Introduksjon til forskjellige typer omformere

Vekselstrøm (AC) brukes til nesten alle bolig-, kommersielle og industrielle behov. Men det største problemet med AC er at det ikke kan lagres for fremtidig bruk. Så AC konverteres til DC, og deretter lagres DC i batterier og ultrakondensatorer. Og nå når AC er nødvendig, blir DC igjen konvertert til AC for å kjøre AC-baserte apparater. Så enheten som konverterer DC til AC kalles Inverter. Inverteren brukes til å konvertere DC til variabel AC. Denne variasjonen kan være i størrelsen på spenning, antall faser, frekvens eller faseforskjell.

Klassifisering av inverter

Inverter kan klassifiseres i mange typer basert på utgang, kilde, type belastning etc. Nedenfor er den fullstendige klassifiseringen av inverterkretsene:

(I) I henhold til Output Characteristic

1. Square Wave Inverter
2. Sine Wave Inverter
3. Modifisert Sine Wave Inverter

(II) I henhold til kilden til omformeren

1. Gjeldende kildeomformer
2. Spenningskildeomformer

(III) I henhold til belastningstypen

1. Enfase-omformer
   1. Half Bridge Inverter
   2. Full Bridge inverter
2. Trefase inverter
   1. 180 graders modus
   2. 120-graders modus

(IV) I henhold til annen PWM-teknikk

1. Enkel pulsbreddemodulering (SPWM)
2. Multipuls pulsbreddemodulasjon (MPWM)
3. Sinusformet pulsbreddemodulasjon (SPWM)
4. Modifisert sinusformet pulsbreddemodulasjon (MSPWM)

(V) I henhold til antall utgangsnivåer

1. Vanlig to-nivå inverter
2. Flernivåomformer

Nå skal vi diskutere dem alle en etter en. Du kan sjekke en prøve på 12v DC til 220v AC inverter Circuit design her.

(I) I henhold til Output Characteristic

I henhold til utgangskarakteristikken til en inverter kan det være tre forskjellige typer omformere.

• Square Wave Inverter
• Sine Wave Inverter
• Modifisert Sine Wave Inverter

1) Firkantbølgeomformer

Utgangsbølgeformen til spenningen for denne omformeren er en firkantbølge. Denne typen inverter brukes minst blant alle andre typer inverter fordi alle apparater er designet for sinusbølgeforsyning. Hvis vi leverer firkantbølger til sinusbaserte apparater, kan det bli skadet eller tapene er veldig høye. Kostnaden for denne omformeren er veldig lav, men applikasjonen er svært sjelden. Den kan brukes i enkle verktøy med universell motor.

2) Sinusbølge

Utgangsbølgeformen til spenningen er en sinusbølge, og den gir oss en veldig lik utgang til strømforsyningen. Dette er den største fordelen med denne omformeren fordi alle apparater vi bruker, er designet for sinusbølgen. Så dette er det perfekte resultatet og gir garanti for at utstyret fungerer som det skal. Denne typen omformere er dyrere, men brukes mye i bolig- og kommersielle applikasjoner.

3) Modifisert sinusbølge

Konstruksjonen til denne typen inverter er kompleks enn enkel firkantbølgeomformer, men lettere sammenlignet med den rene sinusomformeren. Utgangen fra denne inverteren er verken ren sinusbølge eller firkantbølge. Resultatet av en slik inverter er noen av to firkantede bølger. Utgangsbølgeformen er ikke akkurat sinusbølge, men den ligner formen på en sinusbølge.

(II) I henhold til kilden til omformeren

• Spenningskildeomformer
• Gjeldende kildeomformer

1) Strømkildeomformer

I CSI er inngangen en aktuell kilde. Denne typen omformere brukes i mellomstors industriell applikasjon, hvor strømbølgeformer av høy kvalitet er obligatoriske. Men CSI-er er ikke populære.

2) Inverter for spenningskilde

I VSI er inngangen en spenningskilde. Denne typen inverter brukes i alle applikasjoner fordi den er mer effektiv og har høyere pålitelighet og raskere dynamisk respons. VSI er i stand til å kjøre motorer uten degradering.

(III) I henhold til belastningstypen

• Enfaset inverter
• Tre-fase inverter

1) enfaset inverter

Generelt bruker bolig og kommersiell belastning enfaset kraft. Enfaset inverter brukes til denne typen applikasjoner. Enfaset inverter er videre delt inn i to deler;

• Enfase halvbroinverter
• Enfase fullbroinverter

A) Enfase halvbroinverter

Denne typen inverter består av to tyristorer og to dioder, og tilkoblingen er som vist i figuren nedenfor.

I dette tilfellet er total DC-spenning Vs og delt i to like deler Vs / 2. Tiden for en syklus er T sek.

For halv syklus på 0

For andre halvdel av T / 2

Vo = Vs / 2

Ved denne operasjonen kan vi få vekselspenningsbølgeform med 1 / T Hz-frekvens og Vs / 2 toppamplitude. Utgangsbølgeformen er en firkantbølge. Det vil bli ført gjennom filteret og fjerner uønskede overtoner som gir oss ren sinusbølgeform. Frekvensen til bølgeformen kan styres av tyristoren PÅ-tid (Ton) og AV-tid (Toff).

Den størrelsen av utgangsspenningen er halvparten av tilførselsspenningen og kilden produksjonsperiode er 50%. Dette er en ulempe med halvbroinverter, og løsningen på dette er fullbroinverter.

B) Enfaset fullbroinverter

I denne typen inverter brukes fire tyristorer og fire dioder. Kretsskjemaet for enfaset fullbro er som vist i figuren nedenfor.

Om gangen leder to tyristorer T1 og T2 for første halvdel syklus 0 <t <T / 2. I løpet av denne perioden er belastningsspenningen Vs som er lik DC-forsyningsspenningen.

For andre halvdel syklus T / 2 <t <T, utfører to tyristorer T3 og T4. Lastspenningen i denne perioden er -Vs.

Her kan vi få vekselstrømutgangsspenning som likestrømforsyningsspenning, og kildens utnyttelsesfaktor er 100%. Utgangsspenningsbølgeformen er firkantet bølgeform og filtrene brukes til å konvertere den til en sinusbølge.

Hvis alle tyristorer leder på samme tid eller i et par (T1 og T3) eller (T2 og T4), vil kilden kortsluttes. Diodene er koblet i kretsen som tilbakemeldingsdiode fordi den brukes til energitilbakemelding til DC-kilden.

Hvis vi sammenligner fullbroinverter med halvbroinverter, for den gitte DC-forsyningsspenningsbelastningen er utgangsspenningen to ganger og utgangen er effekt fire ganger i fullbroinverter.

2) Trefase broomformer

I tilfelle industriell belastning brukes trefaset vekselstrømforsyning, og til dette må vi bruke en trefaset inverter. I denne typen inverter brukes seks tyristorer og seks dioder, og de er koblet til som vist i figuren nedenfor.

Den kan operere i to moduser i henhold til graden av portpulser.

• 180 graders modus
• 120-graders modus

A) 180 graders modus

I denne driftsmåten er ledningstiden for tyristor 180 grader. Når som helst i perioden er tre tyristorer (en tyristor fra hver fase) i ledningsmodus. Formen på fasespenningen er tre trinns bølgeformer, og formen på linjespenningen er en kvasi-kvadratisk bølge som vist i figuren.

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

Fase A	T1	T4	T1	T4
Fase B	T6	T3	T6	T3	T6
Fase C	T5	T2	T5	T2	T5
Grad	60	120	180	240	300	360	60	120	180	240	300	360
Thyristor dirigerer	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

I denne operasjonen er tidsforskjellen mellom pendling av utgående tyristor og ledning av innkommende tyristor null. Så samtidig ledning av innkommende og utgående tyristor er mulig. Det resulterer i kortslutning av kilden. For å unngå denne vanskeligheten brukes 120-graders driftsmodus.

B) 120-graders modus

I denne operasjonen utfører bare to tyristorer om gangen. En av fasene i tyristoren er verken koblet til den positive terminalen eller den negative terminalen. Ledningstiden for hver tyristor er 120 grader. Formen på linjespenningen er tre trinns bølgeform og fasenspenningens form er en kvasi-firkantet bølgeform.

Fase A	T1		T4		T1		T4
Fase B	T6		T3		T6		T3		T6
Fase C		T2		T5		T2		T5
grad	60	120	180	240	300	360	60	120	180	240	300	360
Thyristor dirigerer	1 6	2 1	3 2	3 4	4 5	6 5	1 6	2 1	3 2	3 4	4 5	5 6

Bølgeformen til linjespenning, fasespenning og portpuls til tyristoren er som vist i figuren ovenfor.

I alle kraftelektroniske brytere er det to typer tap; ledningstap og koblingstap. Ledningstapet betyr PÅ-tilstandstap i bryteren, og koblingstapet betyr AV-tilstandstap i bryteren. Generelt er ledningstapet større enn byttetapet i det meste av operasjonen.

Hvis vi vurderer 180 graders modus for en 60-graders drift, er tre brytere åpne og tre brytere er lukket. Betyr totaltap er lik tre ganger ledningstap pluss tre ganger byttetap.

Totalt tap i 180 grader = 3 (konduktansetap) + 3 (koblingstap)

Hvis vi vurderer 120 graders modus for en 60-graders drift, er to brytere åpne og resten av de fire bryterne er lukket. Betyr totaltap er lik to ganger ledningstap pluss fire ganger byttetap.

Totalt tap i 120 grader = 2 (konduktansetap) + 4 (koblingstap)

(IV) Klassifisering i henhold til kontrollteknikk

• Modulering med en enkelt pulsbredde (enkel PWM)
• Multipuls pulsbreddemodulasjon (MPWM)
• Sinusformet pulsbreddemodulasjon (SPWM)
• Modifisert sinusformet pulsbreddemodulasjon (MSPWM)

Utgangen til omformeren er firkantbølgesignal og dette signalet brukes ikke til lasten. Pulsbreddemodulasjonsteknikk (PWM) brukes til å kontrollere vekselstrømsspenningen. Denne kontrollen oppnås ved å kontrollere ON- og OFF-perioden for brytere. I PWM-teknikk brukes to signaler; den ene er referansesignal og den andre er et trekantet bæresignal. Portpulsen for brytere genereres ved å sammenligne disse to signalene. Det finnes forskjellige typer PWM-teknikker.

1) Modulering med en enkelt pulsbredde (enkel PWM)

For hver halvsyklus er den eneste pulsen tilgjengelig i denne kontrollteknikken. Referansesignalet er firkantbølgesignal og bæresignalet er trekantet bølgesignal. Portpulsen for bryterne genereres ved å sammenligne referansesignalet og bærersignalet. Frekvensen til utgangsspenningen styres av frekvensen til referansesignalet. Amplituden til referansesignalet er Ar og amplituden til bæresignalet er Ac, da kan modulasjonsindeksen defineres som Ar / Ac. Den viktigste ulempen med denne teknikken er høyt harmonisk innhold.

2) Multipuls pulsbreddemodulasjon (MPWM)

Ulempen med moduleringsteknikk med en enkelt pulsbredde løses ved flere PWM. I denne teknikken, i stedet for en puls, brukes flere pulser i hver halvsyklus av utgangsspenningen. Porten genereres ved å sammenligne referansesignalet og bæresignalet. Utgangsfrekvensen styres ved å kontrollere frekvensen til bæresignalet. Modulasjonsindeksen brukes til å kontrollere utgangsspenningen.

Antall pulser per halv syklus = fc / (2 * f0)

Hvor fc = frekvens av bæresignal

f0 = frekvens av utgangssignalet

3) Sinusformet pulsbreddemodulering (SPWM)

Denne kontrollteknikken er mye brukt i industrielle applikasjoner. I over begge metodene er referansesignalet et firkantbølgesignal. Men i denne metoden er referansesignalet et sinusbølgesignal. Portpulsen for bryterne genereres ved å sammenligne sinusbølgens referansesignal med den trekantede bærebølgen. Bredden på hver puls varierer med sinusbølgens amplitude. Frekvensen til utgangsbølgeformen er den samme som frekvensen til referansesignalet. Utgangsspenningen er en sinusbølge, og RMS-spenningen kan styres ved modulasjonsindeks. Bølgeformer er som vist i figuren nedenfor.

4) Modifisert sinusformet pulsbreddemodulasjon (MSPWM)

På grunn av karakteristikken til sinusbølgen kan ikke pulsbredden til bølgen endres med variasjon i modulasjonsindeksen i SPWM-teknikk. Det er grunnen til at MSPWN-teknikk introduseres. I denne teknikken påføres bæresignalet i løpet av det første og siste intervallet på 60 grader i hver halvsyklus. På denne måten forbedres dens harmoniske karakteristikk. Den største fordelen med denne teknikken er økt grunnleggende komponent, redusert antall koblingsenheter og redusert koblingstap. Bølgeformen er som vist i figuren nedenfor.

(V) I henhold til antall nivåer ved utgangen

• Vanlig to-nivå inverter
• Multi-level inverter

1) Vanlig to-nivå inverter

Disse omformerne har bare spenningsnivåer ved utgangen som er positiv toppspenning og negativ toppspenning. Noen ganger er det å ha et nullspenningsnivå også kjent som en to-nivå inverter.

2) Multilevel-omformere

Disse omformerne kan ha flere spenningsnivåer ved utgangen. Multinivåomformeren er delt inn i fire deler.

- Flygende kondensatoromformer

- Diode-klemmet inverter

- Hybrid inverter

- Kaskade H-type inverter

Hver omformer har sitt eget design for drift, her har vi forklart disse inverteren kort for å få grunnleggende ideer om dem.