Úvod do rôznych typov striedačov

Zdroj striedavého prúdu (AC) sa používa takmer pre všetky domáce, obchodné a priemyselné potreby. Ale najväčší problém s AC je, že ho nemožno uložiť pre budúce použitie. Takže AC sa prevedie na DC a potom sa DC uloží do batérií a ultrakondenzátorov. A teraz, kedykoľvek je potrebné striedavé napätie, sa jednosmerný prúd opäť prevedie na striedavý prúd, aby fungoval so striedavými prúdmi. Takže zariadenie, ktoré prevádza jednosmerný prúd na striedavý prúd, sa nazýva Inverter. Striedač sa používa na prevod jednosmerného prúdu na premenný striedavý prúd. Táto zmena môže byť v rozsahu napätia, počtu fáz, frekvencie alebo fázového rozdielu.

Klasifikácia invertora

Striedač je možné rozdeliť do mnohých typov na základe výkonu, zdroja, typu záťaže atď. Ďalej je uvedená úplná klasifikácia obvodov invertora:

(I) Podľa výstupnej charakteristiky

1. Invertor štvorcových vĺn
2. Sínusový invertor
3. Modifikovaný sínusový invertor

(II) Podľa zdroja invertora

1. Aktuálny zdrojový invertor
2. Invertor zdroja napätia

(III) Podľa typu nákladu

1. Jednofázový invertor
   1. Invertor s polovičným mostom
   2. Celý mostný invertor
2. Trojfázový invertor
   1. 180-stupňový režim
   2. 120-stupňový režim

(IV) Podľa inej techniky PWM

1. Jednoduchá modulácia šírky impulzu (SPWM)
2. Multiple Pulse Width Modulation (MPWM)
3. Šírka modulácie šírky sínusového impulzu (SPWM)
4. Modifikovaná modulácia šírky sínusového impulzu (MSPWM)

(V) Podľa počtu výstupných úrovní

1. Pravidelný dvojúrovňový invertor
2. Viacúrovňový invertor

Teraz o všetkých diskutujeme jeden po druhom. Tu môžete skontrolovať vzorový návrh obvodu invertora 12v DC až 220v AC.

(I) Podľa výstupnej charakteristiky

Podľa výstupnej charakteristiky striedača môžu existovať tri rôzne typy striedačov.

• Invertor štvorcových vĺn
• Sínusový invertor
• Modifikovaný sínusový invertor

1) Invertor štvorcových vĺn

Výstupný priebeh napätia tohto meniča je štvorcová vlna. Tento typ invertora sa najmenej používa medzi všetkými ostatnými typmi invertora, pretože všetky prístroje sú určené na napájanie sínusovými vlnami. Ak dodávame spotrebiče založené na štvorcových vlnách až po sínusové vlny, môže sa poškodiť alebo sú straty veľmi vysoké. Cena tohto invertora je veľmi nízka, ale použitie je veľmi zriedkavé. Môže byť použitý v jednoduchých nástrojoch s univerzálnym motorom.

2) Sínusová vlna

Výstupný priebeh napätia je sínusový priebeh a poskytuje nám veľmi podobný výstup ako napájací zdroj. To je hlavná výhoda tohto invertora, pretože všetky prístroje, ktoré používame, sú navrhnuté pre sínusovú vlnu. Toto je teda dokonalý výstup a zaručuje sa, že zariadenie bude fungovať správne. Tento typ striedačov je nákladnejší, ale často sa používa v obytných a komerčných aplikáciách.

3) Modifikovaná sínusová vlna

Konštrukcia tohto typu invertora je zložitá ako jednoduchý invertor s obdĺžnikovými vlnami, ale je ľahšia v porovnaní s invertorom s čistou sínusovou vlnou. Výstup tohto invertora nie je ani čistá sínusová vlna, ani obdĺžniková vlna. Výstupom takéhoto invertora sú niektoré z dvoch štvorcových vĺn. Výstupný priebeh nie je presne sínusový, ale podobá sa tvaru sínusového priebehu.

(II) Podľa zdroja invertora

• Invertor zdroja napätia
• Aktuálny zdrojový invertor

1) Striedač súčasného zdroja

V CSI je vstupom zdroj prúdu. Tento typ invertorov sa používa v priemysle vysokého napätia, kde sú vysoko kvalitné prúdové krivky povinné. Ale CSI nie sú populárne.

2) Invertor zdroja napätia

Vo VSI je vstupom zdroj napätia. Tento typ invertora sa používa vo všetkých aplikáciách, pretože je efektívnejší a má vyššiu spoľahlivosť a rýchlejšiu dynamickú odozvu. VSI je schopný pracovať s motormi bez zníženia výkonu.

(III) Podľa typu nákladu

• Jednofázový invertor
• Trojfázový invertor

1) jednofázový invertor

Zvyčajne sa v domácnostiach a v komerčných zariadeniach používa jednofázové napájanie. Pre tento typ aplikácie sa používa jednofázový invertor. Jednofázový invertor je ďalej rozdelený na dve časti;

• Jednofázový invertor s polovičným mostíkom
• Jednofázový invertor s úplným mostíkom

A) Jednofázový polovičný mostík

Tento typ invertora sa skladá z dvoch tyristorov a dvoch diód a pripojenie je znázornené na nasledujúcom obrázku.

V tomto prípade je celkové jednosmerné napätie Vs a je rozdelené na dve rovnaké časti Vs / 2. Čas jedného cyklu je T s.

Pre polovičný cyklus 0

Pre druhú polovicu cyklu T / 2

Vo = Vs / 2

Touto operáciou môžeme získať krivku striedavého napätia s frekvenciou 1 / T Hz a špičkovou amplitúdou Vs / 2. Výstupný priebeh je obdĺžnikový. Prejde cez filter a odstráni nežiaduce harmonické, ktoré nám poskytnú čistý sínusový priebeh. Frekvencia priebehu môže byť riadená časom ZAPNUTIA (Ton) a VYPNUTÍM (Toff) tyristora.

Veľkosť výstupného napätia je polovica napájacieho napätia a zdroj obdobie využitie je 50%. To je nevýhoda polovičného mostíka a riešením je plný mostík.

B) Jednofázový invertor s úplným mostíkom

V tomto type invertora sa používajú štyri tyristory a štyri diódy. Schéma zapojenia jednofázového úplného mostíka je znázornená na nasledujúcom obrázku.

Súčasne dva tyristory T1 a T2 vedú počas prvej polovice cyklu 0 <t <T / 2. Počas tohto obdobia je záťažové napätie Vs, ktoré je podobné jednosmernému napájaciemu napätiu.

Pre druhú polovicu cyklu T / 2 <t <T vedú dva tyristory T3 a T4. Zaťažovacie napätie počas tohto obdobia je -Vs.

Tu môžeme získať výstupné striedavé napätie rovnaké ako napájacie jednosmerné napätie a faktor využitia zdroja je 100%. Tvar výstupného napätia je obdĺžnikový a pomocou filtrov sa prevádza na sínusový priebeh.

Ak všetky tyristory vedú súčasne alebo v páre (T1 a T3) alebo (T2 a T4), dôjde k skratu zdroja. Diódy sú v obvode zapojené ako spätnoväzbová dióda, pretože sa používa na spätnú väzbu energie k zdroju jednosmerného prúdu.

Ak porovnáme úplný mostíkový invertor s polovičným mostíkovým invertorom, pre dané zaťaženie jednosmerného napájacieho napätia je výstupné napätie dvojnásobné a výstupný výkon štvornásobný v prípade úplného mostíkového invertora.

2) Trojfázový mostový invertor

V prípade priemyselného zaťaženia sa používa trojfázové napájanie striedavým prúdom, a preto musíme použiť trojfázový invertor. V tomto type invertora sa používa šesť tyristorov a šesť diód, ktoré sú zapojené tak, ako je to znázornené na nasledujúcom obrázku.

Môže pracovať v dvoch režimoch podľa stupňa hradlových impulzov.

• 180-stupňový režim
• 120-stupňový režim

A) režim 180 stupňov

V tomto režime činnosti je doba vedenia tyristora 180 stupňov. V ktoromkoľvek období sú tri tyristory (jeden tyristor z každej fázy) vo vodivom režime. Tvar fázového napätia má tri stupňovité krivky a tvar sieťového napätia je kvázi štvorcová vlna, ako je to znázornené na obrázku.

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

Fáza A	T1	T4	T1	T4
Fáza B	T6	T3	T6	T3	T6
Fáza C	T5	T2	T5	T2	T5
Stupňa	60	120	180	240	300	360	60	120	180	240	300	360
Tyristor vedie	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

V tejto operácii je časová medzera medzi komutáciou výstupného tyristora a vedením vstupného tyristora nulová. Je teda možné súčasné vedenie prichádzajúceho a odchádzajúceho tyristora. Výsledkom je skrat zdroja. Aby sa zabránilo týmto ťažkostiam, používa sa 120-stupňový režim prevádzky.

B) 120-stupňový režim

Pri tejto operácii súčasne vedú iba dva tyristory. Jedna z fáz tyristora nie je pripojená k kladnej svorke ani k zápornej svorke. Čas vedenia pre každý tyristor je 120 stupňov. Tvar sieťového napätia je trojstupňový tvar vlny a tvar fázového napätia je kvázi štvorcový tvar vlny.

Fáza A	T1		T4		T1		T4
Fáza B	T6		T3		T6		T3		T6
Fáza C		T2		T5		T2		T5
stupňa	60	120	180	240	300	360	60	120	180	240	300	360
Tyristor vedie	1 6	2 1	3 2	3 4	4 5	6 5	1 6	2 1	3 2	3 4	4 5	5 6

Priebeh sieťového napätia, fázového napätia a hradlového impulzu tyristora je znázornený na obrázku vyššie.

V akýchkoľvek výkonových elektronických prepínačoch existujú dva typy strát; strata vedenia a strata spínania. Strata vedenia znamená stratu stavu ON v spínači a stratu spínania znamená stratu stavu OFF v spínači. Spravidla je strata vedenia väčšia ako strata spínania vo väčšine operácií.

Ak vezmeme do úvahy 180-stupňový režim pre jednu 60-stupňovú operáciu, tri spínače sú otvorené a tri spínače sú zatvorené. Priemerná celková strata sa rovná trojnásobku straty vedenia plus trojnásobku straty prepínania.

Celková strata v 180 stupňoch = 3 (strata vodivosti) + 3 (spínacia strata)

Ak vezmeme do úvahy 120-stupňový režim pre jednu 60-stupňovú operáciu, dva spínače sú otvorené a zvyšok zo štyroch spínačov je zatvorený. Znamená, že celková strata sa rovná dvojnásobku straty vodivosti plus štvornásobku straty prepínaním.

Celková strata v 120 stupňoch = 2 (strata vodivosti) + 4 (strata spínania)

(IV) Klasifikácia podľa kontrolnej techniky

• Single Pulse Width modulation (single PWM)
• Multiple Pulse Width Modulation (MPWM)
• Šírka modulácie šírky sínusového impulzu (SPWM)
• Modifikovaná modulácia šírky sínusového impulzu (MSPWM)

Výstupom meniča je obdĺžnikový signál a tento signál sa nepoužíva pre záťaž. Na riadenie striedavého výstupného napätia sa používa technika pulznej šírkovej modulácie (PWM). Táto kontrola sa získava riadením doby zapnutia a vypnutia spínačov. V technike PWM sa používajú dva signály; jeden je referenčný signál a druhý je trojuholníkový nosný signál. Impulz hradla pre prepínače sa generuje porovnaním týchto dvoch signálov. Existujú rôzne typy PWM techník.

1) Šírka modulácie jednej impulzy (jedna PWM)

Pre každú polovicu cyklu je v tejto riadiacej technike k dispozícii jediný impulz. Referenčný signál je signál štvorcovej vlny a nosný signál je signál trojuholníkovej vlny. Hradlový impulz pre spínače sa generuje porovnaním referenčného signálu a nosného signálu. Frekvencia výstupného napätia je riadená frekvenciou referenčného signálu. Amplitúda referenčného signálu je Ar a amplitúda nosného signálu je Ac, potom je možné index modulácie definovať ako Ar / Ac. Hlavnou nevýhodou tejto techniky je vysoký obsah harmonických.

2) Modulácia šírky viacerých impulzov (MPWM)

Nevýhoda techniky modulácie šírky jedného impulzu je riešená viacerými PWM. V tejto technike sa namiesto jedného impulzu použije niekoľko impulzov v každom polovičnom cykle výstupného napätia. Brána sa generuje porovnaním referenčného signálu a nosného signálu. Výstupná frekvencia je riadená riadením frekvencie nosného signálu. Modulačný index sa používa na riadenie výstupného napätia.

Počet impulzov za pol cyklu = fc / (2 * f0)

Kde fc = frekvencia nosného signálu

f0 = frekvencia výstupného signálu

3) Modulácia šírky sínusového impulzu (SPWM)

Táto riadiaca technika je široko používaná v priemyselných aplikáciách. Pri obidvoch vyššie uvedených spôsoboch je referenčným signálom obdĺžnikový signál. Ale v tejto metóde je referenčným signálom signál sínusovej vlny. Hradlový impulz pre prepínače sa generuje porovnaním referenčného signálu sínusovej vlny s trojuholníkovou nosnou vlnou. Šírka každého impulzu sa mení s variáciou amplitúdy sínusovej vlny. Frekvencia výstupného priebehu je rovnaká ako frekvencia referenčného signálu. Výstupné napätie je sínusová vlna a napätie RMS je možné riadiť modulačným indexom. Krivky sú znázornené na nasledujúcom obrázku.

4) Modifikovaná modulácia šírky sínusového impulzu (MSPWM)

Kvôli charakteristike sínusovej vlny nemožno šírku impulzu vlny meniť so zmenou indexácie modulácie v technike SPWM. Z tohto dôvodu je zavedená technika MSPWN. V tejto technike sa nosný signál aplikuje počas prvého a posledného 60-stupňového intervalu každého pol cyklu. Týmto spôsobom sa zlepší jeho harmonická charakteristika. Hlavnou výhodou tejto techniky je zvýšená základná zložka, znížený počet spínacích výkonových zariadení a znížená spínacia strata. Tvar vlny je znázornený na nasledujúcom obrázku.

(V) Podľa počtu úrovní na výstupe

• Pravidelný dvojúrovňový invertor
• Viacúrovňový invertor

1) Pravidelný dvojúrovňový invertor

Tieto invertory majú na výstupe iba úrovne napätia, ktoré sú kladné špičkové napätie a záporné špičkové napätie. Niekedy je úroveň nulového napätia známa aj ako dvojúrovňový invertor.

2) Viacúrovňové invertory

Tieto invertory môžu mať na výstupe viac úrovní napätia. Viacúrovňový invertor je rozdelený na štyri časti.

- Lietajúci kondenzátor invertor

- Diódou upnutý invertor

- Hybridný invertor

- Kaskádový invertor typu H.

Každý striedač má svoju vlastnú prevádzkovú koncepciu, tu sme tieto striedače stručne vysvetlili, aby sme o nich získali základné predstavy.