مقدمه ای بر اینتورترها (کاربرد و طراحی)

[Mehdi.Aref 26780]

بحثی که همیشه در الکترونیک صنعتی مطرح بوده و هست تبدیل یک ولتاژ dc به یک ولتاژ ac است. به سیستمی که این تبدیل را برای ما انجام می دهد اینورتر گفته می‌شود. اینورترها دارای رنج وسیعی از کاربردهای مختلف هستند که تعدادی از انها را ذکر می کنیم:

 

1- یک خط ولتاژ AC: خیلی از مواقع دسترسی به یک منبع dc مثل باتری وجود دارد. ولی یک خط ولتاژ AC مورد نیاز است مثل اتومبیل

2- منابع تغذیه بدون وقفه (UPS): در انواع مختلف UPS ها جهت تبدیل توان باتری ها به یک توان AC به اینورترها نیاز داریم.

3- کوره های القایی:اینورترها جهت تبدیل یک توان AC با فرکانس پائین به یک توان AC با فرکانس بالا مورد استفاده قرار می گیرند. این ولتاژ فرکانس بالا در کوره های القایی مورد استفاده دارد. به این ترتیب که ابتدا توان AC را به DC یکسو کرده و سپس توسط اینورتر به توان AC فرکانس بالا تبدیل می‌کنند.

4- در سیستم انتقال توان HVDC: در این سیستم انتقال توان الکتریکی ، ابتدا توان AC به DC تبدیل می‌شود. این توان DC با ولتاژ بسیار بالا به وسیله خطوط انتقال به مقصد می رسد. در محل گیرنده، این توان DC دوباره به مقدار AC تبدیل می‌شود.

5- درایورهای فرکانس متغیر: یک درایو فرکانس متغیر، سرعت عملکرد یک موتور AC را به کمک کنترل کردن ولتاژو فرکانس به صورت همزمان تنظیم می‌کند.

6- استفاده در پنلهای خورشیدی: پنلهای خورشیدی دارای خروجی DC هستند که با استفاده از اینورترها این توان تبدیل به AC می‌شود.

انواع اینورترها از نظر فاز و شکل موج خروجی: اینورترها از نظر فاز تبدیل به دو نوع عمده تک فاز و سه فاز تقسیم بندی می‌شوند همچنین از نظرشکل موج خروجیشان به چهار نوع زیر تقسیم می‌شوند.1- خروجی به شکل موج مربعی

2- خروجی به شکل سینوسی اصلاح شده (معمولی)

3- خروجی به شکل سینوسی اصلاح شده (پله ای)

4- خروجی به شکل سینوسی خالص

شکلهای زیر دو نوع سینوسی اصلاح شده را نشان می دهند.

مقدمه ای بر طراحی اینورترها: در این قسمت یک سری از مطالب پایه مربوط به طراحی اینورترها را بیان می کنیم. اگر شکل زیر بلوک دیاگرام یک اینورتر باشد

چنانچه از تلفات اینورتر صرفنظر کنیم وتوان ورودی را با خروجی برابر بگیریم رابطه زیر را خواهیم داشت.

Pin=Vin×Iin=Pout=Vo×Io

پس اگر یک ولتاژ خروجی 220 ولت با توان 400 وات نیاز داشته باشیم باید بدانیم که در ورودی یک ولتاژ مثلاً 12 ولت با جریان 34 آمپر نیاز داریم. باید توجه داشت که اگر ولتاژ ورودی dc با باتری تامین می‌شود باتری تا چه مدت کارایی خواهد داشت. مورد دوم بازدهی یک اینورتر است که عبارت است از نسبت توان خروجی به توان ورودی بر حسب درصد که در اینورترهای با طراحی خوب نزدیک 90% است. بازده بیشتر به مواردی چون تعداد المانهای سوئیچ کننده ، نوع المانهای سوئیچ کننده، روش سوئیچ کردن (مثلاً pwm یا spwm) مرغوبیت ترانسها و سیم پیچهای به کار رفتند و نوع *****های مورد استفاده در اینورتر بستگی دارد.

مورد دیگر شکل موج خروجی یک اینورتر است. همانطور که می دانیم یک شکل موج مربعی پریودیک دارای یک سری هارمونی است. مانند شکل زیر هارمونیکهای فرعی (دارای رتبه) دارای دامنه کمتر و فرکانس بیشتری هستند و یکی از هارمونیکها که به نام اصلی یا پایه خوانده می‌شود دارای فرکانسی برابر فرکانس شکل موج مربعی است.

جهت آنالیز فوریه این شکل موج مقداری به نام THD تعریف می‌شود که برابر است با:

مسلم است که هر چه مقدار THD کمتر باشد کیفیت شکل موج خروجی اینورتر بیشتر است.

جهت بهبود کیفیت شکل موج خروجی اینورتر می‌توان از *****ها استفاده کرد و در واقع هارمونیک اصلی را از میان دیگر هارمونیکها جدا نمود.

ساده ترین مداری که می‌توان برای یک اینورتر فرض کرد شکل زیر است.

با تغییر وضعیت سوئیچ پالسهایی در اولیه ایجاد می‌شود که پس از تقویت در ثانویه ترانس نمایان می‌شوند. می‌توان به جای سوئیچ از دو ترانزیستور یا IGBT استفاده کرد و به وسیله یک مدار پالس دهنده (مثل مدار بی استابل 555) آنها را به ترتیب پالس دهی کرد.

به این دلیل اینکه در این روش دامنه هارمونیکهای فرعی نزدیک به دامنه هارمونیک اصلی است مقدار THD افزایش یافته و کیفیت شکل موج خروجی کاهش می یابد.