Farklı inverter türlerine giriş

Alternatif Akım (AC) güç kaynağı, neredeyse tüm konut, ticari ve endüstriyel ihtiyaçlar için kullanılır. Ancak AC ile ilgili en büyük sorun, ileride kullanılmak üzere saklanamamasıdır. Böylece AC, DC'ye dönüştürülür ve ardından DC, pillerde ve ultra kapasitörlerde depolanır. Ve şimdi AC'ye ihtiyaç duyulduğunda, DC, AC tabanlı cihazları çalıştırmak için tekrar AC'ye dönüştürülür. Dolayısıyla DC'yi AC'ye çeviren cihaza İnvertör denir. İnverter, DC'yi değişken AC'ye dönüştürmek için kullanılır. Bu değişiklik voltajın büyüklüğü, faz sayısı, frekans veya faz farkı olabilir.

İnvertörün Sınıflandırılması

İnverter, çıkış, kaynak, yük türü vb. Temelinde birçok türe sınıflandırılabilir. Aşağıda, inverter devrelerinin tam sınıflandırması verilmiştir:

(I) Çıkış Karakteristiğine Göre

1. Kare Dalga İnvertör
2. Sinüs İnvertörü
3. Modifiye Sinüs İnvertörü

(II) İnvertör Kaynağına Göre

1. Akım Kaynak İnvertörü
2. Gerilim Kaynak İnvertörü

(III) Yük Tipine Göre

1. Tek Fazlı İnvertör
   1. Yarım Köprü Çevirici
   2. Tam Köprü Çevirici
2. Üç Fazlı İnvertör
   1. 180 derece modu
   2. 120 derece modu

(IV) Farklı PWM Tekniğine göre

1. Basit Darbe Genişlik Modülasyonu (SPWM)
2. Çoklu Darbe Genişlik Modülasyonu (MPWM)
3. Sinüzoidal Darbe Genişlik Modülasyonu (SPWM)
4. Modifiye edilmiş sinüzoidal Darbe Genişlik Modülasyonu (MSPWM)

(V) Çıkış Seviyesine Göre

1. Normal İki Seviyeli Çevirici
2. Çok Seviyeli Çevirici

Şimdi hepsini tek tek tartışacağız. Örnek bir 12v DC - 220v AC İnvertör Devresi tasarımını buradan kontrol edebilirsiniz.

(I) Çıkış Karakteristiğine Göre

Bir invertörün çıkış karakteristiğine göre, üç farklı tip invertör olabilir.

• Kare Dalga İnvertör
• Sinüs İnvertörü
• Modifiye Sinüs İnvertörü

1) Kare dalga invertörü

Bu invertör için gerilimin çıkış dalga biçimi kare dalgadır. Bu tip invertör, diğer tüm inverter türleri arasında en az kullanılır çünkü tüm cihazlar sinüs dalgası beslemesi için tasarlanmıştır. Sinüs dalgası tabanlı cihaza kare dalga verirsek hasar görebilir veya kayıplar çok yüksek olur. Bu invertörün maliyeti çok düşüktür ancak uygulama çok nadirdir. Üniversal motorlu basit aletlerde kullanılabilir.

2) Sinüs dalgası

Gerilimin çıkış dalga biçimi bir sinüs dalgasıdır ve bize şebeke beslemesine çok benzer bir çıktı verir. Bu, bu inverterin en büyük avantajıdır çünkü kullandığımız tüm cihazlar sinüs dalgası için tasarlanmıştır. Bu mükemmel bir çıktıdır ve ekipmanın düzgün çalışacağını garanti eder. Bu tür invertörler daha pahalıdır ancak konut ve ticari uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

3) Modifiye edilmiş sinüs dalgası

Bu tip invertörün yapımı, basit kare dalgalı invertörden karmaşıktır ancak saf sinüs dalgalı invertöre kıyasla daha kolaydır. Bu invertörün çıkışı ne saf sinüs dalgası ne de kare dalgadır. Bu tür bir invertörün çıkışı, iki kare dalgadan bazılarıdır. Çıkış dalga biçimi tam olarak sinüs dalgası değildir, ancak bir sinüs dalgasının şekline benzer.

(II) İnvertör Kaynağına Göre

• Gerilim Kaynak İnvertörü
• Akım Kaynak İnvertörü

1) Akım Kaynağı Çevirici

CSI'da giriş bir akım kaynağıdır. Bu tip inverterler, yüksek kaliteli akım dalga formlarının zorunlu olduğu orta gerilim endüstriyel uygulamasında kullanılır. Ancak CSI'lar popüler değil.

2) Gerilim Kaynak Çevirici

VSI'de giriş bir voltaj kaynağıdır. Bu tip invertör, daha verimli olduğu ve daha yüksek güvenilirliğe ve daha hızlı dinamik yanıta sahip olduğu için tüm uygulamalarda kullanılır. VSI, derecelendirmeyi azaltmadan motorları çalıştırabilir.

(III) Yük Tipine Göre

• Tek fazlı İnvertör
• Üç fazlı İnvertör

1) tek fazlı invertör

Genellikle konut ve ticari yükler tek fazlı güç kullanır. Tek fazlı invertör bu tür uygulamalar için kullanılır. Tek fazlı invertör ayrıca iki bölüme ayrılmıştır;

• Tek Fazlı Yarım köprü İnvertör
• Tek Fazlı Tam köprü İnvertör

A) Tek Fazlı Yarım köprü İnvertör

Bu tip invertör iki tristör ve iki diyottan oluşur ve bağlantı aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir.

Bu durumda, toplam DC voltajı V'dir ve iki eşit parçaya Vs / 2 bölünmüştür. Bir döngü süresi T sn'dir.

0'lık yarım döngü için

T / 2'nin ikinci yarı döngüsü için

Vo = Vs / 2

Bu işlemle 1 / T Hz frekans ve Vs / 2 tepe genliği ile alternatif gerilim dalga biçimi elde edebiliriz. Çıkış dalga formu bir kare dalgadır. Filtreden geçecek ve bize saf sinüs dalga formu veren istenmeyen harmonikleri ortadan kaldıracaktır. Dalga formunun frekansı, tristörün AÇIK zamanı (Ton) ve KAPALI zamanı (Toff) ile kontrol edilebilir.

Çıkış voltajının büyüklüğü, besleme gerilimi yarısıdır ve kaynak kullanım dönemi 50% 'dir. Bu, yarım köprü eviricinin bir dezavantajıdır ve bunun çözümü tam köprü eviricidir.

B) Tek Fazlı Tam köprü İnvertör

Bu tip invertörde dört tristör ve dört diyot kullanılır. Tek fazlı tam köprünün devre şeması aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir.

İlk yarı döngü 0 <t <T / 2 için bir anda iki tiristör T1 ve T2 çalışır. Bu süre boyunca, yük voltajı, DC besleme voltajına benzer olan Vs'dir.

İkinci yarı döngü T / 2 <t <T için, iki tristör T3 ve T4 iletken olur. Bu dönemdeki yük voltajı -Vs'dir.

Burada AC çıkış voltajını DC besleme voltajıyla aynı şekilde alabiliriz ve kaynak kullanım faktörü% 100'dür. Çıkış voltajı dalga formu kare dalga formudur ve filtreler onu sinüs dalgasına dönüştürmek için kullanılır.

Tüm tristörler aynı anda veya bir çift (T1 ve T3) veya (T2 ve T4) olarak çalışırsa, kaynak kısa devre yapacaktır. DC kaynağına enerji geri beslemesi için kullanıldığından, diyotlar devreye geri besleme diyotu olarak bağlanmıştır.

Tam köprü inverteri ile yarım köprü invertörü karşılaştırırsak, verilen DC besleme voltajı yükü için, tam köprü invertörde çıkış voltajı iki kat ve çıkış gücü dört kattır.

2) Üç Fazlı Köprü Çevirici

Endüstriyel yük durumunda, üç fazlı ac beslemesi kullanılır ve bunun için üç fazlı bir invertör kullanmamız gerekir. Bu tip invertörde altı tristör ve altı diyot kullanılır ve aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi bağlanır.

Kapı darbelerinin derecesine göre iki modda çalışabilir.

• 180 derece modu
• 120 derece modu

A) 180 derece modu

Bu çalışma modunda tristör için iletim süresi 180 derecedir. Herhangi bir periyot anında, üç tristör (her fazdan bir tristör) iletim modundadır. Faz voltajının şekli, üç kademeli dalga formudur ve hat voltajının şekli, şekilde gösterildiği gibi yarı kare bir dalgadır.

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

Aşama A	T1	T4	T1	T4
Aşama B	T6	T3	T6	T3	T6
Aşama C	T5	T2	T5	T2	T5
Derece	60	120	180	240	300	360	60	120	180	240	300	360
Tristör iletir	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

Bu işlemde giden tristörün komutasyonu ile gelen tristörün iletimi arasındaki zaman boşluğu sıfırdır. Böylece gelen ve giden tristörün eşzamanlı olarak iletilmesi mümkündür. Kaynağın kısa devresine neden olur. Bu zorluğu önlemek için 120 derece çalışma modu kullanılır.

B) 120 derece modu

Bu işlemde bir seferde sadece iki tristör çalışır. Tristörün fazlarından biri ne pozitif terminale ne de negatif terminale bağlıdır. Her tristör için iletim süresi 120 derecedir. Hat voltajının şekli üç aşamalı dalga biçimidir ve faz voltajının şekli yarı kare bir dalga biçimidir.

Aşama A	T1		T4		T1		T4
Aşama B	T6		T3		T6		T3		T6
Aşama C		T2		T5		T2		T5
derece	60	120	180	240	300	360	60	120	180	240	300	360
Tristör iletir	1 6	2 1	3 2	3 4	4 5	6 5	1 6	2 1	3 2	3 4	4 5	5 6

Tristörün hat voltajı, faz voltajı ve kapı darbesinin dalga biçimi yukarıdaki şekilde gösterildiği gibidir.

Herhangi bir güç elektroniği anahtarında iki tür kayıp vardır; iletim kaybı ve anahtarlama kaybı. İletim kaybı, anahtarda AÇIK durum kaybı anlamına gelir ve anahtarlama kaybı, anahtarda KAPALI durum kaybı anlamına gelir. Genel olarak, iletim kaybı, operasyonun çoğunda anahtarlama kaybından daha büyüktür.

60 derecelik bir çalışma için 180 derece modu düşünürsek, üç anahtar açık ve üç anahtar kapalıdır. Toplam kayıp, üç kat iletim kaybı artı üç kat anahtarlama kaybına eşittir.

180 derecedeki toplam kayıp = 3 (iletkenlik kaybı) + 3 (anahtarlama kaybı)

60 derecelik bir çalışma için 120 derecelik modu düşünürsek, iki anahtar açık ve dört anahtarın geri kalanı kapalıdır. Toplam kayıp, iki kat iletkenlik kaybı artı dört kat anahtarlama kaybına eşittir.

120 derecedeki toplam kayıp = 2 (iletkenlik kaybı) + 4 (anahtarlama kaybı)

(IV) Kontrol Tekniğine Göre Sınıflandırma

• Tek Darbe Genişlik modülasyonu (tek PWM)
• Çoklu Darbe Genişlik Modülasyonu (MPWM)
• Sinüzoidal Darbe Genişlik Modülasyonu (SPWM)
• Modifiye Sinüzoidal Darbe Genişlik Modülasyonu (MSPWM)

Eviricinin çıkışı kare dalga sinyalidir ve bu sinyal yük için kullanılmaz. AC çıkış voltajını kontrol etmek için darbe genişlik modülasyonu (PWM) tekniği kullanılır. Bu kontrol, anahtarların AÇIK ve KAPALI periyodunun kontrol edilmesiyle elde edilir. PWM tekniğinde iki sinyal kullanılır; biri referans sinyal ve ikincisi üçgen taşıyıcı sinyaldir. Anahtarlar için kapı darbesi, bu iki sinyalin karşılaştırılmasıyla oluşturulur. Farklı PWM teknikleri vardır.

1) Tek Darbe Genişlik modülasyonu (tek PWM)

Her yarım döngü için, bu kontrol tekniğinde tek darbe mevcuttur. Referans sinyal kare dalga sinyalidir ve taşıyıcı sinyal üçgen dalga sinyalidir. Anahtarlar için kapı darbesi, referans sinyal ile taşıyıcı sinyalin karşılaştırılmasıyla oluşturulur. Çıkış voltajının frekansı, referans sinyalinin frekansı tarafından kontrol edilir. Referans sinyalin genliği Ar'dır ve taşıyıcı sinyalin genliği Ac'dir, bu durumda modülasyon indeksi Ar / Ac olarak tanımlanabilir. Bu tekniğin ana dezavantajı yüksek harmonik içeriktir.

2) Çoklu Darbe Genişlik Modülasyonu (MPWM)

Tek darbe genişlik modülasyon tekniğinin dezavantajı, çoklu PWM ile çözülür. Bu teknikte, çıkış voltajının her yarım döngüsünde bir darbe yerine birkaç darbe kullanılır. Geçit, referans sinyal ile taşıyıcı sinyalin karşılaştırılmasıyla oluşturulur. Çıkış frekansı, taşıyıcı sinyalin frekansı kontrol edilerek kontrol edilir. Modülasyon indeksi, çıkış voltajını kontrol etmek için kullanılır.

Yarım döngü başına darbe sayısı = fc / (2 * f0)

Fc = taşıyıcı sinyalin frekansı

f0 = çıkış sinyalinin frekansı

3) Sinüzoidal Darbe Genişlik Modülasyonu (SPWM)

Bu kontrol tekniği, endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Her iki yöntemin yukarısında, referans sinyali bir kare dalga sinyalidir. Ancak bu yöntemde referans sinyal bir sinüs dalgası sinyalidir. Anahtarlar için kapı darbesi, sinüs dalgası referans sinyalini üçgen taşıyıcı dalga ile karşılaştırarak üretilir. Her darbenin genişliği, sinüs dalgasının genlik değişimine göre değişir. Çıkış dalga biçiminin frekansı, referans sinyalinin frekansı ile aynıdır. Çıkış voltajı bir sinüs dalgasıdır ve RMS voltajı modülasyon indeksi ile kontrol edilebilir. Dalga biçimleri aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir.

4) Modifiye Sinüzoidal Darbe Genişlik Modülasyonu (MSPWM)

Sinüs dalgasının karakteristiği nedeniyle, dalganın darbe genişliği, SPWM tekniğinde modülasyon indeksindeki değişiklik ile değiştirilemez. MSPWN tekniğinin tanıtılmasının nedeni budur. Bu teknikte, taşıyıcı sinyal her yarım döngünün ilk ve son 60 derecelik aralığında uygulanır. Bu şekilde harmonik özelliği iyileştirilir. Bu tekniğin temel avantajı, artan temel bileşen, azaltılmış anahtarlama güç cihazı sayısı ve azaltılmış anahtarlama kaybıdır. Dalga formu aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir.

(V) Çıkıştaki Seviye Sayısına Göre

• Normal İki Seviyeli Çevirici
• Çok seviyeli Çevirici

1) Normal iki seviyeli Çevirici

Bu inverterler, çıkışta yalnızca pozitif tepe voltajı ve negatif tepe voltajı olan voltaj seviyelerine sahiptir. Bazen, sıfır voltaj seviyesine sahip olmak, iki seviyeli bir invertör olarak da bilinir.

2) Çok Seviyeli İnvertörler

Bu inverterler, çıkışta birden fazla voltaj seviyesine sahip olabilir. Çok seviyeli invertör dört bölüme ayrılmıştır.

- Uçan kapasitör İnvertör

- Diyot kenetli İnvertör

- Hibrit İnvertör

- Kaskad H tipi İnvertör

Her invertörün çalışması için kendi tasarımı vardır, burada bunlar hakkında temel fikir edinmek için bu invertörü kısaca açıkladık.