מבוא לסוגים שונים של ממירים

ספק כוח זרם חילופין (AC) משמש כמעט לכל צרכי המגורים, המסחר והתעשייה. אבל הבעיה הגדולה ביותר עם AC היא שאי אפשר לאחסן אותו לשימוש עתידי. אז AC מומר ל- DC ואז DC מאוחסן בסוללות ובקבלים אולטרה. ועכשיו בכל פעם שדרוש AC, DC מומר שוב ל- AC להפעלת המכשירים מבוססי ה- AC. אז המכשיר הממיר DC ל- AC נקרא Inverter. המהפך משמש להמרת DC ל AC משתנה. וריאציה זו יכולה להיות בגודל המתח, מספר השלבים, תדר או הפרש פאזה.

סיווג מהפך

ניתן לסווג את המהפך לסוגים רבים על בסיס פלט, מקור, סוג עומס וכו '. להלן הסיווג המלא של מעגלי המהפך:

(I) על פי המאפיין פלט

1. מהפך גל מרובע
2. מהפך גל סינוס
3. מהפך גל סינוס שונה

(II) על פי מקור המהפך

1. מהפך מקור נוכחי
2. מהפך מקור מתח

(III) לפי סוג העומס

1. מהפך חד פאזי
   1. מהפך חצי גשר
   2. מהפך גשר מלא
2. מהפך תלת פאזי
   1. מצב של 180 מעלות
   2. מצב של 120 מעלות

(IV) על פי טכניקת PWM שונה

1. אפנון רוחב דופק פשוט (SPWM)
2. אפנון רוחב דופק מרובה (MPWM)
3. אפנון רוחב דופק סינוסואידי (SPWM)
4. שינוי אפנון רוחב דופק סינוסי (MSPWM)

(V) לפי מספר רמת הפלט

1. מהפך דו-מפלסי רגיל
2. מהפך רב-מפלסי

כעת נדון בכולם בזה אחר זה. אתה יכול לבדוק דוגמה לעיצוב מעגלי מהפך AC 12V DC ל- 220V AC כאן.

(I) על פי המאפיין פלט

על פי תפוקת הפלט של מהפך, יכולים להיות שלושה סוגים שונים של ממירים.

• מהפך גל מרובע
• מהפך גל סינוס
• מהפך גל סינוס שונה

1) מהפך גל מרובע

צורת גל הפלט של המתח עבור מהפך זה הוא גל מרובע. סוג זה של מהפך משמש פחות מכל שאר סוגי המהפכים מכיוון שכל המכשירים מיועדים לאספקת גל סינוס. אם אנו מספקים גל מרובע למכשיר מבוסס גל סינוס, הוא עלול להיפגע או שההפסדים גבוהים מאוד. העלות של מהפך זה נמוכה מאוד אך היישום נדיר מאוד. ניתן להשתמש בו בכלים פשוטים עם מנוע אוניברסלי.

2) גל סינוס

צורת גל הפלט של המתח היא גל סינוס והיא נותנת לנו תפוקה דומה מאוד לאספקת השירות. זהו היתרון העיקרי של מהפך זה מכיוון שכל המכשירים בהם אנו משתמשים מיועדים לגל הסינוס. אז זו התפוקה המושלמת ונותנת אחריות שהציוד יעבוד כמו שצריך. סוג זה של ממירים הוא יקר יותר אך נעשה בו שימוש נרחב ביישומי מגורים ומסחר.

3) גל סינוס שונה

בנייתו של מהפך מסוג זה מורכבת מהמהפך של גל מרובע פשוט אך קל יותר בהשוואה למהפך גל הסינוס הטהור. התפוקה של מהפך זה אינה גל סינוס טהור וגם לא הגל המרובע. הפלט של מהפך כזה הוא חלק משני גלים מרובעים. צורת גל הפלט אינה בדיוק גל סינוס אך הוא דומה לצורת גל סינוס.

(II) על פי מקור המהפך

• מהפך מקור מתח
• מהפך מקור נוכחי

1) מהפך מקור זרם

ב- CSI, הקלט הוא מקור נוכחי. סוג זה של ממירים משמש ביישום תעשייתי במתח בינוני, כאשר צורות גל זרם באיכות גבוהה הן חובה. אך CSI אינם פופולריים.

2) מהפך מקור מתח

ב- VSI, הקלט הוא מקור מתח. מהפך מסוג זה משמש בכל היישומים מכיוון שהוא יעיל יותר ובעל אמינות גבוהה יותר ותגובה דינמית מהירה יותר. VSI מסוגל להריץ מנועים ללא דה-רייטינג.

(III) לפי סוג העומס

• מהפך חד פאזי
• מהפך תלת פאזי

1) מהפך חד פאזי

בדרך כלל, עומס למגורים ולמסחר משתמש בהספק חד פאזי. המהפך החד פאזי משמש ליישום מסוג זה. המהפך החד פאזי מחולק עוד לשני חלקים;

• מהפך חצי גשר חד פאזי
• מהפך גשר מלא שלב אחד

א) מהפך חצי גשר שלב אחד

סוג זה של מהפך מורכב משני תיריסטורים ושתי דיודות והחיבור הוא כפי שמוצג באיור להלן.

במקרה זה, מתח ה- DC הכולל הוא Vs ומחולק לשני חלקים שווים Vs / 2. הזמן למחזור אחד הוא T שניות.

לחצי מחזור של 0

למחצית השנייה של מחזור T / 2

Vo = Vs / 2

על ידי פעולה זו, אנו יכולים לקבל צורת גל מתח מתחלפת עם תדר 1 / T הרץ ומשרעת שיא Vs / 2. צורת גל הפלט היא גל מרובע. זה יועבר דרך המסנן ויסיר הרמוניות לא רצויות שנותנות לנו צורת גל סינוס טהורה. ניתן לשלוט על תדירות צורת הגל על ​​ידי זמן ההפעלה (טון) וזמן ההפעלה (טוף) של התיריסטור.

עוצמת מתח המוצא היא מחצית מתח אספקה תקופת ניצול והמקור הוא 50%. זהו חסרון של מהפך חצי גשר ופתרון זה הוא מהפך גשר מלא.

ב) מהפך גשר מלא שלב אחד

בסוג זה של מהפך משתמשים בארבעה תיריסטורים וארבע דיודות. תרשים המעגל של גשר מלא חד פאזי הוא כמוצג באיור להלן.

בכל פעם שני תיריסטורים T1 ו- T2 מתנהלים במחצית הראשונה במחזור 0 <t <T / 2. במהלך תקופה זו, מתח העומס הוא Vs הדומה למתח אספקת DC.

במחצית השנייה של מחזור T / 2 <t <T, שני תיריסטורים T3 ו- T4 מוליכים. מתח העומס בתקופה זו הוא -Vs.

כאן אנו יכולים לקבל מתח יציאת AC זהה למתח אספקת DC וגורם ניצול המקור הוא 100%. צורת גל מתח המוצא היא צורת גל מרובעת והמסננים משמשים להמרתה לגל סינוס.

אם כל התיריסטורים מתנהלים בו זמנית או בזוג (T1 ו- T3) או (T2 ו- T4), המקור יהיה קצר. הדיודות מחוברות במעגל כדיודת משוב מכיוון שהיא משמשת למשוב האנרגיה למקור DC.

אם נשווה מהפך גשר מלא עם מהפך חצי גשר, עבור עומס מתח אספקת DC נתון, מתח המוצא הוא פעמיים וההספק הוא כוח הוא ארבע פעמים בממיר הגשר המלא.

2) מהפך גשר תלת פאזי

במקרה של עומס תעשייתי, נעשה שימוש באספקת זרם זרם תלת פאזי ולשם כך עלינו להשתמש בממיר תלת פאזי. בסוג זה של מהפך משתמשים בשישה תיריסטורים ושש דיודות והם מחוברים כפי שמוצג באיור להלן.

זה יכול לפעול בשני מצבים בהתאם למידת פעימות השער.

• מצב של 180 מעלות
• מצב של 120 מעלות

א) מצב של 180 מעלות

במצב פעולה זה זמן ההולכה לתיריסטור הוא 180 מעלות. בכל זמן של תקופה, שלושה תיריסטורים (תיריסטור אחד מכל שלב) נמצאים במצב הולכה. צורת מתח הפאזה היא שלוש צורות גל מדורגות וצורת מתח הקו היא גל כמעט מרובע כפי שמוצג באיור.

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

שלב א '	T1	T4	T1	T4
שלב ב '	T6	T3	T6	T3	T6
שלב ג '	T5	T2	T5	T2	T5
תוֹאַר	60	120	180	240	300	360	60	120	180	240	300	360
תיריסטור מוליך	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

בפעולה זו, פער הזמן בין הקמת הטיריסטור היוצא להולכת התיריסטור הנכנס הוא אפס. אז הולכה בו זמנית של תיריסטור נכנס ויוצא אפשרית. זה גורם לקצר חשמלי של המקור. כדי להימנע מקושי זה, נעשה שימוש במצב פעולה של 120 מעלות.

ב) מצב של 120 מעלות

במבצע זה, בכל פעם מתנהלים רק שני תיריסטים. אחד השלבים של התיריסטור אינו מחובר למסוף החיובי ולא מחובר למסוף השלילי. זמן ההולכה לכל תיריסטור הוא 120 מעלות. צורת מתח הקו היא צורת גל משלושה וצורת מתח הפאזה היא צורת גל כמעט מרובעת.

שלב א '	T1		T4		T1		T4
שלב ב '	T6		T3		T6		T3		T6
שלב ג '		T2		T5		T2		T5
תוֹאַר	60	120	180	240	300	360	60	120	180	240	300	360
תיריסטור מוליך	1 6	2 1	3 2	3 4	4 5	6 5	1 6	2 1	3 2	3 4	4 5	5 6

צורת הגל של מתח קו, מתח פאזה ודופק שער של התיריסטור הוא כפי שמוצג באיור לעיל.

בכל מתגים אלקטרוניים חשמליים ישנם שני סוגים של הפסדים; אובדן הולכה ואובדן מיתוג. משמעות אובדן ההולכה היא אובדן מצב ON במתג ואובדן המיתוג פירושו אובדן מצב OFF במתג. באופן כללי, אובדן ההולכה גדול מאובדן המיתוג ברוב הפעולה.

אם ניקח בחשבון מצב של 180 מעלות לפעולה אחת של 60 מעלות, שלושה מתגים פתוחים ושלושה מתגים סגורים. פירושו אובדן כולל שווה לשלוש פעמים של אובדן הולכה בתוספת שלוש פעמים של אובדן מיתוג.

הפסד כולל ב 180 מעלות = 3 (הפסד מוליכות) + 3 (הפסד מיתוג)

אם ניקח בחשבון מצב של 120 מעלות לפעולה אחת של 60 מעלות, שני מתגים פתוחים ושאר ארבעת המתגים סגורים. פירושו אובדן כולל שווה לפעמיים של אובדן מוליכות בתוספת ארבע פעמים של אובדן מיתוג.

הפסד כולל ב 120 מעלות = 2 (הפסד מוליכות) + 4 (הפסד מיתוג)

(IV) סיווג לפי טכניקת בקרה

• אפנון רוחב דופק יחיד (PWM יחיד)
• אפנון רוחב דופק מרובה (MPWM)
• אפנון רוחב דופק סינוסואידי (SPWM)
• שינוי אפנון רוחב דופק סינוסואידי (MSPWM)

הפלט של המהפך הוא אות גל מרובע ואות זה אינו משמש לעומס. טכניקת אפנון רוחב הדופק (PWM) משמשת לשליטה במתח יציאת AC. שליטה זו מתקבלת על ידי שליטה על תקופת הפעלה וכיבוי של מתגים. בטכניקת PWM משתמשים בשני אותות; האחד הוא אות התייחסות והשני הוא אות המוביל המשולש. דופק השער למתגים נוצר על ידי השוואה בין שני האותות הללו. ישנם סוגים שונים של טכניקות PWM.

1) אפנון רוחב דופק יחיד (PWM יחיד)

בכל חצי מחזור, הדופק היחיד זמין בטכניקת בקרה זו. אות הייחוס הוא אות גל מרובע ואות המוביל הוא אות גל משולש. דופק השער למתגים נוצר על ידי השוואת אות ההפניה ואות הספק. תדירות מתח המוצא נשלטת על ידי תדר אות ההפניה. המשרעת של אות הייחוס היא Ar והמשרעת של אות המוביל היא Ac, ואז ניתן להגדיר את אינדקס האפנון כ Ar / Ac. החיסרון העיקרי של טכניקה זו הוא תוכן הרמוני גבוה.

2) אפנון רוחב דופק מרובה (MPWM)

החיסרון של טכניקת אפנון רוחב דופק יחיד נפתר על ידי מספר PWM. בטכניקה זו, במקום דופק אחד, משתמשים בכמה פולסים בכל חצי מחזור של מתח המוצא. השער נוצר על ידי השוואת אות ההפניה ואות הספק. תדר המוצא נשלט על ידי בקרת תדר אות המוביל. אינדקס האפנון משמש לבקרת מתח המוצא.

מספר הפולסים לחצי מחזור = fc / (2 * f0)

איפה fc = תדירות אות המוביל

f0 = תדר אות הפלט

3) אפנון רוחב דופק סינוסואידי (SPWM)

טכניקת בקרה זו נמצאת בשימוש נרחב ביישומים תעשייתיים. בשתי השיטות מעל, אות הייחוס הוא אות גל מרובע. אך בשיטה זו, אות ההפניה הוא אות גלי סינוס. דופק השער למתגים נוצר על ידי השוואת אות הייחוס של גל הסינוס עם גל המוביל המשולש. רוחב כל דופק משתנה עם וריאציה של משרעת גל הסינוס. התדר של צורת גל הפלט זהה לתדר של אות ההפניה. מתח המוצא הוא גל סינוס וניתן לשלוט על מתח ה- RMS באמצעות אינדקס אפנון. צורות גל הן כמוצג באיור להלן.

4) שינוי אפנון רוחב דופק סינוסואידי (MSPWM)

בשל המאפיין של גל סינוס, לא ניתן לשנות את רוחב הדופק של הגל עם וריאציה במדד האפנון בטכניקת SPWM. זו הסיבה, טכניקת MSPWN מוצגת. בטכניקה זו, אות המוביל מוחל במהלך המרווח הראשון והאחרון של 60 מעלות של כל מחזור מחזור. באופן זה, משופר המאפיין ההרמוני שלו. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא רכיב בסיסי מוגבר, מספר מופחת של התקני כוח מיתוג וירידה באובדן מיתוג. צורת הגל היא כפי שמוצג באיור להלן.

(V) לפי מספר הרמות ביציאה

• מהפך דו-מפלסי רגיל
• מהפך רב-מפלסי

1) מהפך דו-מפלסי רגיל

לממירים אלה יש רק רמות מתח ביציאה שהן מתח שיא חיובי ומתח שיא שלילי. לפעמים, בעל רמת מתח אפס מכונה גם מהפך דו-מפלסי.

2) ממירים מרובי רמות

הממירים הללו יכולים להיות בעלי רמות מתח מרובות ביציאה. המהפך הרב-מפלסי מחולק לארבעה חלקים.

- מהפך קבלים מעופף

- מהפך מהודק באמצעות דיודה

- מהפך היברידי

- מהפך מסוג H מפל

לכל מהפך יש תכנון משלו להפעלה, כאן הסברנו בקצרה את המהפך כדי לקבל רעיונות בסיסיים לגביהם.