که با ترکیب آن با معادله ۸ خواهیم داشت :
شکل ۲-۱۲: طیف هماهنگی جریان ورودی در اینورتر تکفاز : الف حالت موج مربعی بهینه ب) حالت حالت PWM N=20 (m=1)
معادلات ۲-۷ و ۲-۹ محاسبه ساده ولتاژ های خروجی خط به خط و خط به نول را برای حالت های مختلف اینورتر ممکن می سازند. جواب ها در جدول ۲-۳ آمده است . ولتاژ های خط به خط تنها سه مقدار ()
( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
می توانند داشته باشند، در حالی که ولتاژ های خط به نول پنچ مقدار( (۰, , دارند.
اگر رشته حالت های ۵-۴-۳-۲-۱ به اینورتر تحمیل شده باشد ، که هر حالت به مدت یک ششم دوره مطلوب مولفه اصلی ولتاژ خروجی اعمال شود ، ولتاژ های خط به خط به نول شکل موج هایی مانند شکل ۲-۱۴ خواهند داشت . توجه داشته باشید که ولتاژ اگر چه سینوسی نیستند متعادل اند . در حالت موج مربعی کارکرد اینورتر که هر کلید اینورتر در هر سیکل ولتاژ خروجی تنها یک بار وصل و قطع می شود . عجیب نیست که بیشتر اینورتر های تریستوری قدیمی تنها در این حالت کار می کنند.
جدول ۲-۳: نتیجه ولتاژ خروجی خط به خط و خط به نول
شکل ۲-۱۳: اینورتر ولتاژ سه فاز
شکل ۲-۱۴: حالت ها ، متغییر های کلید زنی ، و شکل موج ولتاژ اینورتر ولتاژ سه فاز ،در حالت موج مربعی
مقدار اوج مولفه اصلی در ولتاژ خروجی خط به خط ، VLL,1,p ، برابر با Vi1/1 Vi/ و در ولتاژ خط به نول VLL,1,p برابر است با Vi64/0 Vi/2 است . هر دو این ولتاژ ها اعوجاج هماهنگی کل dh یکسان و برابر با ۳۱/۰ را دارند. نسبت VLL,1,p / Vi بیانگر بهره ولتاژ اینورتر است که در این حالت بزرگتر از یک است . همانند اینورتر تکفاز موج مربعی ، کنترل دامنه ولتاژ خروجی باید در طرف منبع تغذیه dc انجام شود . شکل موج های ولتاژ و جریان خروجی یک فاز اینورتر در شکل ۲-۱۵نشان داده شده است . این شکل موج های مشابه شکل موج های اینورتر تک فاز در حالت یکسان اند و سر شار از هماهنگی های مرتبه – پایین بجز هماهنگی های مضرب سه هستند . این هماهنگی ها ، همانند مورد جریان ورودی در یکسوکننده های سه فاز در ولتاژ و جریان های سه فاز متوازن وجود ندارند. یک نمونه جریان ورودی در شکل ۲-۱۶رسم شده است . جریان ورودی ii به صورت زیر به جریان های خروجی اینورتر iA، iB ،iC مرتبط می شود .
بیشتر اینورتر های جدید به کمک مدوله سازی پهنای پالس کنترل می شوند .
شکل ۲-۱۵ : شکل موج های ولتاژ و جریان خروجی اینورتر ولتاژ سه فاز در حالت کار موج مربعی ( بار RL )
شکل ۲-۱۶ : شکل موج جریان ورودی اینورتر ولتاژ سه فاز در حالت کار موج مربعی
به عنوان مثال یک روش PWM را که با قوانین کنترلی به دست می آید در نظر می گیریم .
که در آنها F(m,. قطار های پالس نمونه کلید زنی و شکل موج های ولتاژ های خروجی (m=0/75,N=12) در شکل ۲-۱۷ نشان داده شده اند. برای نمایش اثر زاویه بار بر جریان خروجی ، شکل موج های یکی از ولتاژ های خط به نول و جریان خروجی مربوط به آن در شکل ۲-۱۸رسم شده است . زاویع بار در شکل ۲-۱۸ (الف) ۳۰ درجه و شکل ۲-۱۸ (ب) ۶۰ درجه است . هرچه اندوکتانس بار بزرگتر باشد جریان هموار تر می شود .
شکل ۲-۱۷:شکل موج های متغییر کلید زنی و ولتاژ خروجی در اینورتر در یه حالت PWM (N=10 ,m=0/75)
شکل ۲-۱۸:شکل موج های ولتاژ و جریان خروجی در یک اینورتر سه فاز منبع ولتاژی در حالت PWM (بار RL)
الف ) زاویه بار ۳۰درجه ب) زاویه بار ۶۰ درجه (N=12 ,m=0/75)
شکل ۲-۱۹:شکل موج های ولتاژ و جریان خروجی در یک اینورتر سه فاز منبع ولتاژی در حالت PWM (بار RL)
الف ) زاویه بار ۳۰درجه ب) زاویه بار ۶۰ درجه (N=12 ,m=0/75)
شکل موج های جریان های ورودی مربوط به جریان خروجی شکل ۲-۱۸ در شکل ۲-۱۹رسم شده اند. جالب است که در فرکانس اصلی جریان ورودی در اینورتر های PWM سه برابر فرکانس خروجی است ، در حالی که همان طور که قبلاً ذکر شد ، در اینورتر هایی که در حالت موج مربعی کار می کنند ۶ برابر است . توجه کنید که به علت امکان وجود جریان ورودی منفی در اینورتر های ولتاژ استفاده از خازن رابط dc ضروری است . چون کلید های نیمرسانا در یکسو کننده نمی توانند چنین جریانی را هدایت کنند . به طور مشابه با اینورتر تکفاز که در بخش قبل تحلیل شد . جریان ورودی در حالت PWM در اینورتر تکفاز که در بخش قبل تحلیل شد جریان ورودی در حالت PWM در اینورتر سه فاز ، علاوه بر مولفه dc تعداد زیادی هماهنگی های مرتبه بالا دارد. بنابراین ، برای تضعیف محتوای هماهنگی فرکانس بالای جریان کشیده شده از منبع تغذیه المان های استفاده شده در رابط dc می توانند خیلی کوچکتر از آنهایی باشند که در حالت موج مربعی به کار می روند.
وقتی که از یکسوکننده دیودی استفاده می کنیم اینورتر ولتاژ امکان معکوس کردن جهت انتقال توان را ندارد. این موضوع در بعضی از کاربرد ها ، مانند راه اندازی های ac با سرعت قابل تنظیم که در آنها بار نیز قابلیت تولید توان نامطلوب است. بنابراین باید از یک مقاومت ترمزی مانند مقاومت به کار رفته در سیستم های برشگر در رابط dc و یا از یک یکسوکننده کنترل شونده استفاده کرد.
که در واقع به نوع بار و نوع کاربرد بستگی دارند خود اینورترهای تک فاز نیز دارای انواع مختلفی میباشند مانند اینورترهای نیم موج ، تمام موج و پوش پول که هر کدام در کاربردهای مخصوصی مورد استفاده دارند
همچنین از بابت نوع مدار تحریک عناصر کلیدی می توان اینورترها را به انواع زیر تقسیم بندی کرد:
اینورترهای موج مربعی که در این انواع عمل کنترل ولتاژ از طریق رکتیفایر کنترل میگردد تا اینکه دامنه موج AC خروجی را کنترل کند و اینورتر فقط عمل کنترل فرکانس را انجام می دهد . شکل موج خروجی در این حالت مربعی می باشد.
اینورترهای با مدولاسیون پالسی: در این سیستمها رکتیفایر معمولا بصورت دیودی بوده و عمل کنترل ولتاژ و فرکانس فقط توسط اینورتر صورت میگیرد . این کار از طریق اعمال الگوهای مختلف پالس به کلیدهای اینورتر صورت میگیرد . الگوهای مختلفی برای نزدیک تر کردن سیگنال خروجی به فرم سینوسی وجود دارند از جمله: PWM,SPWM,PAM,SVM,… که هرکدام درکاربردهای بخصوصی استفاده میگردند.
اینورتر از لحاظ تعداد سطوح:
اینورترهای دو سطحی: در این سیستمها شکل موج خروجی دارای دو سطح خروجی مثبت و منفی میباشد.
-اینورترهای سه سطحی: که در این سیسستمها علاوه بر دو سطح قبلی شکل موج سطح صفر نیز مابین آنها اضافه میگردد. این کار با انجام عمل حذف ولتاژی در اینورترها صورت میگیرد.
اینورترهای سه سطحی روش دیگری را برای حذف هارمونیک ها ارائه می کنند. اینورترهای سه سطحی شکل موجی را در خروجی ایجاد می کند که چندین پله مجزا از سطوح مختلف ولتاژ را ارائه می کند. برای مثال ممکن است که چند موج سینوسی را با داشتن ورودی های جریان مستقیم در دو سطح ولتاژ یا ورودی های مثبت و منفی با زمین مرکزی ایجاد کند. با اتصال ترمینال های خروجی اینورتر به ترتیب بین مثبت و زمین ، مثبت و منفی ، زمین و منفی ، سپس هر دو به زمین ، یک شکل موج پله ای در خروجی اینورتر تولید می شود. این مثالی از اینورتر سه سطحی است : دو ولتاژ و یک زمین.
اینورترهای چند سطحی: این اینورترها شامل آرایه ای از کلیدهای نیمه هادی قدرت و منابع ولتاژ خازنی یا منابع dcایزوله می باشند. کموتاسیون کلیدها باعث می شود که ولتاژ خازنها یا منابع DC مستقل باهم جمع شوند به نحوی که در خروجی اینورتر به مقادیر ولتاژ بالایی برسیم، در حالیکه ولتاژ نامی کلید قدرت به مراتب کمتر از مجموع ولتاژ خازنها می باشد. در این اینورترها، کموتاسیون کلیدها اجازهی افزایش ولتاژ به ولتاژهای بالاتر در خروجی را در صورتی که نیمههادیهای الکترونیک-قدرت دارای ولتاژهای کمتری هستند را میدهند. موضوع اصلی برای مدولاسیون اینورترهای چند سطحی حذف هارمونیک است. چرا که این مبدلها به دلیل دارا بودن آرایشی از المانهای الکترونیک- قدرت، هارمونیک به شبکۀ قدرت سراسری تزریق میکنند که موجب افت کیفیت توان و در نتیجه کاهش اطمینان شبکه قدرت میشوند. روش کلیدزنی در فرکانس اصلی به صورت ذاتی زمینهای را برای حذف هارمونیکهای مراتب بالای معین با تغییر زمانهایی که در آنها کلیدهای مشخصی روشن و خاموش میشوند، فراهم میسازند. ولی اثر هارمونیکهای مراتب پایین از بین نمی روند.
یک اینورتر n سطحی در خروجی، ولتاژی با n مقدارسطح ایجاد می کند. منظور از اینورتر nسطحی این است که تعداد پله های ولتاژ فاز نسبت به سر منفی اینورتر برابر n می باشد. اکر تعداد سطوح اینورتر n باشد در این حالت پله ها در ولتاژ بین دو فاز از رابطه زیر حاصل می شود:
با افزایش تعداد سطوح اینورتر، تعداد پله های شکل موج پلکانی خروجی افزایش می یابد و در نتیجه اعوجاج هارمونیکی ولتاژ خروجی کاهش خواهد یافت. ولی با افزایش تعداد سطوح، سیستم کنترل به شدت پیچیده می شود و بعلاوه متعادل نگه داشتن ولتاژهای مختلف نیز یکی دیگر از عوامل محدود نگه دارنده تعداد سطوح می باشد.
انواع اینورتر چند سطحی:
۱- دیود کلمپ شده یا نول کلمپ شده
۲-خازن کلمپ شده یا خازن معلق
۳-اینورتر با پل های متوالی یا منابع DC مجزا
مهمترین ویژگی های اینورترهای چندسطحی عبارتند از:
۱- می توانند ولتاژ خروجی با اعوجاج بسیار کم در خروجی تولید کنند.
۲-ولتاژ وجه مشترک کمتری تولید می کنند. بنابراین جریان نشتی در یاتاقان موتور را کاهش می دهند. علاوه بر این با بهره گرفتن از روش های مدولاسیون پیشرفته می توان ولتاژهای وجه مشترک را حذف کرد.
۳- می توانند در فرکانس کلیدزنی کمتری نسبت به اینورترهای دوسطحی عمل کنند.
اما انواع دیگری از اینورترهای پرکاربرد در صنعت وجود دارند که بیشتر برای کاربردهای فرکانس بالا استفاده میگردند و با نام اینورترهای تشدیدی خوانده می شوند.
در این اینورترها کلید زنی عناصر در لحظه صفر شدن ولتاژ یا جریان صورت میگیرد. لذا کاهش قابل ملاحظه ای در مقدار تلفات سویچینگ بوجود میآورد. این اینورترها به دو دسته زیر تقسیم می گردند.:
۱-اینورترهای با تشدید بار : در این نوع مبدلها از یک بار LC برای ایجاد رزونانس استفاده می شود . لیکن بسته به مقادیر مختلف در مقدار ضریب میرایی و فرکانس اینورتر ؛ این سیستمها میتوانند حالتهای مختلف عملکردی داشته باشند که هریک برای کاربرد خاصی استفاده میگردند. خود این اینورترها دو نوع می باشند
الف - اینورترهای تشدیدی با مدار تشدید سری: که در این انواع از یک سیستم رزونانسی سری در خروجی اینورتر به همراه بار استفاده میگردد و وجود سلف سری باعث پیوستگی در جریان خروجی خواهد شد. لذا این اینورتر بایستی از طریق یک منبع ولتاژ تغذیه گردد یعنی یک اینورتر منبع ولتاژ می باشد
ب- اینورترهای تشدیدی با مدار تشدید موازی: که در این انواع از یک سیستم رزونانسی موازی در خروجی اینورتر به همراه بار استفاده میگردد و وجود خازن موازی باعث پیوستگی در ولتاژ خروجی خواهد شد. لذا این اینورتر بایستی از طریق یک منبع جریان تغذیه گردد یعنی یک اینورتر منبع جریان می باشد
۲- اینورترهای با لینک DC تشدیدی: در این سیستمها به ولتاژ DC ورودی به اینورتر اجازه داده میشود تا حول یک مقدار ثابت نوساناتی را داشته باشد ، معمولا بین صفر و یک مقدار مثبت، در این حالت ولتاژ ورودی طی زمان محدودی صفر می ماند و اجازه سویچینگ در این لحظات به کلیدهای اینورتر داده میشود.