บทนำเกี่ยวกับอินเวอร์เตอร์ประเภทต่างๆ

กระแสสลับ (AC) แหล่งจ่ายไฟที่ใช้สำหรับเกือบทุกความต้องการที่อยู่อาศัยเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรม แต่ปัญหาใหญ่ที่สุดของ AC คือไม่สามารถเก็บไว้ใช้ในอนาคตได้ ดังนั้น AC จะถูกแปลงเป็น DC จากนั้น DC จะถูกเก็บไว้ในแบตเตอรี่และตัวเก็บประจุพิเศษ และเมื่อใดก็ตามที่จำเป็นต้องใช้ AC DC จะถูกแปลงเป็น AC อีกครั้งเพื่อเรียกใช้อุปกรณ์ที่ใช้ AC ดังนั้นอุปกรณ์ที่แปลง DC AC เข้าที่เรียกว่าอินเวอร์เตอร์ อินเวอร์เตอร์ใช้เพื่อแปลง DC เป็น AC ตัวแปร รูปแบบนี้อาจอยู่ในขนาดของแรงดันไฟฟ้าจำนวนเฟสความถี่หรือความแตกต่างของเฟส

การจำแนกประเภทของอินเวอร์เตอร์

อินเวอร์เตอร์สามารถแบ่งออกเป็นหลายประเภทโดยพิจารณาจากเอาต์พุตแหล่งที่มาประเภทของโหลดเป็นต้นด้านล่างนี้เป็นการจำแนกวงจรอินเวอร์เตอร์ทั้งหมด

(I) ตามลักษณะผลลัพธ์

1. อินเวอร์เตอร์ Square Wave
2. อินเวอร์เตอร์ไซน์เวฟ
3. ดัดแปลง Sine Wave Inverter

(II) ตามแหล่งที่มาของอินเวอร์เตอร์

1. อินเวอร์เตอร์แหล่งที่มาปัจจุบัน
2. อินเวอร์เตอร์แหล่งแรงดันไฟฟ้า

(III) ตามประเภทของโหลด

1. อินเวอร์เตอร์เฟสเดียว
   1. อินเวอร์เตอร์ Half Bridge
   2. อินเวอร์เตอร์แบบ Full Bridge
2. อินเวอร์เตอร์สามเฟส
   1. โหมด 180 องศา
   2. โหมด 120 องศา

(IV) ตามเทคนิค PWM ที่แตกต่างกัน

1. การมอดูเลตความกว้างพัลส์อย่างง่าย (SPWM)
2. การมอดูเลตความกว้างพัลส์หลายแบบ (MPWM)
3. Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM)
4. การมอดูเลตความกว้างพัลส์ไซน์ที่ปรับเปลี่ยน (MSPWM)

(V) ตามจำนวนระดับเอาต์พุต

1. อินเวอร์เตอร์สองระดับปกติ
2. อินเวอร์เตอร์หลายระดับ

ตอนนี้เราจะพูดคุยเกี่ยวกับพวกเขาทั้งหมดทีละคน คุณสามารถตรวจสอบตัวอย่างการออกแบบวงจรอินเวอร์เตอร์ 12v DC ถึง 220v AC ได้ที่นี่

(I) ตามลักษณะผลลัพธ์

ตามที่ลักษณะการส่งออกของอินเวอร์เตอร์สามารถมีได้สามประเภทที่แตกต่างกันของอินเวอร์เตอร์

• อินเวอร์เตอร์ Square Wave
• อินเวอร์เตอร์ไซน์เวฟ
• ดัดแปลง Sine Wave Inverter

1) อินเวอร์เตอร์คลื่นสี่เหลี่ยม

รูปคลื่นเอาต์พุตของแรงดันไฟฟ้าสำหรับอินเวอร์เตอร์นี้เป็นรูปคลื่นสี่เหลี่ยม อินเวอร์เตอร์ประเภทนี้ใช้น้อยที่สุดในบรรดาอินเวอร์เตอร์ประเภทอื่น ๆ เนื่องจากอุปกรณ์ทั้งหมดได้รับการออกแบบมาสำหรับการจ่ายคลื่นไซน์ หากเราจัดหาคลื่นสี่เหลี่ยมให้กับอุปกรณ์ที่ใช้คลื่นไซน์อาจได้รับความเสียหายหรือการสูญเสียสูงมาก ต้นทุนของอินเวอร์เตอร์นี้ต่ำมาก แต่การใช้งานหายากมาก สามารถใช้ในเครื่องมือง่ายๆด้วยมอเตอร์สากล

2) คลื่นไซน์

รูปคลื่นเอาท์พุตของแรงดันไฟฟ้าเป็นรูปคลื่นไซน์และให้เอาต์พุตที่คล้ายกันมากกับแหล่งจ่ายยูทิลิตี้ นี่เป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญของอินเวอร์เตอร์นี้เนื่องจากอุปกรณ์ทั้งหมดที่เราใช้ได้รับการออกแบบมาสำหรับคลื่นไซน์ ดังนั้นนี่คือผลลัพธ์ที่สมบูรณ์แบบและรับประกันได้ว่าอุปกรณ์จะทำงานได้อย่างถูกต้อง อินเวอร์เตอร์ประเภทนี้มีราคาแพงกว่า แต่นิยมใช้ในงานที่อยู่อาศัยและเชิงพาณิชย์

3) คลื่นไซน์ดัดแปลง

การสร้างอินเวอร์เตอร์ประเภทนี้ซับซ้อนกว่าอินเวอร์เตอร์คลื่นสี่เหลี่ยมธรรมดา แต่ง่ายกว่าเมื่อเทียบกับอินเวอร์เตอร์เพียวไซน์เวฟ เอาต์พุตของอินเวอร์เตอร์นี้ไม่ใช่ทั้งคลื่นไซน์บริสุทธิ์หรือคลื่นสี่เหลี่ยม เอาต์พุตของอินเวอร์เตอร์ดังกล่าวคือคลื่นสี่เหลี่ยมสองคลื่น รูปคลื่นเอาท์พุตไม่ใช่คลื่นไซน์ แต่คล้ายกับรูปคลื่นไซน์

(II) ตามแหล่งที่มาของอินเวอร์เตอร์

• อินเวอร์เตอร์แหล่งแรงดันไฟฟ้า
• อินเวอร์เตอร์แหล่งที่มาปัจจุบัน

1) อินเวอร์เตอร์แหล่งที่มาปัจจุบัน

ใน CSI อินพุตเป็นแหล่งที่มาปัจจุบัน อินเวอร์เตอร์ประเภทนี้ใช้ในงานอุตสาหกรรมแรงดันไฟฟ้าขนาดกลางซึ่งรูปคลื่นกระแสคุณภาพสูงเป็นภาคบังคับ แต่ CSI ไม่เป็นที่นิยม

2) อินเวอร์เตอร์แหล่งแรงดันไฟฟ้า

ใน VSI อินพุตเป็นแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า อินเวอร์เตอร์ประเภทนี้ใช้ในทุกแอปพลิเคชันเนื่องจากมีประสิทธิภาพมากกว่าและมีความน่าเชื่อถือสูงกว่าและตอบสนองแบบไดนามิกได้เร็วขึ้น VSI สามารถทำงานมอเตอร์ได้โดยไม่ต้องลดระดับ

(III) ตามประเภทของโหลด

• เฟสเดียวอินเวอร์เตอร์
• อินเวอร์เตอร์สามเฟส

1) อินเวอร์เตอร์เฟสเดียว

โดยทั่วไปโหลดที่อยู่อาศัยและเชิงพาณิชย์ใช้พลังงานเฟสเดียว อินเวอร์เตอร์เฟสเดียวใช้สำหรับการใช้งานประเภทนี้ อินเวอร์เตอร์เฟสเดียวแบ่งออกเป็นสองส่วนเพิ่มเติม

• อินเวอร์เตอร์ครึ่งสะพานเฟสเดียว
• อินเวอร์เตอร์แบบเต็มสะพานเฟสเดียว

A) อินเวอร์เตอร์ครึ่งสะพานเฟสเดียว

อินเวอร์เตอร์ประเภทนี้ประกอบด้วยไทริสเตอร์สองตัวและไดโอดสองตัวและการเชื่อมต่อดังแสดงในรูปด้านล่าง

ในกรณีนี้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงทั้งหมดคือ Vs และแบ่งออกเป็นสองส่วนเท่า ๆ กัน Vs / 2 เวลาสำหรับหนึ่งรอบคือ T วินาที

สำหรับครึ่งรอบของ 0

สำหรับรอบครึ่งหลังของ T / 2

Vo = Vs / 2

ด้วยการดำเนินการนี้เราจะได้รูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าสลับที่มีความถี่ 1 / T Hz และแอมพลิจูดสูงสุด Vs / 2 รูปคลื่นเอาท์พุตเป็นคลื่นสี่เหลี่ยม มันจะถูกส่งผ่านฟิลเตอร์และลบฮาร์มอนิกที่ไม่ต้องการออกไปซึ่งทำให้เรามีรูปคลื่นไซน์บริสุทธิ์ ความถี่ของรูปคลื่นสามารถควบคุมได้ด้วยเวลา ON (Ton) และเวลาปิด (Toff) ของไทริสเตอร์

ขนาดของแรงดันไฟฟ้าที่ส่งออกเป็นครึ่งหนึ่งของแรงดันและแหล่งที่มาการใช้ระยะเวลาเป็น 50% นี่คือข้อเสียของอินเวอร์เตอร์ครึ่งสะพานและวิธีการแก้ปัญหานี้คือเต็มรูปแบบอินเวอร์เตอร์สะพาน

B) อินเวอร์เตอร์แบบฟูลบริดจ์เฟสเดียว

ในอินเวอร์เตอร์ประเภทนี้จะใช้ไทริสเตอร์สี่ตัวและไดโอดสี่ตัว แผนผังวงจรของเฟสเดียวฟูลบริดจ์ดังแสดงในรูปด้านล่าง

ในแต่ละครั้งไทริสเตอร์ T1 และ T2 สองตัวดำเนินการสำหรับครึ่งรอบแรก 0 <t <T / 2 ในช่วงเวลานี้แรงดันไฟฟ้าคือ Vs ซึ่งใกล้เคียงกับแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง

สำหรับครึ่งรอบหลัง T / 2 <t <T ไทริสเตอร์ T3 และ T4 สองตัวดำเนินการ แรงดันไฟฟ้าในช่วงเวลานี้คือ -Vs

ที่นี่เราจะได้รับแรงดันเอาต์พุต AC เหมือนกับแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงและปัจจัยการใช้แหล่งที่มาคือ 100% รูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าขาออกเป็นรูปคลื่นสี่เหลี่ยมและใช้ตัวกรองเพื่อแปลงเป็นคลื่นไซน์

หากไทริสเตอร์ทั้งหมดดำเนินการในเวลาเดียวกันหรือในคู่ของ (T1 และ T3) หรือ (T2 และ T4) แหล่งกำเนิดจะลัดวงจร ไดโอดเชื่อมต่อในวงจรเป็นไดโอดป้อนกลับเนื่องจากใช้สำหรับป้อนกลับพลังงานไปยังแหล่งจ่ายไฟ DC

หากเราเปรียบเทียบอินเวอร์เตอร์แบบสะพานเต็มกับอินเวอร์เตอร์แบบครึ่งสะพานสำหรับโหลดแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ DC ที่กำหนดแรงดันขาออกคือสองเท่าและเอาต์พุตคือพลังงานสี่เท่าในอินเวอร์เตอร์แบบเต็มสะพาน

2) อินเวอร์เตอร์สะพานสามเฟส

ในกรณีที่ใช้งานในอุตสาหกรรมจะใช้แหล่งจ่ายไฟสามเฟสและสำหรับสิ่งนี้เราต้องใช้อินเวอร์เตอร์สามเฟส ในอินเวอร์เตอร์ประเภทนี้จะใช้ไทริสเตอร์หกตัวและไดโอดหกตัวและเชื่อมต่อกันดังแสดงในรูปด้านล่าง

สามารถทำงานได้สองโหมดตามระดับของเกตพัลส์

• โหมด 180 องศา
• โหมด 120 องศา

A) โหมด 180 องศา

ในโหมดการทำงานนี้เวลาในการนำไฟฟ้าของไทริสเตอร์คือ 180 องศา ในช่วงเวลาใด ๆ ไทริสเตอร์สามตัว (ไทริสเตอร์หนึ่งตัวจากแต่ละเฟส) จะอยู่ในโหมดการนำไฟฟ้า รูปร่างของแรงดันเฟสเป็นรูปคลื่นสามขั้นและรูปร่างของแรงดันไฟฟ้าเป็นคลื่นกึ่งสี่เหลี่ยมดังแสดงในรูป

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

เฟส A	T1	T4	T1	T4
เฟส B	T6	T3	T6	T3	T6
เฟส C	T5	T2	T5	T2	T5
ระดับ	60	120	180	240	300	360	60	120	180	240	300	360
ไทริสเตอร์ดำเนินการ	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

ในการดำเนินการนี้ช่องว่างของเวลาระหว่างการเปลี่ยนไทริสเตอร์ขาออกและการนำของไทริสเตอร์ขาเข้าเป็นศูนย์ ดังนั้นการนำไทริสเตอร์ขาเข้าและขาออกพร้อมกันจึงเป็นไปได้ ส่งผลให้แหล่งกำเนิดไฟฟ้าลัดวงจร เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้จะใช้โหมดการทำงาน 120 องศา

B) โหมด 120 องศา

ในการดำเนินการนี้ไทริสเตอร์เพียงสองตัวเท่านั้นที่ดำเนินการในแต่ละครั้ง หนึ่งในเฟสของไทริสเตอร์ไม่ได้เชื่อมต่อกับขั้วบวกหรือเชื่อมต่อกับขั้วลบ เวลาในการนำไฟฟ้าสำหรับไทริสเตอร์แต่ละตัวคือ 120 องศา รูปร่างของแรงดันไฟฟ้าเป็นรูปคลื่นสามขั้นและรูปร่างของแรงดันไฟฟ้าเฟสเป็นรูปคลื่นกึ่งสี่เหลี่ยม

เฟส A	T1		T4		T1		T4
เฟส B	T6		T3		T6		T3		T6
เฟส C		T2		T5		T2		T5
ระดับ	60	120	180	240	300	360	60	120	180	240	300	360
ไทริสเตอร์ดำเนินการ	1 6	2 1	3 2	3 4	4 5	6 5	1 6	2 1	3 2	3 4	4 5	5 6

รูปคลื่นของแรงดันไฟฟ้าเฟสและพัลส์เกตของไทริสเตอร์ดังแสดงในรูปด้านบน

ในสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์กำลังใด ๆ มีการสูญเสียสองประเภท การสูญเสียการนำและการสูญเสียการสลับการสูญเสียการนำไฟฟ้าหมายถึงการสูญเสีย สถานะ ON ในสวิตช์และการสูญเสียการสลับหมายถึงการสูญเสียสถานะปิดในสวิตช์ โดยทั่วไปการสูญเสียการนำไฟฟ้าจะมากกว่าการสูญเสียการสลับในการทำงานส่วนใหญ่

หากเราพิจารณาโหมด 180 องศาสำหรับการทำงาน 60 องศาหนึ่งสวิตช์จะเปิดสามสวิตช์และสวิตช์สามตัวจะปิด หมายถึงการสูญเสียทั้งหมดเท่ากับการสูญเสียการนำไฟฟ้าสามเท่าบวกการสูญเสียการสับเปลี่ยนสามครั้ง

การสูญเสียทั้งหมดใน 180 องศา = 3 (การสูญเสียการนำไฟฟ้า) + 3 (การสูญเสียการสลับ)

หากเราพิจารณาโหมด 120 องศาสำหรับการใช้งาน 60 องศาหนึ่งสวิตช์สองสวิตช์จะเปิดอยู่และสวิตช์ที่เหลือจากสี่สวิตช์จะปิด หมายถึงการสูญเสียทั้งหมดเท่ากับการสูญเสียการนำไฟฟ้าสองเท่าบวกการสูญเสียการสับเปลี่ยนสี่เท่า

การสูญเสียทั้งหมดใน 120 องศา = 2 (การสูญเสียการนำไฟฟ้า) + 4 (การสูญเสียการสลับ)

(IV) การจำแนกตามเทคนิคการควบคุม

• การมอดูเลตความกว้างพัลส์เดี่ยว (PWM เดี่ยว)
• การมอดูเลตความกว้างพัลส์หลายแบบ (MPWM)
• Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM)
• Modified Sinusoidal Pulse Width Modulation (MSPWM)

เอาต์พุตของอินเวอร์เตอร์เป็นสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมและสัญญาณนี้ไม่ได้ใช้สำหรับโหลด เทคนิคการมอดูเลตความกว้างพัลส์ (PWM) ใช้เพื่อควบคุมแรงดันไฟฟ้าขาออก AC การควบคุมนี้ได้มาจากการควบคุมระยะเวลาเปิดและปิดของสวิตช์ ในเทคนิค PWM ใช้สัญญาณสองสัญญาณ หนึ่งคือสัญญาณอ้างอิงและวินาทีคือสัญญาณพาหะสามเหลี่ยม เกตพัลส์สำหรับสวิตช์ถูกสร้างขึ้นโดยการเปรียบเทียบสัญญาณทั้งสองนี้ เทคนิค PWM มีหลายประเภท

1) การมอดูเลตความกว้างพัลส์เดี่ยว (PWM เดี่ยว)

สำหรับทุกๆครึ่งรอบจะมีการเต้นของชีพจรเพียงอย่างเดียวในเทคนิคการควบคุมนี้ สัญญาณอ้างอิงคือสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยมและสัญญาณพาหะเป็นสัญญาณคลื่นสามเหลี่ยม เกตพัลส์สำหรับสวิตช์ถูกสร้างขึ้นโดยการเปรียบเทียบสัญญาณอ้างอิงและสัญญาณพาหะ ความถี่ของแรงดันขาออกถูกควบคุมโดยความถี่ของสัญญาณอ้างอิง แอมพลิจูดของสัญญาณอ้างอิงคือ Ar และแอมพลิจูดของสัญญาณพาหะคือ Ac จากนั้นดัชนีการมอดูเลตสามารถกำหนดเป็น Ar / Ac ข้อเสียเปรียบหลักของเทคนิคนี้คือเนื้อหาฮาร์มอนิกสูง

2) การมอดูเลตความกว้างพัลส์หลายแบบ (MPWM)

ข้อเสียเปรียบของเทคนิคการมอดูเลตความกว้างพัลส์เดียวแก้ไขได้โดย PWM หลายตัว ในเทคนิคนี้แทนที่จะใช้พัลส์เดียวจะใช้พัลส์หลายตัวในแต่ละครึ่งรอบของแรงดันเอาต์พุต ประตูถูกสร้างขึ้นโดยการเปรียบเทียบสัญญาณอ้างอิงและสัญญาณผู้ให้บริการ ความถี่เอาต์พุตถูกควบคุมโดยการควบคุมความถี่ของสัญญาณพาหะ ดัชนีการมอดูเลตใช้เพื่อควบคุมแรงดันไฟฟ้าขาออก

จำนวนพัลส์ต่อครึ่งรอบ = fc / (2 * f0)

โดยที่ fc = ความถี่ของสัญญาณผู้ให้บริการ

f0 = ความถี่ของสัญญาณเอาต์พุต

3) การมอดูเลตความกว้างพัลส์ไซน์ (SPWM)

เทคนิคการควบคุมนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในงานอุตสาหกรรม ในทั้งสองวิธีข้างต้นสัญญาณอ้างอิงคือสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยม แต่ในวิธีนี้สัญญาณอ้างอิงเป็นสัญญาณคลื่นไซน์ เกตพัลส์สำหรับสวิตช์ถูกสร้างขึ้นโดยการเปรียบเทียบสัญญาณอ้างอิงของคลื่นไซน์กับคลื่นพาหะสามเหลี่ยม ความกว้างของพัลส์แต่ละอันจะแตกต่างกันไปตามการเปลี่ยนแปลงของแอมพลิจูดของคลื่นไซน์ ความถี่ของรูปคลื่นเอาต์พุตจะเหมือนกับความถี่ของสัญญาณอ้างอิง แรงดันไฟฟ้าขาออกเป็นคลื่นไซน์และสามารถควบคุมแรงดันไฟฟ้า RMS ได้โดยดัชนีการมอดูเลต รูปคลื่นดังแสดงในรูปด้านล่าง

4) Modified Sinusoidal Pulse Width Modulation (MSPWM)

เนื่องจากลักษณะของคลื่นไซน์จึงไม่สามารถเปลี่ยนแปลงความกว้างพัลส์ของคลื่นได้ด้วยการแปรผันของดัชนีการมอดูเลตในเทคนิค SPWM นั่นคือเหตุผลที่แนะนำเทคนิค MSPWN ในเทคนิคนี้สัญญาณพาหะจะถูกนำไปใช้ในช่วง 60 องศาแรกและช่วงสุดท้ายของแต่ละครึ่งรอบ ด้วยวิธีนี้จะทำให้ลักษณะฮาร์มอนิกดีขึ้น ข้อได้เปรียบหลักของเทคนิคนี้คือส่วนประกอบพื้นฐานที่เพิ่มขึ้นจำนวนอุปกรณ์สวิตชิ่งที่ลดลงและการสูญเสียสวิตชิ่งลดลง รูปคลื่นดังแสดงในรูปด้านล่าง

(V) ตามจำนวนระดับที่เอาต์พุต

• อินเวอร์เตอร์สองระดับปกติ
• อินเวอร์เตอร์หลายระดับ

1) อินเวอร์เตอร์สองระดับปกติ

อินเวอร์เตอร์เหล่านี้มีระดับแรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตเท่านั้นซึ่งเป็นแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่เป็นบวกและแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่เป็นลบ บางครั้งการมีระดับแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์เรียกอีกอย่างหนึ่งว่าอินเวอร์เตอร์สองระดับ

2) อินเวอร์เตอร์หลายระดับ

อินเวอร์เตอร์เหล่านี้สามารถมีระดับแรงดันไฟฟ้าได้หลายระดับที่เอาต์พุต อินเวอร์เตอร์หลายระดับแบ่งออกเป็นสี่ส่วน

- อินเวอร์เตอร์ตัวเก็บประจุบิน

- อินเวอร์เตอร์แบบหนีบไดโอด

- อินเวอร์เตอร์ไฮบริด

- อินเวอร์เตอร์ Cascade H-type

อินเวอร์เตอร์ทุกตัวมีการออกแบบสำหรับการใช้งานของตัวเองที่นี่เราได้อธิบายอินเวอร์เตอร์เหล่านี้สั้น ๆ เพื่อให้ได้แนวคิดพื้นฐานเกี่ยวกับพวกเขา