طراحي و ساخت يك اينورترسينوسي

[am in 25041]

در بخش هاي قبلي با تعاريف انواع UPS ساختار دروني و موارد كاربرد آنها همراه با مزايا و معايب هر يك آشنا شديم و ديديم كه بخش اصلي هر UPS قسمت اينورتر يا مبدل DC به AC ، آن است كه وظيفه تبديل ولتاژ DC باتري را به ولتاژ AC در خروجي و تغذيه بار به عهده دارد واز نظر شكل موج نيز UPS هاي سينوسي بهترين انتخاب هستند. بنابراين مي توان گفت هسته اصلي يك UPS خوب يك اينورتر سينوسي است. روش ها و ساختارهاي بسيار متنوعي براي ساخت اينورترها وجود دارد كه در اكثر كتاب هاي الكترونيك به آن ها اشاره شده است. ملاحظات طراحي مانند هزينه ، حجم ، كيفيت ، راندمان ، دسترسي به تكنولوژي ها و نقطه كار و مورد استفاده يك اينورتر ، معيارهاي انتخاب روش ساخت يك اينوتر براي UPS سينوسي توليد يك سيگنال سينوسي 50 هرتز و اعمال آن به بيس چند ترانزيستور قدرت و تقويت خطي اين سيگنال تا دامنه 220 ولت و چندين آمپر جريان مي باشد اما به علت كار ترانزيستورها در ناحيه اكتيو وتلفات بسيار زياد بر روي ترانزيستورهاي قدرت حجم و هزينه اين طراحي بسيار بالا و به طبع آن ، راندمان بسيار پايين است (كمتر از 50%) به طوري كه عملا مورد استفاده نخواهد بود. بنابراين بهتر است از سوئيچينگ ترانزيستورهاي قدرت و تقويت ولتاژ و انتقال توان به كمك ترانسفورمر و سپس ***** كردن خروجي سوئيچ شده و حصول مولفه سينوسي 50 هرتز در خروجي استفاده شود. در اين حالت روش كنترل سوئيچينگ براي تثبيت ولتاژ و شكل موج خروجي ، كنترل پهناي پالس هاي فرمان سوئيچ ها مي باشد. بنابراين روش كنترل يكي از انواع مدولاسيون پهناي پالس مانند SOWM,Multiple, PWM, Single PWM يا PWM سينوسي MSPWM و يا تركيب آنها مي باشد كه از بحث تئوري و مقايسه آنها اجتناب كرده و تنها اشاره مي كنيم كه چون اينورتر سينوسي مورد نظر است از مدولاسيون SPWM كه در ادامه شرح داده خواهد شد، استفاده مي كنيم.

 

ساختار مدار قدرت مبدل DC به AC مي تواند PUSLL-PULL – Half-Bridge و يا Full – Bridge باشد به طوري كه در ادامه خواهيم ديد چون طبق مشخصه اينورتر سينوسي مورد نظر ولتاژ DC ورودي پايين است و توان

 

خروجي نيز كم مي باشد به منظور صرفه جوئي در هزينه و كاهش حجم از ساختار Push-Pull استفاده مي كنيم. ضمن اين كه مدارهاي كنترل و درايو ترانزيستورها در اين ساختار ساده ترمي باشد. بر اين اساس در اين بخش به طراحي يك اينورتر سينوسي با مدار قدرت Push-Pull و مدار كنترل بار مدولاسيون SPWM و به مشخصات زير مي پردازيم:

 

- ولتاژ DC ورودي : باتري 24 ولت

 

- ولتاژ AC خروجي : تك فاز Hz 50/V220 سينوسي

 

- توان نامي خروجي VA 500

 

- راندمان : بيش از 90%

[am in 25041]

بلوك دياگرام كلي چنين اينورتري در شكل (1) نشان داده شده است.

 

 

در مدولاسيون SPWM ، پالس هاي فرمان و كنترل خروجي كه بايستي به مدار قدرت اعمال شوند از مقايسه يك موج سينوسي مرجع با دامنه Ar و فركانس Fr با موج مثلثي با فركانس Fc و دامنه Ac به دست مي آيند. در اين حالت پهناي پالسها متناسب با دامنه سينوس مرجع ، تغيير مي كنند. به نسبت ضريب مدولاسيون گفته مي شود كه با تغيير مقدار M مقدار دامنه خروجي و ميزان هارموني ها در خروجي تغيير خواهند يافت. با توجه به اينكه Fc-Fr مي باشد در هر نيم پريود پالس به وجود مي آيد. چنانچه بسط فوريه پالس هاي SPWM نوشته شود ، ملاحظه مي گردد كه هارموني هاي تا درجه 2P-1 در خروجي حذف خواهند شد. بنابراين هر چه P بزرگتر باشد هارموني ها نبت به مولفه اصلي

 

(Fr-50Hz) فركانس بالاتري داشته و مقدار دامنه كمتري دارند بنابراين ***** كردن خروجي ساده تر واندازه ***** LC خروجي كمتر خواهد بود. جهت حذف حداكثر هارموني ها لازم است تا پالس هاي SPWM در دو نيم پريود متوالي متقارن باشند كه بايستي P زوج باشد. از طرفي براي آن كه در هر نيم پريود مقدار DC وجود نداشته باشد بايستي Pفرد باشد اما با افزايش Fc و تعداد پالس هاي P اثرات زوج يا فرد بودن قابل صرفنظر كردن است. اگر به جاي شكل موج مثلثي از موج دندان اره اي براي مقايسه با سيگنال هاي سينوسي مرجع استفاده گردد طبف SPWM و مقادير اعوجاج هارمونيكي نسبت به حالت موج مثلثي كمي تغيير خواهد كرد. البته اگر مقدار P بزرگ باشد اين تغييرات بسيار جزئي وقابل صرف نظر مي باشد.

 

اگر عرض پالس mام و زمان شروع آن باشد با محاسبه بسط فوريه شكل موج SPWM مقدار موثر خروجي عبارت است از :

 

تشريح نموداري مدولاسيون SPWM در شكل (2) آمده است.