اینورتر چند سطحی چیست؟ انواع اینورتر چند سطحی کدام اند؟
احتمالاً شما هم قبلاً نام اینورتر چند سطحی را شنیده باشید اما با نحوه کار آن و ویژگیهای مهم آن آشنا نباشید. در این پست از سنا برق توان قصد داریم در رابطه با اینورترهای چند سطحی، انواع آنها، ویژگیها و مزایا و معایب آن باشما به گفتگو بپردازیم. پس باما همراه باشید.
اینورتر چند سطحی چیست؟
امروزه اینورترهای چند سطحی توجه زیادی را در صنعت برق به خود جلب کردهاند. پیکربندی کلی اینورتر چند سطحی یک ولتاژ سینوسی از چندین سطح از مناطق پررنگ به دست آمده از منبع ولتاژ خازن است.
این اینورترها نهتنها به توان بالایی میرسند، بلکه استفاده از منابع انرژی تجدید پذیر مانند فتوولتائیک، باد و سلولهای سوختی را نیز امکانپذیر میسازند.
استفاده از مقررات سرعت فرکانس متغیر ac بهطور گستردهای رایج شده است که اینورترهای توان بالا و ولتاژ متوسط اخیراً به یک تمرکز تحقیقاتی تبدیلشده است تا جایی که مشخصشده است که مشکلات زیادی در اینورتر دو سطحی معمولی در کاربردهای توان بالا وجود دارد.
اینورتر چند سطحی برای کاربردهای باقدرت بالا توجه بیشتری را به خود جلب کرده است زیرا میتواند در فرکانسهای سوئیچینگ بالا عمل کند و درعینحال اجزای هارمونیک مرتبه پایینتری تولید کند.
با افزایش تعداد سطوح، شکل موج به سینوسی و با حداقل اعوجاج هارمونیک نزدیک میشود. همچنین با افزایش تعداد سطوح، سطوح ولتاژ افزایش مییابد.
ویژگیهای اینورتر چند سطحی
اینورتر چند سطحی ویژگیهای بسیار قابلتوجه و جالبی دارد که مهمترین آنها عبارتاند از:
- نرخ کم تغییر در ولتاژ و اعوجاج بسیار کم ایجادشده است.
- بهطور طبیعی تغییرات ولتاژ بزرگ را اصلاح میکند.
- آنها میتوانند جریان ورودی بسیار کم تحریفشده تولید کنند و میتوانند با فرکانس سوئیچینگ بسیار پایین کار کنند.
انواع اینورترهای چند سطحی
3 نوع اساسی اینورتر چند سطحی وجود دارد؛ که عبارتاند از:
• اینورتر چند سطحی گیره دیود Diode clamp
• اینورتر چند سطحی خازن پرنده Flying capacitor
• اینورتر چند سطحی آبشاری Cascaded
همچنین در یک دستهبندی دیگر اینورترهای چند سطحی در دسته اینورتر سه سطحی و اینورتر پنج سطحی قرار میگیرند.
در ادامه بهصورت مختصر در رابطه با هرکدام از آنها بحث خواهیم کرد.
اینورتر چند سطحی گیره دیود
یک اینورتر چند سطحی لامپ دیودی متشکل از خازنهای m-1 در باس DC و تولیدکننده m سطوح ولتاژ فاز است. ولتاژ مسدودکننده پیک سوئیچ از طریق دیودهای گیره به یک سطح ولتاژ خازن محدود میشود. زمان سوئیچینگ سوئیچهای مختلف متفاوت است که به چرخه کار و زمان بستگی دارد.
اینورتر چند سطحی خازن پرنده
این همان اینورتر چند سطحی گیره دیود است. ولتاژ فاز در سطح m دارای خازنهای m-1 با 2m-1 پله در ولتاژ خط است. انتخاب مناسب ترکیب سوئیچ ممکن است در تبدیل توان واقعی استفاده شود. مشکل اساسی در انتخاب ترکیب سوئیچ و عملکرد فرکانس بالاتر از فرکانس اساسی است.
با افزایش تعداد سطوح ولتاژ، محتوای هارمونیک کاهش مییابد. در این اینورتر چند سطحی بار را نمیتوان مستقیماً به نول مبدل وصل کرد تا سطح ولتاژ صفر را ایجاد کند.
اینورتر چند سطحی آبشاری
برای سه فاز آبشاری، سه ولتاژ بهصورت ستاره یا مثلث متصل میشوند. این منبع از یک منبع DC مجزا تشکیلشده است و برای منابع مختلف انرژی تجدید پذیر مانند فتوولتائیک، سوخت، زیستتوده و غیره دستکاری میشود. سوئیچینگ نرم میتواند برای جلوگیری از ترکیب مقاومت و خازن حجیم امکانپذیر باشد.
امروزه بیشتر و بیشتر محصولات تجاری بر پایه اینورترهای چند سطحی هستند و تحقیقات فنی بیشتری بر روی اینورترهای چند سطحی در حال انجام است.
کاربردهای Multi-level Inverters
اینورترهای Multi-level Inverters کاربردهای فراوانی در صنعت برقدارند که از مهمترین این کاربردها میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- سیستمهای انرژی و قدرت
- Regenerative conveyors در حال تولید.
- سیستم حملونقل
اینورترهای چند سطحی از یک فناوری نوظهور به یک راهحل جاافتاده و جذاب برای کاربردهای ولتاژ متوسط با توان بالا بهروز شدهاند.
توسعه مداوم فناوری و تکامل کاربردهای صنعتی چالشها و فرصتهای جدیدی را ایجاد میکند که میتواند انگیزه بیشتری برای بهبود در اینورترهای چند سطحی داشته باشد.
عملیات تحمل خطای Multi-level Inverters
نرخ رشد فزایندهای در صنعت برای کاهش زمان توقف و افزایش در دسترس بودن از طریق نظارت بر سیستم، تشخیص خطا و عملیات تحمل خطا وجود دارد. بهاینترتیب میتوانیم بهرهوری را افزایش دهیم، هزینه را کاهش دهیم و همچنین میتوانیم بهبودهای ایمنی را اعمال کنیم.
در این نوع مبدلها یا اینورترها خرابی میتواند به دلیل اتصال کوتاه DC به زمین، اتصال کوتاه بانک خازن، خرابی کلیدها باشد. همه این نوع خرابیها به دلیل نیمههادیهای قدرت میافتد.
روشهای مدولاسیون مبدل چند سطحی
پیچیدگی اضافی ذاتی وجود دستگاههای الکترونیکی قدرت بیشتر برای کنترل ارائه میدهند. درنتیجه، تعداد زیادی از الگوریتمهای مدولاسیون مختلف برای این کار اتخاذ میشوند.
این الگوریتمها بسته به میانگین فرکانس سوئیچینگ که با آن کار میکنند طبقهبندی میشوند. برای کاربردهای توان بالا، حداکثر فرکانس سوئیچینگ تا 1 کیلوهرتز است.
- اینورترهای مدولاسیون عرض پالس تغییر فاز
- اینورترهای مدولاسیون عرض پالس تغییر سطح
- اینورترهای مدولاسیون عرض پالس هیبریدی
- الگوریتم مدولاسیون برداری فضا
اهمیت اینورترهای چند سطحی
این اینورترها در هر زمینهای کاربرد دارند. در کاربردهای متوسط و بالاتر کاملاً معروف شده و جاافتاده هستند. همچنین در مقایسه با اینورتر معمولی، اختلال کمتری دارد و تنش ولتاژ روی کلیدها نیز کاهشیافته است. آنها میتوانند شکل موجهای سوئیچ شده را با اعوجاج مرتبه پایین سنتز کنند.
معایب Multi-level Inverters
بااینکه اینورتر چند سطحی مزایای زیادی به دنبال دارد اما از طرفی معایبی زیر را دارد؛ اما لازم است که به یاد داشته باشیم باوجود این معایب نیز این نوح اینورتر ارزش سرمایهگذاری را دارد.
- وجود ساختار پیچیده ای
- استفاده از منابع ورودی بیشتری
مقایسه اینورتر دوسطحی و چند سطحی
اینورترهای دوسطحی شکل موج ولتاژ خروجی را با استفاده از PWM تولید میکنند که این کار موجب میشود که THD ولتاژ ضعیف شود. از طرفی در اینورترهای چند سطحی سطح خروجی ولتاژ و جریان سینوسیتر است و درنتیجه THD بهتری دارد.
همچنین یک تفاوت دیگر اینورتر چند سطحی با دوسطحی در بازده کل است. در اینورتر دوسطحی این بازده تحت تلفات یکسو کننده است و این پدیده در اینورتر چند سطحی بهتر است. بهصورت کلی میتوان گفت که اینورترهای چند سطحی راندمان بهتر، جذب انرژی کارآمدتر و قابلیت اطمینان بیشتری دارند.
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.