نقشه مدار برای اینورتر های تک فاز و سه فاز
اینورتر ها دستگاههای الکتریکی هستند که در فرکانس و ولتاژی مشخص، جریان مستقیم DC را به جریان متناوب AC تبدیل میکنند. آنها در سیستمهای مختلفی از جمله سیستمهای خورشیدی و اکثر وسایل برقی استفاده میشوند. اینورتر ها به دو دسته تک فاز و سه فاز تقسیم میشوند. اینورتر های تک فاز دو دسته نیمپل و تمامپل دارند. اینورتر تک فاز تمامپل جریان مستقیم را به متناوب تبدیل میکند که با باز یا بسته بودن سوییچها در حالت سری ایجاد میشود. اینورتر سه فاز برای گرفتن خروجی سه فاز تبدیل DC به AC استفاده میشود.. این اینورتر ها دو حالت هدایت 120 درجه و 180 درجه دارند. در ادامه نقشه مدار اینورتر و وضعیت باز و بسته شدن سوییچها در اینورتر تک فاز و سه فاز و حالتهای مختلفی جریانی که تولید میشود را همراه با نمودارهای مدار اینورتر آنها بررسی خواهیم کرد. پس با شرکت سنابرق توان، بزرگترین تولیدکننده اینورتر در ایران همراه باشید.
مدار اینورتر تک فاز
مدار اینورتر تک فاز نیمپل
این نوع مدار اینورتر نیامند دو سوییچ الکتریکی برق (MOSFET) است. دیاگرام مدار اینورتر تک فاز نیمپل آن به صورت زیر است:
ولتاژ DC ورودی Vdc برابر 100 وات است. پالس های گیت که به MOSFET میروند به شکل زیر هستند:
زمان ON و OFF مدار MOSFET در مدار اینورتر با توجه به فرکانس خروجی تعیین میشود. ما به قدرت 50Hz AC نیاز داریم بنابراین دوره زمانی یک سیکل (t < 2π>0) برابر 20میلیثانیه است. MOSFET-1 در نیمسیکل اول (t < π>0) فعال است که در این مدت MOSFET-2 فعال نیست. در این مدت، جریان در جهت فلش حرکت میکند. همانطور که در شکل زیر، مدار اینورتر تک فاز نشان داده شده است نیمسیکل خروجی AC کامل میشود. جریان بار از راست به چپ و ولتاژ برابر +Vdc/2 است.
در نیم سیکل بعدی (π <t <2π) ، MOSFET-2 فعال شده و منبع ولتاژ پایینتر به بار وصل میشود. جریان بار در مدار اینورتر از سمت چپ به راست برابر Vdc/2- است. در این مدت، جریان نیمسیکل دیگر چرخه AC به پایان میرسد.
مدار اینورتر تک فاز تمامپل
در این اینونتور، چهار سوییچ استفاده میشود. تفاوت اصلی بین مدار اینورتر تک فاز نیمپل و تمامپل، حداکثر مقدار ولتاژ خروجی است. در نیمپل، حداکثر ولتاژ نصف ولتاژ ذخیره DC است اما در تمامپل، برابر با آن است. مدار اینورتر تمامپل به شکل زیر است.
پالس گیت MOSFET1 و 2 یکسان است. اما سوییچها همزمان کار میکنند. به طور مشابه، MOSFET3 و 4 نیز پالسهای گیت مشابه دارند و همزمان کار میکنند. اما MOSFET1 و 4 هیچگاه در مدار اینورتر بهصورت همزمان کار نمیکنند. اگر این اتفاق بیفتد اتصالکوتاه رخ میدهد.
در نیمسیکل بالا (0 < t < π)، MOSFET1 و 2 فعال شده و جریان همانطور که در شکل مدار اینورتر تک فاز تمام پل نشان داده شده حرکت میکند. در این مدت، جریان از سمت چپ به راست جریان مییابد.
نقشه مدار اینورتر برای نیمسیکل پایین (π < t < 2π)، MOSFET3 و 4 شروع به کار کرده و جریان به شکل نشان داده شده در شکل منتشر میشود. در این مدت، جریان از راست به چپ جریان مییابد. ولتاژ حداکثر بار، برابر با ولتاژ DC است.
مقاله مرتبط: تعمیر اینورتر
عملکرد مدار اینورتر سه فاز
شکل زیر یک نمودار مدار اینورتر سه فاز است که برای درک بهتر، بجای دیود و تریستور با استفاده از سوییچ طراحی شده. وجود شش سوییچ مکانیکی برای درک عملکرد مدار اینورتر سه فاز مفیدتر از تریستور است.
برای فعال کردن سوییچها و رسیدن به نتیجه مطلوب دو راه وجود دارد. اول اینکه سوییچها در دمای 180 درجه و دیگر اینکه در دمای 120 درجه عمل کنند.
اینورتر سه فاز با درجه 180
قبل از رسم مدار اینورتر سه فاز با وضعیتهای هدایت جریان در مدارها آشنا می شویم. همانطور که در شکل زیر می بینید بخش یک شامل جفت سوییچ S1 و S2، بخش دوم شامل جفت سوییچ S3 و S4 و قسمت سوم شامل جفت سوییچ S5 و S6 است. هر دو سوییچ یک بخش نباید همزمان بسته باشند چون اتصالکوتاه رخ میدهد.
کار با بستن S1 شروع میشود. از آنجایی که زمان هدایت 180 درجه است، سوییچ S1 از صفر تا 180 درجه میرود. بعد از 120 درجه اول فاز، فاز دوم مدار این دستگاه نیز یک سیکل مثبت خواهد داشت. بنابراین سوییچ S3 بعد از S1 بسته خواهد شد. بهاینترتیب S3 از 120 تا 300 درجه بسته است. بنابراین سوییچ S5 در 240 درجه بسته می شود و تا 60 درجه سیکل دوم بسته می ماند. تا اینجا هر کاری کردیم برای این بود که تصور میکردیم هدایت جریان بعد از بسته شدن کلیدهای لایه بالا انجام میشود.
حالا S2،S4 و S6 را میبندیم. بنابراین بعد از باز شدن S1 باید S2 را ببندیم. به طور مشابه S4 بعد از باز شدن S3 در دمای 300 بسته میشود و بههمینترتیب S6 بعد از اتمام چرخه هدایت S5 بسته میشود. این چرخه سوییچ بین کلیدهای یک بخش را میتوانید در شکل زیر ببینید. اگر سوییچینگ را کامل کنیم، الگوی آن برای 180 درجه به شکل زیر میشود:
- از 0 تا 60: S1، S4 و S5 بسته اند و سه سوییچ دیگر باز هستند.
- از 60 تا 120: S1، S4 و S6 بسته اند و سه سوییچ دیگر بازند.
- از 120 تا 180: S1، S3 و S6 بسته اند و سه سوییچ دیگر باز هستند.
حالا مدار اینورتر سه فاز را به شکل ساده شده برای هر گام ترسیم میکنیم تا جریان و ولتاژ را بهتر درک کنیم.
گام اول (0 تا 60 درجه)
S1، S4 و S5 بستهاند و سه سوییچ دیگر باز هستند. نقشه مدار اینورتر به شکل زیر است:
گام دوم (60 تا 120 درجه)
S1، S4 و S6 بستهاند و سه سوییچ دیگر باز هستند.
گام سوم (برای 120 تا 180 درجه)
S1، S3 و S6 بستهاند درحالیکه سه سوییچ دیگر باز هستند.
مشابه آن میتوانیم ولتاژهای فاز و ولتاژهای خطیگامهای بعدی رشته را نشان دهیم. و شکل مدار اینورتر سه فاز آن نیز میتواند به صورت زیر باشد:
اینورتر سه فاز 120 درجه
حالت 120 درجه مشابه 180 درجه است به جز اینکه زمان هر سوییچ که قبلا 180 بود به 120 کاهش مییابد. مثل همیشه رشته سوییچینگ را با بستن S1 در اولین بخش و در صفر درجه شروع میکنیم. ازآنجاییکه زمان انتخاب شده 120 درجه است، سوییچ S1 بعد از 120 درجه باز میشود. از آنجایی که نیمسیکل سیگنال سینوسی از صفر به 180 میرسد، S1 در زمان باقیمانده صفر خواهد بود و با رنگ طوسی نشان داده میشود. بعد از 120 درجه فاز اول، فاز دوم این مدار نیز یک سیکل مثبت دارد. بهاینترتیب سوییچ S3 بعد از S1 بسته میشود. بهاینترتیب S3 از 120 تا 240 درجه بسته است.
مشابه آن، سومین فاز هم سیکل مثبت بعد از 120 درجه سیکل مثبت فاز دوم را دارد. S5 از 240 تا 360 درجه بسته میشود. سیکل سوییچینگ متقارن برای رسیدن به ولتاژ سه فاز مورد نیاز ادامه خواهد داشت.
با توجه به جدول بالا متوجه میشویم که :
- از صفر تا 60 درجه : S1 و S4 بستهاند درحالیکه بقیه سوییچ ها باز هستند.
- از 60 تا 120 درجه: S1 و S6 بستهاند درحالیکه بقیه سوییچ ها باز هستند.
- از 120 تا 180 درجه: S3 و S6 بستهاند درحالیکه بقیه سوییچ ها باز هستند.
- از 180 تا 240 درجه: S2 و S3 بستهاند درحالیکه بقیه سوییچ ها باز هستند.
- از 240 تا 300 درجه: S2 و S5 بستهاند درحالیکه بقیه سوییچ ها باز هستند.
- از 300 تا 360 درجه: S4 و S5 بستهاند درحالیکه بقیه سوییچ ها باز هستند.
مدار اینورتر سه فاز این گام ها به صورت زیر است:
قدم اول (برای 0 تا 60 درجه)
S1، S4 بسهاند درحالیکه چهار سوییچ دیگر باز هستند.
قدم دوم (60 تا 120 درجه)
S1 و S6 بستهاند درحالیکه بقیه سوییچها باز هستند.
قدم سوم (120 تا 180 درجه)
S3 و S6 بستهاند درحالیکه بقیه سوییچها باز هستند.
به طور مشابه، میتوانیم ولتاژهای فاز و ولتاژهای خطی شش گام بعدی را بدست آوریم. اگر برای همه گامها نمودار بکشیم به مدار اینورتر سه فاز شبیه تصویر زیر میرسیم.
در نمودار سوییچینگ 180 و 120 درجه میبینیم که در سه ترمینال خروجی به ولتاژ سه فاز رسیدهایم. بااین حالشکل موج خروجی نقشه مدار اینورتر سینوسی نیست اما شبیه موج ولتاژ مدار اینورتر سه فاز است. این یک مدار ایدهآل ساده و شکل موج تقریبی برای درک عملکرد اینورتر سه فاز است.
جمع بندی
اینورتر ها ابزارهای مهمی در نگهداری از دستگاه های الکتریکی و کاهش مصرف برق آنها هستند. در اکثر وسایل برقی که می بینیم از اینورتر ها استفاده می شود. آنها جریان را تبدیل کرده و عبور می دهند. در این مقاله، نقشه مدار اینورتر نحوه حرکت جریان در اینورتر ها و نیز نمودار آنها برای هر دو حالت تک فاز و سه فاز با جزییات بیان شد. آشنایی با نقشه مدار درایو و اینورتر صنعتی ایرانی به شما در درک عملکرد این مدارها کمک میکند.
همچنین اگر قصد دارید تا از قیمت اینورتر های گوناگون مطلع شوید روی لینک بالا کلیک کنید.
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.