مقاله اینورتر

دانلود مقاله اینورتر مقاله مقاله

اینورتر
همانطور که می دانیم وظیفه اینوتر تبدیل dc به ac می باشد که این کار هم در فرکانس ثابت و هم در فرکانس متغیر صورت می گیرد . ولتاژ خروجی می تواند در یک فرکانس متغیر یا ثابت دارای دامنه متغیر یا ثابت باشد که ولتاژ خروجی متغیر می تواند با تغییر ولتاژ ورودی dc و ثابت نگهداشتن ضریب تقویت اینوتر بدست آید . از سوی دیگر اگر ولتاژ ورودی dc ثابت و غیرقابل کنترل باشد
می توان برای داشتن یک ولتاژ خروجی متغیر از تغییر ضریب تقویت اینوتر که معمولاً با کنترل مدولاسیون عرض پالس ( PWM ) در اینورتر انجام می شود استفاده کرد. ضریب تقویت اینوتر عبارت است از نسبت دامنه ولتاژ ac خروجی به dc ورودی .

اینوترها به دو دسته تقسیم می شوند : ۱) اینوترهای تک فاز و ۲) اینورترهای سه فاز . که خود آنها نیز بسته به نوع کموتاسیون تریستورها به چهار قسمت تقسیم می شوند . الف. اینوتر با مدولاسیون عرض پالس ( PWM ) ، ب. اینوتر با مدار تشدید ، پ. اینوتر با کموتاسیون کمکی ، ت. اینوتر با کموتاسیون تکمیلی . که اگر ولتاژ ورودی اینوتر ، ثابت باشد ، اینوتر با تغذیه ولتاژ ( VSI ) و اگر ورودی ثابت باشد ، آن را اینوتر با تغذیه جریان ( CSI ) می نامند .

از بین اینورترهای تکفاز دو نوع معروف به نام اینوتر تکفاز با سر وسط و اینوتر پل تکفاز می باشد که در اینجا به اختصار نوع پل تکفاز آن را بررسی کرده و سپس راجع به اینوترهای سه فاز توضیح خواهیم داد .

۱-۱ ) اینوترپل تکفاز

در این نوع اینوتر همانطور که در شکل ۱ نشان داده شده است با آتش شدن تریستور مکمل T₄ تریستور T₁ خاموش می گردد . اگر بار سلفی باشد جریان بار بلافاصله معکوس نمی شود و لذا وقتی کموتاسیون کامل شد تریستور T₄ خاموش می شود و جریان بار به دیود D₄ منتقل می شود . فرمان کموتاسیون نسبت به زمان فرکانس بار اینوتر خیلی کوتاه می باشد . در اینجا ما کموتاسیون را ایده آل فرض می کنیم .

حال اگر بار مقاومتی خالص باشد روشن کردن متناوب T₁T₂ و T₃T₄ باعث می شود که یک شکل موج مربعی دو سر بار قرار گیرد هر چند در حالت بار سلفی شکل موج جریان تأخیر دارد ولی مربعی می باشد . این شکل موج مربعی در شکل ۲- الف نشان داده شده است . تریستور با استفاده از یک قطار پالس که به صورت ۱۸۰o به آن اعمال می شود روشن می شود . به وسیله انتهای نیم پریود مثبت معلوم می شود که جریان بار مثبت بوده و به صورت نمایی افزایش می یابد . وقتی که تریستور T₁ و T₂ خاموش می شوند تریستورهای T₃ و T₄ روشن شده و ولتاژ بار معکوس می گردد ولی جریان بار تغییر نمی کند و مسیر جریان بار دیودهای D₃ و D₄ می باشند که منبع dc را به دو سر بار وصل می کنند و ولتاژ معکوس شده و انرژی تا زمانی که جریان به صفر برسد از بار به منبع منتقل می شود از آنجایی که در لحظه صفر شدن بار جریان تریستورها نیاز به تحریک ( آتش شدن ) مجدد دارند لذا یک قطار پالس آتش نیاز است تا هر لحظه که جریان صفر شد بلافاصله تریستورهای بعدی را روشن کند .

می توان ولتاژ خروجی را به صورت شکل موج مربعی با پریود صفر نیز درست کرد . همانطور که در شکل ۲- ب نشان داده شده این نوع شکل موج را می توان با جلو بردن زاویه آتش تریستورهای مکمل T₁T₄ نسبت به تریستورهای T₂T₃ درست کرد همانطور که از شکل دیده می شود قطار پالس آتش تریستور T₁ و T₄ به اندازه f درجه عقب تر از قطار پالس تریستور T₂ و T₃ می باشد . در شکل ۲- ب فرض کنیم با خاموش شدن تریستور T₁ ، تریستور T₄ روشن شود ، جریان بار به دیود D₄ منتقل می شود اما از آنجاییکه تریستور T₂ هنوز روشن است جریان بار در مسیر D₄ و T₂ جاری می شود ، بار اتصال کوتاه شده و ولتاژ بار صفر می شود . وقتی که تریستور T₂ خاموش و تریستور T₃ روشن می شود تنها مسیر جریان بار دیود D₃ می باشد و منبع dc در جهت منفی به بار متصل می شود و تریستورهای T₃ و T₄ بلافاصله بعد از صفر شدن جریان بار هدایت می کند لذا شکل جریان تریستور و دیود متفاوت می شود .

۱-۲ ) اینوتر تکفاز PWM

اینوتر کنترل شده جهت تولید شکل موج مدوله شده عرض پالس دارای شکل موجی مطابق شکل ۳ می باشد . همانطور که از شکل دیده می شود دراین روش سعی شده است که در نقاط نزدیک پیک پریود روشن بودن طولانی تر باشد این روش را کنترل مدولاسیون پهنای پالس ( PWM ) می نامند . دراین روش ها مونیکهای مرتبه پایین در شکل موج مدوله شده پهای پالسی خیلی کمتراز شکل موجهای دیگراست .

با توجه به شکل ۳ ملاحظه می کنید که در برخی از فواصل ولتاژ اعمال شده به مدار مصرف باید صفر باشد که عملی کردن آن به این صورت است که در طی این فواصل یا تریستورهای T₁ و T₃ بطور همزمان روشن هستند و یا تریستورهای T₂ و T₄ . به هر حال ، خروج دیود و تریستور که به صورت سری با بار قرار می گیرند باعث اتصال کوتاه شدن بار می شوند . در این روش باید توجه شود که در هر سیکل تعداد کموتاسیون ، حداقل بوده و نیز تریستورها به صورت قرینه روشن شوند .

برای تولید یک شکل موج همانند شکل ۳ نیازمند اعمال کموتاسیونهای زیادی درهر سیکل هستیم از آنجایی که در انتها و ابتدای هر سیکل ، باید دو سر بار اتصال کوتاه شده و ولتاژش صفر شود لذا باید یک تریستور در ابتدا و انتهای سیکل قطع شود که این عمل تلفات ناشی از کموتاسیون را افزایش می دهد . اما برای کاهش این تلفات باید مقدار کموتاسیون درهر سیکل کاهش یابد که این کاهش تعداد کموتاسیون به صورت زیر می باشد که در انتهای هر پالس تنها یکی از دو تریستور هادی جریان قطع گردد و هیچ تریستور دیگری به منظور اتصال کوتاه کردن دو سر بار روشن نگردد . و در شروع پالس بعدی ، آن تریستوری که در انتهای پالس قبلی خاموش شده بود بار دیگر روشن گردد .

۲- اینورترهای سه فاز

در کاربردهای با توان بالا ( یا سایر جاهایی که به سه فاز نیاز باشد ) از اینورترهای سه فاز استفاده می شود . اینوتر سه فاز را می توان با اتصال موازی سه اینورتر تکفاز پل درست کرد و همچنین باید توجه داشت که جریان گیت آنها باید با هم ۱۲۰o اختلاف فاز داشته باشد تا ولتاژهای سه فاز متقارن ایجاد گردد . برای حذف هارمونیکهای مضرب سه در ولتاژ خروجی می توان از یک تراشی درخروجی اینوتر استفاده کرده و اتصال ثانویه آن را ستاره می بندد و بار را نیز یا مثلث یا ستاره بست . مطابق شکل ۴ که یک مدار اینوتر سه فاز را نشان می دهد شامل ۶ تریستور ، ۶ دیود و منبع تغذیه می باشد .

این اینوترها دارای ساختمان کلی مطابق شکل ۴ بوده و براساس نحوه سیگنال فرمان به دو دسته تقسیم می شوند . ۱- در هر لحظه دو تریستور هدایت می کند . ۲- در هر لحظه سه تریستور هدایت می کند .

با وجود این دو روش سیگنال فرمان گیت ها باید به گونه ای باشد که در هر فاصله ۶۰o ، به گیت وصل یا از آن قطع شود و همچنین اینوترها نیز به گونه ای طراحی شده اند که هر کدام بتوانند ۱۸۰o هدایت کنند . و همچنین اگر باری که توسط اینورتر تغذیه می شود سلفی باشد جریان بار در هر فاز نسبت به ولتاژ پس فاز می شود .

۱- روش اول : در این روش در هر لحظه دو تریستور هدایت می کند چون کلاً ۶ تریستور داریم جمعاً ۱۲۰*۶=۷۲۰o هدایت داریم و در هر ۳۶۰o تعداد تریستورهایی که هدایت می کنند برابر است با :

یعنی در هر لحظه دو تریستور به صورت همزمان هدایت می کنند که یکی از تریستورها جریان را به بار می برد و دیگری نیز جریان را از بار برمی گرداند . مطابق شکل ۵ ملاحظه می شود که با قطع شدن جریان گیت ig₁ ، جریا گیت ig₄ وصل می شود در عمل باید یک زمان کافی برای خاموش شدن تریستور T₁ باشد از انجا که پس از قطع ig₁ ، جریان گیت ig₄ عمل می کند لذا تریستور T₁ زمان کافی برای خاموش شدن خود ندارد و لذا هنگام اعمال تریستور T₄ و قطع شدن T₁ منبع توسط آنها اتصال کوتاه می شوند هر چند که اگر زمان کافی برای خاموش شدن تریستور T₁ در نظر گرفته شود و لیکن کموتاسیون به خوبی صورت نگیرد باز هم یک اتصال کوتاه مخرب در منبع تغذیه رخ می دهد . که این یکی از عیبهای روش دوم است . با استفاده از روش دو تریستوری خطر اتصال کوتاه شدید منبع را می توان حل کرد در این حالت یک فاصله زمانی ۶۰o بین ابتدای پالس فرمان یک تریستور و انتهای پالس فرمان مربوط به تریستور دیگری که با آن سری شده است وجود دارد که این خود مدت زمان بیشتری را برای خاموش شدن تریستور اول فراهم می کند علاوه بر این اگر هر گونه تأخیر در قطع شدن تریستور T₁ ، به هر علت ناشی از عیبهای مختلف تنها منجر می گردد جریان بار دو مسیر جهت عبور داشته باشد که این عمل می تواند موجب نامتعادلی جریان بار شود و هرگز اتصال کوتاه شدید منبع تغذیه را در بر نخواهد داشت .

در این وضعیت هر ۶ فرمان قطع در هر پریود لازم خواهد بود پس در این حالت سیگنال فرمان هم هر سیکل را می تواند به ۶ فاصله زمانی مطابق شکل ۵-b تقسیم بندی کند . از آنجا که در هر تریستور با اتمام سیگنال فرمانش قطع می شود پس در حالتی که بار غیراهمی باشد پتانسیل تنها دو ترمینال خروجی اینورتر در هر لحظه قابل بیان است .

روش دوم : در این روش در هر لحظه سه تریستور هدایت می کند . روندی که در این روش برای سیگنال های فرمان در نظر گرفته می شود بدین صورت است که در این حالت هر تریستور فاصله ۱۸۰o را هدایت می کند و چون کلاً ۶ کلید داریم لذا کل هدایت می شود :

۶ * ۱۸۰o = ۱۰۸۰o

که باز هم مثل روش قبل اگر آنرا بر ۳۶۰o تقسیم کنیم معلوم می شود که درهر لحظه  کلید باید وصل شود که در این حالت یک یا دو کلید جریان را به بار می برند و دو یا یک کلید جریان را از بار برمی گرداند . ترتیبی که در این حالت برای سیگنالهای فرمان در نظر گرفته می شود در شکل ۶ نشان داده شده است . که در آن سه تریستور به طور همزمان در حال هدایت جریان می باشند .

 به راحتی می توان پتانسیل ترمینالهای خروجی اینوتر را درهر یک از فواصل زمانی این سیگنالهای فرمان تعیین نموده و از آنجا ولتاژهای خط خروجی را معین نمود . در این حالت یک گروه ولتاژ متناوب سه فاز متعادل خواهیم داشت . به طوریکه این ولتاژها تحت تأثیر شرایط بار مصرف واقع نمی شوند و مجزا از متعادل یا نامتعادل بودن و یا خطی یا غیرخطی بودن بار عمل می کنند . اگر بار مصرفی خطی بوده و دارای اتصال مثلث باشد جریان شاخه ها را می توان با استفاده از ولتاژ حساب کرد اگر بار خطی بوده و اتصال آن نیز ستاره باشد در اینصورت با استفاده از روش جمع آثار می توان جریان شاخه های بار و ولتاژ فازی بار را بدست آورد .

در پایان هر یک از فواصل مشخص شده در شکل ۶-b مربوط به ولتاژ خطی ، سیگنال فرمان از روی گیت یک تریستور برداشته می شود که در اکثر شرایط بار ، می بایست قطع اجباری در مورد آن صورت پذیرد . پس در هر پریود ۶ مرتبه عمل قطع اجباری باید انجام شود . فرمان گیت کلیدها در شکل داده شده دیده می شود که در  اول T₆-T₁ ، در  دوم سیکل T₁-T₂ و به همین ترتیب T₂-T₃ ، T₃-T₄ ، T₄-T₅ ، T₅-T₆ هدایت می کنند . یکی از شکل موجها را رسم می کنیم و سپس بقیه شکل موجها به همین روش مشخص می شوند .

– بررسی شکل موج ولتاژ در  ابتدای سیکل کلیدهای ۱ و ۶ فرمان دادند پس مدار به صورت شکل ۷ در می آید و داریم :

 یکی از موارد خاص مورد توجه ، در به کارگیری این اینورتر با یک مدار مصرفی مقاومتی متعادل با اتصال ستاره می باشد که در شکل ۷- الف نشان داده شده وضعیتهای ۳ , ۲ , ۱ مدار معادل سیستم را در سه پریود متوالی از سیکل ولتاژ خط نشان می دهد . با تقسیم ولتاژ روی مدارهای شکل۷-۲ الف ولتاژهای فازی مدار مصرف را می توان تعیین نمود و از آنجا شکل موج ولتاژهای فازی مطابق شکل ۶ بدست می آید .

با یک بار اهمی ، تنها تریستورها هادی جریان بوده و بنابراین از دید تئوری می توان دیودها را حذف نمود بدون آنکه در عملکرد مدار خللی وارد آید .

اما در ادامه در  دوم سیکل کلیدهای ۱ و ۲ وصل شده و داریم :

و در  سوم سیکل کلیدهای ۲ و ۳ وصل شده و داریم :

در  چهارم سیکل کلیدهای ۳ و ۴ وصل و در  سیکل پنجم نیرو کلیدهای ۴ و ۵ وصل شده و داریم :

و در  پایانی سیکل کلیدهای ۵ و ۶ وصل شده و داریم :

V_b و V_c نیز مشابه V_an ولی با ۱۲۰o اختلاف فاز خواهند بود .

فهرست مطالب
فصل اول-مدارهای موردنیاز برای کنترل موتور القایی
اینورتر   ۱
۱-۱- اینورتر پل تکفاز   ۲
۱-۲- اینورتر تکفاز PWM   ۵
۲- اینورترهای سه فاز   ۶
۳- اینورتر با تشدید سری   ۱۴
۴- اینورترهای منبع جریان   ۱۵
۴-۱- اینورتر منبع جریان سه فاز   ۱۷
۵- منابع جریان   ۲۵
۵-۱- مدولاسیون پهنای پالس در یک اینورتر منبع جریان تریستوری   ۲۷
۶- مقایسه محرکه های اینوتر منبع جریان و ولتاژ   ۳۰
فصل دوم – کنترل موتور القایی
مقدمه   ۳۳
۱- اصول کنترل سرعت موتورهای القایی   ۳۳
۲- کنترل لغزش   ۳۴
۳- روشهای کنترلی موتورهای القایی، کنترل کننده اسکالر   ۳۶
۴- کنترل کننده اسکالر درایوهای موتور القایی با اینورتر VSI   ۳۷
۴-۱- کنترل کننده سرعت، مدار باز   ۳۸
۴-۲- کنترل کننده سرعت مداربسته با محدود کننده جریان   ۴۰
۵- کنترل کننده سرعت مدار باز ، در شیراط کنترل V/F   ۴۲
۶- کنترل برداری   ۴۴
۶-۱- انواع روشهای کنترل برداری   ۴۵
۶-۲- کنترل برداری مستقیم با جهت یابی شار فاصه هوایی و اینورتر PWM با جریان کنترل کننده   ۴۵
۶-۳- کنترل کننده برداری مستقیم با جهت یابی شار استاتور   ۵۰
۶-۴- کنترل برداری غیر مستقیم با جهتیابی شار رتور و اینوتر PWM با جریان کنترل شده   ۵۱
۶-۵- کنترل برداری با اینورترها PWM و در شرایط کنترل ولتاژ   ۵۵
۶-۶- کنترل برداری با استفاده از اینورتر CSI   ۵۸
فصل سوم – روشهای الکتریکی و مکانیکی کنترل دبی در پمپها
چکیده   ۶۱
۱- مقدمه   ۶۲
۲- استخراج رابطه میان گشتاور، سرعت و دبی یک پمپ   ۶۴
۳- ارزیابی به کارگیری شیر فلکه به عنوان روش معمول کنترل دبی پمپ   ۶۷
۴- ارزیابی روش کنترل دور موتور القایی به منظور کنترل دبی سیال   ۶۹
۵- مقایسه نتایج حاصل از روشهای مختلف کنترل دبی سیال   ۷۵
۶- ارزیابی اقتصادی به کارگیری ASD   ۷۹
نتایج   ۸۰
فصل چهارم – کاربرد AC درایوها در پمپ های آبیاری و آبرسانی
مقدمه   ۸۲
۱- مشخصه های سیستم پمپ و بار و طبقه بندی پمپ ها   ۸۵
۲- مشخصه پمپ های روتو دینامیک   ۸۶
۳- تاثیر سرعت متغیر پمپ روی منحنی عملکرد آن   ۸۷
۴- پرفورمنس مکش پمپ (NPSH)   ۹۰
۵- نیازهای عملیاتی پمپ ها   ۹۱
۶- راندمان پمپ   ۹۳
۷- پمپ های موازی   ۹۵
۸- کنترل on/off پمپ های موازی   ۹۷
۹-۱- کنترل فلو با روش شیر کنترل   ۹۸
۹-۲- کنترل فلو با روش شیر BYPASS
۹-۳- کنترل فلو توسط درایوهای دور متغیر   ۱۰۰
۱۰- آبیاری در مزارع (Irrigation)   ۱۰۳
۱۱- روشهای مختلف استفاده از درایو برای کنترل پمپ   ۱۰۴
۱۱-۱- روش مالتی مستر Multi Master   ۱۰۴
۱۱-۲- روش Multi Follower   ۱۰۷
۱۱-۳- تشریح عملکرد کنترل در روش Advance level Control   ۱۱۰
فصل پنجم
مقدمه   ۱۱۳
۱- مصرف انرژی در موتورهای الکتریکی   ۱۱۵
۲- موانع در سیاستگذاری انرژی   ۱۱۷
۳- انتخاب موتور مناسب   ۱۱۸
۳-۱- تطابق موتور و بار   ۱۱۸
۳-۲- موتورهای با راندمان بالا   ۱۲۱
۴- اقدامات مورد نیاز برای بهبود عملکرد سیستمهای مرتبط با الکتروموتورها   ۱۲۳
۴-۱- کیفیت توان Power Quality   ۱۲۳
۴-۲- تثبیت ولتاژ شبکه   ۱۲۳
۴-۳- عدم تقارن فاز   ۱۲۵
۴-۴- ضریب قدرت   ۱۲۶
۵- روشهای عملمی برای افزایش بازدهی موتور   ۱۲۶
۶- دستورالعملهای لازم برای بهبود عملکرد موتورهای الکتریکی   ۱۳۱
۷- دسته بندی اقدامات لازم برای بهینه سازی مصرف انرژی   ۱۳۳
۸- تکنولوژی الکترونیک قدرت و درایوهای AC   ۱۳۳
۹- کنترل کننده دور موتور   ۱۳۶
۱۰- مزایای استفاده از کنترل کننده های دور موتور   ۱۴۰
۱۱- مدیریت بهینه سازی مصرف انرژی و نقش کنترل کننده های دور موتور   ۱۴۲
۱۲- پمپها و فنها   ۱۴۵
۱۳- قوانین افینیتی در کاربردهای پمپ و فن   ۱۴۷
۱۴- محاسبات صرفه جویی انرژی در فن   ۱۵۴
۱۵- یک مطالعه موردی در ایران   ۱۵۵
۱۶- سیستمهای تهویه مطبوع   ۱۵۹
۱۷- ماشین تزریق پلاستیک   ۱۵۹
۱۸- صرفه جویی انرژی در تاسیسات آب و فاضلاب   ۱۶۱
۱۹- کمپرسورها   ۱۶۱
۲۰- نیروگاه ها   ۱۶۲
۲۱- سیمان   ۱۶۳
۲۲- قابلیتهای کنترل کننده دور موتور مدرن   ۱۶۵
۲۲-۱- نرم افزار کاربردی کنترل پمپ و فن   ۱۶۸
۲۲-۲- نرم افزار کاربردی کنترل سطح پیشرفته   ۱۶۸
۲۲-۳- نرم افزار کنترلی Master Follower   ۱۶۸
۲۳- درایوهای دور متغیر VACON مصداقی از درایوهای مدرن   ۱۶۸
۲۴- مسائلی که درایوهای دور متغیر به وجود می آورند   ۱۶۹
منابع   ۱۷۵