مقدمه
اینورترها جزء مبدل های الکترونیک قدرتی هستند که برای تبدیل ولتاژ(جریان) مستقیم به ولتاژ (جریان) متناوب مورد استفاده قرار می گیرند. مشخصه خروجی حاصل از اینورتر بستگی به ساختار کلی آن و تکنیک مورد استفاده برای سوئیچینگ کلیدهای قدرت آن دارد. یکی از انواع مرسوم و معروف اینورترها، اینورترهای دو سطحی هستند که مشخصه خروجی آنها در دوسطح 0 و Vdc و یا 0 و Vdc- قرار می گیرد. معمولاً برای کاهش اعوجاج هارمونیک کل و پایین آوردن استرس بر روی کلیدهای قدرت اینورتر تعداد سطوح در مشخصه خروجی افزایش داده می شود. این کار با اصلاح ساختار اینورتر و تکنیک کلیدزنی کلی فراهم می شود و منجر به ایجاد «ساختارهای اینورتری چند سطحی» می شود.
اینورترهای چند سطحی بر اساس ساختار و شکل بندی خود به دسته های مختلفی تقسیم می شوند که معروف ترین آنها عبارتند از:
الف) اینورتر H پل سری
ب) اینورتر خازن شناور
ج) اینورتر دیود کلمپ شده
اینورتر H پل سری برای بدست آوردن شکل موج های چند سطحی از اتصال سری اینورترهای تمام پل با چند باس DC مجزا استفاده می کند. عیب این روش آن است که منابع DC مجزا موردنیاز است اما ساختار مدولار، مزیت این روش است. اینورترهای خازن شناور یک ساختار دیگر برای بدست آوردن شکل موجهای چند سطحی هستند. اینورتر منبع ولتاژی دیود کلمپ شده بر اساس طرح کلمپ شده نقطه خنثی است. عیب اینورتر دیود کلمپ شده، نوسان ولتاژ نقطه خنثی بعلت اختلاف مشخصه های کلیدزنی، کلیدزنی نامتقارن و مسائل اضافه ولتاژ دو سر وسائل کلیدزنی داخلی است. برای بدست آوردن شکل موج ولتاژ بهتر، ولتاژ نقطه خنثی باید کنترل شود تا متعادل شود. معمولاً مشکل نامتعادلی ولتاژ نقطه خنثی می تواند بوسیله وضعیت های زائد اینورتر چندسطحی بهبود یابد.
اینورتر سه سطحی دیود کلمپ شده
در اینورترهای چند سطحی تعداد سطوح خروجی می تواند به صورت سه سطحی، پنج سطحی، هفت سطحی و … مورد هدف قرار گیرد؛ به صورتیکه هر چه تعداد سطوح افزایش می یابد، ساختار اینورتر پیچیده تر و پر هزینه تر شده و عملا کنترل آن نیز مشکل تر می شود. یک نوع مقرون به صرفه از اینورتر چند سطحی، اینورتر سه سطحی می باشد، به صورتیکه اگر ولتاژ منبع مستقیم Vdc باشد، این اینورتر در خروجی خود سه سطح صفر، Vdc/2 و Vdc و یا 0، Vdc/2- و Vdc- را ایجاد می کند.
یک نوع دیود کلمپ شده سه سطحی از اینورتر چند سطحی در شکل 1 نشان داده شده است. این سه فاز اینورتر یک باس DC مشترک دارند که توسط دو خازن به سه سطح تقسیم می شوند. ولتاژ دو سر هر خازن برابر با Vdc/2 است و استرس ولتاژی دو سر هر وسیله کلیدزنی از طریق دیودهای کلمپ کننده به Vdc/2 محدود می شود.
شکل 1) اینورتر سه سطحی دیود کلمپ شده
توضیحات شبیه سازی
در این قسمت ما برای شما عزیزان شبیه سازی یک اینورتر منبع ولتاژی سه سطحی دیود کلمپ شده را در نظر گرفته ایم که در نرم افزار PSIM انجام شده است. در شکل 2 شمای مدار قدرت این اینورتر نمایش داده شده است که در ورودی خود دارای یک منبع ولتاژ مستقیم بوده و در خروجی به یک بار سه فاز مقاومت – سلفی متصل می شود.
شکل 2) شمای مدار قدرت اینورتر سه سطحی دیود کلمپ شده
توضیح اینکه سیگنالهای لازم برای تحریک کلیدهای اینورتر با استفاده از مدار کنترل و از طریق برچسب های نشان داده شده در شکل 2 تأمین می شود. فرکانس کلیدزنی برای کلیدهای قدرت مقدار 5000 هرتز تنظیم شده و ولتاژ ورودی در سطح 100 ولت می باشد. شبیه سازی برای مدت زمان 0.2 ثانیه ران شده و مشخصات خروجی آن بدست آورده می شود. در شکل 3 مشخصه ولتاژ خط به خط خروجی و جریان های سه فاز نمایش داده شده است. همانطور که مشخص است ولتاژ خروجی در سطح 0، 50 و 100 یا 0، 50- و 100- قرار گرفته است و سیگنالهای جریان خروجی سینوسی و متعادل با مقدار مؤثر 15.5 آمپر هستند.
شکل 3) ولتاژ خط به خط Vab و جریانهای سه فاز خروجی اینورتر سه سطحی
برای بررسی مؤثر بودن طرح سه سطحی در کاهش هارمونیک، سطح THD جریان یکی از جریانهای بار (جریان Ia) اندازه گیری شده و در شکل 4 نمایش داده شده است. همانطور که مشخص است میزان THD در حالت ماندگار تقریباً برابر با 0.02 یا 2 درصد می باشد که در محدوده مجاز و مناسبی قرار گرفته است.
شکل 4) میزان اعوجاج هارمونیک کل در مشخصه جریان اینورتر سه سطحی
———————————————————————————————
توجه: در صورتیکه تمایل به بررسی مشخصات بیشتری چون جریان ورودی، ولتاژ فاز خروجی، سیگنالهای کریر، FFT ولتاژ و جریان بار خروجی دارند، ما فایل شبیه سازی اینورتر سه سطحی را در لینک زیر قرار داده ایم. شما می توانید با خرید فایل پروژه ضمن مشاهده مدار کنترل در کنار مدار قدرت، تحلیل های بیشتری را بر روی شبیه سازی انجام بدهید و حتی از تکنیک کنترل دیگری برای تحریک کلیدهای اینورتر استفاده کنید. پس فرصت را از دست ندهید و هم اکنون این محصول جذاب را از ما خریداری کنید. لطفاً نظرات خود را نیز با ما در میان بگذارید.
