اصل کار پایه‌ای یک انورتر با انواع آن چیست
اصول اساسی و انواع مبدل‌ها
مبدل یک دستگاه الکترونیک قدرت است که جریان مستقیم (DC) را به جریان متناوب (AC) تبدیل می‌کند. این دستگاه در سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر، منابع برق بدون قطع (UPS)، خودروهای الکتریکی و کاربردهای دیگر به طور گسترده استفاده می‌شود. بر اساس کاربرد خاص و نیازهای فنی، مبدل‌ها می‌توانند بر اساس اصول مختلف عمل کرده و انواع مختلفی داشته باشند. در زیر برخی از انواع معمول مبدل‌ها و اصول کار آن‌ها آمده است:
۱. مبدل تک‌فاز
اصول: مبدل تک‌فاز جریان مستقیم (DC) را به جریان متناوب تک‌فاز (AC) تبدیل می‌کند. اغلب برای برق خانگی یا تجهیزات کوچک استفاده می‌شود. موج خروجی مبدل تک‌فاز می‌تواند موج مربعی، موج سینوسی اصلاح شده یا موج سینوسی خالص باشد.
مبدل موج مربعی: موج خروجی یک موج مربعی ساده است که برای بارهای پایه مناسب است اما هارمونیک‌های قابل توجهی تولید می‌کند و برای دستگاه‌های حساس مناسب نیست.
مبدل موج سینوسی اصلاح شده: موج خروجی بین یک موج مربعی و یک موج سینوسی است با محتوای هارمونیک کمتر، مناسب برای اکثر تجهیزات خانگی.
مبدل موج سینوسی خالص: موج خروجی به صورت یک موج سینوسی نزدیک به ایده‌آل است با محتوای هارمونیک کم، مناسب برای دستگاه‌هایی که نیاز به برق با کیفیت بالا دارند، مانند کامپیوترها و تجهیزات پزشکی.
کاربرد: سیستم‌های خورشیدی خانگی، UPSهای کوچک، منابع برق قابل حمل و غیره.
۲. مبدل سه‌فاز
اصول: مبدل سه‌فاز جریان مستقیم (DC) را به جریان متناوب سه‌فاز (AC) تبدیل می‌کند. این نوع مبدل معمولاً در موتورهای صنعتی، سیستم‌های فتوولتائیک (PV) بزرگ و تولید برق از باد استفاده می‌شود. موج خروجی مبدل سه‌فاز نیز یک موج سینوسی است که برق پایدارتری برای دستگاه‌های با قدرت بالا ارائه می‌دهد.
کاربرد: موتورهای صنعتی، نیروگاه‌های PV بزرگ، تولید برق از باد، سیستم‌های محرک خودروهای الکتریکی و غیره.
۳. مبدل منبع ولتاژ (VSI)
اصول: مبدل منبع ولتاژ (VSI) به یک منبع ولتاژ DC ثابت (مانند باتری یا مستقیم‌ساز) در ورودی متصل می‌شود و از دستگاه‌های کلیدزن (مانند IGBT یا MOSFET) برای کنترل ولتاژ AC خروجی استفاده می‌کند. VSI با تنظیم فرکانس کلیدزنی و ضریب کلیدزنی، دامنه و فرکانس ولتاژ خروجی را تنظیم می‌کند.
ویژگی‌ها: ولتاژ خروجی پایدار ارائه می‌دهد، مناسب برای کاربردهایی که نیاز به کیفیت ولتاژ بالا دارند. جریان خروجی به ویژگی‌های بار بستگی دارد و ممکن است نوسانات قابل توجهی داشته باشد.
کاربرد: مبدل‌های خانگی، سیستم‌های UPS، خودروهای الکتریکی و غیره.
۴. مبدل منبع جریان (CSI)
اصول: مبدل منبع جریان (CSI) به یک منبع جریان DC ثابت در ورودی متصل می‌شود و از دستگاه‌های کلیدزن برای کنترل جریان AC خروجی استفاده می‌کند. CSI با تنظیم فرکانس کلیدزنی و ضریب کلیدزنی، دامنه و فرکانس جریان خروجی را تنظیم می‌کند.
ویژگی‌ها: جریان خروجی پایدار ارائه می‌دهد، مناسب برای کاربردهایی که نیاز به کنترل دقیق جریان دارند. ولتاژ خروجی به ویژگی‌های بار بستگی دارد و ممکن است نوسانات قابل توجهی داشته باشد.
کاربرد: موتورهای صنعتی، گرمایش القایی و غیره.
۵. مبدل مدیت عرضه پالس (PWM Inverter)
اصول: مبدل PWM با تنظیم زمان هدایت (یعنی عرضه پالس) دستگاه‌های کلیدزن، دامنه و فرکانس ولتاژ خروجی را کنترل می‌کند. فناوری PWM می‌تواند یک موج خروجی تولید کند که به صورت یک موج سینوسی نزدیک است، هارمونیک‌ها را کاهش می‌دهد و کیفیت برق را بهبود می‌بخشد.
ویژگی‌ها: موج خروجی با کیفیت بالا، کارایی بالا، مناسب برای کاربردهایی که نیاز به کیفیت برق بالا دارند. مبدل‌های PWM می‌توانند با تغییر فرکانس کلیدزنی، فرکانس‌های AC مختلفی را تولید کنند.
کاربرد: مبدل‌های خانگی، موتورهای صنعتی، سیستم‌های UPS، مبدل‌های PV و غیره.
۶. مبدل چندسطحی
اصول: مبدل چندسطحی با ترکیب چندین منبع DC یا چندین دستگاه کلیدزن، یک موج ولتاژ چندسطحی تولید می‌کند. در مقایسه با مبدل‌های دوسطحی سنتی، مبدل‌های چندسطحی موج خروجی بسیار نزدیک به یک موج سینوسی با محتوای هارمونیک کمتر و زیان‌های کلیدزنی کمتر تولید می‌کنند.
ویژگی‌ها: موج خروجی با کیفیت بسیار بالا، مناسب برای کاربردهای با قدرت و ولتاژ بالا. مبدل‌های چندسطحی می‌توانند نیاز به فیلترها را کاهش دهند و پیچیدگی و هزینه سیستم را کاهش دهند.
کاربرد: انتقال برق مستقیم ولتاژ بالا (HVDC)، موتورهای صنعتی بزرگ، تولید برق از باد و غیره.
۷. مبدل جداشونده
اصول: مبدل جداشونده شامل یک ترانسفورماتور بین بخش DC و AC است که جداسازی الکتریکی ایجاد می‌کند. این طراحی از تأثیر خرابی‌های بخش DC بر بخش AC جلوگیری می‌کند و ایمنی سیستم را افزایش می‌دهد.
ویژگی‌ها: جداسازی الکتریکی بسیار خوب، مناسب برای کاربردهایی که نیاز به جداسازی ایمن دارند. مبدل‌های جداشونده می‌توانند از ترانسفورماتور برای افزایش یا کاهش ولتاژ استفاده کنند و به نیازهای مختلف بار تطبیق دهند.
کاربرد: تجهیزات پزشکی، سیستم‌های کنترل صنعتی، سیستم‌های تولید توزیع شده و غیره.
۸. مبدل غیرجداشونده
اصول: مبدل غیرجداشونده دارای ترانسفورماتور داخلی نیست و بخش DC به طور مستقیم به بخش AC متصل می‌شود. این طراحی ساختار مدار را ساده می‌کند، هزینه و اندازه را کاهش می‌دهد اما جداسازی الکتریکی ندارد که ممکن است ایمنی سیستم را تحت تأثیر قرار دهد.
ویژگی‌ها: ساختار ساده، هزینه کم، کارایی بالا، مناسب برای کاربردهایی که نیاز به جداسازی الکتریکی ندارند.
کاربرد: سیستم‌های خورشیدی خانگی، UPSهای کوچک و غیره.
۹. مبدل دوطرفه
اصول: مبدل دوطرفه می‌تواند جریان DC را به AC تبدیل کند و همچنین جریان AC را به DC تبدیل کند. این امکان جریان دوطرفه انرژی را فراهم می‌کند که مبدل می‌تواند انرژی را از یک سیستم ذخیره‌سازی (مانند باتری) تخلیه کند و همچنین انرژی اضافه را به شبکه بازگرداند یا سیستم ذخیره‌سازی را شارژ کند.
ویژگی‌ها: پشتیبانی از جریان دوطرفه انرژی، مناسب برای سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، ایستگاه‌های شارژ خودروهای الکتریکی و غیره.
کاربرد: سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، شارژ خودروهای الکتریکی، شبکه‌های میکرو و غیره.
۱۰. مبدل متصل به شبکه
اصول: مبدل متصل به شبکه جریان DC (مانند از پانل‌های خورشیدی) را به جریان AC تبدیل می‌کند که با شبکه همزمان شده و به شبکه منتقل می‌شود. مبدل‌های متصل به شبکه باید توانایی همزمان‌سازی داشته باشند تا مطمئن شوند که جریان AC خروجی با ولتاژ، فرکانس و فاز شبکه مطابقت دارد.
ویژگی‌ها: می‌تواند انرژی اضافه را به شبکه فروخته و استفاده موثر از انرژی را فراهم کند. مبدل‌های متصل به شبکه معمولاً شامل محافظ ضدجزیره برای جلوگیری از عملکرد در حالت خرابی شبکه هستند.
کاربرد: سیستم‌های PV متصل به شبکه، تولید برق از باد و غیره.
۱۱. مبدل خارج از شبکه
اصول: مبدل خارج از شبکه مستقل از شبکه عمل می‌کند و معمولاً با یک سیستم ذخیره‌سازی (مانند باتری) استفاده می‌شود. این مبدل جریان DC را به جریان AC برای بارهای محلی تبدیل می‌کند. مبدل‌های خارج از شبکه نیازی به همزمان‌سازی با شبکه ندارند اما باید ولتاژ و فرکانس پایداری ارائه دهند تا موج AC خروجی با کیفیت بالا باشد.
ویژگی‌ها: عملکرد مستقل، مناسب برای مناطق دورافتاده یا مکان‌هایی که دسترسی به شبکه ندارند. مبدل‌های خارج از شبکه معمولاً شامل سیستم‌های مدیریت باتری برای اطمینان از عملکرد صحیح سیستم ذخیره‌سازی هستند.
کاربرد: تأمین برق در مناطق دورافتاده، برق اضطراری، سیستم‌های تولید برق مستقل و غیره.
خلاصه
مبدل‌ها بر اساس اصول مختلف عمل می‌کنند و انواع مختلفی دارند که بستگی به کاربرد خاص و نیازهای فنی دارد. مبدل‌های تک‌فاز و سه‌فاز برای انواع مختلف بار مناسب هستند؛ مبدل‌های منبع ولتاژ و منبع جریان بر اساس ویژگی‌های خروجی آن‌ها متفاوت هستند؛ فناوری‌های PWM و چندسطحی کیفیت موج خروجی را بهبود می‌بخشند؛ مبدل‌های جداشونده و غیرجداشونده سطوح مختلف ایمنی را ارائه می‌دهند؛ مبدل‌های دوطرفه جریان دوطرفه انرژی را پشتیبانی می‌کنند؛ مبدل‌های متصل به شبکه و خارج از شبکه به ترتیب برای عملکرد متصل به شبکه و مستقل طراحی شده‌اند.
