Introduktion till olika typer av växelriktare

Växelström (AC) används för nästan alla bostads-, kommersiella och industriella behov. Men det största problemet med AC är att det inte kan lagras för framtida bruk. Så AC omvandlas till DC och sedan lagras DC i batterier och ultrakondensatorer. Och nu när AC behövs, omvandlas DC igen till AC för att köra AC-baserade apparater. Så enheten som omvandlar likström till växelström kallas växelriktare. Omvandlaren används för att konvertera DC till variabel AC. Denna variation kan vara i storleken på spänning, antal faser, frekvens eller fasskillnad.

Klassificering av växelriktaren

Omformaren kan klassificeras i många typer baserat på utgång, källa, typ av belastning etc. Nedan följer den fullständiga klassificeringen av växelriktarkretsarna:

(I) Enligt Output Characteristic

1. Square Wave Inverter
2. Sine Wave inverter
3. Modifierad Sine Wave-omformare

(II) Enligt källan till växelriktaren

1. Nuvarande källomformare
2. Omvandlare för spänningskälla

(III) Enligt typ av belastning

1. Enfasinverterare
   1. Half Bridge Inverter
   2. Full Bridge Inverter
2. Trefasinverterare
   1. 180 graders läge
   2. 120 graders läge

(IV) Enligt olika PWM-tekniker

1. Enkel pulsbreddsmodulering (SPWM)
2. Multipuls pulsbreddsmodulation (MPWM)
3. Sinusformad pulsbreddsmodulering (SPWM)
4. Modifierad sinusformad pulsbreddsmodulering (MSPWM)

(V) Enligt antal utgångsnivåer

1. Vanlig växelriktare med två nivåer
2. Flernivåomvandlare

Nu kommer vi att diskutera dem alla en efter en. Du kan kontrollera ett exempel på 12V DC till 220V AC-omformarkretsdesign här.

(I) Enligt Output Characteristic

Enligt utgångskarakteristiken för en växelriktare kan det finnas tre olika typer av växelriktare.

• Square Wave Inverter
• Sine Wave inverter
• Modifierad Sine Wave-omformare

1) Fyrkantvågsinverterare

Utgångsvågformen för spänningen för denna växelriktare är en fyrkantig våg. Denna typ av växelriktare används minst bland alla andra typer av växelriktare eftersom alla apparater är konstruerade för sinusvågsförsörjning. Om vi ​​levererar fyrkantvåg till sinusvågbaserad apparat kan den skadas eller förlusterna är mycket höga. Kostnaden för denna växelriktare är mycket låg men applikationen är mycket sällsynt. Den kan användas i enkla verktyg med universell motor.

2) Sinusvåg

Spänningens utgångsvågform är en sinusvåg och den ger oss en mycket lik utgång till elförsörjningen. Detta är den största fördelen med denna växelriktare eftersom alla apparater vi använder är utformade för sinusvåg. Så detta är den perfekta utgången och ger garanti för att utrustningen fungerar korrekt. Denna typ av växelriktare är dyrare men används ofta i bostäder och kommersiella applikationer.

3) Modifierad sinusvåg

Konstruktionen av denna typ av växelriktare är komplex än enkel fyrkantvågsomformare men lättare jämfört med den rena sinusvågsomformaren. Utgången från denna växelriktare är varken ren sinusvåg eller fyrkantvåg. Utgången från en sådan växelriktare är några av två fyrkantiga vågor. Utgångsvågformen är inte exakt sinusvåg men den liknar formen på en sinusvåg.

(II) Enligt källan till växelriktaren

• Omvandlare för spänningskälla
• Nuvarande källomformare

1) Strömkällaomvandlare

I CSI är ingången en aktuell källa. Denna typ av växelriktare används i industriell medelspänning, där högkvalitativa strömvågformer är obligatoriska. Men CSI är inte populära.

2) Omvandlare för spänningskälla

I VSI är ingången en spänningskälla. Denna typ av växelriktare används i alla applikationer eftersom den är effektivare och har högre tillförlitlighet och snabbare dynamiskt svar. VSI kan köra motorer utan att degradera.

(III) Enligt typ av belastning

• Enfasinverterare
• Trefasinverterare

1) enfasinverterare

I allmänhet använder bostäder och kommersiella laster enfasström. Enfasinverteraren används för denna typ av applikation. Enfasinverteraren är vidare uppdelad i två delar;

• Enfas halvbrygga-omformare
• Enfas fullbryggare-omvandlare

A) Enfas halvbroomvandlare

Denna typ av växelriktare består av två tyristorer och två dioder och anslutningen är som visas i bilden nedan.

I detta fall är den totala likspänningen V och uppdelad i två lika delar Vs / 2. Tiden för en cykel är T sek.

För halvcykel på 0

För den andra halvan av T / 2

Vo = Vs / 2

Genom denna operation kan vi få växelspänningsvågform med 1 / T Hz-frekvens och Vs / 2-toppamplitud. Utgångsvågformen är en fyrkantig våg. Det kommer att passera genom filtret och ta bort oönskade övertoner som ger oss ren sinusvågform. Frekvensen för vågformen kan styras av tyristorn PÅ-tid (Ton) och AV-tid (Toff).

Den Storleken av utspänningen är halv av matningsspänningen och källutnyttjandeperioden är 50%. Detta är en nackdel med halvbroinverterare och lösningen på detta är fullbroinverterare.

B) Enfas fullbryggare-omformare

I denna typ av växelriktare används fyra tyristorer och fyra dioder. Kretsschemat för enfas fullbrygga är som visas i bilden nedan.

Vid en tidpunkt leder två tyristorer T1 och T2 under första halvcykeln 0 <t <T / 2. Under denna period är belastningsspänningen Vs som liknar likspänningen.

För andra halvcykeln T / 2 <t <T leder två tyristorer T3 och T4. Lastspänningen under denna period är -Vs.

Här kan vi få växelströmsspänning samma som likspänning och källanvändningsfaktorn är 100%. Utspänningsvågformen är kvadratisk vågform och filtren används för att omvandla den till en sinusvåg.

Om alla tyristorer leder samtidigt eller i ett par (T1 och T3) eller (T2 och T4) kommer källan att kortslutas. Dioderna är anslutna i kretsen som återkopplingsdiod eftersom den används för energiåterkoppling till likströmskällan.

Om vi ​​jämför helbroomvandlare med halvbroomvandlare, för den givna likspänningsbelastningen är utspänningen två gånger och utgången är effekt fyra gånger i helbroomvandlaren.

2) Trefas Bridge Inverter

Vid industriell belastning används trefas växelströmsförsörjning och för detta måste vi använda en trefas växelriktare. I denna typ av växelriktare används sex tyristorer och sex dioder och de är anslutna enligt bilden nedan.

Den kan fungera i två lägen beroende på graden av grindpulser.

• 180 graders läge
• 120 graders läge

A) 180 graders läge

I detta driftsätt är ledningstiden för tyristor 180 grader. Vid vilken tidpunkt som helst är tre tyristorer (en tyristor från varje fas) i ledningsläge. Formen på fasspänningen är tre stegade vågformer och formen på linjespänningen är en kvasi-kvadratisk våg som visas i figuren.

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

Fas A	T1	T4	T1	T4
Fas B	T6	T3	T6	T3	T6
Fas C	T5	T2	T5	T2	T5
Grad	60	120	180	240	300	360	60	120	180	240	300	360
Tyristor leder	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

I denna operation är tidsgapet mellan pendlingen av utgående tyristor och ledning av inkommande tyristor noll. Så samtidig ledning av inkommande och utgående tyristor är möjlig. Det resulterar i en kortslutning av källan. För att undvika denna svårighet används 120-graders driftläge.

B) 120 graders läge

I den här operationen genomför bara två tyristorer åt gången. En av faserna i tyristorn är varken ansluten till den positiva terminalen eller ansluten till den negativa terminalen. Ledningstiden för varje tyristor är 120 grader. Formen på linjespänningen är tre stegs vågform och fasens spänning är en kvasi-kvadratisk vågform.

Fas A	T1		T4		T1		T4
Fas B	T6		T3		T6		T3		T6
Fas C		T2		T5		T2		T5
grad	60	120	180	240	300	360	60	120	180	240	300	360
Tyristor leder	1 6	2 1	3 2	3 4	4 5	6 5	1 6	2 1	3 2	3 4	4 5	5 6

Vågformen för tyristors linjespänning, fasspänning och grindpuls är som visas i figuren ovan.

I alla elektroniska strömbrytare finns det två typer av förluster; ledningsförlust och kopplingsförlust. Ledningsförlusten betyder PÅ-tillståndsförlust i omkopplaren och kopplingsförlusten betyder OFF-tillståndsförlust i omkopplaren. I allmänhet är ledningsförlusten större än omkopplingsförlusten i större delen av operationen.

Om vi ​​överväger 180-gradersläge för en 60-gradersoperation är tre brytare öppna och tre brytare stängda. Medel totalförlust är lika med tre gånger ledningsförlust plus tre gånger omkopplingsförlust.

Total förlust i 180 grader = 3 (konduktansförlust) + 3 (kopplingsförlust)

Om vi ​​överväger 120-gradersläge för en 60-gradersoperation är två brytare öppna och resten av de fyra omkopplarna är stängda. Medel totalförlust är lika med två gånger ledningsförlust plus fyra gånger omkopplingsförlust.

Total förlust i 120 grader = 2 (konduktansförlust) + 4 (kopplingsförlust)

(IV) Klassificering enligt styrteknik

• Enkel pulsbreddsmodulation (enkel PWM)
• Multipuls pulsbreddsmodulation (MPWM)
• Sinusformad pulsbreddsmodulering (SPWM)
• Modifierad sinusformad pulsbreddsmodulering (MSPWM)

Omformarens utsignal är fyrkantvågssignal och denna signal används inte för belastningen. PWM-teknik (pulsbreddsmodulation) används för att styra växelströmsutspänningen. Denna kontroll erhålls genom styrning av PÅ och AV-period för omkopplare. I PWM-teknik används två signaler; en är referenssignal och andra är triangulär bärarsignal. Portpulsen för omkopplare genereras genom att jämföra dessa två signaler. Det finns olika typer av PWM-tekniker.

1) Modulering med en enda pulsbredd (enkel PWM)

För varje halvcykel är den enda pulsen tillgänglig i denna styrteknik. Referenssignalen är fyrkantig vågsignal och bärarsignalen är triangulär vågsignal. Portpulsen för omkopplarna genereras genom att jämföra referenssignalen och bärarsignalen. Frekvensen för utspänningen styrs av frekvensen för referenssignalen. Amplituden för referenssignalen är Ar och amplituden för bärarsignalen är Ac, då kan moduleringsindexet definieras som Ar / Ac. Den största nackdelen med denna teknik är högt harmoniskt innehåll.

2) Flera pulsbreddsmodulation (MPWM)

Nackdelen med enkel pulsbreddsmoduleringsteknik löses med flera PWM. I denna teknik används flera pulser i stället för en puls i varje halvcykel av utspänningen. Grinden genereras genom att jämföra referenssignalen och bärarsignalen. Utfrekvensen styrs genom att styra bärvågssignalens frekvens. Modulationsindexet används för att styra utspänningen.

Antalet pulser per halvcykel = fc / (2 * f0)

Där fc = frekvens av bärarsignal

f0 = utsignalens frekvens

3) Sinusformad pulsbreddsmodulering (SPWM)

Denna styrteknik används ofta i industriella applikationer. I ovan båda metoderna är referenssignalen en fyrkantvågssignal. Men i denna metod är referenssignalen en sinusvågsignal. Portpulsen för omkopplarna genereras genom att jämföra sinusvågsreferenssignalen med den triangulära bärvågen. Bredden på varje puls varierar med sinusvågens amplitud. Frekvensen för utgångsvågformen är densamma som frekvensen för referenssignalen. Utgångsspänningen är en sinusvåg och RMS-spänningen kan styras med moduleringsindex. Vågformer är som visas i bilden nedan.

4) Modifierad sinusformad pulsbreddsmodulering (MSPWM)

På grund av karaktären hos sinusvåg kan inte pulsbredden ändras med variation i moduleringsindex i SPWM-teknik. Det är anledningen till att MSPWN-teknik introduceras. I denna teknik appliceras bärarsignalen under det första och sista 60-gradersintervallet för varje halvcykel. På detta sätt förbättras dess harmoniska egenskaper. Den största fördelen med denna teknik är ökad grundläggande komponent, minskat antal kopplingseffektanordningar och minskad kopplingsförlust. Vågformen är som visas i bilden nedan.

(V) Enligt antalet nivåer vid utgången

• Vanlig växelriktare med två nivåer
• Växelriktare med flera nivåer

1) Vanlig växelriktare med två nivåer

Dessa växelriktare har endast spänningsnivåer vid utgången som är positiv toppspänning och negativ toppspänning. Ibland är att ha en nollspänningsnivå också känd som en tvånivåomformare.

2) Flernivåomvandlare

Dessa växelriktare kan ha flera spänningsnivåer vid utgången. Växelriktaren med flera nivåer är uppdelad i fyra delar.

- Flygande kondensatoromvandlare

- Diodklämd växelriktare

- Hybridomvandlare

- Kaskad H-typ inverter

Varje inverter har sin egen design för drift, här har vi förklarat dessa inverter kort för att få en grundläggande idé om dem.