Въведение в различни видове инвертори

Захранването с променлив ток (AC) се използва за почти всички жилищни, търговски и промишлени нужди. Но най-големият проблем с AC е, че той не може да се съхранява за бъдеща употреба. Така AC се преобразува в DC и след това DC се съхранява в батерии и ултракондензатори. И сега, когато е необходим променлив ток, DC отново се преобразува в променлив ток, за да работи уреди, базирани на променлив ток. Така че устройството, което преобразува постояннотока в променлив ток, се нарича инвертор. Инверторът се използва за преобразуване на DC в променлив AC. Тази промяна може да бъде в големината на напрежението, броя на фазите, честотата или фазовата разлика.

Класификация на инвертора

Инверторът може да бъде класифициран в много типове въз основа на мощност, източник, вид на натоварване и т.н. По-долу е дадена пълната класификация на веригите на инвертора:

(I) Според изходната характеристика

1. Инвертор с квадратна вълна
2. Инвертор на синусоида
3. Модифициран синусоидален инвертор

(II) Според източника на инвертора

1. Инвертор на текущия източник
2. Инвертор на източника на напрежение

(III) Според вида на товара

1. Еднофазен инвертор
   1. Инвертор с половин мост
   2. Пълен мостов инвертор
2. Трифазен инвертор
   1. 180-градусов режим
   2. 120-градусов режим

(IV) Според различните техники на ШИМ

1. Проста модулация на широчината на импулса (SPWM)
2. Модулация с множество импулсни широчини (MPWM)
3. Синусоидална модулация на широчината на импулса (SPWM)
4. Модифицирана синусоидална модулация на широчината на импулса (MSPWM)

(V) Според броя на изходното ниво

1. Редовен двустепенен инвертор
2. Многостепенен инвертор

Сега ще обсъдим всички по един. Тук можете да проверите примерна конструкция на инверторна верига от 12v DC до 220v AC.

(I) Според изходната характеристика

Според изходната характеристика на инвертора могат да бъдат три различни типа инвертори.

• Инвертор с квадратна вълна
• Инвертор на синусоида
• Модифициран синусоидален инвертор

1) Инвертор с квадратна вълна

Изходната форма на вълната на напрежението за този инвертор е квадратна вълна. Този тип инвертор се използва най-малко сред всички други видове инвертори, тъй като всички уреди са проектирани за захранване със синусоида. Ако доставим квадратна вълна на уред, базиран на синусоида, той може да се повреди или загубите са много големи. Цената на този инвертор е много ниска, но приложението е много рядко. Може да се използва в прости инструменти с универсален мотор.

2) Синусоида

Изходната форма на вълната на напрежението е синусоида и тя ни дава много подобен изход на захранването. Това е основното предимство на този инвертор, тъй като всички уреди, които използваме, са проектирани за синусоида. И така, това е идеалният изход и дава гаранция, че оборудването ще работи правилно. Този тип инвертори е по-скъп, но широко използван в жилищни и търговски приложения.

3) Модифицирана синусоида

Конструкцията на този тип инвертор е сложна от обикновения инвертор с квадратна вълна, но е по-лесна в сравнение с инвертора с чиста синусоида. Изходът на този инвертор не е нито чиста синусоида, нито квадратна вълна. Изходът на такъв инвертор е част от две квадратни вълни. Изходната форма на вълната не е точно синусоида, но прилича на формата на синусоида.

(II) Според източника на инвертора

• Инвертор на източника на напрежение
• Инвертор на текущия източник

1) Инвертор на текущия източник

В CSI входът е текущ източник. Този тип инвертори се използват в индустриалното приложение със средно напрежение, където висококачествените токови форми са задължителни. Но CSI не са популярни.

2) Инвертор на източника на напрежение

В VSI входът е източник на напрежение. Този тип инвертор се използва във всички приложения, тъй като е по-ефективен и има по-висока надеждност и по-бърза динамична реакция. VSI може да работи с двигатели без понижаване на рейтинга.

(III) Според вида на товара

• Монофазен инвертор
• Трифазен инвертор

1) еднофазен инвертор

Обикновено жилищното и търговско натоварване използва еднофазна мощност. За този тип приложения се използва еднофазният инвертор. Еднофазният инвертор е допълнително разделен на две части;

• Еднофазен полумостов инвертор
• Еднофазен инвертор с пълен мост

А) Еднофазен полумостов инвертор

Този тип инвертор се състои от два тиристора и два диода и връзката е както е показано на фигурата по-долу.

В този случай общото постояннотоково напрежение е Vs и е разделено на две равни части Vs / 2. Времето за един цикъл е T сек.

За половин цикъл от 0

За втория полуцикъл на T / 2

Vo = Vs / 2

Чрез тази операция можем да получим форма на вълна с променливо напрежение с 1 / T Hz честота и Vs / 2 пикова амплитуда. Изходната форма на вълната е квадратна вълна. Той ще премине през филтъра и ще премахне нежеланите хармоници, които ни дават чиста форма на синусоида. Честотата на формата на вълната може да се контролира от времето за включване (тон) и времето за изключване (Toff) на тиристора.

В размера на изходното напрежение е половината от захранващото напрежение периода оползотворяване и източник е 50%. Това е недостатък на полумостовия инвертор и решението на това е пълен мостов инвертор.

Б) Еднофазен инвертор с пълен мост

При този тип инвертор се използват четири тиристора и четири диода. Схемата на еднофазния пълен мост е показана на фигурата по-долу.

В даден момент два тиристора T1 и T2 провеждат за първата половина на цикъла 0 <t <T / 2. През този период напрежението на товара е Vs, което е подобно на постояннотоковото напрежение.

За втори полуцикъл T / 2 <t <T, два тиристора T3 и T4 провеждат. Напрежението на товара през този период е -Vs.

Тук можем да получим AC изходно напрежение същото като DC захранващо напрежение и коефициентът на използване на източника е 100%. Формата на вълната на изходното напрежение е квадратна форма и филтрите се използват за преобразуването й в синусоида.

Ако всички тиристори провеждат едновременно или по двойка (T1 и T3) или (T2 и T4), тогава източникът ще бъде късо съединен. Диодите са свързани във веригата като диод с обратна връзка, тъй като се използва за обратна връзка с енергия към източника на постоянен ток.

Ако сравним инвертора с пълен мост с инвертор с половин мост, за дадения товар на захранващото напрежение с постоянен ток, изходното напрежение е два пъти, а изходът е мощност е четири пъти в инвертора с пълен мост.

2) Трифазен мостов инвертор

В случай на промишлено натоварване се използва трифазно захранване с променлив ток и за това трябва да използваме трифазен инвертор. При този тип инвертор се използват шест тиристора и шест диода и те са свързани, както е показано на фигурата по-долу.

Може да работи в два режима според степента на импулсите на портата.

• 180-градусов режим
• 120-градусов режим

А) 180-градусов режим

При този режим на работа, времето за провеждане на тиристора е 180 градуса. По всяко време на период три тиристора (по един тиристор от всяка фаза) са в режим на проводимост. Формата на фазовото напрежение е тристепенна форма на вълната, а формата на линейното напрежение е квази квадратна вълна, както е показано на фигурата.

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

Фаза А	Т1	Т4	Т1	Т4
Фаза Б	Т6	Т3	Т6	Т3	Т6
Фаза С	Т5	Т2	Т5	Т2	Т5
Степен	60	120	180	240	300	360	60	120	180	240	300	360
Тиристорът провежда	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

При тази операция времевата разлика между комутацията на изходящия тиристор и проводимостта на входящия тиристор е нула. Така че едновременното провеждане на входящ и изходящ тиристор е възможно. Това води до късо съединение на източника. За да се избегне тази трудност, се използва 120-градусов режим на работа.

Б) 120-градусов режим

При тази операция едновременно провеждат само два тиристора. Една от фазите на тиристора не е свързана нито с положителната клема, нито с отрицателната клема. Времето за проводимост за всеки тиристор е 120 градуса. Формата на линейното напрежение е тристепенна форма на вълната, а формата на фазовото напрежение е квази квадратна форма на вълната.

Фаза А	Т1		Т4		Т1		Т4
Фаза Б	Т6		Т3		Т6		Т3		Т6
Фаза С		Т2		Т5		Т2		Т5
степен	60	120	180	240	300	360	60	120	180	240	300	360
Тиристорът провежда	1 6	2 1	3 2	3 4	4 5	6 5	1 6	2 1	3 2	3 4	4 5	5 6

Формата на вълната на линейното напрежение, фазовото напрежение и импулса на затвора на тиристора е показана на горната фигура.

Във всички силови електронни ключове има два вида загуби; загуба на проводимост и превключване. Загубата на проводимост означава загуба на състоянието ON в превключвателя, а загубата на превключване означава загуба на състоянието OFF в превключвателя. Обикновено загубата на проводимост е по-голяма от загубата на превключване в по-голямата част от операцията.

Ако разгледаме 180-градусов режим за една 60-градусова операция, три ключа са отворени и три ключа са затворени. Означава, че общата загуба е равна на три пъти загуба на проводимост плюс три пъти загуба на превключване.

Обща загуба в 180 градуса = 3 (загуба на проводимост) + 3 (загуба на превключване)

Ако разгледаме 120-градусов режим за една 60-градусова операция, два ключа са отворени, а останалите от четирите ключа са затворени. Означава, че общата загуба е равна на два пъти загуба на проводимост плюс четири пъти загуба на превключване.

Обща загуба в 120 градуса = 2 (загуба на проводимост) + 4 (загуба на превключване)

(IV) Класификация според контролната техника

• Модулация с широчина на един импулс (единична ШИМ)
• Модулация с множество импулсни широчини (MPWM)
• Синусоидална модулация на широчината на импулса (SPWM)
• Модифицирана синусоидална модулация на широчината на импулса (MSPWM)

Изходът на инвертора е сигнал с квадратна вълна и този сигнал не се използва за товара. Техниката на широчинно-импулсна модулация (PWM) се използва за контрол на изходното напрежение на променлив ток Това управление се получава чрез управление на периода на включване и изключване на превключвателите. В ШИМ техниката се използват два сигнала; единият е референтен сигнал, а вторият е триъгълен носещ сигнал. Импулсът на портата за превключватели се генерира чрез сравняване на тези два сигнала. Има различни видове техники на ШИМ.

1) Модулация с единична импулсна ширина (единична ШИМ)

За всеки полуцикъл е наличен единственият импулс при тази контролна техника. Референтният сигнал е сигнал с квадратна вълна, а носещият сигнал е сигнал с триъгълна вълна. Импулсът на портата за превключвателите се генерира чрез сравняване на референтния сигнал и носещия сигнал. Честотата на изходното напрежение се контролира от честотата на референтния сигнал. Амплитудата на референтния сигнал е Ar, а амплитудата на носещия сигнал е Ac, тогава индексът на модулация може да бъде определен като Ar / Ac. Основният недостатък на тази техника е високото хармонично съдържание.

2) Модулация с множество импулсни широчини (MPWM)

Недостатъкът на техниката на модулация с широчина на един импулс е решен чрез множество ШИМ. При тази техника вместо един импулс се използват няколко импулса във всеки полуцикъл на изходното напрежение. Портата се генерира чрез сравняване на референтния сигнал и носещия сигнал. Изходната честота се контролира чрез управление на честотата на носещия сигнал. Индексът на модулация се използва за управление на изходното напрежение.

Броят на импулсите за половин цикъл = fc / (2 * f0)

Където fc = честота на носещия сигнал

f0 = честота на изходния сигнал

3) Синусоидална модулация на широчината на импулса (SPWM)

Тази техника за контрол се използва широко в промишлени приложения. И при двата метода референтният сигнал е сигнал с квадратна вълна. Но при този метод референтният сигнал е синусоидален сигнал. Импулсът на портата за превключвателите се генерира чрез сравняване на референтния сигнал на синусоида с триъгълната носеща вълна. Ширината на всеки импулс варира в зависимост от промяната на амплитудата на синусоида. Честотата на изходната форма на вълната е същата като честотата на референтния сигнал. Изходното напрежение е синусоида и RMS напрежението може да се контролира чрез модулационен индекс. Формите на вълната са показани на фигурата по-долу.

4) Модифицирана синусоидална модулация на широчината на импулса (MSPWM)

Поради характеристиката на синусоидалната вълна, широчината на импулса на вълната не може да се променя с промяна в индекса на модулация в SPWM техниката. Това е причината, въведена е техниката MSPWN. При тази техника носещият сигнал се прилага по време на първия и последния 60-градусов интервал от всеки полуцикъл. По този начин се подобрява неговата хармонична характеристика. Основното предимство на тази техника е увеличен основен компонент, намален брой устройства за превключване на мощността и намалена загуба на превключване. Формата на вълната е показана на фигурата по-долу.

(V) Според броя нива на изхода

• Редовен двустепенен инвертор
• Инвертор на много нива

1) Редовен инвертор на две нива

Тези инвертори имат само нива на напрежение на изхода, които са положителни пикови напрежения и отрицателни пикови напрежения. Понякога наличието на ниво на нулево напрежение е известно и като двустепенен инвертор.

2) Многостепенни инвертори

Тези инвертори могат да имат множество нива на напрежение на изхода. Многостепенният инвертор е разделен на четири части.

- Летящ кондензатор Инвертор

- Диоден инвертор

- Хибриден инвертор

- Каскаден H-тип инвертор

Всеки инвертор има свой собствен дизайн за работа, тук ние обяснихме накратко тези инвертори, за да получим основни идеи за тях.