วงจรอินเวอร์เตอร์สามเฟส

เราทุกคนรู้เกี่ยวกับอินเวอร์เตอร์ - เป็นอุปกรณ์ที่แปลง DC เป็น AC และก่อนหน้านี้เราได้เรียนรู้เกี่ยวกับอินเวอร์เตอร์ประเภทต่างๆและสร้างอินเวอร์เตอร์ 12v ถึง 220v เฟสเดียว อินเวอร์เตอร์ 3 เฟสแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงเป็นแหล่งจ่ายไฟ AC 3 เฟส ในบทช่วยสอนนี้เราจะได้เรียนรู้เกี่ยวกับThree Phase Inverter และการทำงานของมันแต่ก่อนที่จะดำเนินการต่อไปให้เรามาดูรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าของเส้นสามเฟส ในวงจรข้างต้นสายสามเฟสเชื่อมต่อกับโหลดตัวต้านทานและโหลดดึงพลังงานจากสาย หากเราวาดรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าสำหรับแต่ละเฟสเราจะมีกราฟดังแสดงในรูป ในกราฟเราจะเห็นสามรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าออกจากเฟสกับแต่ละอื่น ๆ โดย120º

ในบทความนี้เราจะหารือ 3 เฟสอินเวอร์เตอร์วงจรซึ่งจะใช้เป็นกระแสตรงเป็น 3 เฟสแปลง อย่าลืมว่าแม้ในยุคปัจจุบันการบรรลุรูปคลื่นไซน์อย่างสมบูรณ์สำหรับโหลดที่แตกต่างกันเป็นเรื่องยากมากและไม่สามารถใช้งานได้จริง ดังนั้นในที่นี้เราจะพูดถึงการทำงานของ วงจรคอนเวอร์เตอร์สามเฟสในอุดมคติโดยละเลยปัญหาทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับอินเวอร์เตอร์ 3 เฟสที่ใช้งานได้จริง

อินเวอร์เตอร์ 3 เฟสทำงาน

ตอนนี้ให้เราดูวงจรอินเวอร์เตอร์ 3 เฟสและรูปแบบที่เรียบง่ายในอุดมคติ

ด้านล่างนี้เป็นแผนภาพวงจรอินเวอร์เตอร์สามเฟสที่ออกแบบโดยใช้ไทริสเตอร์และไดโอด (สำหรับการป้องกันแรงดันไฟฟ้าขัดขวาง)

และด้านล่างคือแผนภาพวงจรอินเวอร์เตอร์สามเฟสที่ออกแบบโดยใช้สวิตช์เท่านั้น ดังที่คุณเห็นการตั้งค่าสวิตช์เชิงกลหกตัวนี้มีประโยชน์มากกว่าในการทำความเข้าใจว่าอินเวอร์เตอร์ 3 เฟสทำงานได้ดีกว่าวงจรไทริสเตอร์ที่ยุ่งยาก

สิ่งที่เราจะทำต่อไปนี้คือเปิดและปิดสวิตช์ทั้งหกตัวนี้อย่างสมมาตรเพื่อให้ได้เอาต์พุตแรงดันไฟฟ้าสามเฟสสำหรับโหลดตัวต้านทาน มีสองวิธีที่เป็นไปได้ในการเรียกสวิตช์เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ต้องการโดยวิธีหนึ่งที่สวิตช์ทำงานเป็นเวลา180ºและอีกวิธีหนึ่งที่สวิตช์ดำเนินการสำหรับ120ºเท่านั้น ให้เราพูดคุยแต่ละรูปแบบด้านล่าง:

A) อินเวอร์เตอร์สามเฟส - โหมดการนำไฟฟ้า 180 องศา

วงจรในอุดมคติถูกวาดขึ้นก่อนที่จะแบ่งออกเป็นสามส่วนคือส่วนที่หนึ่งส่วนที่สองและส่วนที่สามและเราจะใช้สัญลักษณ์เหล่านี้ในส่วนต่อไปของบทความส่วนที่หนึ่งประกอบด้วยคู่ของสวิตช์ S1 และ S2 ส่วนที่สองประกอบด้วยคู่สวิตชิ่ง S3 และ S4 และส่วนที่สามประกอบด้วยคู่สลับ S5 และ S6 ในเวลาใดก็ตามไม่ควรปิดสวิตช์ทั้งสองในส่วนเดียวกันเนื่องจากจะทำให้การลัดวงจรของแบตเตอรี่ล้มเหลวในการตั้งค่าทั้งหมดดังนั้นควรหลีกเลี่ยงสถานการณ์นี้ตลอดเวลา

ตอนนี้เรามาเริ่มลำดับการสลับโดยปิดสวิตช์ S1 ในส่วนแรกของวงจรอุดมคติแล้วตั้งชื่อจุดเริ่มต้นเป็น0º เนื่องจากเวลาในการนำไฟฟ้าที่เลือกคือ180º สวิตช์ S1 จะปิดจาก0ºถึง180º

แต่หลังจาก120ºของเฟสแรกเฟสที่สองจะมีวัฏจักรบวกตามที่เห็นในกราฟแรงดันไฟฟ้าสามเฟสดังนั้นสวิตช์ S3 จะปิดหลังจาก S1 S3 นี้จะถูกปิดไว้อีก180º ดังนั้นS3 จะปิดตั้งแต่120ºถึง300ºและจะเปิดให้บริการหลังจาก300ºเท่านั้น

ในทำนองเดียวกันระยะที่สามยังมีวงจรบวกหลังจาก120ºของวงจรบวกเฟสที่สองดังแสดงในกราฟที่จุดเริ่มต้นของบทความ ดังนั้นสวิตช์S5 จะปิดหลังจากปิด120º S3 คือ240º เมื่อปิดสวิตช์แล้วจะปิดไว้ก่อนที่จะเปิดขึ้น180ºโดยที่ S5 จะปิดจาก240ºถึง60º (รอบที่สอง)

จนถึงตอนนี้สิ่งที่เราทำก็คือสมมติว่าการนำไฟฟ้าเสร็จสิ้นเมื่อสวิตช์ชั้นบนสุดถูกปิด แต่สำหรับการไหลของกระแสจากวงจรจะต้องเสร็จสมบูรณ์ นอกจากนี้อย่าลืมว่าสวิตช์ทั้งสองในส่วนเดียวกันไม่ควรอยู่ในที่ปิดพร้อมกันดังนั้นหากสวิตช์หนึ่งปิดอยู่จะต้องเปิดสวิตช์อื่น

เพื่อให้ตรงตามเงื่อนไขทั้งสองข้างต้นเราจะปิด S2, S4 และ S6 ตามลำดับที่กำหนดไว้ล่วงหน้า ดังนั้นหลังจากเปิด S1 แล้วเราจะต้องปิด S2 ในทำนองเดียวกัน S4 จะถูกปิดหลังจาก S3 เปิดขึ้นที่300ºและในลักษณะเดียวกัน S6 จะถูกปิดหลังจาก S5 เสร็จสิ้นวงจรการนำไฟฟ้า วงจรของการสลับระหว่างสวิตช์ของส่วนเดียวกันนี้สามารถดูได้ด้านล่างรูป ที่นี่ S2 ตาม S1, S4 ตาม S3 และ S6 ตาม S5

ด้วยการทำตามการสลับแบบสมมาตรนี้เราจะได้แรงดันไฟฟ้าสามเฟสที่ต้องการซึ่งแสดงในกราฟ หากเรากรอกลำดับการสลับเริ่มต้นในตารางด้านบนเราจะมีรูปแบบการสลับที่สมบูรณ์สำหรับโหมดการนำไฟฟ้า180ºดังต่อไปนี้

จากตารางด้านบนเราสามารถเข้าใจได้ว่า:

ตั้งแต่ 0-60: S1, S4 & S5 จะปิดและสวิตช์สามตัวที่เหลือจะเปิดขึ้น

ตั้งแต่ 60-120: S1, S4 & S6 จะปิดและสวิตช์สามตัวที่เหลือจะเปิดขึ้น

ตั้งแต่ 120-180: S1, S3 & S6 จะปิดและสวิตช์สามตัวที่เหลือจะเปิดขึ้น

และลำดับของการสลับก็ดำเนินไปเช่นนั้น ตอนนี้ให้เราวาดวงจรที่เรียบง่ายสำหรับแต่ละขั้นตอนเพื่อให้เข้าใจพารามิเตอร์การไหลของกระแสและแรงดันไฟฟ้าได้ดีขึ้น

ขั้นตอนที่ 1: (สำหรับ 0-60) S1, S4 & S5 จะปิดในขณะที่สวิตช์สามตัวที่เหลือเปิดอยู่ ในกรณีเช่นนี้วงจรที่เรียบง่ายอาจเป็นดังที่แสดงด้านล่าง

ดังนั้นสำหรับ 0 ถึง 60: Vao = Vco = Vs / 3; Vbo = -2Vs / 3

ด้วยการใช้สิ่งเหล่านี้เราสามารถรับแรงดันไฟฟ้าของสายเป็น:

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

ขั้นตอนที่ 2: (สำหรับ 60 ถึง 120) S1, S4 & S6 จะปิดในขณะที่สวิตช์สามตัวที่เหลือเปิดอยู่ ในกรณีเช่นนี้วงจรที่เรียบง่ายอาจเป็นดังที่แสดงด้านล่าง

ดังนั้นสำหรับ 60 ถึง 120: Vbo = Vco = -Vs / 3; วาว = 2Vs / 3

ด้วยการใช้สิ่งเหล่านี้เราสามารถรับแรงดันไฟฟ้าของสายเป็น:

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

ขั้นตอนที่ 3: (สำหรับ 120 ถึง 180) S1, S3 & S6 จะปิดในขณะที่สวิตช์สามตัวที่เหลือเปิดอยู่ ในกรณีเช่นนี้สามารถวาดวงจรแบบง่ายได้ดังต่อไปนี้

ดังนั้นสำหรับ 120 ถึง 180: Vao = Vbo = Vs / 3; Vco = -2Vs / 3

ด้วยการใช้สิ่งเหล่านี้เราสามารถรับแรงดันไฟฟ้าของสายเป็น:

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

ในทำนองเดียวกันเราสามารถรับแรงดันไฟฟ้าเฟสและแรงดันไฟฟ้าของสายสำหรับขั้นตอนถัดไปในลำดับ และสามารถแสดงได้ดังรูปด้านล่าง:

A) อินเวอร์เตอร์สามเฟส - โหมดการนำไฟฟ้า 120 องศา

โหมด120ºคล้ายกับ180ºในทุกด้านยกเว้นเวลาปิดของสวิตช์แต่ละตัวจะลดลงเหลือ 120 ซึ่งก่อนหน้านี้ 180

ตามปกติเริ่มต้นการสลับลำดับโดยปิดสวิตช์ S1 ในส่วนแรกและกำหนดหมายเลขเริ่มต้นเป็น0º เนื่องจากเวลาในการนำไฟฟ้าที่เลือกคือ120ºสวิตช์ S1 จะเปิดหลังจาก120ºดังนั้น S1 จึงปิดจาก0ºถึง120º

เนื่องจากครึ่งรอบของสัญญาณไซน์ไปจาก 0 ถึง180ºสำหรับเวลาที่เหลือ S1 จะเปิดและแสดงด้วยพื้นที่สีเทาด้านบน

หลังจาก120ºของเฟสแรกเฟสที่สองจะมีวัฏจักรบวกตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้าดังนั้นสวิตช์ S3 จะปิดหลังจาก S1 S3 นี้จะถูกปิดไว้อีก120º ดังนั้น S3 จะปิดจาก120ºถึง240º

ในทำนองเดียวกันเฟสที่สามยังมีวงจรบวกหลังจาก120ºของวงจรบวกเฟสที่สองดังนั้นสวิตช์ S5 จะปิดหลังจากปิด S3 120º เมื่อปิดสวิตช์แล้วสวิตช์จะถูกปิดไว้เพื่อให้มา120ºก่อนที่จะเปิดและด้วยเหตุนี้สวิตช์ S5 จะปิดจาก240ºถึง360º

วงจรของการสลับแบบสมมาตรนี้จะดำเนินต่อไปเพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าสามเฟสที่ต้องการ หากเรากรอกลำดับการสลับเริ่มต้นและสิ้นสุดในตารางด้านบนเราจะมีรูปแบบการสลับที่สมบูรณ์สำหรับโหมดการนำไฟฟ้า120ºดังต่อไปนี้

จากตารางด้านบนเราสามารถเข้าใจได้ว่า:

ตั้งแต่ 0-60: S1 และ S4 จะปิดในขณะที่สวิตช์ที่เหลือถูกเปิด

ตั้งแต่ 60-120: S1 & S6 จะปิดในขณะที่เปิดสวิตช์ที่เหลืออยู่

ตั้งแต่ 120-180: S3 & S6 จะปิดในขณะที่เปิดสวิตช์ที่เหลืออยู่

ตั้งแต่ 180-240: S2 & S3 จะปิดในขณะที่เปิดสวิตช์ที่เหลืออยู่

จาก 240-300: S2 & S5 จะปิดในขณะที่เปิดสวิตช์ที่เหลืออยู่

ตั้งแต่ 300-360: S4 & S5 จะปิดในขณะที่เปิดสวิตช์ที่เหลืออยู่

และลำดับขั้นตอนนี้ก็ดำเนินไปเช่นนั้น ตอนนี้ให้เราวาดวงจรที่เรียบง่ายสำหรับแต่ละขั้นตอนเพื่อให้เข้าใจการไหลของกระแสและพารามิเตอร์แรงดันไฟฟ้าของวงจรอินเวอร์เตอร์ 3 เฟสได้ดีขึ้น

ขั้นตอนที่ 1: (สำหรับ 0-60) S1, S4 จะปิดในขณะที่สวิตช์สี่ตัวที่เหลือเปิดอยู่ ในกรณีเช่นนี้วงจรแบบง่ายสามารถแสดงได้ดังต่อไปนี้

ดังนั้นสำหรับ 0 ถึง 60: Vao = Vs / 2, Vco = 0; Vbo = -Vs / 2

ด้วยการใช้สิ่งเหล่านี้เราสามารถรับแรงดันไฟฟ้าของสายเป็น:

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

ขั้นตอนที่ 2: (สำหรับ 60 ถึง 120) S1 & S6 จะปิดในขณะที่สวิตช์ที่เหลือเปิดอยู่ ในกรณีเช่นนี้วงจรแบบง่ายสามารถแสดงได้ดังต่อไปนี้

ดังนั้นสำหรับ 60 ถึง 120: Vbo = 0, Vco = -Vs / 2 & Vao = Vs / 2

ด้วยการใช้สิ่งเหล่านี้เราสามารถรับแรงดันไฟฟ้าของสายเป็น:

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

ขั้นตอนที่ 3: (สำหรับ 120 ถึง 180) S3 & S6 จะปิดในขณะที่สวิตช์ที่เหลือเปิดอยู่ ในกรณีเช่นนี้วงจรแบบง่ายสามารถแสดงได้ดังต่อไปนี้

ดังนั้นสำหรับ 120 ถึง 180: Vao = 0, Vbo = Vs / 2 & Vco = -Vs / 2

ด้วยการใช้สิ่งเหล่านี้เราสามารถรับแรงดันไฟฟ้าของสายเป็น:

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

ในทำนองเดียวกันเราสามารถรับแรงดันไฟฟ้าเฟสและแรงดันไฟฟ้าของสายสำหรับขั้นตอนต่อไปที่จะเกิดขึ้น และถ้าเราวาดกราฟสำหรับขั้นตอนทั้งหมดเราจะได้สิ่งที่ต้องการด้านล่าง

สามารถเห็นได้ในกราฟเอาต์พุตของเคสสวิตชิ่ง180ºและ120ºที่เราได้รับแรงดันไฟฟ้าสามเฟสแบบสลับที่ขั้วเอาท์พุทสามขั้ว แม้ว่ารูปคลื่นเอาท์พุตไม่ใช่คลื่นไซน์บริสุทธิ์ แต่ก็มีลักษณะคล้ายกับรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าสามเฟส นี่คือวงจรในอุดมคติอย่างง่ายและรูปคลื่นโดยประมาณเพื่อให้เข้าใจการทำงานของอินเวอร์เตอร์ 3 เฟส คุณสามารถออกแบบรูปแบบการทำงานตามทฤษฎีนี้โดยใช้ไทริสเตอร์สวิตช์ควบคุมและวงจรป้องกัน