مدار اینورتر سه فاز (حالت هدایت 120 و 180 درجه)

همه ما در مورد اینورتر می دانیم –  دستگاهی است که DC را به AC تبدیل می كند. و قبلاً در مورد انواع مختلف اینورتر ها اطلاعاتی کسب کردیم و یک اینورتر تک فاز 12 ولت تا 220 ولت ساختیم. اینورتر 3 فاز ولتاژ DC را به منبع تغذیه 3 فاز تبدیل می کند.  اینجا در این آموزش ، با اینورتر سه فاز و نحوه کار آن آشنا خواهیم شد ، اما قبل از ادامه کار ، نگاهی به شکل موج ولتاژ خط سه فاز می اندازیم. در مدار بالا ، یک خط سه فاز به یک بار مقاومت متصل می شود و بار از خط نیرو می گیرد. اگر شکل موج ولتاژ را برای هر فاز رسم کنیم ، نموداری خواهیم داشت همانطور که در شکل نشان داده شده است. در نمودار ، می توانیم ببینیم که سه شکل موج ولتاژ  120 درجه با یکدیگر فاز ندارند.

پیشنهاد میکنم قبل از خواندن این مطلب، مقاله انواع اینورتر را بخوانید.

در این مقاله ، ما در مورد مدار اینورتر 3 فاز بحث خواهیم کرد که به عنوان مبدل جریان AC به 3 فاز استفاده می شود. به یاد داشته باشید که حتی در روزهای مدرن دستیابی به شکل موج کاملاً سینوسی برای بار های مختلف بسیار دشوار است و عملی نیست. بنابراین در اینجا ما در مورد کار یک مدار مبدل سه فاز ایده آل بحث خواهیم کرد که تمام مسائل مربوط به اینورتر 3 فاز عملی (واقعی) را نادیده گرفته است.

نحوه کار اینورتر 3 فاز

حال بیایید مدار اینورتر 3 فاز و فرم ساده شده ایده آل آن را بررسی کنیم. در زیر نمودار مدار اینورتر سه فاز با استفاده از تریستور و دیود (برای محافظت در برابر ولتاژ گذرای کوتاه مدت) ارائه شده است.

و در زیر نمودار مدار اینورتر سه فاز که فقط با استفاده از سوئیچ ها طراحی شده است. همانطور که مشاهده می کنید این تنظیمات شش سوئیچ مکانیکی در درک کار اینورتر 3 فاز مفیدتر از مدار دست و پاگیر تریستور است.

کاری که ما در اینجا انجام خواهیم داد باز و متقارن بستن این شش کلید برای به دست آوردن ولتاژ سه فاز برای بار مقاومت است. برای دستیابی به نتیجه مطلوب ، دو روش ممکن برای تحریک سوئیچ وجود دارد ، یکی در آن سوئیچ ها برای 180 درجه هدایت می شوند و دیگری که سوئیچ ها فقط برای 120 درجه هدایت می شوند. بگذارید درباره هر الگو در زیر بحث کنیم:

اینورتر سه فاز – حالت هدایت 180 درجه

مدار ایده آل قبل از اینکه به سه بخش تقسیم شود یعنی بخش یک ، بخش دو و بخش سه ترسیم شده است و ما در بخش بعدی مقاله از این موارد استفاده خواهیم کرد. بخش اول از یک جفت سوئیچ S1 و S2 تشکیل شده است ، بخش دو شامل جفت سوئیچینگ S3 و S4 و بخش سه شامل جفت سوئیچینگ S5 و S6 است. در هر زمان مشخص هر دو کلید در یک بخش نباید هرگز بسته شوند زیرا منجر به از کار افتادن مدار های کوتاه باتری در تنظیمات می شود ، بنابراین باید از این اتفاق  همیشه جلوگیری شود.

حال بیایید سوئیچینگ توالی را با بستن کلید S1 در اولین بخش مدار ایده آل شروع کنیم و شروع را 0 as بگذاریم. از آنجا که زمان هدایت انتخاب شده 180 درجه است ، سوئیچ S1 از 0 تا 180 درجه بسته خواهد شد.

اما بعد از 120 درجه از فاز اول ، فاز دوم نیز دارای یک چرخه مثبت خواهد بود همانطور که در نمودار ولتاژ سه فاز مشاهده می شود ، بنابراین سوئیچ S3 پس از S1 بسته می شود. این S3 نیز تا 180 درجه دیگر بسته خواهد شد. بنابراین S3 از 120 درجه تا 300 درجه بسته خواهد شد و فقط بعد از 300 درجه باز خواهد شد.

به همین ترتیب ، فاز سوم نیز دارای چرخه مثبت پس از 120 درجه چرخه فاز دوم است ، همانطور که در نمودار ابتدای مقاله نشان داده شده است. بنابراین سوئیچ S5 پس از بسته شدن 120 درجه S3 یعنی 240 درجه بسته خواهد شد. هنگامی که سوئیچ بسته شد ، برای آمدن 180 درجه قبل از بازشدن بسته می شود ، با این کار S5 از 240 تا 60 درجه (چرخه دوم) بسته می شود.

تا به حال ، تمام کاری که ما انجام دادیم این بود که فرض کنیم که هدایت پس از بسته شدن کلیدهای لایه بالایی انجام می شود اما جریان جاری شده از مدار باید کامل شود. همچنین ، به یاد داشته باشید که هر دو سوئیچ در یک بخش هرگز نباید در یک زمان بسته باشند ، بنابراین اگر یک سوئیچ بسته است ، دیگری باید باز باشد. برای برآوردن هر دو شرط فوق، S2,S4,S6  را به ترتیب از پیش تعیین شده خواهیم بست. بنابراین تنها پس از باز شدن S1 ، باید S2 را ببندیم. به همین ترتیب ، S4 پس از باز شدن S3 در 300 درجه بسته خواهد شد و به همین ترتیب S6 پس از اتمام چرخه هدایت S5 بسته خواهد شد. این چرخه سوئیچینگ بین سوئیچ های همان بخش را می توان در زیر مشاهده کرد. در اینجا S2 از S1 پیروی می کند ، S4 از S3 پیروی می کند و S6 از S5 پیروی می کند.

با پیروی از این سوئیچینگ متقارن می توانیم به ولتاژ سه فاز دلخواه نشان داده شده در نمودار برسیم. اگر توالی آغازین سوئیچینگ را در جدول بالا پر کنیم ، یک الگوی کامل سوئیچینگ برای حالت هدایت 180 درجه مانند زیر خواهیم داشت.

از جدول فوق می توان دریافت که:

• از 0-60: S1 ، S4 و S5 بسته شده و سه سوئیچ باقیمانده باز می شوند.
• از 60-120: S1 ، S4 و S6 بسته شده و سه سوئیچ باقیمانده باز می شوند.
• از 120-180: S1 ، S3 و S6 بسته شده و سه سوئیچ باقیمانده باز می شوند.

و ترتیب تعویض به همین ترتیب ادامه دارد. حال برای درک بهتر جریان و پارامتر های ولتاژ اجازه دهید مدار ساده شده را برای هر مرحله ترسیم کنیم.

مرحله 1: (برای 0-60) S1 ، S4 و S5 بسته هستند در حالی که سه سوئیچ باقیمانده باز هستند. در چنین حالتی ، مدار ساده شده می تواند به صورت زیر باشد.

بنابراین برای 0 تا 60 درجه Vao = Vco= Vs/3 ; Vbo = -2Vs/3

Vab = Vao – V bo = Vs
Vbc = Vbo – Vco = -Vs
Vca = Vco – Vao = 0

مرحله 2: (برای 60 تا 120) S1 ، S4 و S6 بسته هستند در حالی که سه سوئیچ باقیمانده باز هستند. در چنین حالتی ، مدار ساده شده می تواند به صورت زیر باشد.

بنابراین برای 60 تا 120 درجه Vbo = Vco= -Vs/3 ; Vao = 2Vs/3

Vab = Vao – Vbo = Vs
Vbc = Vbo – Vco = 0
Vca = Vco – Vao = -Vs

مرحله 3: (برای 120 تا 180) S1 ، S3 و S6 بسته هستند در حالی که سه سوئیچ باقیمانده باز هستند. در چنین حالتی می توان مدار ساده شده را به صورت زیر ترسیم کرد.

بنابراین برای 120 تا 180 درجه Vao = Vbo= Vs/3 ; Vco = -2Vs/3

Vab = Vao – V bo = 0
Vbc = Vbo – Vco = Vs
Vca = Vco – Vao = -Vs

به همین ترتیب ، می توانیم ولتاژ های فاز و ولتاژ های خط را برای مراحل بعدی دنباله استخراج کنیم. و می تواند به صورت شکل زیر نشان داده شود:

اینورتر سه فاز – حالت هدایت 120 درجه

حالت 120 درجه از همه لحاظ شبیه 180 درجه است به جز اینکه زمان بسته شدن هر سوئیچ به 120 کاهش می یابد که قبلاً 180 بود.

طبق معمول ، بیایید تعویض توالی را با بستن کلید S1 در بخش اول شروع کنیم و شماره شروع به 0 درجه باشیم. از آنجا که زمان هدایت انتخاب شده 120 درجه است ، سوئیچ S1 پس از 120 درجه باز می شود ، بنابراین S1 از     0 درجه به  12۰ درجه بسته شد.

از آنجا که نیم سیکل سیگنال سینوسی از 0 تا 180 درجه می رود ، برای مدت زمان باقیمانده S1 باز خواهد بود و توسط منطقه خاکستری بالا نشان داده می شود.

اکنون پس از گذشت 120 درجه از فاز اول ، فاز دوم نیز همانطور که قبلاً ذکر شد دارای یک چرخه مثبت خواهد بود ، بنابراین سوییچ S3 پس از S1 بسته می شود. این S3 برای 120 درجه دیگر نیز بسته خواهد شد. بنابراین S3 از 120 تا 240 درجه بسته خواهد شد.

به همین ترتیب ، فاز سوم نیز دارای یک چرخه مثبت پس از 120 درجه از چرخه مثبت فاز دوم است بنابراین سوئیچ S5 پس از 120 درجه بسته شدن S3 بسته خواهد شد. هنگامی که سوئیچ بسته شد ، برای آمدن 120 درجه قبل از باز شدن بسته می شود و با این کار ، سوئیچ S5 از 240 درجه به 360 درجه بسته می شود.

این چرخه سوئیچینگ متقارن برای دستیابی به ولتاژ سه فاز مورد نظر ادامه خواهد یافت. اگر توالی شروع و پایان سوئیچینگ را در جدول بالا پر کنیم ، یک الگوی کامل سوئیچینگ برای حالت هدایت 120 درجه مانند زیر خواهیم داشت.

از جدول فوق می توان دریافت که:

• از 0-60: S1 و S4 در حالی که سوئیچ های باقی مانده باز هستند بسته می شوند.
• از 60-120: S1 و S6 در حالی که سوئیچ های باقیمانده باز هستند بسته می شوند.
• از 120-180: S3 و S6 در حالی که سوئیچ های باقیمانده باز می شوند بسته است.
• از 180-240: S2 و S3 در حالی که سوئیچ های باقیمانده باز هستند ، بسته می شوند.
• از 240-300: S2 و S5 در حالی که سوئیچ های باقیمانده باز هستند بسته می شوند.
• از 300-360: S4 و S5 در حالی که سوئیچ های باقیمانده باز هستند بسته می شوند.

و این توالی مراحل به همین ترتیب ادامه دارد. حال برای درک بهتر جریان و پارامترهای ولتاژ جریان مدار اینورتر 3 فاز اجازه دهید مدار ساده شده را برای هر مرحله ترسیم کنیم.

مرحله 1: (برای 0-60) S1 و S4 بسته هستند در حالی که چهار سوئیچ باقیمانده باز هستند. در چنین حالتی ، مدار ساده شده را می توان به صورت زیر نشان داد.

بنابراین از 0 تا 60 درجه Vao = Vs/2, Vco= 0 ; Vbo = -Vs/2

Vab = Vao – V bo = Vs
Vbc = Vbo – Vco = -Vs/2
Vca = Vco – Vao = -Vs/2

مرحله 2: (برای 60 تا 120) S1 و S6 بسته هستند در حالی که سوئیچ های باقی مانده باز هستند. در چنین حالتی ، مدار ساده شده را می توان به صورت زیر نشان داد.

بنابراین از 60 تا 120 درجه Vbo =0, Vco= -Vs/2 & Vao = Vs/2

Vab = Vao – Vbo = Vs/2
Vbc = Vbo – Vco = Vs/2
Vca = Vco – Vao = -Vs

مرحله 3: (برای 120 تا 180) S3 و S6 در حالی که سوئیچ های باقی مانده باز هستند بسته هستند. در چنین حالتی ، مدار ساده شده را می توان به صورت زیر نشان داد.

بنابراین از 120 تا 180 درجه Vao =0, Vbo= Vs/2 & Vco = -Vs/2

Vab = Vao – V bo = -Vs/2
Vbc = Vbo – Vco = Vs
Vca = Vco – Vao = -Vs/2

به همین ترتیب ، می توانیم ولتاژ های فاز و ولتاژ های خط را برای مراحل بعدی دریافت کنیم. و اگر یک نمودار برای تمام مراحل ترسیم کنیم ، چیزی شبیه به زیر بدست می آوریم.

در نمودار های خروجی هر دو حالت تعویض 180 و 120 درجه مشاهده می شود كه ما در سه ترمینال خروجی به ولتاژ سه فاز متناوب دست یافته ایم. اگرچه شکل موج خروجی یک موج سینوسی خالص نیست ، اما شبیه شکل موج ولتاژ سه فاز است. این یک مدار ایده آل ساده و شکل موج تقریبی برای درک کار اینورتر 3 فاز است. شما می توانید با استفاده از تریستور ها ، سوئیچینگ ، کنترل و مدار های حفاظتی یک مدل کار را بر اساس این تئوری طراحی کنید.

یک نوع اینورتر ویژه وجود دارد، پیشنهاد میکنم آن را هم بشناسید، مقاله اینورتر موج سینوسی خالص را بخوانید.