اینورترهای قدرت بالا برای منابع ولتاژ در کاربردهای صنعتی (با IGBT)
VSI قدرت بالا به عنوان درایو موتورهای القائی که از سیستم کنترل سرعت تنظیم شوند ASC[1][1] استفاده میکنند به وفور در صنعت استفاده میشوند. کاربردهای دیگری از این اینورترها به عنوان راه انداز فنها و پمپهای صنعتی میباشد. یا برای کاربردهای ذخیره کننده انرژی و نیز در کاربردهای صنایع فلزی ورقهسازی مفتول سازی و ... استفاده میشوند
قبلاً از سیستمهای بر مبنای GTO استفاده میشده ولی اینک از سیستمهای IGBT به عنوان جایگزین استفاده میگردد که دارای محاسن زیر میباشند :
- مصرف توان کمتر
- کموتاسیون سرعت بالا و تلفات سوئیچینگ پائین
- توانائی حفاظت اتصال کوتاه بالا
- راحتی در استفاده بصورت موازی
لذا برای کاربردهای بالاتر از KVA200 این برتریها کاملاً شهود میباشند. حتی در مقایسه با ترانزیستورهای دو قطبی IGBT ها یک مزیت عمدهتر نیز دارند و آن نداشتن ولتاژ شکست دوم میباشد.
به عنوان استاندارد صنعتی این سیستمها به دو صورت زیر موجود میباشند (بیشتر به این دو صورت میباشند)
(جدول 1)
جدول 1: استانداردهای صنعتی برای اینورترهای منبع ولتاژی
که تا حدود فرکانسی بالاتر از 2000 هرتز قابلیت سوئیچینگ را دارا میباشند.
ترکیب این سیستمها در موارد صنعتی دیگر بررسی شدهاند.
اتصال موازی اینورترها
کاربردهای حرارت دهی القائی مثل جوشکاری لولهها ، روکش دهی قطعات فولادی تحت حرارت بالا ، و ... نیازمند توان الکتریکی در حد چندین مگاوات و فرکانس چند 100 کیلوهرتز میباشند. برای تحقق این امور بایستی چندین اینورتر را بصورت موازی به هم وصل کرد.
نکتهای مهم که در اتصال موازی اینورترها بایستی مورد نظر قرار بگیرد سوئیچ زنی دقیق و همزمان بلوکهای اینورتری موازیست تا اینکه از یجاد جریانهای گردشی بین مدارات جلوگیری کند. لذا در عمل با بررسیهای اقتصادی یک پروژه تعداد عناصر موازی و در نتیجه ماکزیمم توان یک واحد اینورتری بایستی محدودیتهایی داشته باشد.
در حالت کلی بار یا القاگر برای کاربردهای حرارت دهی القائی ضریب توان بسیار پائین دارد ، مقدار ضریب جابجائی بین 5/0 تا 2/0 میباشد.
اگر رنج فرکانس مورد نظر زیر 300 کیلوهرتز باشد IGBT ها گزینه مناسبی هستند ، چرا که در موارد عملی نیز تست شدهاند. لیکن برای کاربردهای با فرکانس بالاتر درسطح مگاهرتز MOSFET های قدرت جایگزین این عناصر
میشوند. شکل 1 مبین توپولوژی اینورتر IGBT (VSI) با مدار LCL میباشد.
شکل 1 :توپولوژی اینورتر با مدار رزونانسی و بار LCL
که از ترانزیستورهای IGBT به صورت پل H ،استفاده شده و مدار رزونانسی شامل و C و نیز مدل بار شامل و میباشد. شکل موج خروجی اینورتر بصورت مربعی است ، اگر مدار اینورتر حول فرکانس تشدید (مدار LC) کار کند خروجی جریان بصورت سینوسی میباشد.
با طراحی مناسب مدار LC (انتخاب مناسب مقادیر) ولتاژ و جریان در راکتور و بیشتر از ولتاژ و جریان خروجی اینورتر خواهند شد. این امر در شکل 2 نشان داده شده است
شکل 2:ولتاژ و جریان مدار LCL موازی
● سیستم های یک سو سازی و اینورتری
یک سوسازی و اینورژن اساسا یک مکانیزم را دارا هستند. بسیاری از پست های برق بگونه ای ساخته شده اند تا بتوانند هم به صورت یک سوساز و هم به صورت اینورتر عمل کنند.
در سر جریان متناوب یک دسته از ترانسفورماتورها قرار داده می شوند که اغلب سه ترانسفورماتور تک فاز جدا از هم هستند که ایستگاه مورد نظر را از تغذیه جریان متناوب جدا می کنند تا بتوانند یک زمین محلی را ایجاد کنند و نیز تا یک ولتاژ مستقیم نهایی صحیح را تضمین کنند. سپس خروجی این سه ترانسفورماتور به یک پل یک سوساز شامل تعدادی شیر وصل می شود. ساختار اصلی شامل شش شیر است که هر سه شیر هر سه فاز را به یکی از دو سر ولتاژ مستقیم وصل می کند. اما به هر حال در این سیستم، به دلیل اینکه هر ۶۰ درجه یک تغییر فاز داریم یا به عبارتی یک ولتاژ شش پالسه داریم، هارمونیک های این ولتاژ هم قابل ملاحضه اند.
یک ساختار بهبود یافته این سیستم از ۱۲ شیر (که اغلب به عنوان سیستم ۱۲ شیره شناخته شده) استفاده می کند. در این سیستم جریان متناوب ورودی را قبل از ترانسفورماتور ها به دو بخش تقسیم می کنیم. یک بخش را به یک اتصال ستاره از ترانسفورماتورها اعمال می کنیم و بخش دیگر را به یک اتصال مثلث از ترانسفورماتورها در نظر می گیریم. در این صورت شکل موج خروجی این دو ترانسفورماتور سه فاز با هم ۳۰ درجه اختلاف فاز خواهد داشت. حال ۱۲ شیری که داریم هر یک از این دو دسته سه فاز را به ولتاژ مستقیم وصل می کنند و در این صورت هر ۳۰ درجه یک تبدیل فاز خواهیم داشت، یا یک ولتاژ ۱۲ پالسه خواهیم داشت که این به معنی کاهش قابل ملاحضه هارمونیک ها است.
علاوه بر تغییر دادن ترانسفورماتور ها و شیرها، می توان توسط اجزا راکتیو، پسیو و مقاومتی مختلفی برای حذف هارمونیک های موجود بر روی ولتاژ مستقیم استفاده کرد.