Tek Fazlı İnvertör

İnverter, DC'den AC'ye dönüştürme adı verilen bir işlem olan bir DC girişini seçilen bir voltaj ve frekansta bir AC çıkışına dönüştüren elektrikli bir cihazdır. Örneğin, invertörler, güneş pilinden üretilen DC gücünün, şebeke ile uyumlu olması için AC'ye dönüştürülmesi gereken güneş pilleri ile elektrik şebekesi arasındaki arayüzde yoğun olarak kullanılmaktadır. Ayrıca, bir pilde enerji depolayan, ancak bilgisayarlar için 120 Volt 60 hertz güç üretmesi gereken kesintisiz güç kaynaklarında da gereklidirler. Bir invertör, salınımlı bir dalga oluşturmak için DC girişini bir dizi darbeye bölerek çalışır. Filtreleme miktarına bağlı olarak, çıktı bir kare dalga, bir yalancı sinüs dalgası veya bir sinüs dalgası olabilir. Bu video, basit bir invertörün temel prensiplerini tanıtacak ve basit bir devrede çalışmasını gösterecektir.

Bir invertörün girişi sabit bir DC voltajıdır. Bir invertör devresi, bir saat veya frekans jeneratörünün kontrolü altında metal oksit alan etkili transistörler, yalıtılmış kapı bipolar transistörleri veya silikon kontrollü doğrultucular gibi elektronik anahtarları içerir. Saat sinyali bir anahtarı açtığında, DC girişi kesilir veya polaritesi ters çevrilir. Bu işleme komütasyon denir. Tekrarlanan doğrama, bir dizi darbe veya kare dalga oluşturur. Saat periyodu darbe hızını belirlediğinden, inverterin kontrol frekansını değiştirmek çıkış frekansını buna göre değiştirir. Darbe genişlik modülasyonu adı verilen bir anahtarlama türü, bir sinüs dalgasına yaklaşmak için filtrelenebilen, değişen genişliklere sahip bir darbe akışı üretir. Darbe genişlik modülasyonu arzu edilir, çünkü makineler ve elektrikli ekipman genellikle düzgün çalışması için sinüzoidal olarak değişen voltajlı güce ihtiyaç duyar. H-köprüsü, üç fazlı ve çok seviyeli invertörler gibi birçok invertör topolojisi için yarım köprü invertör temel bir yapı taşıdır. Bu basitleştirilmiş diyagramdaki yarım köprü invertör, DC beslemesini V'yi bir voltaj bölücü görevi gören seri olarak iki özdeş kapasitöre uygular. Kondansatörler aynı değere sahip olduklarından, terminalleri boyunca aynı voltaja sahiptirler ve aralarındaki düğüm V in/2'dedir. Bu nokta, yük için AC topraklamasıdır. Yarım köprü invertör, aralarındaki düğümü dönüşümlü olarak V girişine ve sıfır Volt'a bağlamak için seri olarak iki anahtar ve iki örtüşmeyen veya faz dışı saat kullanır. DC gücünde kısa devre olmasını önlemek için, diğeri açılmadan önce bir anahtarın kapanması gerekir. Yük, iki anahtar arasındaki noktadan iki kondansatör arasındaki noktaya bağlanır. A anahtarı açıkken ve B anahtarı kapalıyken, yük V girişine bağlanır ve AC topraklamasına göre 1/2 V'luk pozitif bir voltaja sahiptir. A anahtarı kapalıyken ve B anahtarı açıkken, yük sıfır Volt'a bağlanır ve AC toprağa göre 1/2 V'luk bir negatif voltaja sahiptir. Bu anahtarlama işlemi tekrarlandıkça, yük dönüşümlü olarak 1/2 V inç genlik ile pozitif ve negatif voltaja sahiptir. Bu basit durumda, AC gücü bir kare dalgadır. Artık tek fazlı bir invertörün temelleri açıklandığına göre, kare dalga anahtarlamalı bir DC'den AC'ye yarım köprü invertör oluşturarak cihazı gösterelim ve ardından çalışmasını gözlemleyelim.

İlk olarak, iki işlevli jeneratörleri% 10 görev döngüsü ile 0 ila 10 Volt arasında salınan 48 kilohertz kare dalgalar üretecek şekilde yapılandırın. Çıkışları birbiriyle 180 derece faz dışı olacak şekilde senkronize edin. Her fonksiyon üreteci, yarım köprü invertörün iki alan etkili transistör anahtarından birini bağımsız olarak kontrol eder. Kare dalga, çıkış yüksek olduğunda transistörü açar ve çıkış düşük veya sıfır Volt olduğunda kapatır. Görev döngüsü% 48 olduğundan, sürenin kalan% 2'si iki transistörün açık durumları arasındaki ölü zamandır. Bu süre zarfında her iki sinyal üretecinin çıkışları düşüktür, bu da transistörlerin aynı anda iletken olmasını önler ve DC beslemesinin kısa devre yapmasını önler. Bir osiloskopun bir kanalını her bir fonksiyon üretecinin çıkışına bağlayın. Ardından kare dalgaların beklenen genliğe, frekansa ve görev döngüsüne sahip olduğunu onaylayın. İki kare dalganın da zıt fazlara sahip olması gerekir, bu nedenle biri yüksek, diğeri düşüktür. Daha sonra başvurmak üzere kapsam ekranını yakalayın. Fonksiyon üreteci çıkışlarını kapatın, ancak jeneratörleri açık bırakın. Son olarak, DC güç kaynağını pozitif 15 Volt'a ayarlayın, ancak herhangi bir devreye bağlamayın, ardından kapatın.

Yarım köprü invertör devresini oluşturun ve yük direnci, R yükü için 51 ohm'luk bir direnç kullanın. DC güç kaynağı kapalıyken, çıkışını inverter girişi VDC'ye bağlayın. V çıkışını ölçmek için R yükü boyunca bir diferansiyel prob bağlayın, ardından pim yedi olan yüksek çıkış ile toprak arasına normal bir dürbün probu bağlayın. Kapsam ölçeklendirmesini 10x ve araştırma ölçeklendirmesini 20x olarak ayarlayın. Tüm ölçümleri buna göre ölçeklendirin. Daha sonra eksik faktörleri hesaba katmak için prob ve osiloskoptan ölçeklendirmeyi kaydedin. Bir fonksiyon üretecinin çıkışını pin 10 olan High in'e bağlayın ve üst transistörün anahtarlamasını kontrol eder. Fonksiyon üretecinin topraklamasını devrenin ortak toprağına bağlayın. Diğer fonksiyon üretecinin çıkışını pin 12 olan Low in'e bağlayın ve alt transistörün anahtarlamasını kontrol eder. Diğer fonksiyon jeneratörünün topraklamasını devrenin ortak toprağına bağlayın. Yüksek çıkış ve V çıkışında dalga formlarını yakalayın ve çıkış voltajını, genliğini ve frekansını ölçün. DC güç kaynağındaki akım ve voltaj okumalarını kaydedin. Ölçümleri beş kilohertz'lik bir giriş frekansı ile tekrarlayın ve çıkış AC dalga formundaki farkı gözlemleyin. Son olarak, DC güç kaynağını kapatın ve fonksiyon üreteçlerini devreden ayırın.

Bu yarım köprü invertörün çıkış voltajı, 1/2 VDC genliğe sahip bir kare dalgadır ve anahtarlama süresinin yaklaşık %4'ü için çıkış voltajının sıfır olmasına neden olan bir miktar ölü zamandır. Kare dalga invertörler yüksek toplam harmonik bozulmaya sahiptir ve gerçek uygulamalarda nadiren kullanılır. Bununla birlikte, sinüzoidal darbe genişlik modülasyonu gibi daha iyi anahtarlama şemalarına sahip daha birçok gelişmiş invertörün yapı taşlarıdır. Bu daha karmaşık yöntemler yalnızca toplam harmonik bozulmayı azaltmakla kalmaz, aynı zamanda AC çıkış voltajındaki istenmeyen harmonikler için filtreleme gereksinimlerini de kolaylaştırır.

İnvertörler, mevcut DC güç ve AC uygulamaları, ekipman ve makineler arasındaki arayüzde yaygın olarak kullanılır. Büyük güneş pili ışınları artık birçok alanda güç üretiyor ve yerel elektrik şebekesine katkıda bulunuyor. Bununla birlikte, güneş pilleri DC gücü üretir ve bunu şebeke için uygun voltaj ve frekansla AC gücüne dönüştürmek için invertörler kullanılır. Birçok makine AC gücü kullanır, ancak ana kaynağın sabit 120 Volt RMS ve 60 hertz frekansında değil. Örneğin bir endüksiyon motorunun rotor hızı, onu çalıştıran akımın frekansına bağlıdır. Değişken frekanslı sürücüler, dahili DC gücü üretmek için AC'den DC'ye dönüştürmeyi kullanır. İnvertörler de bu DC gücünü, endüksiyon motorunun hızının ve torkunun kontrol edilmesini sağlayan ayarlanabilir voltaj ve frekansla AC gücü üretmek için kullanır.

Jove'un tek fazlı invertörlerle tanışmasını az önce izlediniz. Artık DC'den AC'ye dönüştürmenin temellerini ve anahtarlama frekansını değiştirerek AC çıkışının frekansının nasıl ayarlanabileceğini anlamalısınız. İzlediğiniz için teşekkürler.