دانلود ‫پروژه 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 .

اینوتر ها به دو دسته تقسیم می شوند : 1) اینوترهای تک فاز و 2) اینورترهای سه فاز .

که خود آنها نیز بسته به نوع کموتاسیون تریستور ها 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 .

1-1 ) اینوترپل تکفاز

در این نوع اینوتر همانطور که در شکل 1 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 2- الف نشان داده شده است .

تریستور با استفاده از یک قطار پالس که به صورت 180o 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 2- ب نشان داده شده این نوع شکل موج را می توان با جلو بردن زاویه آتش تریستور های 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 2- 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 .

-2 ) اینوتر تکفاز PWM

اینوتر کنترل شده جهت تولید شکل موج مدوله شده عرض پالس دارای شکل موجی مطابق شکل 3 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 موج های دیگراست .

با توجه به شکل 3 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 3 نیازمند اعمال کموتاسیون های 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 .

2- اینورتر های 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 120o 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 4 که یک مدار اینوتر سه فاز را نشان می دهد شامل 6 تریستور ، 6 دیود و منبع تغذیه می باشد .

این اینوترها دارای ساختمان کلی مطابق شکل 4 بوده و براساس نحوه سیگنال فرمان به دو دسته تقسیم می شوند .

1- در هر لحظه دو تریستور هدایت می کند .

2- 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 60o ، به گیت وصل یا از آن قطع شود و همچنین اینوترها نیز به گونه ای طراحی شده اند که هر کدام بتوانند 180o 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 .

1- روش اول : در این روش در هر لحظه دو تریستور هدایت می کند چون کلاً 6 تریستور داریم جمعاً 120*6=720o هدایت داریم و در هر 360o تعداد تریستورهایی که هدایت می کنند برابر است با :

(تصاویر و فرمول ها در فایل اصلی موجود است)

یعنی در هر لحظه دو تریستور به صورت همزمان هدایت می کنند که یکی از تریستور ها جریان را به بار می برد و دیگری نیز جریان را از بار برمی گرداند .

مطابق شکل 5 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 60o 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 .

(تصاویر در فایل اصلی موجود است)

در این وضعیت هر 6 فرمان قطع در هر پریود لازم خواهد بود پس در این حالت سیگنال فرمان هم هر سیکل را می تواند به 6 فاصله زمانی مطابق شکل 5-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 180o را هدایت می کند و چون کلاً 6 کلید داریم لذا کل هدایت می شود :

6 * 180o = 1080o

که باز هم مثل روش قبل اگر آنرا بر 360o 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 6 نشان داده شده است .

که در آن سه تریستور به طور همزمان در حال هدایت جریان می باشند .

(تصاویر در فایل اصلی موجود است)

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 6-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 6 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 1 و 6 فرمان دادند پس مدار به صورت شکل 7 در می آید و داریم : 

- بررسی شکل موج ولتاژ در ابتدای سیکل کلیدهای 1 و 6 فرمان دادند پس مدار به صورت شکل 7 در می آید و داریم : شکل 7- مدار معادل بار مقاومتی ستاره 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 7- الف نشان داده شده وضعیتهای 3 , 2 , 1 مدار معادل سیستم را در سه پریود متوالی از سیکل ولتاژ خط نشان می دهد .

با تقسیم ولتاژ روی مدارهای شکل7-2 الف ولتاژهای فازی مدار مصرف را می توان تعیین نمود و از آنجا شکل موج ولتاژهای فازی مطابق شکل 6 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 1 و 2 وصل شده و داریم : و در سوم سیکل کلیدهای 2 و 3 وصل شده و داریم : در چهارم سیکل کلیدهای 3 و 4 وصل و در سیکل پنجم نیرو کلیدهای 4 و 5 وصل شده و داریم : و در پایانی سیکل کلیدهای 5 و 6 وصل شده و داریم : Vb و Vc نیز مشابه Van ولی با 120o اختلاف فاز خواهند بود .

3- اینورتر با تشدید سری اینورترهای تشدید سری براساس نوسان جریان تشدید کار می کنند .

عناصر کموتاسیون و کلیدزنی ، با بار سری شده و یک مدار با میرایی ضعیف را تشکیل می دهد .

به علت مشخصه طبیعی مدار ، جریان عناصر کلیدزنی صفر می شود .

اگر عنصر قطع و وصل یک تریستور باشد ، مدار را خود کموتاسیون می گویند .

این نوع اینورتر ، شکل موج تقریباً سینوسی با فرکانس زیاد از 200 Hz تا 100 KHz تولید می کند و عموماً برای قدرت های نسبتاً ثابت ( مثل کوره ها القائی ، مولد اولتراسونیک ، لامپهای فلورسنت و یا امواج رادار زیر آبی ) به کار می رود .

به علت فرکانس بالای قطع و وصل ، اندازه عناصر کموتاسیون کوچک است .

4- اینورترهای منبع جریان : در بخش قبلی دیدیم که اینورترها از یک منبع ولتاژ تغذیه می شوند و جریان بار باید از مثبت به منفی و برعکس نوسان می کند .

برای بارهای سلفی ، لازم است که دیودهای هرزگرد همراه المانهای قدرت باشند در صورتیکه در یک اینورتر منبع جریان ، ورودی یک منبع جریان است ، جریان خروجی بدون توجه به بار اینورتر ، ثابت نگهداشته شده لیکن ولتاژ خروجی ، مجبور به تغییر می شود .

در عمل اینورتر جریان ثابت از یک منبع dc با اندوکتانس بزرگ تغذیه می شود .

تغییری که در ولتاژ اینورتر رخ می دهد برابر است با : و چون کوچک است بنابراین در پریودهای کوچک سطح جریان منبع تغذیه تقریباً ثابت باقی می ماند .

در اینورتر منبع جریان ، مدارات کموتاسیون تنها به خازن نیاز داشته و ساده تر هستند .

( شکل 8 را ببینید ) شکل 8- اینورتر تکفاز با منبع جریان ثابت فرض کنید که T1 و T2 در حال هدایت بوده و خازنهای C1 و C2 با پلاریته ای شارژ شوند به گونه ای که صفحه سمت چپ آنها مثبت گردد .

با آتش شدن تریستورهای T3 و T4 ، تریستورهای T1 و T2 به صورت معکوس با یاس می شوند .

پس T1 و T2 خاموش می شوند .

اکنون جریان از مسیر T3C1D1 ، بار و D2C2T4 عبور می کنند .

خازنهای C1 و C2 تخلیه شده و با سرعت ثابتی که توسط جریان بار تعیین می شود دوباره شارژ می شوند .

وقتی جریان C1 و C2 صفر می شود ، جریان بار از دیود D1 به D3 و از دیود D2 به دیود D4 منتقل می شود .

D1 و D2 زمانی که جریان بار کاملاً معکوس شود قطع می شوند .

اگر تریستورهای T1 و T2 در نیم سیکل بعدی آتش شوند خازن ها ، تریستورهای T3 و T4 را خاموش می کنند .

زمان کموتاسیون بستگی به جریان و ولتاژ بار دارد .

دیودهای نشان داده شده در شکل در واقع خازنها را از ولتاژ بار ، ایزوله می کنند .

نمونه ای از کاربرد این اینورتر تغذیه موتور القایی می باشد .

برای یک پریود طولانی ، سطح جریان براساس نیاز بار تغییر خواهد کرد و در شرایط حالت دائمی به سطح ولتاژ منبع بستگی دارد .

4-1 اینوتر منبع جریان سه فاز شکل 9-2 الف اینورتر منبع جریان سه فاز را نشان می دهد که توسط منبع جریان Id تغذیه می شود .

در این اینوتر از 6 کلید S1 تا S6 با کموتاسیون خودی استفاده شده است که به صورت متناوب با پریود 120o و با اختلاف فاز 60o هدایت می کند .

نوبت هدایت هر کلید به ترتیب شماره آنهاست .

شکل 9 ب فرمان هدایت هر کلید از کلیدها را نشان می دهد .

در شکل 9 ج هر پریود از جریان خروجی به 6 دوره تقسیم شده است .

با توجه به فرمان هدایت کلیدها ، هدایت هر کلید مطابق جدول زیر است .

روشن است که رد هر لحظه دو کلید بطور همزمان هدایت می نمایند .

یک کلید از گروه بالا ( S1 , S3 , S5 ) و یک کلید از گروه پایین ( S2 , S4 , S6 ) .

شکل 9ج شکل موج جریان خط iA را نیز نشان می دهد که موج مربعی شش پله می باشد .

جریانهای iB و iC همانند جریان iA می باشد با این تفاوت که به ترتیب اختلاف فاز 120o و 240o نسبت به آن دارند .

در لحظه t = 0 ، جریان iA از صفر به Id جهش می نماید .

اگر از مجموعه های خازنی C در سرهای ورودی موتور استفاده نشود ، جریانهایش به طور لحظه ای از صفر به Id جهش می نماید .

در نتیجه ، به علت وجود اندوکتانس پراکندگی ولتاژ لحظه ای بزرگی بر روی ولتاژ فاز Van ایجاد می شود .

اضافه ولتاژ فوق در هر لحظه که جریان فاز تغییر می نماید ایجاد می شود .

این امر باعث می شود که ولتاژ نامی قطعه افزایش یابد .

مجموعه های خازنی مسیری برای عبور جریان در لحظه اول تغییرات ایجاد می نمایند .

این امر سبب می شود که اضافه ولتاژ Van تقلیل یابد .

در نتیجه ولتاژ نامی کلید نیز تقلیل می یابد .

اضافه ولتاژ فوق با افزایش اندوکتانس پراکندگی موتور افزایش می یابد .

لذا جهت محدود نمودن اضافه ولتاژ لحظه ای لازم است از خازن با ظرفیت بزرگتری استفاده شود .

درنتیجه ، زمان لازم جهت جابجایی جریان از یک فاز به فاز دیگر افزایش می یابد .

همچنین ، محدوده عملکرد فرکانس اینورتر تقلیل می یابد .

لذا لازم است از موتور با اندوکتانس پراکندگی کوچک استفاده شود .

باید توجه داشت که نیاز فوق بر خلاف نیاز مورد نظر در اینورترهای ولتاژ می باشد .

در آنجا برای کاهش آثار هارمونیک ها و فیلتر نمودن آنها ، موتورهای بار راکتانس پراکندگی بالا ترجیح داده می شوند .

شکل 9- اینورتر منبع جریان سه فاز بجای کلیدهای S1 تا S6 می توان از GTO و تریستور با کموتاسیون اجباری استفاده نمود .

از آنجایی که در حالت قطع در برخی از زمانها ، ولتاژ معکوس بر روی کلید اعمال می شود لازم است از GTO با قابلیت قطع حالت معکوس استفاده شود .

اگر GTO امکان فوق را نداشته باشد .

می توان از یک دیود سریع سری با GTO استفاده نمود .

اگر از تریستور استفاده گردد به مدار کموتاسیون اجباری نیاز می باشد .

مجموعه خازنی مورد نیاز جهت کاهش اضافه ولتاژ در لحظه تغییر جریان ، می تواند به منظور کموتاسیون تریستورها نیز به کار برده شود .

اگر خازنهای شکل 9 به گونه ای انتخاب شوند که مجموعه خازن و موتور دارای ضریب قدرت پیش فاز گردند تریستورها بطور طبیعی می توانند قطع شوند .

این نحوه کموتاسیون به نام کموتاسیون بار شناخته می شود .

ضریب قدرت پیش فاز بایستی در کلیه حالتهای موتوری و اینورتری ایجاد گردد .

با تغییر فرکانس اینورتر و بار موتور بایستی ظرفیت C نیز تغییر نماید .

این عمل با بکارگیری جبران سازهای استاتیک راکتیو VAR می تواند ایجاد شود .

حضور جبران ساز VAR قیمت و پیچیدگی محرکه را افزایش می دهد ولی اضافه ولتاژ و کموتاسیون را بهبود می بخشد .

مدارهای مختلف دیگری نیز وجود دارند که با تغییر مکان خازنها امکان آن را فراهم می سازند تا کموتاسیون مناسب و اضافه ولتاژ مربوط به آن را حذف نماید .

یکی از متداولترین آنها که دارای امکان کموتاسیون خودی متوالی ( ASC ) است در شکل 10 نشان داده شده است .

کموتاسیون اجباری تریستورها به کمک شش خازن C1 تا C6 انجام می گردد .

آرایش خازنهای فوق باعث می گردد که جریان موتور در لحظه کموتاسیون به تدریج و آهسته تغییر نماید .

لذا باعث جلوگیری از اضافه ولتاژ لحظه ای بر روی کلید می گردد .

دیودهای مدار نیز کمک می نمایند تا خازنها با پلاریته مناسب جهت کموتاسیون تریستورها شارژ گردند .

هر تریستور دارای مدار حفاظتی ضربه گیر و کنترل می باشد .

عناصر مربوط به مدارهای حفاظتی در شکل نشان داده نشده است .

فرمان هدایت تریستورها مطابق شکل 9ب ( تا ) می باشند .

بنابراین تریستورها با اختلاف فاز 60 درجه و به ترتیب شماره تریستورها ، فرمان هدایت را دریافت می کنند .

لذا در هر لحظه دو تریستور بطور همزمان هدایت را به عهده می گیرند .

در حالت دائمی ، رفتار مدار در هر کلیدزنی مشابه و یکسان می باشد لذا برای بررسی عملکرد مدار کافی است رفتار اینورتر در یک دوره کموتاسیون مورد بررسی قرار گیرد .

برای این منظور فرض کنید تریستورهای T1 و T2 در لحظه اول هدایت می نمایند .

شکل 10- اینورتر منبع جریان با کموتاسیون خودی متوالی لذا جریان منبع تغذیه Id از طریق T1 و D1 و فاز A و فاز C موتور و D2 و T2 جاری می گردد .

تریستور بعدی که می بایستی روشن شود T3 است .

زمانیکه کموتاسیون و انتقال جریان به پاین رسید ، تریستورهای T2 و T3 هادی خواهند بود و جریان منبع Id از مسیر شامل تریستور T3 ، دیود D3 ، فاز B ، فاز C ، دیود D2 و تریستور T2 عبور خواهد کرد .

بنابراین کلیدزنی شامل ، قطع تریستور T1 و انتقال جریان Id از فاز A به فاز B است .

در اینجا چگونگی این عمل مورد بررسی قرار خواهد گرفت .

همانگونه که بیان شد D2 , D1 , T2 , T1 هدایت می نمایند .

فرض کنید که خازنهای C1 و C5 با پلاریته هایی مطابق شکل 11 درپریود قبلی کموتاسیون شارژ شده اند .

در لحظه ای که T3 فرمان هدایت را دریافت می کند .

تمامی ولتاژ C1 به صورت معکوس به T1 اعمال می شود .

لذا کموتاسیون T3 و T1 انجام می پذیرد .

در لحظه کموتاسیون آرایش مدار مطابق با شکل 11 می باشد .

جریان Id از طریق T3 و یک شاخه موازی تشکیل شده از ترکیب سری C5 , C3 , C1 ، دیود D1 ، فاز A ، فاز C ، دیود D2 و تریستور T2 برقرار می گردد .

دیود D3 به علت ولتاژ معکوس خازن C1 که از طریق D2 به موتور اعمال می شود در حالت قطع باقی می ماند .

جریان ثابت Id باعث می گردد که ولتاژ خازنهای C5 , C3 , C1 سری شده ، بطور خطی تغییر نمایند .

این عمل تا زمانی ادامه می یابد که دیود D3 درگرایش مستقیم قرار گیرد .

شکل 11- مدار معادل اینورتر شکل 10 در طی مرحله جابجایی جریان وقتی که دیود D3 هادی شده جریان از طریق فاز B برقرار می گردد .

جریان فاز A کاهش و همزمان با ان جریان فاز B افزایش می یابد .

نرخ تغییر جریان بستگی به ظرفیت خازنهای مدار دارد .

بنابراین جریان فاز A به تدریج به فاز B منتقل می گردد .

در این انتقال C1 شارژ می گردد بطوری که صفحه سمت راست خازن C1 و صفحه سمت چپ خازن C3 پلاریته مثبت دارد .

( شکل 10 ) .

بنابراین خازن C3 به گونه ای شارژ شده است که آماده کموتاسیون T3 و T5 می باشد .

همانگونه که اشاره شد در لحظه کموتاسیون T1 ، فاز C1 به طور معکوس به تریستور T1 متصل می شود .

طول دوره این فرمان بستگی به C1 و Id دارد .

با انتخاب مناسب C1 و با توجه به Id ، فرمانهای مناسب و کافی جهت قطع تریستورها بدست می آیند .

به منظور جلوگیری از اضافه ولتاژ در لحظه کموتاسیون به خازنهای با ظرفیت بالا نیاز می باشد .

لذا با توجه به افزایش ظرفیت C ، تریستورهای متعارف در این آرایش می توانند مورد استفاده قرار گیرند .

این در حالی است که در اینورترهای ولتاژ استفاده از تریستورهای گران و سریع لازم است .

ولی درمقابل به علت حضور خازنهای با ظرفیت بالا ، حداکثر فرکانس کار اینورتر جریان بسیار پایین می باشد .

اینورتر ASC در کاربردهای قدرت متوسط و بالا به طور وسیع مورد استفاده قرار می گیرند .

5- منابع جریان : منابع جریان مربوط به اینورتر جریان توسط آرایشهای مختلفی که در شکل 12 نشان داده شده اند بدست می آیند .

در شکل 12 الف ، اینورتر توسط منبع ولتاژ dc و از طریق یک اندوکتانس Ld تغذیه می شود .

اگر اندوکتانس Ld بزرگ باشد جریان Id ، صاف و بدون اعوجاج خواهد بود .

زمانیکه اینورتر بصورت روش تشریح شده در بخش قبل تغذیه شود ، شکل موج شش پله ای جریان به صورت شکل 7 ب بدست می آید .

بنابراین ترکیب Id و اینورتر ، اینورتر منبع جریان نامیده می شود .

ولی در واقع ، این طرح به صورت یک منبع جریان عمل نمی کند .

هر تغییری در امپدانس ماشین ، مقدار Id و جریانهای فاز ماشین را تغییر می دهد .

برای آنکه دامنه و شکل موج جریان Id مستقل از نقطه کار ماشین باشد .

از طرح شکل 12ب و ج استفاده می شود .

در این آرایشها از کنترل حلقه بسته جریان استفاده شده است .

طرح شکل 12 در شرایطی قابل استفاده است که شبکه ac در دسترس باشد .

مقدار واقعی جریان Id با مقدار مرجع Id* مورد نظر مقایسه می گردد .

سیگنال خطا در کنترل کننده پردازش می شود و زاویه آتش مربوط به یکسوکننده را تعیین می کند .

بط.ری که Id معادل Id* گردد .

اگر به جای منبع ac منبع dc در دسترس باشد از آرایش شکل 12ج استفاده می شود .

در اکثر قریب به اتفاق محرکه های موتورهای القائی از آرایش 12ب یا 12ج استفاده می شود .

در محرکه های موتورهای تکفاز گاهی اوقات از آرایش 12الف نیز استفاده می شود .

در قدرتهای پایین از طرح شکل 12ب تکفاز نیز استفاده می شود ولی در مواردی که فقط منبع تغذیه تکفاز در اختیار باشد ( نظیر قطارهای برقی ) از آرایش تکفاز در قدرتهای بالا نیز استفاده می شود .

اصلی ترین مشکل یکسوکننده منبع جریان ضریب قدرت کم آن در ولتاژهای کم اتصال dc می باشد .

مشکل فوق با استفاده از روشهایی نظیر یکسوکننده با هرزه گرد کنترل شده یا مدولاسیون پهنای پالس برطرف می شود .

شکل 12- منابع جریان 5-1 ) مدولاسیون پهنای پالس در یک اینورتر منبع جریان تریستوری در اینورترهای منبع جریان ، دامنه مؤلفه اصلی جریان موتور با تغییر Id می تواند کنترل شود .

لذا مدولاسیون پهنای پالس فقط برای بهبود شکل موج جریان به کار برده می شود .

همانطور که در بخش قبل ذکر گردید ، برای اینورترهای تریستوری شکل 10 ضربه های کلیدزنی به کمک خازنها و با ایجاد تأخیر در انتقال جریان بین فازها در لحظه کموتاسیون تضعیف می شوند .

تأخیر در جابجایی جریان ، فرکانس کار اینورتر را تقلیل می دهد .

ظرفیت خازنی بزرگ ، اضافه ولتاژ را تقلیل و زمان جابجایی جریان را افزایش می دهد .

لذا فرکانس کار اینورتر نیز تقلیل می یابد .

فرکانس کار به ترکیب مدار بستگی دارد و به ظرفیت کلیدزنی تریستور بستگی ندارد .

لذا برای فرکانسهای بالا لازم است از تریستورهای اینورتری ( سریع ) بجای تریستورهای یکسوسازی ( کند ) استفاده گردد .

از آنجایی که فرکانس کار مبدلهای تریستوری کم است لذا روش PWM در فرکانس پایین قابل استفاده است .

بنابراین فقط در سرعتهای کمتر از 10% سرعت نامی و به منظور حذف نوسانات گشتاور از روش PWM استفاده می شود .

پیاده سازی مدولاسیون پهنای پالس دراینورتر ASC ( شکل 10 ) در شکل 13 نشان داده شده است .

در بخش قبلی رفتار اینورتر برای کموتاسیون T3 با T1 مورد بررسی قرار گرفت .

با این عمل جریان خط A به B منتقل می شود .

در این وضعیت جریان فاز C منفی می باشد .

جریان فاز C توسط تریستور T2 حمل می شود .

کلیدزنی فوق باعث می گردد که ولتاژ فاز C معکوس گردد .

عمل کموتاسیون در حالت فوق با قطع جریان iA در نیم سیکل مثبت و آغاز هدایت جریان iB در نیم سیکل مثبت وقتی که جریان iC در نیم سیکل منفی قرار دارد ، انجام می گردد .

شکل 13- شکل موجهای جریان اینورتر منبع جریان PWM با بررسی ولتاژ خازن و پلاریته آن مشاهده می گردد که امکان بازگشت جریان از فاز B به فاز A وجود دارد .

در زمانی که هنوز جریان فاز C در نیم سیکل منفی قرار دارد .

پس دنباله انتهایی نیم سیکل مثبت iA و پیشانی نیم سیکل مثبت iB به نحوی در معرض مدولاسیون پهنای پالس قرار می گیرند که پریود خاموشی پالس در یک خط برابر با پریود روشنی پالس در خط دیگر باشد .

با تکرار این روند در تمام تریستورهای بالایی T5 , T3 , T1 هر دو انتهای نیم سیکل های مثبت سه جریان خط را می توان مدولاسیون پهنای پالس نمود .

بطریق مشابه ، هر دو انتهای نیم سیکل های منفی سه جریان خط را با تکرار همین روند برای گروه پایینی تریستورها ، T5 , T4 , T2 می توان مدولاسیون پهنای پالس نمود .