Αντιστρέψτε το κύκλωμα ανόρθωσης, συνδέστε το ένα άκρο σε συνεχές ρεύμα (DC) και το άλλο άκρο μπορεί να οδηγήσει έξω εναλλασσόμενο ρεύμα (AC). Πρόκειται για έναν μετατροπέα, μια συσκευή που μετατρέπει το συνεχές ρεύμα σε εναλλασσόμενο.
Τα περισσότερα εμπορικά, βιομηχανικά και οικιακά φορτία απαιτούν τροφοδοσία εναλλασσόμενου ρεύματος, αλλά η ισχύς AC δεν μπορεί να αποθηκευτεί σε μπαταρίες και η αποθήκευση της μπαταρίας είναι σημαντική για την εφεδρική ισχύ. Σήμερα, αυτό το ελάττωμα μπορεί να ξεπεραστεί με ένα τροφοδοτικό DC.
Η πολικότητα της ισχύος συνεχούς ρεύματος δεν αλλάζει με την πάροδο του χρόνου όπως το εναλλασσόμενο ρεύμα, επομένως η ισχύς συνεχούς ρεύματος μπορεί να αποθηκευτεί σε μπαταρίες και υπερπυκνωτές. Έτσι μπορούμε πρώτα να μετατρέψουμε την τροφοδοσία εναλλασσόμενου ρεύματος σε ρεύμα συνεχούς ρεύματος και μετά να την αποθηκεύσουμε στην μπαταρία. Με αυτόν τον τρόπο, όποτε απαιτείται τροφοδοσία εναλλασσόμενου ρεύματος για τη λειτουργία συσκευών εναλλασσόμενου ρεύματος, η ισχύς συνεχούς ρεύματος θα μετατρέπεται ξανά σε εναλλασσόμενο ρεύμα για τη λειτουργία συσκευών εναλλασσόμενου ρεύματος.
Σύμφωνα με την πηγή εισόδου, τον τρόπο σύνδεσης, την κυματομορφή τάσης εξόδου κ.λπ. της εφαρμογής, οι μετατροπείς χωρίζονται στις ακόλουθες 17 κύριες κατηγορίες.
1. Ταξινόμηση ανά πηγή εισόδου
Η είσοδος ενός μετατροπέα μπορεί να είναι μια πηγή τάσης ή μια πηγή ρεύματος, επομένως χωρίζεται σε μετατροπείς πηγής τάσης (VSI) και μετατροπείς πηγής ρεύματος (CSI).
Μετατροπέας πηγής τάσης (VSI)
Όταν η είσοδος του μετατροπέα είναι μια πηγή σταθερής τάσης DC, ο μετατροπέας ονομάζεται μετατροπέας πηγής τάσης.
Η είσοδος του μετατροπέα πηγής τάσης έχει μια άκαμπτη πηγή τάσης DC με μηδενική σύνθετη αντίσταση. Στην πραγματικότητα, η σύνθετη αντίσταση μιας πηγής τάσης συνεχούς ρεύματος μπορεί να αγνοηθεί. Υποθέτοντας ότι το VSI τροφοδοτείται από μια ιδανική πηγή τάσης (πηγή εξαιρετικά χαμηλής σύνθετης αντίστασης), η τάση εξόδου AC καθορίζεται εξ ολοκλήρου από την κατάσταση των συσκευών μεταγωγής στον μετατροπέα και την εφαρμοζόμενη τροφοδοσία συνεχούς ρεύματος.
Μετατροπέας τρέχουσας πηγής (CSI)
Όταν η είσοδος του μετατροπέα είναι μια πηγή σταθερού ρεύματος συνεχούς ρεύματος, ο μετατροπέας ονομάζεται μετατροπέας πηγής ρεύματος.
Το άκαμπτο ρεύμα παρέχεται από μια πηγή ισχύος συνεχούς ρεύματος στο CSI, όπου η πηγή ισχύος συνεχούς ρεύματος έχει υψηλή σύνθετη αντίσταση. Συνήθως, μεγάλοι επαγωγείς ή ρεύματα ελέγχου κλειστού βρόχου χρησιμοποιούνται για την παροχή άκαμπτων ρευμάτων. Το κύμα ρεύματος που προκύπτει είναι άκαμπτο και δεν επηρεάζεται από το φορτίο. Το ρεύμα εξόδου εναλλασσόμενου ρεύματος καθορίζεται πλήρως από τις συσκευές μεταγωγής στον μετατροπέα και την κατάσταση της τροφοδοσίας DC που εφαρμόζεται.
2. Ταξινόμηση ανά φάση εξόδου
Σύμφωνα με την τάση εξόδου και τη φάση ρεύματος, οι μετατροπείς χωρίζονται κυρίως σε δύο κατηγορίες: μονοφασικούς μετατροπείς και τριφασικούς μετατροπείς.
Μονοφασικός μετατροπέας
Ένας μονοφασικός μετατροπέας μετατρέπει την είσοδο DC σε μονοφασική έξοδο. Η τάση/ρεύμα εξόδου ενός μονοφασικού μετατροπέα έχει μόνο μία φάση και η ονομαστική του συχνότητα είναι η ονομαστική τάση των 50 Hz ή 60 Hz.
Η ονομαστική τάση ορίζεται ως το επίπεδο τάσης στο οποίο λειτουργεί το ηλεκτρικό σύστημα. Υπάρχουν διαφορετικές ονομαστικές τάσεις, δηλαδή 120V, 220V, 440V, 690V, 3,3KV, 6,6KV, 11kV, 33kV, 66kV, 132kV, 220kV, 400kV και 765kV. Η χαμηλή ονομαστική τάση μπορεί να επιτευχθεί άμεσα με τη χρήση εσωτερικών μετασχηματιστών ή μετατροπέων με κυκλώματα ώθησης και ανύψωσης, ενώ για υψηλή ονομαστική τάση χρησιμοποιούνται εξωτερικοί μετασχηματιστές ενίσχυσης.
Οι μονοφασικοί μετατροπείς χρησιμοποιούνται για χαμηλά φορτία. Οι μονοφασικές απώλειες είναι μεγαλύτερες και η μονοφασική απόδοση είναι χαμηλότερη από τους τριφασικούς μετατροπείς. Επομένως, οι τριφασικοί μετατροπείς είναι η προτιμώμενη επιλογή για υψηλά φορτία.
Τριφασικός μετατροπέας
Ένας τριφασικός μετατροπέας μετατρέπει το συνεχές ρεύμα σε τριφασική ισχύ. Ένα τριφασικό τροφοδοτικό παρέχει τρία κανάλια εναλλασσόμενου ρεύματος με ομοιόμορφα διαχωρισμένες γωνίες φάσης. Το πλάτος και η συχνότητα και των τριών κυμάτων που παράγονται στο άκρο εξόδου είναι τα ίδια, αλλά ποικίλλουν ελαφρώς λόγω του φορτίου και κάθε κύμα έχει μια μετατόπιση φάσης 120 μοιρών μεταξύ τους.
Βασικά, ένας μονοφασικός μετατροπέας αποτελείται από τρεις μονοφασικούς μετατροπείς, ο καθένας με απόσταση φάσης 120 μοιρών, και κάθε μονοφασικός μετατροπέας συνδέεται σε έναν από τους τρεις ακροδέκτες φορτίου.
3. Ταξινομείται βάσει τεχνολογίας εναλλαγής
Σύμφωνα με την τεχνολογία μεταγωγής, μπορεί να χωριστεί σε δύο βασικούς τύπους: εναλλαγή γραμμής και αναγκαστική μεταγωγή μετατροπείς. Επιπλέον, μπορεί να υπάρχουν βοηθητικοί μετατροπείς μεταγωγής και συμπληρωματικοί μετατροπείς μεταγωγής, αλλά καθώς δεν χρησιμοποιούνται συνήθως, θα συζητήσουμε εν συντομία τους δύο κύριους τύπους εδώ.
Αντιστροφή γραμμής
Σε αυτούς τους τύπους μετατροπέων, η τάση γραμμής του κυκλώματος AC μπορεί να ληφθεί μέσω εξοπλισμού. Όταν το ρεύμα στο SCR έχει μηδενικά χαρακτηριστικά, η συσκευή απενεργοποιείται. Αυτή η διαδικασία μεταγωγής ονομάζεται εναλλαγή γραμμής και οι μετατροπείς που λειτουργούν με βάση αυτήν την αρχή ονομάζονται μετατροπείς μεταγωγής γραμμής.
Αναγκαστική μετακίνηση
Σε αυτόν τον τύπο μεταγωγής, δεν θα υπάρχει σημείο μηδέν στο τροφοδοτικό. Γι' αυτό χρειάζονται κάποιες εξωτερικές πηγές για τη διόρθωση της συσκευής. Αυτή η διαδικασία μεταγωγής ονομάζεται αναγκαστική εναλλαγή και οι μετατροπείς που βασίζονται σε αυτή τη διαδικασία ονομάζονται αναγκαστικές μετατροπές.
4. Ταξινομείται κατά μέθοδο σύνδεσης
Σύμφωνα με τη μέθοδο σύνδεσης των θυρίστορ στο κύκλωμα, μπορεί να χωριστεί σε μετατροπείς σειράς, παράλληλους μετατροπείς και μετατροπείς γέφυρας, μεταξύ των οποίων οι μετατροπείς γέφυρας χωρίζονται περαιτέρω σε μισή γέφυρα, πλήρη γέφυρα και τριφασική γέφυρα.
Μετατροπέας σειράς
Ένας μετατροπέας σειράς αποτελείται από ένα ζεύγος θυρίστορ και κυκλώματα RLC (αντίστασης, επαγωγής και χωρητικότητας). Ένα θυρίστορ συνδέεται παράλληλα με το κύκλωμα RLC και ένα θυρίστορ συνδέεται σε σειρά μεταξύ του τροφοδοτικού DC και του κυκλώματος RLC. Αυτός ο τύπος μετατροπέα ονομάζεται μετατροπέας σειράς επειδή το φορτίο συνδέεται απευθείας σε σειρά με την πηγή ισχύος DC με τη βοήθεια θυρίστορ.
Οι μετατροπείς σειράς είναι επίσης γνωστοί ως μετατροπείς αυτόματης εναλλαγής, επειδή τα θυρίστορ αυτού του τύπου μετατροπέα μεταβάλλονται μόνοι τους από το φορτίο. Ένα άλλο όνομα για αυτόν τον μετατροπέα είναι «μετατροπέας μεταγωγής φορτίου». Ο λόγος για τον οποίο δίνεται αυτό το όνομα είναι ότι το LCR είναι ένα φορτίο που παρέχει εναλλαγή.
Παράλληλος μετατροπέας
Ένας παράλληλος μετατροπέας αποτελείται από δύο θυρίστορ, έναν πυκνωτή, έναν μετασχηματιστή κεντρικής βρύσης και έναν επαγωγέα. Τα θυρίστορ χρησιμοποιούνται για να παρέχουν μια διαδρομή για τη ροή του ρεύματος, ενώ τα επαγωγικά χρησιμοποιούνται για να διατηρούν σταθερή την πηγή ρεύματος. Η αγωγή και η απενεργοποίηση αυτών των θυρίστορ ελέγχονται από τους πυκνωτές μεταγωγής που συνδέονται μεταξύ τους.
Ονομάζεται παράλληλος μετατροπέας επειδή κατά τη λειτουργία, ο πυκνωτής συνδέεται παράλληλα με το φορτίο μέσω ενός μετασχηματιστή.
Μετατροπέας μισής γέφυρας
Ένας μετατροπέας μισής γέφυρας απαιτεί δύο ηλεκτρονικούς διακόπτες για να λειτουργήσει. Οι διακόπτες μπορεί να είναι MOSFET, IJBT, BJT ή θυρίστορ.Μια μισή γέφυρα με διακόπτες θυρίστορ και BJT απαιτεί δύο πρόσθετες διόδους, εκτός από καθαρά φορτία αντίστασης, ενώ τα MOSFET έχουν ενσωματωμένες διόδους. Εν ολίγοις, δύο διακόπτες είναι επαρκείς για να καλύψουν καθαρά φορτία αντίστασης, ενώ άλλα φορτία (επαγωγείς και πυκνωτές) απαιτούν δύο πρόσθετες διόδους. Αυτές οι δίοδοι ονομάζονται δίοδοι ανάδρασης ή δίοδοι ελεύθερου τροχού.
Η αρχή λειτουργίας ενός μετατροπέα μισής γέφυρας είναι η ίδια για όλους τους διακόπτες, αλλά εδώ συζητάμε μια μισή γέφυρα με διακόπτες θυρίστορ. Υπάρχουν δύο συμπληρωματικά θυρίστορ, που σημαίνει ότι αγώγουμε ένα θυρίστορ τη φορά. Για φορτία αντίστασης, το κύκλωμα λειτουργεί σε δύο τρόπους λειτουργίας. Η συχνότητα μεταγωγής θα καθορίσει τη συχνότητα εξόδου. Όταν η συχνότητα εξόδου είναι 50 HZ, κάθε θυρίστορ άγει μία φορά για 20 ms.
Μετατροπέας πλήρους γέφυρας
Ένας μονοφασικός μετατροπέας πλήρους γέφυρας έχει τέσσερις ελεγχόμενους διακόπτες που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της κατεύθυνσης της ροής του ρεύματος στο φορτίο. Αυτή η γέφυρα διαθέτει 4 διόδους ανάδρασης που μπορούν να ανατροφοδοτήσουν την ενέργεια που αποθηκεύεται στο φορτίο στην παροχή ρεύματος. Αυτές οι δίοδοι ανάδρασης λειτουργούν μόνο όταν όλα τα θυρίστορ είναι απενεργοποιημένα και το φορτίο δεν είναι αμιγώς ωμικό φορτίο.
Για οποιοδήποτε φορτίο, λειτουργούν μόνο 2 θυρίστορ τη φορά. Τα θυρίστορ Τ1 και Τ2 θα αγώγουν σε έναν κύκλο, ενώ τα Τ3 και Τ4 σε έναν άλλο κύκλο. Με άλλα λόγια, όταν τα T1 και T2 είναι σε κατάσταση ON, τα T3 και T4 είναι σε κατάσταση OFF, ενώ όταν τα T3 και T4 είναι σε κατάσταση ON, τα άλλα δύο βρίσκονται σε κατάσταση OFF. Το άνοιγμα δύο ή περισσότερων θυρίστορ ταυτόχρονα μπορεί να προκαλέσει βραχυκύκλωμα, να δημιουργήσει υπερβολική θερμότητα και να κάψει αμέσως το κύκλωμα.
Τριφασικός μετατροπέας γέφυρας
Τα βιομηχανικά και άλλα βαριά φορτία απαιτούν τριφασική παροχή ρεύματος. Για τη λειτουργία αυτών των βαρέων φορτίων από συσκευές αποθήκευσης ή άλλες πηγές συνεχούς ρεύματος, απαιτείται τριφασικός μετατροπέας. Για το σκοπό αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί τριφασικός μετατροπέας γέφυρας.
Ένας τριφασικός μετατροπέας γέφυρας είναι ένας άλλος τύπος μετατροπέα γέφυρας, που αποτελείται από 6 ελεγχόμενους διακόπτες και 6 διόδους, όπως φαίνεται στο σχήμα.
5. Ταξινομείται κατά τρόπο λειτουργίας
Σύμφωνα με τον τρόπο λειτουργίας, οι μετατροπείς χωρίζονται σε τρεις κύριες κατηγορίες:
Ανεξάρτητος μετατροπέας
Ο ανεξάρτητος μετατροπέας συνδέεται απευθείας με το φορτίο και δεν διακόπτεται από άλλες πηγές ρεύματος. Ανεξάρτητος μετατροπέας ή "μετατροπέας λειτουργίας εκτός δικτύου", ο μετατροπέας τροφοδοτεί ανεξάρτητα το φορτίο χωρίς να επηρεάζεται από το δίκτυο ή άλλες πηγές ενέργειας.
Αυτοί οι μετατροπείς ονομάζονται μετατροπείς λειτουργίας εκτός δικτύου επειδή δεν επηρεάζονται από το δίκτυο κοινής ωφέλειας. Αυτοί οι μετατροπείς δεν μπορούν να συνδεθούν στο δίκτυο κοινής ωφέλειας επειδή δεν διαθέτουν δυνατότητα συγχρονισμού, όπου ο συγχρονισμός είναι η διαδικασία αντιστοίχισης της φάσης και της ονομαστικής συχνότητας (50/60hz) δύο πηγών εναλλασσόμενου ρεύματος.
Μετατροπέας συνδεδεμένος στο δίκτυο
Οι συνδεδεμένοι με το δίκτυο ή οι συνδεδεμένοι μετατροπείς (GTI) έχουν δύο κύριες λειτουργίες. Μια λειτουργία των μετατροπέων που είναι συνδεδεμένοι στο δίκτυο είναι η παροχή εναλλασσόμενου ρεύματος από συσκευές αποθήκευσης (πηγές ισχύος συνεχούς ρεύματος) σε φορτία εναλλασσόμενου ρεύματος, ενώ μια άλλη λειτουργία των συνδεδεμένων μετατροπέων στο δίκτυο είναι η παροχή πρόσθετης ισχύος στο δίκτυο.
Οι μετατροπείς συνδεδεμένοι στο δίκτυο, γνωστοί επίσης ως διαδραστικοί μετατροπείς κοινής ωφέλειας, μετατροπείς διασύνδεσης δικτύου ή μετατροπείς ανάδρασης δικτύου, συγχρονίζουν τη συχνότητα και τη φάση του ρεύματος για να προσαρμοστούν στο δίκτυο κοινής ωφέλειας. Με την αύξηση της στάθμης τάσης του μετατροπέα, η ισχύς μεταδίδεται από την πηγή ισχύος DC στο δίκτυο κοινής ωφέλειας.
Μετατροπέας διπλής κορυφής
Ο μετατροπέας διπλής κορυφής μπορεί να λειτουργήσει τόσο ως μετατροπέας συνδεδεμένος στο δίκτυο όσο και ως ανεξάρτητος μετατροπέας. Αυτοί οι μετατροπείς μπορούν να εγχύουν πρόσθετη ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και συσκευές αποθήκευσης στο δίκτυο και να ανακτούν ηλεκτρική ενέργεια από το δίκτυο όταν η ενέργεια που παράγεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είναι ανεπαρκής. Με άλλα λόγια, αυτοί οι μετατροπείς μπορούν να λειτουργούν ως ανεξάρτητοι μετατροπείς και μετατροπείς συνδεδεμένοι στο δίκτυο σύμφωνα με τις απαιτήσεις του φορτίου. Οι μετατροπείς διπλής κορυφής είναι πολυλειτουργικοί, συμπεριλαμβανομένων των λειτουργιών ανεξάρτητων μετατροπέων και μετατροπέων συνδεδεμένων στο δίκτυο.
Η λειτουργία ενός μετατροπέα διπλής κορυφής θα ποικίλλει ανάλογα με το φορτίο. Εάν υπάρχει πρόβλημα με το ηλεκτρικό δίκτυο ή όταν η ισχύς της ανανεώσιμης ενέργειας επαρκεί για να καλύψει το φορτίο, η λειτουργία του θα αλλάξει σε ανεξάρτητο μετατροπέα (γίνεται ανεξάρτητος μετατροπέας). Σε αυτήν την περίπτωση, ο διακόπτης μεταφοράς θα αποσυνδέσει τον μετατροπέα από το δίκτυο.
Μόλις οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας αρχίσουν να παράγουν πρόσθετη ενέργεια, ο τρόπος λειτουργίας θα αλλάξει από την ανεξάρτητη λειτουργία στη λειτουργία σύνδεσης στο δίκτυο. Ο μετατροπέας συγχρονίζει τη φάση και τη συχνότητά του με τον μετατροπέα και αρχίζει να διοχετεύει πρόσθετη ενέργεια στο δίκτυο.
6. Ταξινόμηση ανά κυματομορφή εξόδου
Ο ιδανικός μετατροπέας αναφέρεται σε έναν μετατροπέα που μετατρέπει τα σήματα DC σε καθαρές ημιτονοειδείς εξόδους AC. Το πρόβλημα με τους πραγματικούς μετατροπείς είναι ότι τα σήματα εξόδου τους δεν είναι καθαρά ημιτονοειδή. Σύμφωνα με την κυματομορφή εξόδου, οι μετατροπείς χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες:
Μετατροπέας τετραγωνικών κυμάτων
Αυτοί είναι οι απλούστεροι μετατροπείς για τη μετατροπή συνεχούς ρεύματος σε εναλλασσόμενο ρεύμα, αλλά η κυματομορφή εξόδου δεν είναι το απαιτούμενο καθαρό ημιτονοειδές κύμα. Αυτοί οι μετατροπείς έχουν τετράγωνα κύματα στο άκρο εξόδου. Με άλλα λόγια, αυτοί οι μετατροπείς μετατρέπουν την είσοδο DC σε AC με τη μορφή τετραγωνικών κυμάτων. Εν τω μεταξύ, οι μετατροπείς τετραγωνικών κυμάτων είναι επίσης φθηνότεροι.
Η απλούστερη δομή αυτών των μετατροπέων μπορεί να είναι ένας μετατροπέας γέφυρας H. Όπως φαίνεται στο σχήμα, χρησιμοποιώντας διακόπτες SPDT (με διπλή ρίψη μονής ώθησης) πριν ο μετασχηματιστής μπορεί να επιτύχει μια απλούστερη έκδοση. Αυτός ο μετασχηματιστής θα βοηθήσει επίσης στην επίτευξη οποιουδήποτε επιθυμητού επιπέδου τάσης εξόδου.
Η λειτουργία ενός συγκεκριμένου μοντέλου είναι εξαιρετικά απλή. Η απλή ενεργοποίηση και απενεργοποίηση του διακόπτη θα αλλάξει ταυτόχρονα το ρεύμα στον ακροδέκτη εξόδου. Με άλλα λόγια, η εναλλαγή μονόπολου διπλής ρίψης στην επιθυμητή συχνότητα θα δημιουργήσει τετράγωνα κύματα εναλλασσόμενου ρεύματος στην έξοδο ενός τυπικού μετατροπέα (π.χ. μετασχηματιστή κεντρικής βρύσης). Η αρμονική παραμόρφωση ενός τυπικού ημιτονοειδούς κύματος είναι περίπου 45%, το οποίο μπορεί να μειωθεί περαιτέρω με τη χρήση φίλτρων για το φιλτράρισμα ορισμένων αρμονικών.
Μετατροπέας οιονεί ημιτονοειδούς κύματος
Μετατροπέας οιονεί ημιτονοειδούς κύματος, γνωστός και ως μετατροπέας τροποποιημένου ημιτονοειδούς κύματος με κλιμακωτούς ημιτονοειδείς κυματισμούς. Με άλλα λόγια, τα σήματα εξόδου αυτών των μετατροπέων σταδιακά αυξάνονται σε θετική πολικότητα. Μετά την επίτευξη της θετικής κορυφής, το σήμα εξόδου μειώνεται σταδιακά μέχρι να φτάσει στην αρνητική κορυφή, όπως φαίνεται στο σχήμα.
Η δομή ενός μετατροπέα οιονεί ημιτονοειδούς κύματος είναι πολύ απλούστερη από έναν μετατροπέα αμιγούς ημιτονοειδούς κύματος, αλλά πιο περίπλοκη από έναν μετατροπέα αμιγούς ημιτονοειδούς κύματος.
Αν και η τελική κυματομορφή εξόδου αυτών των μετατροπέων δεν είναι καθαρό ημιτονοειδές κύμα, η αρμονική παραμόρφωση της εξόδου εξακολουθεί να μειώνεται στο 24%. Το φιλτράρισμα θα μειώσει περαιτέρω την παραμόρφωση, αλλά το μέγεθος της παραμόρφωσης εξακολουθεί να είναι σημαντικό. Για το λόγο αυτό, αυτοί οι μετατροπείς δεν είναι η προτιμώμενη επιλογή για την οδήγηση διαφόρων φορτίων, συμπεριλαμβανομένων των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων.
Οιονεί ημιτονοειδές κύματα μπορεί να βλάψουν μόνιμα τις ηλεκτρονικές συσκευές με χρονοδιακόπτες στο κύκλωμα. Εάν συνδεθεί σε έναν μετατροπέα οιονεί ημιτονοειδούς κύματος, όλες οι ηλεκτρικές συσκευές με κινητήρες δεν θα λειτουργούν τόσο αποτελεσματικά όσο αυτές που συνδέονται σε έναν μετατροπέα αμιγούς ημιτονοειδούς κύματος. Επιπλέον, οι γρήγορες μεταβάσεις κυματομορφής μπορεί να προκαλέσουν θόρυβο. Λόγω αυτών των θεμάτων, η εφαρμογή των οιονεί ημιτονοειδών μετατροπέων είναι περιορισμένη.
Μετατροπέας καθαρού ημιτονοειδούς κύματος
Ένας μετατροπέας καθαρού ημιτονοειδούς μετατρέπει το DC σε σχεδόν καθαρό ημιτονικό AC. Η κυματομορφή εξόδου ενός μετατροπέα καθαρού ημιτονοειδούς κύματος εξακολουθεί να μην είναι ιδανικό ημιτονοειδές κύμα, αλλά είναι πολύ πιο ομαλή από τους μετατροπείς τετραγωνικών και οιονεί ημιτονοειδών κυμάτων.
Η κυματομορφή εξόδου ενός μετατροπέα καθαρού ημιτονοειδούς κύματος έχει εξαιρετικά χαμηλές αρμονικές. Οι αρμονικές είναι ημιτονοειδή κύματα με περιττά πολλαπλάσια της θεμελιώδους συχνότητας διαφορετικών πλατών. Τα αρμονικά είναι πολύ μη δημοφιλή γιατί μπορούν να προκαλέσουν σοβαρά προβλήματα με διάφορες ηλεκτρικές συσκευές. Χρησιμοποιώντας διάφορες τεχνικές PWM και στη συνέχεια περνώντας το σήμα εξόδου μέσω ενός φίλτρου χαμηλής διέλευσης, αυτές οι αρμονικές μπορούν να μειωθούν περαιτέρω.
Η κατασκευή και η λειτουργία μετατροπέων αμιγούς ημιτονοειδούς κύματος είναι πολύ πιο περίπλοκες από τους μετατροπείς τετραγωνικών και τροποποιημένων τετραγωνικών κυμάτων.
Αυτοί οι μετατροπείς είναι ανώτεροι από τους δύο πρώτους μετατροπείς, επειδή ο περισσότερος ηλεκτρικός εξοπλισμός απαιτεί καθαρά ημιτονοειδή κύματα για καλύτερη λειτουργία. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, οι μετατροπείς τετραγωνικών ή οιονεί ημιτονοειδών κυμάτων μπορεί να βλάψουν τις ηλεκτρικές συσκευές, ειδικά αυτές που είναι εξοπλισμένες με κινητήρες. Επομένως, για πρακτική χρήση, χρησιμοποιείται ένας μετατροπέας καθαρού ημιτόνου.
7. Ταξινομείται με βάση τον αριθμό των επιπέδων εξόδου
Το επίπεδο εξόδου οποιουδήποτε μετατροπέα μπορεί να είναι τουλάχιστον δύο ή περισσότερα. Ανάλογα με τον αριθμό των επιπέδων εξόδου, οι μετατροπείς χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: μετατροπείς δύο επιπέδων και μετατροπείς πολλαπλών επιπέδων.
Μετατροπέας δύο επιπέδων
Ένας μετατροπέας δύο επιπέδων έχει δύο επίπεδα εξόδου. Η τάση εξόδου εναλλάσσεται μεταξύ θετικής και αρνητικής και εναλλάσσεται στη θεμελιώδη συχνότητα (50Hz ή 60Hz).
Μερικοί αποκαλούμενοι «μετατροπείς δύο επιπέδων» έχουν τρία επίπεδα στην κυματομορφή εξόδου τους. Ο λόγος για την ταξινόμηση των μετατροπέων τριών επιπέδων σε αυτή την κατηγορία είναι ότι ένα από τα επίπεδα είναι η μηδενική τάση. Στην πραγματικότητα, το μηδέν είναι το τρίτο επίπεδο, αλλά εξακολουθεί να ταξινομείται ως μετατροπέας δύο σταδίων.
Ένα κύκλωμα μετατροπέα δύο επιπέδων αποτελείται από μια πηγή και μερικούς διακόπτες που ελέγχουν το ρεύμα ή την τάση. Λόγω των περιορισμών των απωλειών διακόπτη και των χαρακτηριστικών συσκευών, η λειτουργία υψηλής συχνότητας των μετατροπέων δύο επιπέδων σε εφαρμογές υψηλής τάσης είναι περιορισμένη. Ωστόσο, η ονομαστική τιμή του διακόπτη μπορεί να αυξηθεί μέσω σειριακών και παράλληλων συνδυασμών. Η ομάδα διακοπτών που παρέχουν θετικό μισό κύκλο σε έναν μετατροπέα δύο επιπέδων ονομάζεται διακόπτης θετικής ομάδας, ενώ η άλλη ομάδα διακοπτών που παρέχει αρνητικό μισό κύκλο ονομάζεται διακόπτης αρνητικής ομάδας.
Για τους παρακάτω λόγους, δεν προτιμάται ένας μετατροπέας δύο επιπέδων. Οι μετατροπείς απαιτούν τον ελάχιστο αριθμό διακοπτών και πηγών ισχύος για να λειτουργήσουν και να μετατρέψουν την ισχύ σε μικρά βήματα τάσης. Ένα μικρότερο βήμα τάσης θα παρέχει κυματομορφές υψηλής ποιότητας. Επιπλέον, μπορεί επίσης να μειώσει την καταπόνηση τάσης (dv/dt) και ζητήματα ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας στο φορτίο. Επομένως, οι μετατροπείς πολλαπλών επιπέδων είναι η πιο πρακτική πρώτη επιλογή.
Μετατροπέας πολλαπλών επιπέδων (MLI)
Ένας μετατροπέας πολλαπλών επιπέδων μετατρέπει τα σήματα DC σε κλιμακωτές κυματομορφές πολλαπλών επιπέδων. Η κυματομορφή εξόδου ενός μετατροπέα πολλαπλών επιπέδων δεν είναι άμεσα θετική και αρνητική εναλλασσόμενη, αλλά εναλλασσόμενη σε πολλαπλά επίπεδα. Λόγω του γεγονότος ότι η ομαλότητα της κυματομορφής είναι ευθέως ανάλογη με τον αριθμό των επιπέδων τάσης. Επομένως, οι μετατροπείς πολλαπλών επιπέδων θα παράγουν πιο ομαλές κυματομορφές. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, αυτό το χαρακτηριστικό το καθιστά κατάλληλο για πρακτικές εφαρμογές.
Σύναψη:
Αυτό το άρθρο παρουσιάζει 17 κύριους τύπους μετατροπέων, αλλά στην πραγματικότητα, υπάρχουν πολλές άλλες ταξινομήσεις μετατροπέων. Για παράδειγμα, οι μετατροπείς πολλαπλών επιπέδων μπορούν επίσης να χωριστούν σε μετατροπείς ιπτάμενων πυκνωτών (FCMI), μετατροπείς με σύσφιξη διόδου (DCMI) και μετατροπείς κλιμακωτής γέφυρας H.
Από την άποψη της πρακτικής εφαρμογής, οι τριφασικοί μετατροπείς είναι κατάλληλοι για εφαρμογές υψηλού φορτίου, οι μετατροπείς καθαρού ημιτόνου μπορούν να προστατεύουν καλύτερα τις ηλεκτρικές συσκευές και οι μετατροπείς πολλαπλών επιπέδων είναι πιο πρακτικές επιλογές.