Güç dönüştürücü - Power inverter
Giriş gerilimi , çıkış gerilimi ve frekansı, ve genel olarak güç kullanımı belirli bir aygıt ya da devre tasarımına bağlıdır. İnvertör herhangi bir güç üretmez; Güç DC kaynağı tarafından sağlanmaktadır.
Bir güç çevirici tamamen elektronik olabilir ya da (örneğin, döner bir cihaz gibi) mekanik etkilere ve bir elektronik devre bir kombinasyonu olabilir. Statik çeviriciler dönüşüm sürecinde hareketli parçalar kullanmayın.
Güç çeviriciler, öncelikle yüksek akımları ve voltajları mevcut elektrik enerjisi uygulamaları kullanılmaktadır; Genellikle denir, çok düşük akım ve gerilimleri sahip elektronik sinyaller için aynı fonksiyonu yerine devreler osilatörler . DC AC dönüştürme tersi işlevi yerine Devreler, denir doğrultucular .
Giriş ve çıkış
Giriş gerilimi
Cihaz ya da devre frekans tipik bir güç nispeten sabit gerektirir DC güç kaynağı sisteminin amaçlanan enerji talepleri için yeterli gücü temin yeteneğine. Giriş gerilimi invertör tasarımı ve amacına bağlıdır. Örnekler şunları içerir:
- 12 V DC, tipik olarak, tekrar şarj edilebilen bir 12 V işletilen küçük tüketici ve ticari çeviriciler için asit batarya veya otomotiv elektrik prizi yol açar.
- Ev enerji sistemleri için ortak standartları 24, 36 ve 48 V DC.
- 200 ila 400 V DC güç fotovoltaik güneş panelleri arasında olduğunda.
- 300 ila 450 V DC güç araçtan ızgara sistemleri elektrikli araç akü arasında olduğunda.
- İnvertör bir parçasıdır volt binlerce yüzlerce yüksek gerilim doğru akım güç iletim sistemi.
Çıktı dalga
Bir çevirici genişliği modüle edilmiş dalga (PWM) devre tasarımına bağlı olarak sinüs dalgası biçimli bir itki, sinüs dalga atımlı bir kare dalga, sinüs dalgası üretebilir. İnverterler Ortak türleri kare dalgalar veya yarı-kare dalgalar üretir. Bir sinüs dalgası saflığı bir ölçüsü olan toplam harmonik distorsiyon (THB). Bağlantı müşterinin noktasında dalga şeklinde% 3'ten az THD gerektiren bir% 50 görev döngüsü kare dalga ticari güç dağıtım ızgaraların% 48 THD Teknik standartlara bir sinüs dalgasına eşdeğerdir. IEEE standartına göre 519, bir güç şebekesine bağlantı sistemleri için en az% 5 THD önerir.
Ev eklentisini üreten gerilimi bir anahtarlama kullanan ilki daha düşük voltajlı DC kaynaktan gelen iki temel tasarımları vardır artırmak dönüştürücü AC'ye daha yüksek voltaj DC ve daha sonra dönüştürür üretmek. İkinci yöntem, pil seviyesinde AC ve DC dönüştürür ve kullanan çizgi frekanslı transformatör çıkış voltajını oluşturmak için kullanılır.
Kare dalgası
Bu, bir invertör tasarım üretebilir ve en iyi, ışıklandırma ve ısıtma gibi düşük hassasiyet uygulamalar için uygundur basit dalga formu biridir. Kare dalga çıkış ses ekipmana bağlı ve genel olarak hassas elektronik için uygun olduğunda "uğultu" üretebilir.
Sinüs dalgası
Çok basamaklı bir sinüzoidal AC dalga formunu üreten bir güç çevirici cihazı olarak adlandırılır sinüs dalga frekans . Daha açık bir şekilde daha az bozulma çıkışları ile inverterleri ayırt etmek sinüs dalgası tasarımları invertör (üç aşama), üreticiler çoğu zaman ifade kullanımı saf sinüs dalgası inverteri . Hemen hemen "çevirici saf bir sinüsel dalganın" olarak satılan tüm tüketici sınıf çeviriciler hiç pürüzsüz bir sinüs dalga çıkışını, kare dalga (iki safha) ve modifiye edilmiş sinüs dalgası (üç aşama) çeviriciler göre sadece az dalgalı çıkış üretmemektedir. Onlar oldukça iyi çıkışı ile uğraşmak Ancak bu çoğu elektronik için kritik değildir.
Güç standart hat gücü için aygıtlar yerine inverteri, bir sinüs dalgası çıkış istendiği birçok elektrik ürünleri bir sinüs dalgası AC güç kaynağı ile en iyi çalışma için tasarlanmış olduğu için. Standart bir elektrik kullanım tipik olarak, küçük hataları olan ama bazen anlamlı bir bozulma ile bir sinüs dalgası sağlar.
Dalga çıkışı fazla üç adımda sinüs dalgası inverterleri daha karmaşıktır ve sadece üç basamağı olan bir sinüs dalgası önemli ölçüde daha yüksek maliyet, ya da kare dalga (bir adım) aynı güç işleme türleri vardır. Anahtarlamalı güç kaynağı , kişisel bilgisayarlar veya DVD oynatıcılar, modifiye sinüs dalga güç fonksiyonu olarak (SMPS) cihazları. Doğrudan olmayan sinüs gücüyle çalıştırılan AC motorlar farklı hız-tork özelliklerine sahip olabilir, ekstra ısı üreten olabilir veya sinüs güçle çalışırken daha duyulabilir gürültü üretebilir.
Modifiye sinüs dalgası
Bu tür bir inverter sinüs dalga çıkışı iki toplamıdır kare dalgalar faz diğerine göre 90 derece kaymış olduğu, bunlardan biri. Sonuç sıfır volt eşit aralıklarla üç seviyeli dalga şeklidir; Pozitif volt zirve; sıfır volt pik negatif volt ve sıfır volt. Bu dizi tekrarlanır. Elde edilen dalga çok kaba bir sinüs dalgası şeklini andırır. En ucuz tüketici güç çeviriciler, modifiye edilmiş sinüs dalgası yerine saf sinüs dalgası üretir.
Ticari olarak temin edilebilen tadil edilmiş sinüs dalgası inverterleri de dalga kutup değişimi sırasında bir kare dalga ancak duraklama benzemektedir. Switching devletler pozitif, negatif ve sıfır gerilimler için geliştirilmektedir. Dalga biçimi çevrim süresi yarısı için en yüksek değerlerine sahip seçilirse, tepe voltaj , RMS voltajı oranında bir sinüs dalgası için aynıdır. DC bara gerilimi aktif olarak düzenlenen veya "açık" olabilir ve saatler DC bara gerilimi değişimleri telafi etmek için DC bara gerilimi aynı RMS değeri çıkışını kadar korumak için değiştirilebilir "kapalı". Darbe genişliği değiştirilerek, harmonik spektrum değiştirilebilir. 130 derece her bir elektrik döngüsünün genişliği darbeler olduğunda üç aşamalı bir modifiye edilmiş sinüs dalgası için en düşük THD 30% 'dir. Bu kare dalga biraz daha düşüktür.
Zaman kapalı üzerine oranı denilen bir teknik ile, sabit bir frekansı muhafaza ederken, RMS voltajı değiştirmek üzere ayarlanabilir darbe genişlik modülasyonu (PWM). Oluşturulan kapı darbeleri istenen çıktı elde etmek için gelişmiş bir modele uygun olarak her bir anahtar verilir. Çıkış harmonik spektrumu palsların genişliğinin ve modülasyon frekansına bağlıdır. Darbeler, dalga biçiminin üzerine 130 ° uzanır, ancak elde edilen gerilim hala şebeke bağlı güç kaynakları için ticari standartlar daha yüksek yaklaşık 30% THD sahip olacak olduğunda, bir üç seviyeli dalga biçiminin minimum distorsiyon ulaşıldığı gösterilebilir. İndüksiyon motorları çalıştırırken, gerilim harmonik endişe genellikle değildir; Bununla birlikte, akım dalga harmonik distorsiyon ek ısıtma tanıtır ve zonklayan momentleri üretebilir.
Elektrik ekipman sayıda ürün özellikle, modifiye sinüs dalga güç çevirici cihazlarda oldukça iyi gibi geleneksel akkor ampuller gibi doğada dirençli olan yükleri çalışacaktır. Bir olan öğeler anahtarlamalı güç kaynağına sorunsuz neredeyse tamamen çalışır ancak öğe bir şebeke varsa trafo, işte bu puan ne kadar marjinal bağlı aşırı ısınabilir.
Ancak, yük, bir sinüs dalgası ile ilişkili harmonik nedeniyle daha az verimli bir şekilde çalışması ve işlem sırasında bir vınlama sesi üretebilir. Üreticinin Nominal dönüşüm verimliliği harmonik için değil hesap vermez çünkü bu aynı zamanda, bir bütün olarak sistemin verimini etkiler. Bu nedenle, saf sinüs dalgası inverterleri sinüs dalga inverterleri önemli ölçüde daha yüksek verim sağlar olabilir.
En AC motorları 20 yaklaşık% harmonik içeriği sayesinde bir etkinlik azalması ile MSW sürücülerin üzerinde çalışacaktır. Ancak, bunlar oldukça gürültülü olabilir. temel frekansa ayarlı bir dizi LC filtresi yardımcı olabilir.
Aşağıdaki gibi olan topolojisi tüketici güç çeviriciler bulunan frekans ortak bir sinüs dalga olarak: An mikro dahili hızlı ve cihaz kapanır MOSFET ~ 50 kHz gibi yüksek bir sıklıkta uygulanır. MOSFET doğrudan (örneğin bir pil gibi) düşük bir voltaj DC kaynağından çekin. Bu sinyal daha sonra yükseltici transformatörler geçer daha yüksek bir voltaj sinyali üretmek üzere (genel olarak bir çok küçük transformatörler inverter toplam boyutunu azaltmak için paralel olarak yerleştirilir). Daha sonra kondansatör ile filtre alır yükseltici transformatörleri çıkışının yüksek voltajlı DC beslemesi ile elde edilir. Son olarak, bu DC kaynak nihai modifiye edilmiş bir sinüs dalgası sinyalinin üretilmesi için, bir mikrokontrolör tarafından ek güç MOSFET ile pulse edilir.
Daha karmaşık çeviriciler, bir sinüs dalgasına bir çok-basamaklı bir yaklaşım oluşturmak üzere daha iki gerilim daha kullanımı. Bu, ayrıca, sadece alternatif pozitif ve negatif darbeler kullanarak bir ters çeviriciye göre voltaj ve akım harmonikleri ve THD azaltabilir; ancak bu tür inverterler maliyeti artan ek anahtarlama bileşenlerini gerektirir.
Çıkış frekansı
Bir güç çevirici aygıtın AC çıkış frekansı genellikle standart güç hat frekansı, 50 ya da 60 ile aynı hertz
cihaz veya devrenin çıkışı (örneğin hızlandırdı) ayrıca uygun hale ise daha sonra frekans iyi transformatör verimliliği için çok daha yüksek olabilir.
Çıkış gerilimi
Bir güç çevirici AC çıkış gerilimi, genellikle frekans nedeni olduğu yük değişiklik olduğunda bile, ızgara hattı voltajı, tipik haliyle 120 ya da dağıtım seviyesinde 240 VAC ile aynı olacak şekilde düzenlenir. Bu standard hat gücü için tasarlanmış güç sayısız cihazlara inverteri verir.
Bazı inverterler da seçilebilir ya da sürekli değişken çıkış gerilimleri sağlar.
Çıkış gücü
Bir güç çevirici genellikle ifade genel bir güç değerine sahip olacak watt veya kilowatt. Bu invertör dolaylı sürüş ve cihazın DC kaynağından gerekli olacak güce sunulacak gücünü açıklamaktadır. Mimik hattı enerji vermesi tasarlanan küçük popüler tüketici ve ticari cihazlar, tipik olarak 150 ila 3000 watt arasında değişir.
Tüm invertör uygulamaları, sadece veya esas güç iletim ile ilgilenen değil; bazı durumlarda sıklığı ve veya dalga özellikleri takip ilgili devre veya cihaz tarafından kullanılmaktadır.
Piller
Çalışma zamanı pil ile çalışan bir inverterin, pil gücü ve enerji miktarına bağlı belirli bir zamanda dönüştürücüden çekilmektedir. İnvertör artar kullanan ekipman miktarı, çalışma zamanı azaltacaktır. Bir inverterin zamanını uzatmak için ek bataryalar çevirici eklenebilir.
bir invertör daha pilleri eklemeye çalışırken, montaj için iki temel seçenek vardır:
- Seri yapılandırma
- Amaç invertör genel giriş voltajını arttırmak ise, tek edebilir zincir papatya bir dizi konfigürasyonda pilleri. Bir dizi yapılandırmada, tek bir pil ölmesi, diğer piller yüke enerji sağlamak için mümkün olmayacaktır.
- Paralel yapılandırma
- Amaç kapasitesini artırmak ve inverter çalışma zamanını uzatmak için ise, piller bağlanabilir paralel olarak . Bu, genel artırır amper-saat pil seti (Ah) notunu.Tek bir pil da deşarj edilirse, diğer pil sonra içinden deşarj olur. Tüm bu paketin hızlı deşarj, hatta bir aşırı akım ve olası yangına yol açabilir. Bunu önlemek için, geniş bir paralel bir pil diğerlerinden bir alt-gerilim pil izole etmek için diyotlar veya otomatik olarak geçen akıllı izleme ile bağlı olabilir.
Uygulamalar
DC güç kaynağı kullanımı
Bir inverter gibi kaynaklardan DC elektrik dönüştürür piller veya yakıt hücreleri AC elektriğe. Elektrik Gerekli gerilimde olabilir; özellikle de arzu edilen herhangi bir voltajda ana kullanım için tasarlanmış, veya kullanılan DC doğrultulmuş ac ekipman çalışabilir.
Kesintisiz güç kaynakları
Bir kesintisiz güç kaynağı (UPS) şebeke güç mevcut olmadığında AC gücünü tedarik etmek pilleri ve bir invertör kullanır. Şebeke ile ilgili olduğunda, bir doğrultucu pilleri şarj etmek için DC güç sağlar.
Elektrikli motor hız kontrolü
Ayarlanabilir değişken bir çıkış voltaj aralığı üretmek için tasarlanmış devre genellikle motor hızı kontrol içinde kullanılan İnvertör. İnverter bölümü için DC güç normal duvar prizine veya başka bir kaynaktan türetilebilir. Kontrol ve geri besleme devresi sonunda mekanik yük altında motoruyla hızını belirleyecek invertör bölümünün son çıkışını ayarlamak için kullanılır. Motor hız kontrol ihtiyaçları çoktur ve benzeri şeyler şunlardır: endüstriyel motor tahrikli donanımları, elektrikli araçlar, raylı taşıma sistemleri ve güç araçları. (İlgili bakınız değişken frekanslı sürücü anahtarlama durumları pozitif, negatif için geliştirilen ve şalter, Tablo 1 üretilen kapı darbeleri verilen kalıpları göre sıfır voltaj ve dolayısıyla gelişmiş modeli ve çıkış uygun olarak her bir anahtar verilir) elde edildi.
soğutma kompresörleri yılında
Bir çevirici hızını kontrol etmek için kullanılabilir kompresör sürücü motorun değişken soğutucu akışını bir de soğutma veya havalandırma sisteminin performansını düzenleyen sistemi. Böyle tesisat olarak bilinir İnverter kompresörlerin . Soğutma düzenlemesi kullanımı tek hızlı kompresörlerin geleneksel yöntemler ile ve periyodik olarak kapatılır; İnverter donatılmış sistemler sahip değişken frekanslı sürücü , kontrol motorun hız ve bu nedenle kompresör ve soğutma çıktı. Bir çevirici sürücülerden değişken frekanslı AC fırçasız veya endüksiyon motoru kompresör değişken hızlarda-ortadan kompresör durdurma başlangıç çevrimi artar verimliliği çalıştırılabilir, böylece beslenmesi AC frekansı ile orantılıdır, hızı arasında. Bir mikro-kontrolör , tipik olarak boşlukta ısı soğutulacak izler ve arzu edilen sıcaklığı muhafaza etmek kompresörün hızını ayarlar. Ek elektronik ve sistem bilgisayar donanımlarına maliyet eklemek, ancak işletim maliyetlerinde önemli ölçüde tasarruf neden olabilir.
Güç ızgarası
Izgara-bağladılar inverterler elektrik güç dağıtım sistemine beslemek için tasarlanmıştır. Bunlar mümkün olduğunca az harmonik içerik olarak çizgi ile eş zamanlı aktarmak ve var. Ayrıca şekilde değil tehlikeli bir elektrik kesintisi sırasında ızgara güç beslemeye devam güvenlik nedeniyle, şebeke akımının varlığını tespit etmek için bir araç gerekir.
Synchronverters dönen bir jeneratör simüle etmek için tasarlanmıştır, ve ızgaraları stabilize yardım etmek için kullanılabilir çeviriciler bulunmaktadır. Bunlar şebeke frekansındaki değişikler normal jeneratörler daha hızlı tepki için tasarlanmış olabilir ve konvansiyonel jeneratörlerinin talep veya üretimde çok ani değişikliklere yanıt verdiklerini şansı verebilir.
Birkaç yüz megavat derecelendirilen Büyük inverter, güç vermek için kullanılan yüksek gerilim doğru akım akım dağıtım sistemleri alternatif için iletim sistemlerinin.
Güneş
Bir güneş invertör a, sistem dengesi a (BOS) bileşeni fotovoltaik sistem ve her ikisi için de kullanılabilir , şebekeye bağlı ve şebeke dışı sistemler. Güneş inverterler ile kullanılmak üzere uyarlanmış özel fonksiyonlara sahip fotovoltaik dahil diziler, maksimum güç noktası izleme ve önleyici islanding koruma. Güneş mikro çeviriciler bağımsız bir mikro invertör Her bir güneş paneline bağlı olarak, geleneksel bir inverter farklıdır. Bu sistemin genel verimliliğini artırabilir. Birkaç mikro-inverter alınan çıktı daha sonra bir araya getirilmiş ve genellikle beslenir Elektrik şebekesine .
Diğer uygulamalarda, geleneksel bir inverter solar şarj kontrol cihazı tarafından tutulan bir akü grubu ile kombine edilebilir. bileşenlerin Bu kombinasyon genellikle güneş jeneratör olarak adlandırılır.
Endüksiyon ısıtma
İnvertör kullanım için daha yüksek bir frekansa alçak frekans ana AC gücüne dönüştürürler endüksiyon ısıtma . Bunu yapmak için, AC güç ilk DC güç sağlamak için rektifiye edilir. İnvertör sonra yüksek frekanslı AC gücüne DC güç değiştirir. Nedeniyle kullanılan DC kaynakları sayısındaki azalma, yapısı daha güvenilir hale gelir ve çıkış gerilimi, referans sinüzoidal voltaj daha elde edilebilir, böylece adımların sayısında bir artış daha yüksek çözünürlüğe sahiptir. Bu yapılandırma geçenlerde AC güç kaynağına ve ayarlanabilir hız tahrik uygulamalarında çok popüler hale geldi. Bu yeni invertör ekstra sıkma diyotlar veya voltaj dengeleme kapasitörler önleyebilirsiniz.
seviye üç çeşit modülasyon teknikleri, yani, var kaydırılır:
- Faz Muhalefet Bırakma (POD)
- Alternatif Faz Muhalefet Eğilimi (APOD)
- Aşama Bırakma (PD)
HVDC güç iletim
İle HVDC güç iletim, AC güç rektifiye ve yüksek gerilim DC güç başka bir yere iletilir. Alıcı yerde, bir bir invertör bitki invertör statik AC gücünü geri dönüştürür. İnverter şebeke frekansı ve faz ve harmonik üretiminin en aza düşürülmesi ile senkronize edilmelidir.
Elektroşok silahlar
Elektroşok silah ve tasers küçük 9 V DC pili V AC binlerce onlarca oluşturmak için bir DC / AC çevirici var. İlk 9 V DC ve daha sonra rektifiye ve önceden ayarlanmış bir eşik gerilimi ulaşılana kadar geçici olarak yüksek bir voltaj kapasitör depolanan bir kompakt yüksek frekans transformatörü ile 400-2000 V AC'ye dönüştürülür. (Bir hava aralığına veya triyak yolu ile belirlenen) eşiğine ulaşıldığında, kapasitör içine tüm yük dökümlerini darbe transformatörünün sonra 20-60 kV nihai çıktı gerilimine kadar olan adımları tekrarlayın. Prensip Bir varyant ayrıca kullanılan elektronik flaş ve hata zappers bir kapasitöre dayalı güvenmek de, voltaj çoğaltıcı yüksek gerilim elde etmek.
Çeşitli
güç çeviriciler için tipik uygulamalar şunları içerir:
- Kullanıcı bir bağlanmasına izin Taşınabilir tüketici cihazları pili cihaza pil veya seti, lambalar, televizyonlar, mutfak aletleri ve elektrikli aletler gibi çeşitli elektrikli öğesi çalıştıramaz AC gücünü üretmek.
- AC gücüne DC gücü dönüştürmek için böyle elektrik idaresinin veya güneş üreten sistemleri gibi enerji üretim sistemlerinde kullanın.
- Bir mühendislik ihtiyaç DC kaynağından bir AC kaynak türetmek için var daha büyük herhangi bir elektronik sistem içinde kullanımı.
Devre açıklaması
Temel tasarım
Basit bir invertör devresi olarak DC güç bağlı transformatörün primer sargısının merkezi musluk içinden. Bir anahtar hızla primer sargısı ve daha sonra diğer bir ucundan iki alternatif yolları takip DC kaynağına geri akmasına akımı sağlamak için ileri ve geri çevrilir. Transformatörün primer sargısına akım yönünde birbirini üreten alternatif akım ikincil devrede (AC).
Anahtarlama cihazının elektromekanik versiyonu iki sabit kontak içeren ve bir yay hareketli kontak desteklemektedir. Yay sabit kontakların birine karşı hareket edebilen kontağı tutan ve bir elektromıknatıs karşısında sabit kontağa hareket edebilen kontağı çeker. Anahtarı sürekli ileri geri hızla geçer, böylece elektromıknatıs güncel anahtarının eylemiyle kesilir. Olarak adlandırılan elektro invertör anahtar Bu tip vibratör veya zil, bir kez kullanılan vakum tüpü otomobil radyo. Benzer bir mekanizma ziller, buzzer'ı ve kullanılmıştır dövme makineleri .
Onlar yeterli güç değerlendirmesi ile mümkün hale geldi gibi transistör ve başka çeşitli yarıiletken anahtarlar invertör devresi tasarımlar içine dahil edilmiştir. Özellikle büyük sistemler için bazı derecelendirme, (birçok kilowatt) kullanım tristörler (SCR). SCR bir yarı-iletken cihazın özelliği taşıma büyük güç sağlayan ve kolayca değişken ateşleme aralığında kontrol edilebilir.
Basit bir frekans anahtar, yukarıda tarif edilen, bir çıkış transformatörü bağlanmış olmayan zaman, bir kare voltaj üretir dalga biçimi nedeniyle kapalı ve karşıt olarak doğa üzerinde basit için sinüzoidal bir AC güç kaynağına normal dalga dalga biçimine. Kullanılarak Fourier analizi , periyodik dalga sinüs dalgası sonsuz bir dizi toplamı olarak temsil edilir. Aynı sahip sinüs dalgası frekansı orijinal dalga biçimi olarak temel bir bileşeni olarak adlandırılır. Adı verilen başka sinüs dalgaları, harmonik seri olarak dahil edilir, temel frekansın tamamlayıcı katları olan frekanslara sahiptir.
Fourier analizi hesaplamak için kullanılabilir toplam harmonik distorsiyon (THB). Toplam harmonik distorsiyon (THB) temel gerilimi bölü harmonik gerilimlerin karelerinin toplamının kare köküdür:
Gelişmiş tasarımlar
Birçok farklı güç devresi vardır topolojileri ve kontrol stratejileri invertör tasarımlarda kullandı. Farklı tasarım invertör kullanılması amaçlanmıştır olduğu şekline bağlı olarak az ya da çok önemli olabilir adres çeşitli sorunları yaklaşır.
Temel H köprü topolojisine bağlı olarak, temel frekans değişken bir köprü dönüştürücü ve PWM kontrolü olarak adlandırılan iki farklı temel kontrol stratejiler vardır. Burada, H-köprülü devre sol görüntüde, sol üst düğmesi "S1" olarak adlandırılan ve diğerleri saat yönünün tersine doğru "S2, S3, S4" olarak adlandırılır.
temel frekans değişken köprü dönüştürücüsü için, anahtarlar elektrik şebekesine ac aynı frekansta (ABD'de 60 Hz) çalıştırılabilir. Bununla birlikte, AC frekansı belirleyen açık anahtarları olan oranı ve civarındadır. S1 ve S4 Hangi ve diğer iki kapalı olduğunda, yük tersi pozitif bir gerilim ve yardımcısı ile temin edilir. Biz AC büyüklük ve faz ayarlamak için anahtarların açma-kapama durumlarını kontrol edebilecek. Ayrıca belli harmonikleri ortadan kaldırmak için anahtarları kontrol edebilecek. Bu aşama, birbirine göre kaydırılmış olarak paralel halde iki veya daha fazla dönüştürücülerin çıkışları, çıkış dalga biçiminde, çentik ya da 0-durumu bölge oluşturmak için anahtar kontrol edilmesi veya eklenmesini içerir.
kullanılabilecek bir başka yöntem, PWM. temel frekans değişken bir köprü dönüştürücüsü farklı olarak, PWM kontrol stratejisinde, sadece iki S3 anahtarları, S4 AC tarafının frekansta ya da herhangi bir düşük frekansta çalışabilir. Diğer iki aynı büyüklükte fakat farklı zaman süresi için kare gerilimler yaratmak çok daha hızlı (tipik 100 KHz) geçiş olur daha geniş bir zaman ölçekli büyüklüğünü değişen bir gerilime gibi hangi davranacağını.
Bu iki strateji farklı harmonik yaratır. Fourier analizi aracılığıyla ilk biri için, harmonik büyüklüğü 4 / (pi * k) 'olacaktır (k harmoniklerin sırasıdır). Yani harmonik enerjinin büyük bir kısmı aşağı harmoniklerdir yoğunlaşmaktadır. Bu arada, PWM stratejisi için, harmonik enerji nedeniyle, hızlı komütasyon yüksek frekanslarda içinde uzanmaktadır. Farklı THD ve harmonik eliminasyonu gereksinimlerine harmonik potansiyel müşteri Onların farklı özellikleri. "Toplam harmonik" benzer şekilde, gebelik "dalga formu kalitesi" harmoniklerden kaynaklanan bozulma seviyesini temsil eder. AC dalga şekli kalitesi istediğimiz kadar değil iyi olarak döneceği yukarıda adı geçen H-köprü ile doğrudan üretti.
Dalga biçimi kalitesinde sorun birçok şekilde ele alınabilir. Kapasitörler ve indüktörler için kullanılabilir filtre dalga formu. Tasarımı içeriyorsa transformatörü , filtreleme primer ya da transformatörün ya da her iki taraf için sekonder tarafına uygulanabilir. Düşük geçişli filtreler , harmonik bileşenlerin geçişini sınırlandırarak dalga biçiminin temel bileşeni çıkışına geçmesine izin vermek için uygulanır. İnverter sabit bir frekansta güç sağlamak için tasarlanmış ise, bir rezonans filtre kullanılabilir. Ayarlanabilir bir frekans inverteri için, filtre en temel frekans üzerinde olan bir frekansa ayarlı olması gerekir.
Yükün çoğu endüktans ihtiva ettiğinden, geri besleme redresörler veya anti-paralel diyot genellikle her biri boyunca bağlı yarı iletken anahtar kapatıldığında tepe endüktif yük akımı için bir güzergah temin etmek üzere anahtarı. Anti-paralel diyot ile bir şekilde benzerdir serbest devinimli diyotlar AC / DC dönüştürücü sistemlerinde kullanılırlar.
|Dalga Formu||Sinyal


geçişler
dönemi başına
|Harmonikler


ortadan
|Harmonik


amplifiye
|Sistem


açıklaması
|THD|
|2||2 düzeyinde


kare dalga
|~% 45|
|4||3, 9, 27, ...||3-seviyeli


sinüs dalga
|> 23.8%|
|8||5 düzeyindeki


sinüs dalga
|>% 6.5|
|10||3, 5, 9, 27||7, 11, ...||2 düzeyinde


çok yavaş PWM
|12||3, 5, 9, 27||7, 11, ...||3-seviyeli


çok yavaş PWM
Fourier analizi 180 derece noktası etrafında bir anti-simetrik olan bir kare dalga gibi bir dalga formu, bazı daha düşük harmonik zayıflatabilir belirli genişlik ve yükseklikleri çok aşamaya sahip vb sadece tek harmonikler, 3., 5., 7., dalga formları içerdiğini gösterir daha yüksek harmonik amplifiye pahasına. Örneğin, kare-dalga pozitif ve negatif bölümler arasında bir sıfır voltaj adımını sokulmasıyla, üç (3 ve 9, vs.) ile bölünebilir harmonikler her elimine edilebilir. vb adımlardan gereken genişlikte bu yapraklar 5, 7, 11, 13, pozitif ve negatif adımlar ve sıfır gerilim adımların her biri için süre bir altıncı her biri için süre üçüncü biridir.
Yukarıda tarif edildiği gibi bir kare dalga değiştirilmesi, darbe genişlik modülasyonu örneğidir. Modüle ya da bir kare-dalga darbesinin genişliği düzenleyen, genellikle düzenleyen ya da bir inverter çıkış voltajı ayarlamak için bir yöntem olarak kullanılmaktadır. Voltaj kontrol gerekli değilken, sabit bir darbe genişliği azaltmaya veya seçilen harmoniklerin ortadan kaldırılması için seçilebilir. Filtreleme çok daha pratik filtre parçaları çok daha küçük ve daha az pahalı olabilir yüksek frekanslarda en çünkü harmonik eliminasyon teknikleri, genel olarak en düşük harmonik uygulanır. Birden fazla darbe genişlik ya da taşıyıcı madde bazlı PWM kontrol programları, çok sayıda dar darbelerinin oluşan dalga şekilleri üretirler. Saniyede dar darbe sayısı ile temsil edilen frekansı denir anahtarlama frekansı ya da taşıyıcı frekansı . Dalga formu kalitesini arttırırken bu çıkış voltaj ve frekans ayarı geniş bir aralığına yer verilmesine olanak çünkü bu kontrol şemaları genellikle değişken frekanslı motor kontrol çeviriciler kullanılmıştır.
Çok düzeyli invertörler harmonik iptali için başka bir yaklaşım getirir. Çok düzeyli çeviriciler çeşitli voltaj seviyelerinde birden fazla aşama sergileyen bir çıkış dalga biçimini sağlar. Örneğin, iki-ray sahip olması ile daha sinüzoidal dalgayı üretmek mümkündür akıma bir merkezi ile iki gerilim, veya pozitif ve negatif girişleri değerlerde zemin . Pozitif rayı ve zemin, pozitif demiryolu ve negatif ray, zeminde bir ray ve negatif ray arasındaki sırayla çevirici çıkış terminallerini bağlayarak, her iki zemin raya, bir basamaklı dalga frekans çıkışında üretilir. İki gerilimler ve toprak: Bu üç seviyeli invertör bir örnektir.
Daha bir sinüs dalgası ulaşmada
Rezonans çeviriciler ile sinüs dalgası üretmek LC devreleri basit bir kare dalgadan harmoniğin çıkarılması için. Tipik olarak, çok sayıda Serisi ve paralel rezonant LC devreleri, güç hattı frekansının farklı bir harmonik için ayarlanmış her vardır. Bu elektronik kolaylaştırır, ancak bobin ve kondansatör büyük ve ağır olma eğilimindedirler. Yüksek verimliliği büyük popüler bu yaklaşımı yapar kesintisiz güç kaynakları güç kesildiğinde herhangi geçişi geçici önlemek için bir "çevrimiçi" modunda sürekli İnverter çalıştırmak veri merkezlerinde. (: İlgili bakınız Rezonans frekans )
Yakından ilgili bir yaklaşım, aynı zamanda, bir şekilde bilinmektedir ferroresonant trafo, kullanan sabit voltaj transformatörü , harmoniğin çıkarılması için birkaç AC döngüsü için yük tutmak için yeterli enerji depolamak için. Bu özellik onları yararlı hale bekleme güç kaynakları normalde boşta invertör başlar ve mekanik röleler onun çıkışına geçiş sırasında aksi bir güç kesintisi sırasında ortaya çıkan geçiş geçici ortadan kaldırmak için.
Geliştirilmiş nicemleme
Önerilen bir öneri Güç Elektroniği dergisi sadece iki yönde DC bara gerilimini uygulamak veya kapatabilirsiniz ortak ticarileşmiş teknolojisi üzerinde bir iyileştirme olarak iki gerilimleri kullanır. Öneri ortak tasarımına ara gerilimi ekler. V1, V2, v1, 0, -V1, -v2, -V1: Her döngü teslim gerilimleri aşağıdaki sıra görür.
Üç fazlı inverterler
Trifaze çeviriciler için kullanılan değişken frekanslı tahrik uygulamaları ve bu şekilde, yüksek güç uygulamaları için HVDC güç iletim. Bir temel üç fazlı invertör her üç yük terminalleri birine bağlı Eviricinin üç tek fazlı oluşur. En temel kontrol şeması için, üç anahtarlarının işlem bir anahtar temel çıkış dalga biçiminin her bir 60 derecelik bir noktada çalışması için koordine edilir. Bu altı adımı olan bir çizgi-çizgi çıkış dalga oluşturur. Altı aşama dalga biçimi, pozitif ve negatif bölümler arasında bir sıfır voltaj adımını sahip kare dalga, yukarıda tarif edildiği gibi üç katı olan harmonikler ortadan kaldırılmaktadır ile karakterize edilir. Taşıyıcı bazlı PWM teknikleri altı aşamalı dalga formları, temel genel şekli, ya da uygulandığı zaman zarfı , dalga biçiminin 3. harmonik ve katları iptal edilir, böylece muhafaza edilir.
Daha yüksek güç değerlerini çeviriciler oluşturmak için, iki ila altı aşamalı üç faz frekans daha yüksek bir akım değerine ya da daha yüksek bir voltaj değeri için seri paralel bağlanabilir. Her iki durumda da, çıkış dalga faz 12 adım dalga biçimini elde etmek üzere değiştirilirler. Ek çeviriciler birleştirildiği takdirde çeviriciler genellikle artmış voltaj veya akım oranlarını elde etmek amacıyla kombine edilir, ancak 18 adımlı invertör gibi üç inverterleri ile elde edilir, dalga biçiminin kalitesi de geliştirilmiştir.
Boyut
Diğer ev elektrikli cihazlara kıyasla, inverterler boyut ve hacim olarak büyük. 2014 yılında Google ile birlikte IEEE adında bir yarışma başlatan Küçük Kutusu meydan bir (çok) küçük güç inverter oluşturmak için, 1.000.000 $ para ödülü ile,.
Tarih
Erken inverterler
Yirminci yüzyılın ortasından on dokuzuncu yüzyıldan itibaren, DC-AC güç dönüşümü kullanılarak gerçekleştirildi döner dönüştürücüler ya motor-jeneratör setleri (MG setleri). Yirminci yüzyılın başlarında, vakum tüpleri ve gazla dolu tüpler invertör devrelerinde anahtarları olarak kullanılmaya başlanmıştır. Borunun en yaygın olarak kullanılan tip idi thyratron .
Elektromekanik inverterler kökenleri vadeli kaynağını açıklamak invertör . Erken AC-DC dönüştürücüler bir indüksiyon veya doğrudan bağlı bir jeneratör (dinamo) jeneratörün komütatör DC üretmek için tam olarak doğru anlarda onun bağlantılarını ters böylece senkron AC motor kullanılmıştır. Bir sonraki gelişme motoru ve jeneratör sargıları kayma bir ucunda yüzük ve bir diğerinde komütatör ve sadece bir alan çerçevesi ile, bir armatür içine birleştirildiği senkron çevirici vardır. Biriyle sonucu AC-DC-dışı. Bir MG grubu ile DC ayrı AC elde edilecek düşünülebilir; o olarak kabul edilebilir belirli bir anlamda bir senkron çevirici ile "mekanik AC düzeltilmesi". Bir MG seti, sağ yardımcı ve kontrol ekipmanı Verilen veya döner dönüştürücü AC ve DC dönüştürme "run geriye" olabilir. Bu nedenle, bir frekans ters bir dönüştürücü.
Kontrollü doğrultucu inverterler
Erken transistörler en çevirici uygulamaları için yeterli bir gerilim ve akım değerleri ile mevcut değildi çünkü, bu 1957 giriş oldu tristör veya silikon kontrollü redresör geçiş başlatılan (SCR) katı halde devreleri çevirici.
Komütasyon SCR'lerin gereksinimleri SCR devre tasarımları önemli bir husus vardır. SCR kapatmayın veya yok komuta edilir geçit kontrol sinyali kapatıldığında otomatik olarak. İleri akım bazı dış süreç boyunca, SCR her türlü değişiklik en az tutma akımının aşağıya indirildiğinde Sadece kapatın. Bir AC güç kaynağına bağlı SCR'ler için, komütasyon doğal her zaman kaynağı voltajı bir geri dönüş polarite meydana gelir. Bir DC güç kaynağına bağlı SCR genellikle sıfıra kuvvetler akım değiştirme gerekli olduğu zorunlu komütasyon bir vasıta gerektirir. Az karmaşık SCR devreleri doğal değişmesini ziyade zorunlu değişmesini kullanır. Zorla komütasyon devreleri eklenmesiyle, SCR devrelerinin yukarıda tarif edilen frekans türleri kullanılmaktadır.
İnverterler bir AC güç kaynağına bir DC güç kaynağından güç aktarımı uygulamalarda, DC AC-inversiyon modunda çalışırken doğrultma devreleri kontrol kullanmak mümkündür. Ters modda, kontrollü bir redresör devresi, hat değiştiren bir invertör olarak çalışır. Bu çalışma şekli, HVDC güç iletim sistemlerinde ve kullanılabilecek rejeneratif frenleme motor kontrol sistemleri işletilmesi.
SCR invertör devresi başka bir tipi akım kaynağı girişi (CSI) sürücüdür. Bir CSI invertör olan çift altı adımlı gerilim kaynağı inverter. Bir akım kaynağı invertör ile DC güç kaynağı olarak yapılandırılmış olduğundan akım kaynağı yerine bir gerilim kaynağı . İnverter SCR bir akım dalga formu kademeli olarak üç fazlı bir AC yük akımı yönlendirmek için altı aşamalı bir sırada anahtarlanır. CSI frekans değiştirme yöntemleri yük komutasyonu ve paralel kondansatör komutasyonu içerir. Her iki yöntemde de girdi akım regülasyonu değişmesini yardımcı olur. Yük komütasyon ile, yük lider güç faktöründe çalışan bir eşzamanlı motordur.
Daha yüksek gerilim ve akım değerleri olarak mevcut olduğundan, bu tür transistörlerin veya yarı iletkenler , IGBT kontrol sinyalleri ile kapatılabilir invertör devrelerinde kullanılmak üzere tercih edilen bir şalter bileşenleri haline gelmiştir.
Doğrultucu ve invertör nabız sayıları
Doğrultma devreleri genellikle AC giriş voltajının döngüsünün her redresörün DC tarafına akar akım darbelerinin sayısı ile sınıflandırılır. Bir tek fazlı yarım dalga rektifayer tek darbe devresi ve bir tek fazlı tam dalga rektifayer bir iki-puls devresidir. Bir üç fazlı yarım dalga rektifayer üç darbe devresi ve bir üç fazlı tam dalga rektifayer altı darbeli bir devredir.
Üç fazlı redresör ile, iki ya da daha fazla redresör bazen seri olarak bağlı ya da daha yüksek voltaj ya da akım oranlarını elde etmek için paraleldir. redresör giriş çıkışları kaydırılmış faz sağlayan özel transformatörler ile temin edilmektedir. Bu aşama çarpma etkisine sahiptir. Altı fazlar iki transformatörler, üç trafo ve benzeri gelen oniki aşamadan elde edilir. ilişkili doğrultucu devreler 12-darbeli doğrultucular, 18 darbeli doğrultucular vb vardır ...
kontrollü doğrultucu devre inversiyon modunda çalıştırılan, bunlar aynı zamanda darbe sayısına göre sınıflandırılır. daha yüksek bir darbe sayıda Doğrultma devreleri AC giriş akımının harmonik içeriği azaltılmış ve DC çıkış voltajındaki dalgalanmalar azaltmıştır. ters modunda, daha yüksek bir darbe sayıda devre AC çıkış gerilimi dalga formu düşük harmonik içeriğe sahiptir.
Diğer notlar
Güç iletim uygulamaları için büyük anahtarlama cihazları 1970 ağırlıklı kullanılan kadar takılı cıva ark valf . Modern sürücüler genelde katı halde (statik çeviriciler) vardır. Modern bir tasarım yöntemi, bir düzenlenmiş bileşenlerinin özellikleri , H köprüsü konfigürasyonu. Bu tasarım aynı zamanda daha küçük ölçekli tüketici cihazları ile oldukça popüler.
Ayrıca bakınız
- CCFL çevirici
- mimarlık invertör Dağıtılmış
- Elektriksel güç çevirici
- Elektronik osilatör
- İtme-çekme çevirici
- Uzay vektör modülasyonu
- SMPS (SMPS)
- Synchronverter
- Kesintisiz güç kaynağı
- Değişken frekanslı sürücü
- Z kaynak invertör
Referanslar
daha fazla okuma
- Bedford, BD; Hoft RG; ve diğ. (1964). Inverter Devre İlkeleri . New York: John Wiley & Sons, Inc., ISBN 978-0-471-06134-2.
- Mazda FF (1973). Tristör Kontrol . New York: Halsted Basın Div. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-58116-2.
- Ulrich Nicolai, Tobias Reimann, Jürgen Petzoldt Josef Lutz: Uygulama El Kitabı IGBT ve MOSFET Güç Modülleri , 1. Baskı, ISLE Verlag, 1998, ISBN 3-932633-24-5 PDF-Versiyon
|Wikimedia Commons ile ilgili çoklu ortam kategorisi bulunur DC / AC Çeviriciler (güç) .|