اینورترها به گروه بزرگی از مبدل‌های استاتیک تعلق دارند که بسیاری از مبدل‌های امروزی را شامل می‌شود'دستگاه های قادر به"تبدیل”پارامترهای الکتریکی در ورودی، مانند ولتاژ و فرکانس، تا خروجی سازگار با نیازهای بار تولید شود.

به طور کلی، اینورترها دستگاه هایی هستند که قادر به تبدیل جریان مستقیم به جریان متناوب هستند و در کاربردهای اتوماسیون صنعتی و درایوهای الکتریکی بسیار رایج هستند.معماری و طراحی انواع مختلف اینورتر با توجه به هر برنامه خاص تغییر می کند، حتی اگر هسته هدف اصلی آنها یکسان باشد (تبدیل DC به AC).

1. اینورترهای مستقل و متصل به شبکه

اینورترهای مورد استفاده در کاربردهای فتوولتائیک از نظر تاریخی به دو دسته اصلی تقسیم می شوند:

:اینورترهای مستقل

:اینورترهای متصل به شبکه

اینورترهای مستقل برای کاربردهایی هستند که نیروگاه PV به شبکه اصلی توزیع انرژی متصل نیست.اینورتر قادر است انرژی الکتریکی را به بارهای متصل تامین کند و از پایداری پارامترهای اصلی الکتریکی (ولتاژ و فرکانس) اطمینان حاصل کند.این آنها را در محدوده های از پیش تعریف شده نگه می دارد و می توانند در موقعیت های بارگذاری موقت مقاومت کنند.در این شرایط، اینورتر با یک سیستم ذخیره باتری همراه است تا از تامین انرژی ثابت اطمینان حاصل شود.

از سوی دیگر، اینورترهای متصل به شبکه قادرند با شبکه الکتریکی که به آن متصل هستند همگام شوند، زیرا در این حالت، ولتاژ و فرکانس"تحمیل شده است”توسط شبکه اصلیاین اینورترها باید بتوانند در صورت از کار افتادن شبکه اصلی قطع شوند تا از هرگونه منبع معکوس احتمالی شبکه اصلی جلوگیری شود که می تواند خطری جدی را نشان دهد.

شکل 1 - نمونه ای از سیستم مستقل و سیستم متصل به شبکه.تصویر از Biblus.

2. نقش خازن اتوبوس چیست؟

هدف اینورتر تبدیل ولتاژ شکل موج DC به سیگنال AC به منظور تزریق توان به یک بار (مثلا شبکه برق) در یک فرکانس معین و با زاویه فاز کوچک است.φ ≈0).مدار ساده شده برای مدولاسیون عرض پالس تک فاز (PWM) در شکل نشان داده شده است.2 (همان طرح کلی را می توان به یک سیستم سه فاز گسترش داد).در این شماتیک، یک سیستم PV که به عنوان منبع ولتاژ DC با مقداری اندوکتانس منبع عمل می کند، از طریق چهار سوئیچ IGBT به موازات دیودهای چرخ آزاد به یک سیگنال AC تبدیل می شود.این سوئیچ ها در گیت از طریق سیگنال PWM کنترل می شوند، که معمولاً خروجی یک آی سی است که یک موج حامل (معمولاً یک موج سینوسی فرکانس خروجی مورد نظر) و یک موج مرجع در یک فرکانس بسیار بالاتر (معمولاً یک موج مثلثی) را مقایسه می کند. در 5-20 کیلوهرتز).خروجی IGBT ها به یک سیگنال AC مناسب برای استفاده یا تزریق شبکه از طریق استفاده از توپولوژی های مختلف فیلترهای LC شکل می گیرد.

دریافت نقل قول

شکل 2: مدولاسیون عرض پالسی (PWM) تک فازراه اندازی اینورترسوئیچ های IGBT، همراه با فیلتر خروجی LC، سیگنال ورودی DC را به یک سیگنال AC قابل استفاده تبدیل می کنند.این باعث القا می شودموج ولتاژ مضر در سراسر پایانه های PV.اتوبوساندازه خازن به منظور کاهش این ریپل است.

عملکرد IGBT ها یک ولتاژ موج دار را به ترمینال آرایه PV وارد می کند.این ریپل برای عملکرد سیستم PV مضر است، زیرا ولتاژ اسمی اعمال شده به پایانه ها باید در نقطه حداکثر توان (MPP) منحنی IV نگه داشته شود تا بیشترین توان را استخراج کند.یک موج ولتاژ در پایانه های PV، توان استخراج شده از سیستم را نوسان می کند و در نتیجه

میانگین توان خروجی کمتر (شکل 3).یک خازن به شین اضافه می شود تا موج ولتاژ را صاف کند.

شکل 3: یک موج ولتاژ وارد شده به پایانه های PV توسط طرح اینورتر PWM، ولتاژ اعمال شده را از نقطه حداکثر توان (MPP) آرایه PV تغییر می دهد.این یک موج در توان خروجی آرایه ایجاد می کند به طوری که میانگین توان خروجی کمتر از MPP اسمی است.

دامنه (پیک به پیک) ریپل ولتاژ با فرکانس سوئیچینگ، ولتاژ PV، ظرفیت باس و اندوکتانس فیلتر با توجه به موارد زیر تعیین می شود:

جایی که:

VPV ولتاژ DC پنل خورشیدی است،

Cbus ظرفیت خازن باس است،

L اندوکتانس سلف فیلتر است،

fPWM فرکانس سوئیچینگ است.

معادله (1) در مورد یک خازن ایده‌آل اعمال می‌شود که از عبور بار از خازن در طول شارژ جلوگیری می‌کند و سپس انرژی واقع در میدان الکتریکی را بدون مقاومت تخلیه می‌کند.در واقعیت، هیچ خازن ایده آل نیست (شکل 4) بلکه از عناصر متعدد تشکیل شده است.علاوه بر خازن ایده آل، دی الکتریک کاملاً مقاوم نیست و یک جریان نشتی کوچک از آند به کاتد در امتداد یک مقاومت شنت محدود (Rsh) جریان می یابد و ظرفیت دی الکتریک (C) را دور می زند.هنگامی که جریان از خازن عبور می کند، پین ها، فویل ها و دی الکتریک کاملا رسانا نیستند و یک مقاومت سری معادل (ESR) در سری با ظرفیت خازن وجود دارد.در نهایت، خازن مقداری انرژی را در میدان مغناطیسی ذخیره می‌کند، بنابراین یک سلف سری معادل (ESL) در سری با ظرفیت خازن و ESR وجود دارد.

شکل 4: مدار معادل یک خازن عمومی.یک خازن استمتشکل از بسیاری از عناصر غیر ایده آل، از جمله ظرفیت دی الکتریک (C)، مقاومت شنت نامتناهی از طریق دی الکتریک که خازن، مقاومت سری (ESR) و سلف سری (ESL) را دور می زند.

حتی در یک جزء به ظاهر ساده مانند یک خازن، عناصر متعددی وجود دارد که می توانند از کار بیفتند یا تخریب شوند.هر یک از این عناصر می توانند بر رفتار اینورتر، هم در سمت AC و هم در سمت DC تأثیر بگذارند.به منظور تعیین اثر تخریب اجزای خازن غیر ایده آل بر ریپل ولتاژ وارد شده در پایانه های PV، یک اینورتر پل H تک قطبی PWM (شکل 2) با استفاده از SPICE شبیه سازی شد.خازن های فیلتر و سلف ها به ترتیب در 250μF و 20mH نگهداری می شوند.مدل‌های SPICE برای IGBTها از کار پتری و همکارانش مشتق شده‌اند. سیگنال PWM که سوئیچ‌های IGBT را کنترل می‌کند، به ترتیب توسط یک مدار مقایسه‌کننده و معکوس کننده برای سوئیچ‌های IGBT سمت بالا و پایین تعیین می‌شود.ورودی برای کنترل های PWM یک موج حامل سینوسی 9.5 ولت، 60 هرتز و یک موج مثلثی 10 ولت، 10 کیلوهرتز است.