بخشی از مقاله
چکیده:
ساخت اینوتر با راندمان بالا و با قابلیت راه اندازی بار های سلفی، خازنی و مقاومتی و توانایی تثبیت ولتاژ خروجی مسئله ای چالش برانگیز می باشد. این مقاله با توجه به قابلیت اطمینان بالاتر و تعمیر آسان تر، تمرکز بر استفاده از مدارات آنالوگ داشته و در راستای تامین مشکلات مطرح شده از تکنیک های مدولاسیون عرض پالس، فیدبک هوشمند و تامین ولتاژ پیک و موثر استفاده شده است. نتایج نشان داده است که اینورتر طراحی شده با توان 700 وات قابلیت راه اندازی بار های مقاومتی با کیفیت %100 ، بار های سلفی را با کیفیت %97 و بار های خازنی را با کیفیت %83 راه اندازی می کند.
مقدمه:
تقاضای رو به رشد انرژی در سطح جهانی از یک سو و از سوی دیگر نا کارآمد بودن سیستم های مرسوم تولید برق برای تأمین آن، موجب شده تا دست اندر کاران امر به سمت استفاده از تکنولوژی های مطمئن و کارآمد تر تولید برق، بدون استفاده از سوخت های فسیلی گام بردارند.
در چند دهه ی اخیر با پیشرفت فناوری تولید و کارایی مصرف انرژی، انرژی هایی با کیفیت بالا مانند الکتریسیته جایگزین سوخت های با کیفیت پایین مانند زغال سنگ شده است. برق به عنوان یکی از نهاد های تولید در بخش اقتصادی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. بنابراین پیش بینی مصرف و تامین به موقع انرژی الکتریکی مورد نیاز می تواند باعث تسریع نرخ رشد اقتصادی گردد.
رشد بی رویه مصرف انرژی در کشور به حدی است که تا قبل از افق 1400، ایران را از یک کشور صادر کننده انرژی، به کشوری وارد کننده انرژی تبدیل خواهد کرد. برای مقابله با این تهدید، اجرای راهکار های بهینه سازی تولید، توزیع و مصرف انرژی ، اصلاح الگوی مصرف آن و به کارگیری انرژی های تجدید پذیر ضروری است.بنابر این استفاده از مبدل هایی با راندمان و توان موثر بالا می تواند به حل این مشکل کمک شایانی کند
پیشینه:
پی اسپانیک و همکاران و آقای یزدان پناه و همکارانش در زمینه طراحی و ساخت یک اینورتر فرکانس بالای کنترل شده به روش PWM با ویژگی کلیدزنی نرم جهت استفاده در سیستمهای گرمایش القایی کار کردند. محدوده کلید زنی نرم برای اینورتر نیم پل پیشنهادی به طور قابل توجهی نسبت به اینورتر نیم پل مرسوم افزایش می یابد. از جمله کاربردهای این مدار می توان به اجاقهای آشپزی اشاره کرد که با بازده حرارتی بالا و در فرکانسهای ثابت حدود kHz 20 کار می کنند. 4]و[5 ریج مبانی ماسفت های قدرت را مورد مطالعه قرار داد. ماسفت های قدرت گسسته تکنیک های پردازش نیمه هادی هایی هستند که شبیه به مدارات VLSI های امروزی کار می کنند.
این مطالعه شامل بخش های گسترده ای از رفتار ماسفت می باشد؛ اما در این جا نهایتاً نمودار V به I ترانزیستور مورد بررسی قرار خواهد گرفت. وقتی ماسفت به عنوان سوئیچ استفاده می شود، تابع اولیه آن برای کنترل جریان تخلیه توسط ولتاژ گیت استفاده می شود.
آقای براتی و همکارانش در مقاله ای تحت عنوان کاهش دامنه هارمونیک های ولتاژ خروجی اینورتر سه فاز PWM با ترانزیستورهای موازی پژوهش کرده و این تکنیک را بسیار کارآمد دانسته اند. در این مقاله، با استفاده از ترانزیستورهای قدرت به عنوان سوییچ، یک اینورتر سه فاز به روش PWM ارایه شده است. نتایج تجربی حاصله از یک طرح آزمایشگاهی ساخته شده، ارایه گردیده که کاملا نتایج تئوری را تایید می کند.
متودولوژی:
تامین ولتاژ:
دو نکته ی اساسی در مورد راه اندازی مصرف کننده ها با بار های اهمی، سلفی و خازنی وجود دارد. اول اینکه ولتاژ موثر برای راه اندازی این مصرف کننده ها 220 ولت بوده و دوم اینکه ولتاژ پیک مورد نیاز در لحظه ی استارت در بار های سلفی و خازنی 310 ولت می باشد. در بسیاری از اینورتر های موج مربعی به دلیل تمرکز بر ثبات ولتاژ پیک 220 ولتی امکان راه اندازی بار های سلفی و خازنی وجود ندارد لیکن این مشکل با بهره گیری از تکنیک مدولاسیون عرض پالس و فیدبک هوشمند به خوبی و با کیفیت بالا در این مدار تامین شده است.
تکنیک مدولاسیون عرض پالس:
پی دبلیو ام روشی مناسب جهت ثبات ولتاژ پیک و موثر خارج شده از اینورتر می باشد. با توجه به معادله زیر می توان اثبات کرد که با استفاده از فیدبک هوشمند که بتواند میزان تغییرات بار را به خوبی انتقال دهد، ولتاژ پیک را بر روی 310 ولت و ولتاژ موثر را بر روی 220 ولت ثابت کرد.
نمودار شکل 1 عملکرد تکنیک پی دبلیو ام در سه حالت معمول، افت ولتاژ - ناشی از اضافه کردن مصرف کننده - و افزایش ولتاژ - ناشی از حذف مصرف کننده - را به خوبی نشان می دهد.
شکل 1 عملکرد تکنیک پی دبیو ام که خط چین نشان دهنده میزان بار و پالس مربعی نشان دهنده ی خروجی سیستم است.
فیدبک هوشمند:
مقدار ولتاژ خروجی یکی از بهترین نمونه ها برای تنظیم عرض پالس های اعمالی می باشد، اما از آنجا که دسترسی به آن به دلیل بالا بودن ولتاژ و تبدیلات سخت می باشد، برای گرفتن بهترین و دقیقترین نمونه از یک سیم پیچ با ولتاژ 12 ولت و جریان پایین که بر روی همان ترانسفورماتور پیچیده شده، استفاده شده است. این ولتاژ که با تغییرات ولتاژ خروجی و با نسبت برابر تغییر می کند، بهترین مرجع نمونه گیری می باشد. ورودی فیدبک پس از DC شدن در دو حالت انتقال حداکثر تغییرات و میزان ولتاژ پایه - شکل - 1 با استفاده از دو پتانسیومتر RV1 و RV2 تنظیم می شوند.
طراحی آنالوگ:
این مقاله با توجه به قابلیت اطمینان بالاتر و تعمیر آسان تر، تمرکز بر استفاده از مدارات آنالوگ داشته بنابراین در قسمت مرکزی آن از آیسی قدرتمند SG3526 استفاده شده است. این آیسی با کارایی بالا یک مدولاتور عرض پالس بوده که برای فرکانس ثابت و دیگر برنامه های کنترل قدرت طراحی و ساخته شده است. از عملکرد های این آیسی می توان به مواردی نظیر کنترل درجه حرارت، نوسان ساز دندانه اره ای، مدولاتور عرض پالس، اندازه گیری فرکانس پالس، دارا بودن دو خروجی جریان بالا و ایده آل برای راه اندازی ترانزیستور های ماسفت، اختلاف فاز 180 درجه ای و غیر همپوشانی دو خروجی و قدرت در سرعت های بالا اشاره کرد.
از ویژگی های محافظتی نیز می توان به مواردی نظیر شروع نرم، قفل ولتاژ، محدود کننده جریان دیجیتال و زمان مرده قابل تنظیم اشاره کرد. تطبیق پذیری این دستگاه را قادر می سازد تا بتواند به راحتی به ترانسفورماتور سر وسط متصل شود. شکل 2 بلاک دیاگرام این آی سی را نشان می دهد.
شکل 2بلاک دیاگرام SG3526
مدار طراحی شده:
جهت بهره بری حداکثری از تمامی امکانات این آیسی توانمند مدار شکل 2 طراحی شده است.
