مقدمه اي بر اينتورترها (كاربرد و طراحي)
بحثي كه هميشه در الكترونيك صنعتي مطرح بوده و هست تبديل يك ولتاژ dc به يك ولتاژ ac است. به سيستمي كه اين تبديل را براي ما انجام مي دهد اينورتر گفته ميشود. اينورترها داراي رنج وسيعي از كاربردهاي مختلف هستند كه تعدادي از انها را ذكر مي كنيم:
1- يك خط ولتاژ AC: خيلي از مواقع دسترسي به يك منبع dc مثل باتري وجود دارد. ولي يك خط ولتاژ AC مورد نياز است مثل اتومبيل
2- منابع تغذيه بدون وقفه (UPS): در انواع مختلف UPS ها جهت تبديل توان باتري ها به يك توان AC به اينورترها نياز داريم.
3- كوره هاي القايي:اينورترها جهت تبديل يك توان AC با فركانس پائين به يك توان AC با فركانس بالا مورد استفاده قرار مي گيرند. اين ولتاژ فركانس بالا در كوره هاي القايي مورد استفاده دارد. به اين ترتيب كه ابتدا توان AC را به DC يكسو كرده و سپس توسط اينورتر به توان AC فركانس بالا تبديل ميكنند.
4- در سيستم انتقال توان HVDC: در اين سيستم انتقال توان الكتريكي ، ابتدا توان AC به DC تبديل ميشود. اين توان DC با ولتاژ بسيار بالا به وسيله خطوط انتقال به مقصد مي رسد. در محل گيرنده، اين توان DC دوباره به مقدار AC تبديل ميشود.
5- درايورهاي فركانس متغير: يك درايو فركانس متغير، سرعت عملكرد يك موتور AC را به كمك كنترل كردن ولتاژو فركانس به صورت همزمان تنظيم ميكند.
6- استفاده در پنلهاي خورشيدي: پنلهاي خورشيدي داراي خروجي DC هستند كه با استفاده از اينورترها اين توان تبديل به AC ميشود.
انواع اينورترها از نظر فاز و شكل موج خروجي: اينورترها از نظر فاز تبديل به دو نوع عمده تك فاز و سه فاز تقسيم بندي ميشوند همچنين از نظرشكل موج خروجيشان به چهار نوع زير تقسيم ميشوند.1- خروجي به شكل موج مربعي
2- خروجي به شكل سينوسي اصلاح شده (معمولي)
3- خروجي به شكل سينوسي اصلاح شده (پله اي)
4- خروجي به شکل سينوسي خالص
شكلهاي زير دو نوع سينوسي اصلاح شده را نشان مي دهند.
مقدمه اي بر طراحي اينورترها: در اين قسمت يك سري از مطالب پايه مربوط به طراحي اينورترها را بيان مي كنيم. اگر شكل زير بلوك دياگرام يك اينورتر باشد
چنانچه از تلفات اينورتر صرفنظر كنيم وتوان ورودي را با خروجي برابر بگيريم رابطه زير را خواهيم داشت.
Pin=Vin×Iin=Pout=Vo×Io
پس اگر يك ولتاژ خروجي 220 ولت با توان 400 وات نياز داشته باشيم بايد بدانيم كه در ورودي يك ولتاژ مثلاً 12 ولت با جريان 34 آمپر نياز داريم. بايد توجه داشت كه اگر ولتاژ ورودي dc با باتري تامين ميشود باتري تا چه مدت كارايي خواهد داشت. مورد دوم بازدهي يك اينورتر است كه عبارت است از نسبت توان خروجي به توان ورودي بر حسب درصد كه در اينورترهاي با طراحي خوب نزديك 90% است. بازده بيشتر به مواردي چون تعداد المانهاي سوئيچ كننده ، نوع المانهاي سوئيچ كننده، روش سوئيچ كردن (مثلاً pwm يا spwm) مرغوبيت ترانسها و سيم پيچهاي به كار رفتند و نوع فيلترهاي مورد استفاده در اينورتر بستگي دارد.
مورد ديگر شكل موج خروجي يك اينورتر است. همانطور كه مي دانيم يك شكل موج مربعي پريوديك داراي يك سري هارموني است. مانند شكل زير هارمونيكهاي فرعي (داراي رتبه) داراي دامنه كمتر و فركانس بيشتري هستند و يكي از هارمونيكها كه به نام اصلي يا پايه خوانده ميشود داراي فركانسي برابر فركانس شكل موج مربعي است.
جهت آناليز فوريه اين شكل موج مقداري به نام THD تعريف ميشود كه برابر است با:
مسلم است كه هر چه مقدار THD كمتر باشد كيفيت شكل موج خروجي اينورتر بيشتر است.
جهت بهبود كيفيت شكل موج خروجي اينورتر ميتوان از فيلترها استفاده كرد و در واقع هارمونيك اصلي را از ميان ديگر هارمونيكها جدا نمود.
با تغيير وضعيت سوئيچ پالسهایي در اوليه ايجاد ميشود كه پس از تقويت در ثانويه ترانس نمايان ميشوند. ميتوان به جاي سوئيچ از دو ترانزيستور يا IGBT استفاده كرد و به وسيله يك مدار پالس دهنده (مثل مدار بي استابل 555) آنها را به ترتيب پالس دهي كرد.
به اين دليل اينكه در اين روش دامنه هارمونيكهاي فرعي نزديك به دامنه هارمونيك اصلي است مقدار THD افزايش يافته و كيفيت شكل موج خروجي كاهش مي يابد.
ساده ترين مداري كه ميتوان براي يك اينورتر فرض كرد شكل زير است.