مقدمة لأنواع مختلفة من المحولات

التيار المتردد يستخدم (AC) إمدادات الطاقة لتلبية الاحتياجات السكنية والتجارية والصناعية تقريبا. لكن أكبر مشكلة في مكيف الهواء هي أنه لا يمكن تخزينه للاستخدام في المستقبل. لذلك يتم تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر ثم يتم تخزين التيار المستمر في بطاريات ومكثفات فائقة. والآن كلما دعت الحاجة إلى التيار المتردد ، يتم تحويل التيار المستمر مرة أخرى إلى تيار متردد لتشغيل الأجهزة القائمة على التيار المتردد. لذا فإن الجهاز الذي يحول التيار المستمر إلى تيار متردد يسمى العاكس. يستخدم العاكس لتحويل التيار المستمر إلى تيار متردد متغير. يمكن أن يكون هذا الاختلاف في حجم الجهد أو عدد المراحل أو التردد أو فرق الطور.

تصنيف العاكس

يمكن تصنيف العاكس إلى عدة أنواع بناءً على المخرجات والمصدر ونوع الحمل وما إلى ذلك. وفيما يلي التصنيف الكامل لدارات العاكس:

(I) وفقًا لخاصية الإخراج

1. انفرتر موجة مربعة
2. موجة جيبية العاكس
3. تعديل موجة جيبية العاكس

(II) حسب مصدر العاكس

1. المصدر الحالي العاكس
2. مصدر الجهد العاكس

(ثالثا) حسب نوع الحمولة

1. عاكس أحادي الطور
   1. نصف جسر عاكس
   2. العاكس جسر كامل
2. ثلاث مراحل العاكس
   1. وضع 180 درجة
   2. وضع 120 درجة

(IV) وفقًا لتقنية PWM المختلفة

1. تعديل عرض النبض البسيط (SPWM)
2. تعديل عرض النبضات المتعددة (MPWM)
3. تعديل عرض النبض الجيبي (SPWM)
4. تعديل عرض النبض الجيبي المعدل (MSPWM)

(V) حسب عدد مستوى الإخراج

1. العاكس العادي ذو المستويين
2. متعدد المستويات العاكس

الآن سنناقش كل منهم واحدًا تلو الآخر. يمكنك التحقق من عينة من تصميم 12v DC إلى 220v AC Inverter Circuit هنا.

(I) وفقًا لخاصية الإخراج

وفقًا لخصائص الإخراج للعاكس ، يمكن أن يكون هناك ثلاثة أنواع مختلفة من العاكسات.

• انفرتر موجة مربعة
• موجة جيبية العاكس
• تعديل موجة جيبية العاكس

1) عاكس موجة مربعة

شكل الموجة الناتج للجهد لهذا العاكس هو موجة مربعة. هذا النوع من العاكس هو الأقل استخدامًا بين جميع الأنواع الأخرى من العاكس لأن جميع الأجهزة مصممة لتزويد الموجة الجيبية. إذا قمنا بتوفير موجة مربعة للأجهزة القائمة على الموجة الجيبية ، فقد تتعرض للتلف أو تكون الخسائر عالية جدًا. تكلفة هذا العاكس منخفضة للغاية ولكن التطبيق نادر جدًا. يمكن استخدامه بأدوات بسيطة بمحرك عالمي.

2) موجة جيبية

الشكل الموجي الناتج للجهد هو موجة جيبية وتعطينا ناتجًا مشابهًا جدًا لمصدر المنفعة. هذه هي الميزة الرئيسية لهذا العاكس لأن جميع الأجهزة التي نستخدمها مصممة للموجة الجيبية. لذلك ، هذا هو الناتج المثالي ويضمن أن المعدات ستعمل بشكل صحيح. هذا النوع من العواكس أغلى ثمناً ولكنه يستخدم على نطاق واسع في التطبيقات السكنية والتجارية.

3) موجة جيبية معدلة

إن بناء هذا النوع من العاكس معقد من العاكس ذو الموجة المربعة البسيطة ولكنه أسهل مقارنة بعاكس الموجة الجيبية النقية. ناتج هذا العاكس ليس موجة جيبية نقية ولا موجة مربعة. ناتج هذا العاكس هو بعض من موجتين مربعتين. الشكل الموجي الناتج ليس بالضبط موجة جيبية ولكنه يشبه شكل موجة جيبية.

(II) حسب مصدر العاكس

• مصدر الجهد العاكس
• المصدر الحالي العاكس

1) المصدر الحالي العاكس

في CSI ، الإدخال هو مصدر حالي. يستخدم هذا النوع من العواكس في التطبيقات الصناعية ذات الجهد المتوسط ​​، حيث تكون أشكال الموجات الحالية عالية الجودة إلزامية. لكن CSIs ليست شائعة.

2) العاكس مصدر الجهد

في VSI ، المدخلات هي مصدر جهد. يستخدم هذا النوع من العاكس في جميع التطبيقات لأنه أكثر كفاءة وموثوقية أعلى واستجابة ديناميكية أسرع. VSI قادر على تشغيل المحركات دون خفض التصنيف.

(ثالثا) حسب نوع الحمولة

• عاكس أحادي الطور
• ثلاث مراحل العاكس

1) عاكس أحادي الطور

بشكل عام ، يستخدم الحمل السكني والتجاري طاقة أحادية الطور. يتم استخدام العاكس أحادي الطور لهذا النوع من التطبيقات. ينقسم العاكس أحادي الطور إلى قسمين ؛

• مرحلة واحدة نصف جسر العاكس
• عاكس جسر كامل أحادي الطور

أ) مرحلة واحدة نصف جسر العاكس

يتكون هذا النوع من العاكس من ثايرستور واثنين من الثنائيات والاتصال كما هو موضح في الشكل أدناه.

في هذه الحالة ، يكون الجهد الإجمالي للتيار المستمر Vs وينقسم إلى جزأين متساويين Vs / 2. الوقت لدورة واحدة هو T ثانية.

لنصف دورة 0

لدورة النصف الثاني من T / 2

Vo = Vs / 2

من خلال هذه العملية ، يمكننا الحصول على شكل موجة جهد متناوب بتردد 1 / T Hz وسعة ذروة Vs / 2. شكل الموجة الناتج هو موجة مربعة. سيتم تمريره من خلال المرشح وإزالة التوافقيات غير المرغوب فيها والتي تعطينا شكل موجة جيبية نقية. يمكن التحكم في تردد شكل الموجة من خلال وقت التشغيل (طن) ووقت الإيقاف (إيقاف التشغيل) للثايرستور.

و ضخامة الجهد الناتج هو نصف امدادات التيار الكهربائي ومصدر فترة استخدام 50٪. هذا هو عيب نصف الجسر العاكس والحل لهذا هو جسر العاكس الكامل.

ب) مرحلة واحدة العاكس كامل الجسر

في هذا النوع من العاكس ، يتم استخدام أربعة ثايرستور وأربعة صمامات ثنائية. مخطط الدائرة للجسر الكامل أحادي الطور كما هو موضح في الشكل أدناه.

في وقت واحد ، يتم إجراء اثنين من الثايرستور T1 و T2 لدورة النصف الأول 0 <t <T / 2. خلال هذه الفترة ، يكون جهد الحمل Vs وهو مشابه لجهد إمداد التيار المستمر.

بالنسبة للدورة النصفية الثانية T / 2 <t <T ، يتم إجراء اثنين من الثايرستور T3 و T4. جهد الحمل خلال هذه الفترة هو -Vs.

هنا يمكننا الحصول على جهد خرج التيار المتردد مثل جهد إمداد التيار المستمر ويكون عامل استخدام المصدر 100٪. شكل موجة الجهد الناتج هو شكل موجة مربعة وتستخدم المرشحات لتحويله إلى موجة جيبية.

إذا كانت جميع الثايرستور تعمل في نفس الوقت أو في زوج من (T1 و T3) أو (T2 و T4) فسيكون المصدر قصير الدائرة. يتم توصيل الثنائيات في الدائرة كصمام ثنائي ردود الفعل لأنه يتم استخدامه لتغذية التغذية الراجعة لمصدر التيار المستمر.

إذا قارنا عاكس الجسر الكامل مع عاكس الجسر نصف الجسر ، لحمل جهد إمداد التيار المستمر المحدد ، يكون جهد الخرج مرتين والإخراج هو الطاقة أربع مرات في عاكس الجسر الكامل.

2) ثلاث مراحل جسر العاكس

في حالة الحمل الصناعي ، يتم استخدام إمدادات التيار المتردد ثلاثية الطور ولهذا ، يتعين علينا استخدام عاكس ثلاثي الطور. في هذا النوع من العاكس ، يتم استخدام ستة ثايرستور وستة ثنائيات وهي متصلة كما هو موضح في الشكل أدناه.

يمكن أن تعمل في وضعين وفقًا لدرجة نبضات البوابة.

• وضع 180 درجة
• وضع 120 درجة

أ) وضع 180 درجة

في وضع التشغيل هذا ، يكون وقت التوصيل للثايرستور 180 درجة. في أي فترة زمنية ، يوجد ثلاثة ثايرستور (ثايرستور واحد من كل مرحلة) في وضع التوصيل. شكل جهد الطور هو ثلاثة أشكال موجية متدرجة وشكل جهد الخط هو موجة شبه مربعة كما هو موضح في الشكل.

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

المرحلة أ	T1	T4	T1	T4
المرحلة ب	T6	T3	T6	T3	T6
المرحلة ج	T5	T2	T5	T2	T5
الدرجة العلمية	60	120	180	240	300	360	60	120	180	240	300	360
يجري الثايرستور	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

في هذه العملية ، تكون الفجوة الزمنية بين استبدال الثايرستور المنتهية ولايته وتوصيل الثايرستور الوارد صفرًا. لذا فإن التوصيل المتزامن للثايرستور الوارد والصادر ممكن. ينتج عنه ماس كهربائى للمصدر. لتجنب هذه الصعوبة ، يتم استخدام وضع التشغيل 120 درجة.

ب) وضع 120 درجة

في هذه العملية ، في وقت واحد فقط اثنين من الثايرستور. لا ترتبط إحدى مراحل الثايرستور بالطرف الموجب ولا تتصل بالطرف السالب. وقت التوصيل لكل ثايرستور 120 درجة. شكل جهد الخط هو ثلاثة أشكال موجية متدرجة وشكل جهد الطور هو شكل موجة شبه مربع.

المرحلة أ	T1		T4		T1		T4
المرحلة ب	T6		T3		T6		T3		T6
المرحلة ج		T2		T5		T2		T5
الدرجة العلمية	60	120	180	240	300	360	60	120	180	240	300	360
يجري الثايرستور	1 6	2 1	3 2	3 4	4 5	6 5	1 6	2 1	3 2	3 4	4 5	5 6

الشكل الموجي لجهد الخط وجهد الطور ونبض بوابة الثايرستور كما هو موضح في الشكل أعلاه.

في أي مفاتيح كهربائية كهربائية ، هناك نوعان من الخسائر ؛ فقدان التوصيل وخسارة التحويل. يعني فقدان التوصيل فقدان حالة التشغيل في المفتاح وخسارة التبديل تعني فقدان حالة الإيقاف في المفتاح. بشكل عام ، تكون خسارة التوصيل أكبر من خسارة التبديل في معظم العمليات.

إذا اعتبرنا وضع 180 درجة لعملية واحدة 60 درجة ، فإن ثلاثة مفاتيح مفتوحة وثلاثة مفاتيح مغلقة. يعني الخسارة الكلية تساوي ثلاث مرات من فقد التوصيل زائد ثلاثة أضعاف خسارة التحويل.

الخسارة الكلية في 180 درجة = 3 (خسارة التوصيل) + 3 (خسارة التبديل)

إذا أخذنا في الاعتبار وضع 120 درجة لعملية واحدة 60 درجة ، فإن مفتاحين مفتوحين وبقية المفاتيح الأربعة مغلقة. يعني أن الخسارة الكلية تساوي ضعف خسارة التوصيل بالإضافة إلى أربعة أضعاف خسارة التحويل.

الخسارة الكلية في 120 درجة = 2 (خسارة التوصيل) + 4 (خسارة التبديل)

(رابعا) التصنيف حسب تقنية التحكم

• تعديل عرض النبضة الأحادية (PWM واحد)
• تعديل عرض النبضات المتعددة (MPWM)
• تعديل عرض النبض الجيبي (SPWM)
• تعديل عرض النبض الجيبي المعدل (MSPWM)

خرج العاكس عبارة عن إشارة موجة مربعة ولا يتم استخدام هذه الإشارة للحمل. تُستخدم تقنية تعديل عرض النبضة (PWM) للتحكم في جهد خرج التيار المتردد. يتم الحصول على هذا التحكم من خلال التحكم في فترة التشغيل والإيقاف للمفاتيح. في تقنية PWM ، يتم استخدام إشارتين ؛ واحد هو إشارة مرجعية والثاني هو إشارة الناقل الثلاثي. يتم إنشاء نبض البوابة للمفاتيح من خلال مقارنة هاتين الإشارتين. هناك أنواع مختلفة من تقنيات PWM.

1) تعديل عرض النبضة الأحادية (PWM واحد)

لكل نصف دورة ، يتوفر النبض الوحيد في تقنية التحكم هذه. الإشارة المرجعية هي إشارة موجة مربعة وإشارة الموجة الحاملة هي إشارة موجة ثلاثية. يتم إنشاء نبض البوابة للمفاتيح من خلال مقارنة الإشارة المرجعية وإشارة الموجة الحاملة. يتم التحكم في تردد جهد الخرج بواسطة تردد الإشارة المرجعية. سعة الإشارة المرجعية هي Ar وسعة إشارة الموجة الحاملة هي Ac ، ثم يمكن تعريف مؤشر التعديل على أنه Ar / Ac. العيب الرئيسي لهذه التقنية هو المحتوى التوافقي العالي.

2) تعديل عرض النبضات المتعددة (MPWM)

يتم حل عيب تقنية تعديل عرض النبضة الواحدة عن طريق PWM متعددة. في هذه التقنية ، بدلاً من نبضة واحدة ، يتم استخدام عدة نبضات في كل نصف دورة لجهد الخرج. يتم إنشاء البوابة من خلال مقارنة الإشارة المرجعية وإشارة الموجة الحاملة. يتم التحكم في تردد الخرج عن طريق التحكم في تردد إشارة الموجة الحاملة. يتم استخدام مؤشر التعديل للتحكم في جهد الخرج.

عدد النبضات لكل نصف دورة = fc / (2 * f0)

حيث fc = تردد إشارة الموجة الحاملة

f0 = تردد إشارة الخرج

3) تعديل عرض النبض الجيبي (SPWM)

تستخدم تقنية التحكم هذه على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية. في كلتا الطريقتين أعلاه ، تكون الإشارة المرجعية عبارة عن إشارة موجة مربعة. لكن في هذه الطريقة ، تكون الإشارة المرجعية عبارة عن إشارة موجة جيبية. يتم إنشاء نبضة البوابة للمفاتيح عن طريق مقارنة الإشارة المرجعية للموجة الجيبية بالموجة الحاملة المثلثية. يختلف عرض كل نبضة باختلاف سعة الموجة الجيبية. تردد شكل الموجة الناتج هو نفس تردد الإشارة المرجعية. جهد الخرج عبارة عن موجة جيبية ويمكن التحكم في جهد RMS بواسطة مؤشر التعديل. الأشكال الموجية كما هو مبين في الشكل أدناه.

4) تعديل عرض النبض الجيبي المعدل (MSPWM)

نظرًا لخاصية الموجة الجيبية ، لا يمكن تغيير عرض النبضة للموجة مع الاختلاف في مؤشر التعديل في تقنية SPWM. هذا هو السبب ، تم تقديم تقنية MSPWN. في هذه التقنية ، يتم تطبيق إشارة الموجة الحاملة خلال أول وآخر فاصل 60 درجة من كل نصف دورة. بهذه الطريقة ، يتم تحسين خصائصه التوافقية. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي زيادة المكون الأساسي ، وتقليل عدد أجهزة تحويل الطاقة وتقليل فقدان التبديل. شكل الموجة كما هو موضح في الشكل أدناه.

(V) حسب عدد المستويات عند الإخراج

• العاكس العادي ذو المستويين
• متعدد المستويات العاكس

1) العاكس العادي ذو المستويين

هذه المحولات لها مستويات جهد فقط عند الخرج وهي جهد ذروة موجب و جهد ذروة سالب. في بعض الأحيان ، يُعرف وجود مستوى الجهد الصفري أيضًا باسم العاكس ثنائي المستوى.

2) محولات متعددة المستويات

يمكن أن تحتوي هذه المحولات على مستويات جهد متعددة عند الخرج. ينقسم العاكس متعدد المستويات إلى أربعة أجزاء.

- مكثف طائر انفرتر

- عاكس ثنائي التثبيت

- عاكس هجين

- Cascade H-type Inverter

كل عاكس له تصميمه الخاص للتشغيل ، وهنا قمنا بشرح هذه المحولات بإيجاز للحصول على أفكار أساسية عنها.