انواع مبدل DC به AC ( اینورتر )

اینورتر یا مبدل مدار الکترونیکی است که جریان الکتریکی مستقیم (DC) را به جریان متناوب (AC) با فرکانس و ولتاژ دلخواه تبدیل می‌کند. در این مقاله به برسی انواع اینورتر‌ها می‌پردازیم. انواع اینورتر‌ها در دو گروه کلی طبقه‌بندی می‌شوند:

مبدل منبع ولتاژ (VSI): مبدلی است که منبع ولتاژ DC ورودی آن، امپدانس محدود یا نزدیک به صفری در ورودی مبدل ایجاد می‌کند.

مبدل منبع جریان (CSI): مبدلی است که تغذیه ورودی آن جریان متغیری از یک منبع DC است که امپدانس بالایی در ورودی مبدل ایجاد می‌کند. در نتیجه بار متصل به مبدل تاثیری بر روی جریان نخواهد گذاشت.

اینورتر‌های تک‌فاز خود به دو دسته تمام پل و نیم‌پل تقسیم می‌شوند.

اینورتر نیم پل

اینورتر نیم‌پل در واقع یک بلوک تشکیل دهنده از اینورتر تمام‌پل است. ساختمان آن شامل دو سوییچ است که ولتاژ دو سر خازن هر کدام از سوییچ‌ها Vdc /۲ است. اما نکته‌ای که وجود دارد این است که این سوییچ‌ها به صورت مکمل عمل می‌کنند. یعنی با خاموش شدن یکی، دیگری روشن می‌شود و برعکس.
اینورتر تمام پل

این مدار اینورتر، DC را به AC تبدیل می‌کند. این عملکرد نتیجه‌ی شیوه و ترتیب به خصوصی از خاموش و روشن شدن سوییچ‌هاست. بسته به خاموش و روشن بودن هر یک از سوییچ‌ها، این نوع اینورتر چهار حالت عملکردی دارد.

اینورتر سه‌فاز

اینورتر سه‌فاز، یک ورودی جریان مستقیم (DC) را به یک خروجی متناوب (AC) سه فاز تبدیل می‌کند. سه بازوی مختلف این اینوتر، اختلاف زاویه‌ای ۱۲۰ درجه‌ای با یک‌دیگر دارند و در نتیجه می‌توانند جریان متناوب سه فاز تولید کنند. هر کدام از سوییچ‌های اینورتر نرخ تاثیر ۵۰ % دارند و در بازه زمانی T/۶ (معادل بازه‌ی زاویه‌ای ۶۰ درجه) فعال هستند. همان‌طور که می‌بینید مانند تصویر زیر سوییچ‌های S۱ و S۴ در یک بازو قرار دارند، سوییچ‌های S۲ و S۵ در بازوی دیگر و سوییچ‌های S۳ و S۶ نیز در آخرین بازو به عنوان مکمل یک‌دیگر قرار دارند.

در تصویر زیر نقشه‌ی نمادین یک اینورتر سه‌فاز را ملاحظه می‌کنید. می‌توانید به راحتی تشخیص دهید که اینورتر سه‌فاز در واقع از سه اینورتر تک‌فاز ساخته شده است که همه به یک منبع متصل هستند. ولتاژ قطب‌ها نیز در اینورتر سه‌فاز با ولتاژ قطب‌ها در یک اینورتر تک‌فاز نیم‌پل برابر است.

دو نوع اینورتر فوق، هر کدام دو مود هدایتی دارند، مود هدایتی ۱۲۰ درجه و مود هدایتی ۱۸۰ درجه.

مود هدایت ۱۸۰ درجه

در این مود هدایتی از آن‌جا که هر سوییچ در یک بازه ۶۰ درجه‌ای خاموش و روشن می‌شود، بنابراین هر شاخه می‌تواند در یک بازه‌ی ۱۸۰‌درجه‌ای هدایتگر جریان باشد. ترمینال‌های A. و B. و C. که در تصویر زیر مشاهده می‌کنید، ترمینال‌های خروجی اینورتر هستند که به خروجی‌های بار که باید دارای آرایش مثلثی یا ستاره باشد، متصل می‌شوند.

عملکرد یک بار ستاره‌ای متقارن، در تصویر زیر توضیح داده شده است.

در بازه ۰ تا ۶۰ درجه، S۵ , S۱ و S۶ هدایت می‌کنند؛ بنابراین ترمینال‌های A. و C. بار، به سر مثبت منبع متصل می‌شوند و ترمینال B. به سر منفی منبع.

به این ترتیب مقاومت بین نقطه‌ی ثقل بار (وسط ستاره) و سر منفی منبع برابر با R. و مقاومت بین نقطه ثقل بار و سر مثبت منبع، برابر R/۲ می‌شود.

با یک محاسبه‌ی ساده، ولتاژ دو سر هریک از مقاومت‌های بار (هر پره از ستاره) به صورت زیر درمی‌آید:

و ولتاژ‌های خطی بار نیز به صورت زیر:

شکل موج در هدایت ۱۸۰ درجه‌ای:

مود هدایت ۱۲۰ درجه

در این مود، بازه هدایت جریان در هر شاخه ۱۲۰ درجه است (بنابراین در هر لحظه تنها دو بازو در حال هدایت هستند.) و بیشتر با آرایش‌های بار مثلثی سازگار است چرا که شکل موج خروجی هر فاز از نوع شش پله‌ای است.

ترمینال A. بار به سر مثبت منبع و ترمینال B. بار به سر منفی منبع متصل می‌شود. ترمینال C. نیز در یک وضعیت معلق (floating state) قرار دارد. ضمن آنکه ولتاژ هر فاز، همان‌طور که در شکل زیر می‌توانید ببینید، با ولتاژ بار برابر است.

برابری ولتاژ فاز و ولتاژ خط

شکل موج هدایت ۱۲۰ درجه:

منبع: برق نیوز