Bevezetés a különböző típusú inverterekbe

A váltakozó áramú (AC) tápegységet szinte az összes lakossági, kereskedelmi és ipari igényre kielégítik. De az AC legnagyobb problémája, hogy nem tárolható későbbi felhasználásra. Tehát az AC átalakul DC-vé, majd az egyenáramot akkumulátorokban és ultrakondenzátorokban tárolják. És most, amikor váltóáramra van szükség, a váltakozó áramú áramot ismét átalakítják váltóáramúvá az AC alapú készülékek működtetésére. Tehát az egyenáramot váltóárammá alakító eszközt inverternek hívják. Az invertert arra használják, hogy DC-t változó változóvá alakítson. Ez a változás lehet a feszültség nagysága, a fázisok száma, a frekvencia vagy a fáziskülönbség.

Az inverter osztályozása

Az inverter sok típusba sorolható a kimenet, a forrás, a terhelés típusa stb. Alapján. Az alábbiakban az inverter áramkörök teljes osztályozása található:

(I) A kimeneti jellemző szerint

1. Négyzethullámú inverter
2. Szinuszhullámú inverter
3. Módosított szinuszhullám-inverter

(II) Az inverter forrása szerint

1. Áramforrás inverter
2. Feszültségforrás-átalakító

(III) A rakomány típusa szerint

1. Egyfázisú inverter
   1. Fél híd inverter
   2. Teljes híd inverter
2. Háromfázisú inverter
   1. 180 fokos mód
   2. 120 fokos mód

(IV) A különböző PWM technika szerint

1. Egyszerű impulzusszélesség-moduláció (SPWM)
2. Többszörös impulzusszélesség-moduláció (MPWM)
3. Szinuszos impulzusszélesség-moduláció (SPWM)
4. Módosított szinuszos impulzusszélesség-moduláció (MSPWM)

(V) A kimeneti szint száma szerint

1. Rendszeres kétszintű inverter
2. Többszintű inverter

Most mindegyiket egyenként megvitatjuk. Itt ellenőrizheti a 12v DC - 220v AC inverter áramkörének mintáját.

(I) A kimeneti jellemző szerint

Az inverter kimeneti jellemzőinek megfelelően háromféle típusú inverter lehet.

• Négyzethullámú inverter
• Szinuszhullámú inverter
• Módosított szinuszhullám-inverter

1) Szögletes hullámú inverter

Ennek az inverternek a feszültsége kimeneti hullámformája négyzet alakú. Ezt a típusú invertert a legkevésbé használják az összes más típusú inverter között, mert minden készüléket szinuszos hullámellátásra terveztek. Ha szögletes hullámot szállítunk szinuszhullámú alapú készülékekhez, akkor megsérülhet, vagy a veszteségek nagyon nagyok. Ennek az inverternek a költsége nagyon alacsony, de az alkalmazás nagyon ritka. Univerzális motorral ellátott egyszerű szerszámokban használható.

2) Szinusz hullám

A feszültség kimeneti hullámformája szinusz hullám, és nagyon hasonló kimenetet ad számunkra, mint a közüzemi táp. Ez az inverter legfőbb előnye, mert az összes általunk használt készüléket a szinusz hullámra tervezték. Tehát ez a tökéletes teljesítmény és garantálja a berendezések megfelelő működését. Ez a fajta inverter drágább, de széles körben használják lakossági és kereskedelmi alkalmazásokban.

3) Módosított szinusz hullám

Az ilyen típusú inverter konstrukciója bonyolultabb, mint az egyszerű négyzethullámú inverter, de könnyebb a tiszta szinuszos inverterhez képest. Ennek az inverternek a kimenete nem tiszta szinusz hullám és nem négyzethullám. Az ilyen inverter kimenete két négyzethullám némelyike. A kimeneti hullámforma nem pontosan szinusz hullám, de hasonlít a szinusz hullám alakjára.

(II) Az inverter forrása szerint

• Feszültségforrás-átalakító
• Áramforrás inverter

1) Áramforrás-inverter

A CSI-ben a bemenet egy aktuális forrás. Ezt a típusú invertert középfeszültségű ipari alkalmazásokban használják, ahol a jó minőségű áram hullámformái kötelezőek. De a CSI-k nem népszerűek.

2) Feszültségforrás inverter

A VSI-ben a bemenet feszültségforrás. Ezt a típusú invertert minden alkalmazásban használják, mivel hatékonyabb, nagyobb megbízhatósággal és gyorsabb dinamikus reagálással rendelkezik. A VSI képes motorok működtetésére besorolás nélkül.

(III) A rakomány típusa szerint

• Egyfázisú inverter
• Háromfázisú inverter

1) egyfázisú inverter

Általában a lakossági és kereskedelmi terhelés egyfázisú áramot használ. Az egyfázisú invertert használják ilyen típusú alkalmazásokhoz. Az egyfázisú inverter további két részre oszlik;

• Egyfázisú félhíd inverter
• Egyfázisú teljes híd inverter

A) Egyfázisú félhíd inverter

Ez a típusú inverter két tirisztorból és két diódából áll, és a csatlakozás az alábbi ábrán látható.

Ebben az esetben a teljes egyenfeszültség Vs és két egyenlő részre oszlik Vs / 2. Egy ciklus ideje T sec.

0 fél ciklusra

A T / 2 második felében

Vo = Vs / 2

Ezzel a művelettel váltakozó feszültség hullámformát kaphatunk 1 / T Hz frekvenciával és Vs / 2 csúcsamplitúdóval. A kimeneti hullámforma négyzet alakú. Ez áthalad a szűrőn, és eltávolítja a nem kívánt harmonikusokat, amelyek tiszta szinusz hullámformát adnak nekünk. A hullámforma frekvenciáját a tirisztor ON (Ton) és OFF (Toff) ideje szabályozhatja.

A kimeneti feszültség nagysága a tápfeszültség fele, a forrás kihasználtsága pedig 50%. Ez a félhíd inverter hátránya, és ennek megoldása a teljes híd inverter.

B) Egyfázisú teljes híd inverter

Ebben a típusú inverterben négy tirisztort és négy diódát használnak. Az egyfázisú teljes híd kapcsolási rajza az alábbi ábrán látható.

Egyszerre két T1 és T2 tirisztor vezet az első fél ciklusban 0 <t <T / 2. Ebben az időszakban a terhelési feszültség Vs, amely hasonló az egyenáramú tápfeszültséghez.

A T / 2 <t <T ciklus második felében két T3 és T4 tirisztor vezet. A terhelési feszültség ebben az időszakban -Vs.

Itt megkapjuk az egyenáramú kimeneti feszültséget, mint az egyenáramú tápfeszültség, és a forrás kihasználási tényező 100%. A kimeneti feszültség hullámformája négyzet alakú, és a szűrőket arra használják, hogy azt szinusz hullámmá alakítsák.

Ha az összes tirisztor egyszerre vagy párban (T1 és T3) vagy (T2 és T4) vezet, akkor a forrás rövidzárlatos lesz. A diódák visszacsatoló diódaként vannak bekötve az áramkörbe, mert ez az egyenáramú forrás energia-visszacsatolására szolgál.

Ha összehasonlítjuk a teljes híd invertert a fél híd inverterrel, akkor az adott egyenáramú tápfeszültség terhelés esetén a kimeneti feszültség kétszerese, a kimenő teljesítménye pedig négyszerese a teljes híd inverterében.

2) Háromfázisú híd inverter

Ipari terhelés esetén háromfázisú váltakozó áramú tápellátást használnak, ehhez pedig háromfázisú invertert kell használnunk. Ebben a típusú inverterben hat tirisztort és hat diódát használnak, és az alábbi ábra szerint csatlakoznak.

Két módban működhet a kapu impulzusainak mértékétől függően.

• 180 fokos mód
• 120 fokos mód

A) 180 fokos mód

Ebben az üzemmódban a tirisztor vezetési ideje 180 fok. Az időszak bármely szakaszában három tirisztor (minden fázisból egy tirisztor) vezetési módban van. A fázisfeszültség alakja három lépcsős, a vezetékfeszültség alakja pedig kvázi négyzet alakú hullám, amint azt az ábra mutatja.

Vab = Va0 - Vb0 Vbc = Vb0 - Vc0 Vca = Vc0 - Va0

A fázis	T1	T4	T1	T4
B fázis	T6	T3	T6	T3	T6
C fázis	T5	T2	T5	T2	T5
Fokozat	60	120	180	240	300	360	60	120	180	240	300	360
A tirisztor vezet	1 5 6	6 1 2	1 2 3	2 3 4	3 4 5	4 5 6	1 5 6	6 1 2	1 2 3	2 3 4	3 4 5	4 5 6

Ennél a műveletnél a kimenő tirisztor kommutációja és a bejövő tirisztor vezetése közötti időszakadék nulla. Tehát lehetséges a bejövő és a kimenő tirisztor egyidejű vezetése. Ez a forrás rövidzárlatát eredményezi. E nehézség elkerülése érdekében 120 fokos működési módot használnak.

B) 120 fokos mód

Ebben a műveletben egyszerre csak két tirisztor vezet. A tirisztor egyik fázisa nem kapcsolódik sem a pozitív, sem a negatív terminálhoz. Minden tirisztor vezetési ideje 120 fok. A hálózati feszültség alakja háromlépcsős, a fázisfeszültség alakja pedig kvázi négyzet alakú.

A fázis	T1		T4		T1		T4
B fázis	T6		T3		T6		T3		T6
C fázis		T2		T5		T2		T5
fokozat	60	120	180	240	300	360	60	120	180	240	300	360
A tirisztor vezet	1 6	2 1	3 2	3 4	4 5	6 5	1 6	2 1	3 2	3 4	4 5	5 6

A tirisztor hálózati feszültségének, fázisfeszültségének és kapuimpulzusának hullámalakja a fenti ábrán látható.

Bármely elektromos kapcsolóban kétféle veszteség van; vezetési veszteség és kapcsolási veszteség. A vezetési veszteség a kapcsoló BE állapotának elvesztését , a kapcsolási veszteség pedig a kapcsoló KI állapotának elvesztését jelenti. Általában a vezetési veszteség nagyobb, mint a kapcsolási veszteség a művelet nagy részében.

Ha egy 60 fokos műveletnél 180 fokos módot vesszük figyelembe, akkor három kapcsoló nyitva és három kapcsoló zárva van. Azt jelenti, hogy a teljes veszteség megegyezik a vezetési veszteség háromszorosával, valamint a kapcsolási veszteség háromszorosával.

Teljes veszteség 180 fokon = 3 (vezetőképesség-veszteség) + 3 (kapcsolási veszteség)

Ha egy 60 fokos műveletnél figyelembe vesszük a 120 fokos üzemmódot, két kapcsoló nyitva van, a négy kapcsoló többi része pedig zárva van. Azt jelenti, hogy a teljes veszteség megegyezik a vezetőképesség veszteségének kétszeresével, valamint a kapcsolási veszteség négyszeresével.

Teljes veszteség 120 fokon = 2 (vezetőképesség veszteség) + 4 (kapcsolási veszteség)

(IV) Osztályozás az ellenőrzési technika szerint

• Egy impulzusú szélesség moduláció (egyetlen PWM)
• Többszörös impulzusszélesség-moduláció (MPWM)
• Szinuszos impulzusszélesség-moduláció (SPWM)
• Módosított szinuszos impulzusszélesség-moduláció (MSPWM)

Az inverter kimenete négyzetes hullámú, és ezt a jelet nem használják a terheléshez. Az impulzusszélesség-moduláció (PWM) technikát használják az AC kimeneti feszültség szabályozására. Ez a vezérlés a kapcsolók BE és KI periódusának vezérlésével érhető el. A PWM technikában két jelet használnak; az egyik referenciajel, a másik pedig háromszög alakú vivőjel. A kapcsolók kapuimpulzusát e két jel összehasonlításával állítják elő. Különböző típusú PWM technikák léteznek.

1) Egy impulzus szélesség moduláció (egyetlen PWM)

Minden fél ciklusra az egyetlen impulzus elérhető ebben a vezérlési technikában. A referenciajel négyszögjel, a vivőjel pedig háromszög alakú hullámjel. A kapcsolók kapuimpulzusát a referenciajel és a vivőjel összehasonlításával állítják elő. A kimeneti feszültség frekvenciáját a referenciajel frekvenciája szabályozza. A referenciajel amplitúdója Ar és a vivőjel amplitúdója Ac, akkor a modulációs index Ar / Ac-ként határozható meg. Ennek a technikának a fő hátránya a magas harmonikus tartalom.

2) Többszörös impulzusszélesség-moduláció (MPWM)

Az egyetlen impulzus szélességű modulációs technika hátrányát több PWM oldja meg. Ebben a technikában egy impulzus helyett több impulzust használnak a kimeneti feszültség minden fél ciklusában. A kaput a referenciajel és a vivőjel összehasonlításával állítják elő. A kimeneti frekvenciát a vivőjel frekvenciájának vezérlésével szabályozzuk. A modulációs index a kimeneti feszültség szabályozására szolgál.

Az impulzusok száma fél ciklusonként = fc / (2 * f0)

Ahol fc = a vivőjel frekvenciája

f0 = a kimeneti jel frekvenciája

3) Szinuszos impulzusszélesség-moduláció (SPWM)

Ezt a szabályozási technikát széles körben használják ipari alkalmazásokban. Mindkét módszer felett a referenciajel négyzethullámú jel. De ebben a módszerben a referenciajel szinuszhullámú jel. A kapcsolók kapuimpulzusát a szinuszhullám-referenciajel és a háromszög alakú vivőhullám összehasonlításával generáljuk. Az egyes impulzusok szélessége a szinusz hullámának amplitúdójától függően változik. A kimeneti hullámforma frekvenciája megegyezik a referenciajel frekvenciájával. A kimeneti feszültség szinusz hullám, és az RMS feszültség modulációs index segítségével szabályozható. A hullámalakok az alábbi ábrán láthatók.

4) Módosított szinuszos impulzusszélesség-moduláció (MSPWM)

A szinusz hullám jellemzői miatt a hullám impulzusszélessége nem változtatható meg az SPWM technikában a modulációs index változásával. Ennek oka az MSPWN technika bevezetése. Ebben a technikában a vivőjel minden félciklus első és utolsó 60 fokos intervalluma alatt adódik. Ily módon javul harmonikus jellemzője. Ennek a technikának a fő előnye a megnövekedett alapkomponens, a kapcsolóegységek számának csökkenése és a kapcsolási veszteség csökkenése. A hullámforma az alábbi ábrán látható.

(V) A kimenet szintjeinek száma szerint

• Rendszeres kétszintű inverter
• Többszintű inverter

1) Rendszeres kétszintű inverter

Ezeknek az invertereknek csak a kimeneten vannak feszültségszintjei, amelyek pozitív csúcsfeszültség és negatív csúcsfeszültségek. Néha a nulla feszültségszintet kétszintű inverternek is nevezik.

2) Többszintű inverterek

Ezeknek az invertereknek több feszültségszintje lehet a kimeneten. A többszintű inverter négy részre oszlik.

- Repülő kondenzátor inverter

- Diódával rögzített inverter

- Hibrid inverter

- Cascade H típusú inverter

Minden inverter saját kialakítással rendelkezik a működéshez, itt röviden ismertettük ezeket az invertereket, hogy alapvető ötleteket kapjunk róluk.