کم مورد استفاده قرارمیگیرد. شکل موج خروجی این اینورتر یک موج مربعی‌است. لوازم خانگی و بیشتر وسایلی که با برق AC کار می‌کنند ، برای شکل موج سینوسی طراحی‌شده‌اند.
این نوع اینورتر سیگنال مستقیم DC را به سیگنال AC تبدیل‌می‌کند. اما خروجی سیگنال AC خالص نیست. این ارزانترین نوع اینورتر است.
اگر تجهیزات را به اینورتر موج مربعی وصل کنید ، تجهیزات ممکن است در بدترین حالت آسیب ببینند.
شکل موج خروجی اینورتر موج مربعی
2- اینورتر موج سینوسی اصلاح شده
این اینورتر به اینورتر شبه موج نیز معروف‌است. این اینورتر سیگنال نزدیک به موج سینوسی را تولید‌می‌کند. اما نمی تواند موج سینوسی یکنواخت ایجادکند.
اینورتر موج سینوسی اصلاح شده قبل از تغییر فاز مکث ایجاد می‌کند. مانند موج ثابت ، فاز مستقیماً از مثبت به منفی تغییر‌نمی‌کند.
ساختار این اینورتر پیچیده تر از اینورتر موج مربعی اما ساده تر از اینورتر موج سینوسی‌است.
شکل موج خروجی اینورتر موج سینوسی اصلاح‌شده
3- اینورتر موج سینوسی
این کارآمدترین و پیچیده ترین نوع اینورتر‌است. این موج سینوسی خالص را تولید می‌کند. تمام تجهیزات AC برای کار بر روی سیگنال موج سینوسی طراحی شده‌اند.
با اصلاح شکل موج خروجی ، می‌توان از اینورتر موج مربعی یک موج سینوسی تولیدکرد.
این اینورتر کمترین ضرر را‌داشته‌است. اما هزینه این اینورتر بسیار زیاد‌است. از این نوع اینورترها در مصارف مسکونی و تجاری بسیار استفادهمیشود.
شکل موج خروجی اینورتر موج سینوسی
با توجه به نوع بار ، دو نوع برق متناوب تکفاز و سه فاز وجوددارد. بنابراین ، دو نوع بار وجود دارد. و با توجه به آن ، دو نوع اینورتر وجوددارد:
- 1- اینورتر تک فاز
- 2- اینورتر سه فاز
اینورتر تک فاز
اگر بار تک فاز باشد ، اینورتر برای راه اندازی بار تک فاز استفادهمیشود. که شامل دو نوع می‌باشد؛
- 1- اینورتر نیم پل
- 2- اینورتر تمام پل
اینورتر نیم پل تکفاز
همانطور که در مدار زیر نشان داده‌شده‌است ، دو تریستورS1 وS2 با دو دیود فیدبک D1 و D2 متصل‌می‌شوند.
ولتاژ تغذیه به دو قسمت مساوی تقسیم‌می‌شود. بار مقاومتی برای درک اصول عملکرد استفاده‌شده‌است.
نمودار مدار اینورتر تک فاز نیم پل
حالت 1
تریستور S1 در این حالت روشن و S2 خاموش‌است. مسیر عبور جریان V / 2-S1-B-RL-A-V / 2است.
جهت جریانی که از بار عبور می کند از B به Aاست. و ولتاژ روی بار، مثبت V / 2است. در این حالت ، سیکل مثبت خروجی تولید می‌کند.
نیم سیکل مثبت اینورتر نیم پل تک فاز
حالت 2
تریستور S2 در این حالت روشن و S1 خاموش‌است.
مسیر عبور جریان V / 2-A-RL-B-S2-V / 2 است.
جهت جریان عبوری از بار از A به B می‌باشد. ولتاژ روی بار ، منفی V / 2 است. در این حالت ، سیکل منفی خروجی تولید‌می‌کند.
نیم سیکل منفی اینورتر نیم پل تک فاز
اینورتر تک فاز تمام پل
در اینورتر تمام پل ، چهار تریستور و چهار دیود فیدبک استفاده شده‌است. یک منبع DC به مدار اعمال می‌شود.
در اینورتر نیم پل ، هر بار یک سوئیچ روشن‌است. و در یک اینورتر تمام پل ، دو سوئیچ همزمان روشن می‌شوند.
نمودار مدار اینورتر تک فاز تمام پل
حالت 1
تریستور S1 و S2 روشن و تریستور S3 و S4 خاموش‌هستند
در این حالت مسیر عبور جریان V-S1-A-RL-B-S2-Vاست.
جریانی که از طریق بار عبور می کند از A به Bاست و یک نیم سیکل مثبت ایجادمی‌کند.
نیم سیکل مثبت اینورتر تک فاز تمام پل
حالت 2
تریستور S3 و S4 روشن و تریستور S1 و S2 خاموش‌هستند.
مسیر عبور جریان V-S3-B-RL-A-S4-V است.
جهت جریانی که از طریق بار عبور می‌کند از B به A است و یک نیم سیکل منفی ایجاد می‌کند.
نیم سیکل منفی اینورتر تک فاز تمام پل
اینورتر سه فاز
به طور کلی ، منبع تغذیه سه فاز AC در صنایع مورد‌استفاده‌قرار می‌گیرد و بار آن سه فازاست. در این حالت ، از یک اینورتر سه فاز برای راه اندازی این بار‌استفاده‌می‌شود.
نمودار مدار اینورتر سه فاز
در اینورتر سه فاز ، شش دیود و شش تریستور استفاده‌شده‌است.
با توجه به زمان هدایت تریستور ، این اینورتر به دو نوع تقسیم‌می‌شود :
- حالت عملکرد 120 درجه
- حالت عملکرد 180 درجه
1- حالت عملکرد 120 درجه
در یک زمان ، دو تریستور در حال هدایت هستند. زمان هدایت برای همه تریستورها 120 درجه‌است. این بدان معناست که ، یک سوییچ برای این 120 درجه روشن و برای 240 درجه بعدی خاموش می‌باشد.
شکل ولتاژ فاز یک موج ، شبه مربع و شکل ولتاژ خط ، یک شکل موج سه پله‌است.
شکل موج خروجی حالت عملکرد اینورتر 120 درجه
2- حالت عملکرد 180 درجه
همزمان سه تریستور در حال هدایت هستند. زمان هدایت برای همه تریستورها 180 درجه‌است.
شکل ولتاژ خط و ولتاژ فاز مخالف حالت عملکرد 120 درجه می‌باشد .
در حالت عملکرد 180 درجه ، دو تریستور پل مشترک به طور همزمان روشن و خاموش‌هستند. به عنوان مثال ، در نیم سیکل (180 درجه) S1روشن‌است و نیمه سیکل بعدی S4 روشن‌است. بنابراین ، در همان زمان ،S1 خاموش و S4 روشن‌است. به دلیل همین هدایت همزمان ، ممکن‌است منبع اتصال کوتاه‌شده‌باشد.
این مشکل در حالت عملکرد 120 درجه از اتفاق نخواهد افتاد.
شکل موج خروجی حالت عملکرد 180 درجه اینورتر
===========================
کاربردهای اینورتر
برخی از کاربردهای اینورتر عبارتند از:
- وقتی برق اصلی در دسترس نباشد ، یک منبع تغذیه بدون وقفه (UPS) از باتری و اینورتر استفاده‌می‌کند.
- اینورتر توان(قدرت) مورد استفاده در خط انتقال HVDC ، همچنین برای اتصال دو سیستم AC غیرهمزمان (آسنکرون) استفادهمیشود.
- خروجی صفحه خورشیدی برق DCاست. اینورتر خورشیدی برای تبدیل برق DC به برق AC استفادهمیشود.
- اینورتر ولتاژ خروجی متغیری را با استفاده از واحد کنترل (اینورتر حلقه بسته) تولید‌می‌کند. سرعت اینورتر توسط ولتاژ متغیر منبع ، کنترل‌می‌شود. به عنوان مثال ، از آن در موتور کمپرسور یخچال ، حمل و نقل ریلی ، کنترل سرعت موتور القایی ، خودرو الکتریکی استفادهمیشود.
- این می‌تواند توان فرکانس پایین AC را به فرکانس بالاتر که در گرمایش القایی استفاده می شود تبدیل‌کند.
===========================
مقالات مرتبط :
تفاوت بین اینورتر و UPS ( منبع تغذیه بدون وقفه )
کاربردهای درایو و اینورتر موتور الکتریکی
لینک زبان اصلی مقاله :