مدار اینورتر تک فاز نوعی تجهیزات الکترونیکی قدرت است که انرژی DC را به انرژی AC تبدیل می کند ، که به طور گسترده در زمینه های سیستم انرژی الکتریکی ، کنترل صنعتی ، تجهیزات ارتباطی و غیره مورد استفاده قرار می گیرد. در این مقاله ، اصل کنترل مدار اینورتر تک فاز به تفصیل معرفی شده است ، از جمله ترکیب اصلی آن ، اصل کار ، استراتژی کنترل ، شاخص عملکرد و مناطق کاربردی.
1. ترکیب اساسی مدار اینورتر تک فاز
مدار اینورتر تک فاز عمدتاً از قسمتهای زیر تشکیل شده است:
1.1 منبع تغذیه DC:منبع تغذیه ورودی مدار اینورتر تک فاز ، که می تواند یک باتری ذخیره سازی ، یک پنل خورشیدی ، یک سلول سوخت و غیره باشد.
1.2 اینورتر:مؤلفه اصلی تبدیل قدرت DC به قدرت AC ، معمولاً توپولوژی تمام پل یا نیمه پل را اتخاذ می کند.
1.3 فیلتر:برای فیلتر کردن هارمونیک های فرکانس بالا از خروجی اینورتر و بهبود کیفیت توان خروجی AC استفاده می شود.
1.4 کنترلر:کنترل زمان واقعی اینورتر ، تحقق تنظیم فرکانس ، دامنه و فاز قدرت AC خروجی.
1.5 مدار حفاظت:برای محافظت از عملکرد ایمن مدار اینورتر در شرایط غیر طبیعی مانند اضافه بار ، مدار کوتاه ، گرمای بیش از حد و غیره استفاده می شود.
2. اصل کار مدار اینورتر تک فاز
اصل کار مدار اینورتر تک فاز تبدیل انرژی DC به انرژی AC از طریق اینورتر است. اینورتر معمولاً توپولوژی تمام پل یا نیمه پل را اتخاذ می کند ، و اصل کار آن به شرح زیر است:
2.1 اینورتر تمام پل:این شامل چهار دستگاه سوئیچینگ است که S1 ، S2 ، S3 و S4 هستند. هنگامی که S1 و S3 روشن هستند ، و S2 و S4 خاموش هستند ، نیمه بالای چرخه جریان متناوب (AC) خروجی است. هنگامی که S2 و S4 روشن هستند و S1 و S3 خاموش هستند ، نیمه پایین چرخه AC خروجی است. با کنترل روشن و خاموش چهار دستگاه سوئیچینگ ، می توان فرکانس و دامنه جریان متناوب خروجی را تنظیم کرد.
2.2 اینورتر نیمه پل:این دستگاه از دو دستگاه سوئیچینگ ، S1 و S2 تشکیل شده است که هنگام خاموش بودن S1 و S2 ، نیم چرخه فوقانی جریان متناوب (AC) را خروجی می کند و هنگام خاموش بودن S2 و S1 ، نیم چرخه پایین AC را خاموش می کند. اینورترهای نیمه پل از قابلیت خروجی کم برخوردار هستند و معمولاً برای کاربردهای کم مصرف استفاده می شوند.
3. استراتژی های کنترل مدارهای اینورتر تک فاز
استراتژی های کنترل مدارهای اینورتر تک فاز شامل موارد زیر است:
3.1 کنترل مدولاسیون عرض پالس (PWM) کنترل:تنظیم دامنه و فرکانس جریان متناوب خروجی با تنظیم زمان روشن و خاموش دستگاه های سوئیچینگ تحقق می یابد. کنترل PWM مزایای سرعت پاسخ سریع ، دقت کنترل بالا و کیفیت خوب شکل موج خروجی را دارد.
3.2 کنترل مدولاسیون موج سینوس (SPWM) کنترل:با تولید سیگنال های مرجع موج سینوسی و مقایسه آنها با سیگنال های خروجی واقعی ، سیگنال های کنترل PWM را ایجاد کنید. کنترل SPWM می تواند شکل موج سینوسی جریان متناوب خروجی را تحقق بخشد و کیفیت انرژی الکتریکی را بهبود بخشد.
3.3 مدولاسیون بردار فضا (SVPWM) کنترل:با استفاده از روش کنترل اینورتر سه فاز در اینورتر تک فاز ، کنترل دقیق دامنه و فاز جریان متناوب خروجی را متوجه می شود. کنترل SVPWM مزایای دقت کنترل بالا و کیفیت خوب شکل موج خروجی را دارد.
3.4 کنترل پیش بینی:کنترل زمان واقعی اینورتر با پیش بینی وضعیت آینده سیستم تحقق می یابد. کنترل پیش بینی مزایای استحکام قوی و سازگاری خوب را دارد.
4. شاخص های عملکرد مدارهای اینورتر تک فاز
شاخص های عملکرد مدار اینورتر تک فاز به طور عمده شامل موارد زیر است:
4.1 فرکانس خروجی:فرکانس خروجی AC از اینورتر ، که معمولاً همان فرکانس منبع تغذیه ورودی DC است.
4.2 دامنه خروجی:دامنه AC خروجی اینورتر ، که می تواند توسط استراتژی کنترل تنظیم شود.
4.3 کیفیت شکل موج خروجی:کیفیت موج خروجی AC از اینورتر ، از جمله محتوای هارمونیک ، اعوجاج شکل موج و سایر شاخص ها.
4.4 کارآیی:راندمان اینورتر در تبدیل قدرت DC به قدرت AC ، معمولاً بین 95 ~ 85 ٪.
قابلیت اطمینان 4.5:قابلیت اطمینان اینورتر در طول عملیات بلند مدت ، از جمله میزان شکست ، امید به زندگی و سایر شاخص ها.
5. مناطق برنامه ای از مدارهای اینورتر تک فاز
مدارهای اینورتر تک فاز به طور گسترده در زمینه های زیر استفاده می شوند:
5.1 سیستم قدرت:مورد استفاده برای تنظیم فرکانس ، تنظیم فاز ، جبران توان واکنشی و سایر کاربردهای سیستم قدرت.
5.2 کنترل صنعتی:برای تجهیزات اتوماسیون صنعتی ، درایو موتور ، مدیریت انرژی و سایر برنامه ها استفاده می شود.
5.3 تجهیزات ارتباطی:مورد استفاده برای منبع تغذیه ایستگاه پایه ارتباطی ، مرکز داده ، ارتباطات ماهواره ای و سایر تجهیزات.
5.4 لوازم خانگی:مورد استفاده برای تبدیل نیرو از تهویه هوا ، یخچال ، ماشین لباسشویی و سایر لوازم خانگی.
5.5 سیستم انرژی جدید:برای تبدیل نیرو و مدیریت سیستم های انرژی جدید مانند انرژی خورشیدی و انرژی باد استفاده می شود.
مدار اینورتر تک فاز یک دستگاه الکترونیکی مهم با طیف گسترده ای از برنامه ها است.