Ηλεκτρονικός Αντιστροφέας Ισχύος Μονοφασικός Αντιστροφέας με Θυρίστορ Αντιστροφέας με εξαναγκασμένη οδήγηση Αντιστροφέας με οδήγηση φορτίου

Ηλεκτρονικός Αντιστροφέας Ισχύος ονομάζεται ο ηλεκτρονικός μετατροπέας ισχύος που μετατρέπει μια συνεχή τάση σε εναλλασσόμενη DC – AC. Στη διεθνή βιβλιογραφία ονομάζεται inverter. Υπάρχουν πολλών ειδών αντιστροφείς που μπορούν να καταταχθούν ανάλογα με τον αριθμό των φάσεων στην AC πλευρά (3-φασικό, 1-φασικός), τον τύπο των ημιαγωγικών στοιχείων που χρησιμοποιούν (θυρίστορ, IGBT, MOSFET κ.α.), αλλά και από τον τύπο της οδήγησης δηλαδή, από ποιον καθορίζεται η συχνότητα της τάσης εξόδου. Έτσι, έχουμε μετατροπείς εξαναγκασμένης οδήγησης και οδήγησης φορτίου (συντονισμού), για αντιστροφείς που τροφοδοτούν το δίκτυο εναλλασσόμενου ρεύματος (διασυνδεδεμένους) η απλά τροφοδοτούν ένα φορτίο (μη διασυνδεδεμένους).

Θα ασχοληθούμε με τους μονοφασικούς αντιστροφείς με θυρίστορ, οδηγούμενους από το δίκτυο ή από το φορτίο. Τι σημαίνει όμως οδήγηση από .......;;; Εξαναγκασμένη οδήγηση σημαίνει ότι η συχνότητα εξόδου του μετατροπέα καθορίζεται αποκλειστικά από εμάς. Οδήγηση από το φορτίο (μετατροπέας συντονισμού) σημαίνει ότι τα όρια της συχνότητα εξόδου καθορίζονται κυρίως από το φορτίο και εμείς μπορούμε να μεταβάλλουμε τη συχνότητα μέσα στα όρια που μας επιβάλλονται. Το φορτίο σ’ αυτή την περίπτωση αποτελείται από ένα R–L–C κύκλωμα συντονισμού σε κάποια συχνότητα. Αυτή είναι η συχνότητα που επιβάλλεται στο φορτίο από το μετατροπέα.

1. Μονοφασικός αντιστροφέας με εξαναγκασμένη οδήγηση

Θετική ημιπερίοδος

Αρνητική ημιπερίοδος

Πώς θα σβήσουν τα Th1 και Th2; ώστε να ανάψουν τα άλλα δύο; Όσα αναφέρθηκαν ισχύουν για ‘‘διακόπτες’’ που μπορούν να σβήσουν όποτε επιθυμούμε. Στα θυρίστορ όμως δεν ελέγχεται η σβέση. Έτσι, πρέπει κάτι να κάνουμε για να σβήσουν. Η ιδέα είναι ίδια με την περίπτωση του ψαλιδιστή συνεχούς ρεύματος (DC chopper). Δηλαδή, αναζητούμε μία πηγή η οποία την κατάλληλη στιγμή θα εφαρμόσει ανάστροφη τάση στο φορτίο. Πώς θα σβήσουν τα Th1 και Th2; ώστε να ανάψουν τα άλλα δύο;

Πυκνωτής σβέσης είναι η λύση για τον έλεγχο της σβέση των θυρίστορ

Απλοποιημένη λειτουργία του αντιστροφέα με εξαναγκασμένη οδήγηση Γιατί απλοποιημένη;;; Ο λόγος είναι ότι στην πραγματικότητα για να λειτουργήσει, είναι υποχρεωτικό να προσθέσουμε κάτι ακόμη. Όμως αρχικά θα γινόταν περισσότερο δυσνόητη η εξήγηση της λειτουργίας του. Πρόβλημα η ακαριαία φόρτιση του πυκνωτή

Πρόβλημα βραχυκυκλώματος. Θα αναφερθεί παρακάτω πως επιλύεται.

Πως θα λύσουμε τα προβλήματα του βραχυκυκλώματος κατά τη μετάβαση και τις απότομης φόρτισης του πυκνωτή;;;;

Όμως, λόγω των επαγωγών αυτών αλλά και της επαγωγής που συνήθως υπάρχει στο φορτίο (π.χ. κάποιος κινητήρας) το ρεύμα καθυστερεί της τάσης.

2. Μονοφασικός αντιστροφέας με οδήγηση φορτίου Όταν σε ένα R-L-C φορτίο εφαρμοστεί μία DC τάση, τότε το ρεύμα θα ταλαντωθεί με κάποια συχνότητα f η οποία εξαρτάται από τις τιμές των R-L-C. Εφ’ όσον υπάρχει και ωμική αντίσταση, η ταλάντωση αυτή θα είναι φθίνουσα. R-L-C R-L-C L-C

Η περίοδος της φθίνουσας ταλάντωση Τφ Tφ

Καθώς αυξάνεται η αντίσταση R φθίνει ταχύτερα η ταλάντωση. Αυτό εκμεταλλευόμαστε στον αντιστροφέα με οδήγηση φορτίου. Μ’ αυτό τον τρόπο στη συχνότητα του ρεύματος διαδραματίζει ρόλο και το φορτίο. Λεπτομερώς αναλύεται αμέσως παρακάτω. Tφ

Αν εφαρμοστεί η τάση της DC πηγής ορθά τότε όπως δείξαμε θα υπάρξει ταλάντωση όπως φαίνεται. Tφ T/2 Αν εφαρμοστεί η τάση της DC πηγής ανάστροφα τότε η ταλάντωση θα εμφανισθεί ανάστροφα.

Tφ T/2 Παρατηρούμε ότι η περίοδος της ταλάντωσης του φορτίου είναι η μισή της περιόδου της τάσης που εφαρμόζουμε. Δηλαδή, η μέγιστη συχνότητα που μπορεί να επιτευχθεί είναι ίση με τη συχνότητα της ταλάντωσης του φορτίου Τφ. Αυτό φαίνεται στην επόμενη σελίδα.

Tφ T

180˚ 90˚ Tφ T/2 Εφ’ όσον η σταθερή συχνότητα είναι αυτή του R-L-C ταλαντωτή σύμφωνα με αυτή τη συχνότητα θα μετρηθεί η γωνία έναυσης. Όμως, η περίοδος του ταλαντωτή είναι μισή της περιόδου της εφαρμοζόμενης τάσης του φορτίου(Τφ=Τ/2). Για το λόγο αυτό οι 180˚ της περιόδου του ταλαντωτή αντιστοιχούν σε 90˚ της περιόδου του φορτίου. Έτσι, δεχόμαστε ότι η γωνία έναυσης ‘γ’ είναι 90˚ για το παράδειγμα που φαίνεται στο παραπάνω σχήμα.

Γωνία έναυσης ‘‘γ’’ Εδώ η γωνία έναυσης είναι γ = 160˚ (4div= 180˚/2 = 90˚)

Γωνία έναυσης γ = 0˚

Γωνία έναυσης γ = 90˚

γ = 0˚ γ = 90˚ γ = 160˚

Όμως, μέσω ποιου μετατροπέα επιτυγχάνονται όσα αναφέραμε;

+ -

+ -

- + Αντίστοιχα πράγματα αλλά με το αντίθετο πρόσημο και τα αλλά ημιαγωγικά στοιχεία συμβαίνουν για την αρνητική ημιπερίοδο.