اللکترونیک قدرت چیست

مبدل های DC به AC ، یک جریان موج خروجی AC را از یک منبع DC تولید می کنند. برنامه های کاربردی شامل درایوهای با سرعت قابل تنظیم (ASD) ، منبع تغذیه بدون وقفه (UPS) ، سیستم های انتقال انعطاف پذیر AC (FACTS) ، جبران کننده های ولتاژ و اینورترهای فتوولتائیک هستند. توپولوژی برای این مبدل ها را می توان به دو دسته مجزا تقسیم کرد: اینورتر منبع ولتاژ و اینورتر منبع جریان. اینورترهای منبع ولتاژ (VSI) نامگذاری می شوند زیرا خروجی مستقل کنترل شده یک شکل موج ولتاژ است. به طور مشابه ، اینورترهای منبع فعلی (CSI) از این نظر متمایز هستند که خروجی AC کنترل شده یک شکل موج فعلی است.

تبدیل انرژی DC به AC نتیجه دستگاههای سوئیچینگ برق است که معمولاً سوئیچ های برق نیمه هادی کاملاً قابل کنترل هستند. بنابراین شکل موجهای خروجی از مقادیر گسسته ساخته شده اند و به جای آنهایی که صاف هستند ، انتقال سریع ایجاد می کنند. برای برخی از کاربردها ، حتی تقریب تقریبی شکل موج سینوسی قدرت AC کافی است. در جایی که به یک موج موج سینوسی نزدیک نیاز باشد ، دستگاه های سوئیچینگ خیلی سریعتر از فرکانس خروجی مورد نظر کار می کنند ، و زمان صرف آنها در هر حالت کنترل می شود بنابراین خروجی متوسط ​​تقریبا سینوسی است. تکنیک های مدولاسیون رایج شامل تکنیک حامل محور یا مدولاسیون عرض پالس ، تکنیک بردار فضا و روش انتخابی-هارمونیک است. ^[5]

اینورترهای منبع ولتاژ در کاربردهای تک فاز و سه فاز کاربردهای عملی دارند. VSI های تک فاز از تنظیمات نیم پل و تمام پل استفاده می کنند ، و به طور گسترده ای برای منابع تغذیه ، UPS های تک فاز و توپولوژی های پرقدرت در هنگام استفاده در تنظیمات چند سلولی مورد استفاده قرار می گیرند. VSI های سه فاز در برنامه هایی که نیاز به شکل موج ولتاژ سینوسی دارند ، مانند ASD ها ، UPS ها و برخی از دستگاه های FACTS مانند STATCOM استفاده می شود . آنها همچنین در برنامه های کاربردی مورد استفاده قرار می گیرند که ولتاژهای دلخواه مانند مورد فیلترهای قدرت فعال و جبران کننده های ولتاژ مورد نیاز است. ^[5]

اینورترهای منبع فعلی برای تولید جریان خروجی AC از منبع جریان DC استفاده می شوند. این نوع اینورتر برای کاربردهای سه فاز که در آن به شکل موج ولتاژ با کیفیت بالا نیاز است عملی است.

کلاس نسبتاً جدیدی از اینورترها به نام اینورترهای چند سطحی مورد توجه بسیاری قرار گرفته است. عملکرد عادی CSI و VSI به دلیل این واقعیت که سوئیچ های برق به یک باس DC یا مثبت یا منفی متصل می شوند ، می توانند به عنوان اینورترهای دو سطح طبقه بندی شوند. اگر بیش از دو سطح ولتاژ در پایانه های خروجی اینورتر موجود باشد ، خروجی AC می تواند موج سینوسی را به طور تقریبی نزدیک کند. به همین دلیل اینورترهای چند سطحی گرچه پیچیده تر و پرهزینه تر هستند اما عملکرد بالاتری را ارائه می دهند. ^[6]

هر نوع اینورتر در پیوندهای DC مورد استفاده تفاوت دارد و در اینکه آیا آنها به دیودهای آزمایشی احتیاج دارند یا خیر. بسته به کاربرد در نظر گرفته شده ، می توان در حالت مدولاسیون با موج مربع یا پالس (PWM) عمل کرد. حالت موج مربع سادگی را ارائه می دهد ، در حالی که PWM می تواند چندین راه مختلف را پیاده سازی کرده و شکل موجهای با کیفیت بالاتری تولید کند. ^[5]

اینورترهای منبع ولتاژ (VSI) بخش اینورتر خروجی را از منبع تقریباً با ولتاژ ثابت تغذیه می کنند. ^[5]

کیفیت مطلوب شکل موج خروجی فعلی تعیین می کند که کدام تکنیک مدولاسیون برای یک برنامه معین باید انتخاب شود. خروجی VSI از مقادیر گسسته تشکیل شده است. برای به دست آوردن یک شکل موج صاف جریان ، بارها باید در فرکانس های هارمونیک انتخابی القایی باشند. بدون وجود نوعی فیلتر استقرایی بین منبع و بار ، یک بار خازنی باعث می شود تا بار با یک سنبله جریان بزرگ و مکرر ، یک موج موج جریان خرد را دریافت کند. ^[5]

سه نوع اصلی از VSI وجود دارد:

1. اینورتر نیم مرحله ای تک مرحله ای
2. اینورتر تک فاز کامل
3. اینورتر منبع ولتاژ سه فاز

اینورتر تک مرحله ای نیمه پل

اینورترهای نیم پل منبع ولتاژ تک فاز ، برای کاربردهای ولتاژ پایین تر منظور شده اند و معمولاً در منبع تغذیه مورد استفاده قرار می گیرند. ^[5] شکل 9 نمودار کلی این اینورتر را نشان می دهد.

با استفاده از اینورتر ، هارمونیک های جریان کم نظم به ولتاژ منبع تزریق می شوند. این بدان معنی است که در این طرح دو خازن بزرگ برای اهداف فیلتر مورد نیاز است. ^[5] همانطور که در شکل 9 نشان داده شده است ، فقط در هر پایه اینورتر می توان فقط یک سوئیچ فعال کرد. اگر هر دو سوئیچ در یک پا به طور همزمان روشن باشند ، منبع DC کوتاه می شود.

اینورترها می توانند از چندین تکنیک مدولاسیون برای کنترل طرح های سوئیچینگ خود استفاده کنند. تکنیک PWM مبتنی بر حامل شکل موج خروجی AC ، v _c را با سیگنال ولتاژ حامل ، V _{Δ مقایسه می کند} . هنگامی که vc بیشتر از V _{Δ است} ، S + روشن است و هنگامی که vc کمتر از V _{Δ است} ، S- روشن است. هنگامی که خروجی AC در فرکانس fc با دامنه آن در Vc باشد ، و سیگنال حامل مثلثی در فرکانس f _Δ با دامنه آن در V _{Δ وجود دارد} ، PWM به یک مورد سینوسی ویژه از PWM مبتنی بر حامل تبدیل می شود. ^[5] این مورد به عنوان مدولاسیون عرض پالس سینوسی (SPWM) لقب می گیرد. برای این ، شاخص تعدیل یا نسبت دامنه-تعدیل ، به عنوان m _a = v _c / v defined تعریف می شود.

فرکانس حامل نرمال یا نسبت فرکانس-تعدیل با استفاده از معادله m _f = f f / f _{c محاسبه می شود} .

اگر منطقه بیش از مدولاسیون ، ma ، بیش از یک باشد ، یک ولتاژ خروجی اصلی AC بالاتر مشاهده خواهد شد ، اما به قیمت اشباع. برای SPWM ، هارمونیک های شکل موج خروجی در فرکانس ها و دامنه های به خوبی تعریف شده است. این امر باعث می شود تا طراحی اجزای فیلتر مورد نیاز برای تزریق هارمونیک جریان کم نظم از عملکرد اینورتر ساده شود. حداکثر دامنه خروجی در این حالت کار نیمی از ولتاژ منبع است. اگر حداکثر دامنه خروجی ، m _a از 3.24 فراتر رود ، شکل موج خروجی اینورتر تبدیل به یک موج مربع می شود. ^[5]

همانطور که برای PWM صادق بود ، هر دو سوئیچ در یک پا برای مدولاسیون موج مربع نمی توانند همزمان روشن شوند ، زیرا این باعث می شود کوتاه در منبع ولتاژ ایجاد شود. طرح تعویض مستلزم این است که S + و S برای یک چرخه نیم دوره خروجی AC روشن باشند. دامنه اصلی خروجی AC برابر با v _o1 = v _aN = 2v _i / π است .

هارمونیک های آن دامنه v _oh = v _o1 / h دارد .

بنابراین ، ولتاژ خروجی AC توسط اینورتر کنترل نمی شود ، بلکه از نظر میزان ولتاژ ورودی DC اینورتر کنترل می شود. ^[5]

استفاده از حذف هارمونیک انتخابی (SHE) به عنوان یک روش تعدیل اجازه می دهد تا سوئیچینگ اینورتر به صورت انتخابی هارمونیک ذاتی را از بین ببرد. مؤلفه اصلی ولتاژ خروجی AC همچنین می تواند در یک محدوده مطلوب تنظیم شود. از آنجا که ولتاژ خروجی AC حاصل از این تکنیک مدولاسیون دارای تقارن موج چهارم و چهارم عجیب و غریب است ، حتی هارمونیک ها وجود ندارند. ^[5] هرگونه هارمونی ذاتی (N-1) نامطلوب ذاتی از شکل موج خروجی می تواند حذف شود.