اینورترها به گروه بزرگی از مبدل‌های استاتیک تعلق دارند که شامل بسیاری از مبدل‌های امروزی می‌شوند.'دستگاه‌هایی که قادر به«تبدیل کردن« ».پارامترهای الکتریکی در ورودی، مانند ولتاژ و فرکانس، به گونه‌ای که خروجی مطابق با الزامات بار تولید شود.

به طور کلی، اینورترها دستگاه‌هایی 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 کاربرد خاص تغییر می‌کند، حتی اگر هسته هدف اصلی آنها یکسان باشد (تبدیل DC به AC).

۱. اینورترهای مستقل و متصل به شبکه

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

:اینورترهای مستقل

:اینورترهای متصل به شبکه

اینورترهای مستقل برای کاربردهایی هستند که نیروگاه فتوولتائیک به شبکه توزیع انرژی اصلی متصل نیست. اینورتر قادر به تأمین انرژی الکتریکی برای بارهای متصل است و پایداری پارامترهای الکتریکی اصلی (ولتاژ و فرکانس) را تضمین می‌کند. این امر آنها را در محدوده‌های از پیش تعریف شده نگه می‌دارد و قادر به تحمل شرایط اضافه بار موقت است. در این شرایط، اینورتر با یک سیستم ذخیره باتری کوپل می‌شود تا از تأمین انرژی مداوم اطمینان حاصل شود.

از سوی دیگر، اینورترهای متصل به شبکه می‌توانند با شبکه الکتریکی که به آن متصل هستند، همگام‌سازی شوند زیرا در این حالت، ولتاژ و فرکانس ...«تحمیل شده« ».توسط شبکه اصلی. این اینورترها باید بتوانند در صورت خرابی شبکه اصلی، از شبکه جدا شوند تا از هرگونه تغذیه معکوس احتمالی شبکه اصلی که می‌تواند یک خطر جدی باشد، جلوگیری شود.

شکل ۱ - نمونه‌ای از سیستم مستقل و سیستم متصل به شبکه. تصویر از Biblus.

۲. نقش خازن باس چیست؟

هدف اینورتر تبدیل ولتاژ DC به سیگنال AC است تا بتواند توان را با فرکانس معین و زاویه فاز کوچک به بار (مثلاً شبکه برق) تزریق کند.φ ≈0). یک مدار ساده شده برای مدولاسیون پهنای پالس (PWM) تک فاز تک قطبی در شکل نشان داده شده است.2 (همین طرح کلی را می‌توان به یک سیستم سه فاز نیز تعمیم داد). در این طرح کلی، یک سیستم PV که به عنوان منبع ولتاژ DC با مقداری اندوکتانس منبع عمل می‌کند، از طریق چهار سوئیچ IGBT موازی با دیودهای هرزگرد به یک سیگنال AC تبدیل می‌شود. این سوئیچ‌ها در گیت از طریق یک سیگنال PWM کنترل می‌شوند، که معمولاً خروجی یک IC است که یک موج حامل (معمولاً یک موج سینوسی با فرکانس خروجی مورد نظر) و یک موج مرجع با فرکانس بسیار بالاتر (معمولاً یک موج مثلثی با فرکانس 5-20 کیلوهرتز) را مقایسه می‌کند. خروجی IGBT ها از طریق اعمال توپولوژی‌های مختلف فیلترهای LC به یک سیگنال AC مناسب برای استفاده یا تزریق به شبکه تبدیل می‌شود.

دریافت پیش فاکتور

شکل ۲: مدولاسیون پهنای پالس (PWM) تک فازتنظیم اینورتر. سوئیچ‌های IGBT، همراه با فیلتر خروجی LC، سیگنال ورودی DC را به یک سیگنال AC قابل استفاده تبدیل می‌کنند. این امر باعث ایجاد ... می‌شود.موج ولتاژ مضر در پایانه‌های PV. باسخازن به گونه‌ای انتخاب می‌شود که این ریپل را کاهش دهد.

عملکرد IGBTها یک ولتاژ موجی را به ترمینال آرایه PV وارد می‌کند. این موج برای عملکرد سیستم PV مضر است، زیرا ولتاژ اسمی اعمال شده به ترمینال‌ها باید در نقطه حداکثر توان (MPP) منحنی IV نگه داشته شود تا بیشترین توان استخراج شود. موج ولتاژ روی ترمینال‌های PV، توان استخراج شده از سیستم را نوسان می‌دهد و در نتیجه

یک خروجی توان متوسط پایین‌تر (شکل ۳). یک خازن به باس اضافه می‌شود تا ریپل ولتاژ را هموار کند.

شکل ۳: ریپل ولتاژی که توسط طرح اینورتر PWM به ترمینال‌های PV وارد می‌شود، ولتاژ اعمال شده را از نقطه حداکثر توان (MPP) آرایه PV جابجا می‌کند. این امر باعث ایجاد ریپل در توان خروجی آرایه می‌شود به طوری که میانگین توان خروجی کمتر از MPP اسمی است.

دامنه (پیک تا پیک) ریپل ولتاژ توسط فرکانس سوئیچینگ، ولتاژ PV، ظرفیت باس و اندوکتانس فیلتر طبق رابطه زیر تعیین می‌شود:

کجا:

VPV ولتاژ DC پنل خورشیدی است،

Cbus ظرفیت خازن باس است،

L اندوکتانس سلف‌های فیلتر است،

fPWM فرکانس سوئیچینگ است.

معادله (1) برای یک خازن ایده‌آل اعمال می‌شود که از عبور بار از خازن در حین شارژ جلوگیری می‌کند و سپس انرژی موجود در میدان الکتریکی را بدون هیچ مقاومتی تخلیه می‌کند. در واقعیت، هیچ خازنی ایده‌آل نیست (شکل 4) بلکه از چندین عنصر تشکیل شده است. علاوه بر ظرفیت خازنی ایده‌آل، دی‌الکتریک کاملاً مقاوم نیست و یک جریان نشتی کوچک از آند به کاتد در امتداد یک مقاومت شنت محدود (Rsh) جریان می‌یابد و ظرفیت خازنی دی‌الکتریک (C) را دور می‌زند. هنگامی که جریان از طریق خازن عبور می‌کند، پین‌ها، فویل‌ها و دی‌الکتریک کاملاً رسانا نیستند و یک مقاومت سری معادل (ESR) به صورت سری با ظرفیت خازنی وجود دارد. در نهایت، خازن مقداری انرژی را در میدان مغناطیسی ذخیره می‌کند، بنابراین یک اندوکتانس سری معادل (ESL) به صورت سری با ظرفیت خازنی و ESR وجود دارد.

شکل ۴: مدار معادل یک خازن عمومی. یک خازن عبارت است ازمتشکل از عناصر غیر ایده‌آل بسیاری، از جمله ظرفیت دی‌الکتریک (C)، یک مقاومت شنت غیرنامتناهی از طریق دی‌الکتریک که از خازن عبور می‌کند، مقاومت سری (ESR) و اندوکتانس سری (ESL).

حتی در قطعه‌ای به ظاهر ساده مانند خازن، عناصر متعددی وجود دارند که می‌توانند خراب یا تخریب شوند. هر یک از این عناصر می‌توانند بر رفتار اینورتر، چه در سمت AC و چه در سمت DC، تأثیر بگذارند. به منظور تعیین تأثیر تخریب اجزای خازن غیر ایده‌آل بر ریپل ولتاژ ایجاد شده در ترمینال‌های PV، یک اینورتر پل H تک قطبی PWM (شکل 2) با استفاده از SPICE شبیه‌سازی شد. خازن‌ها و سلف‌های فیلتر به ترتیب در 250 میکروفاراد و 20 میلی‌هانری نگه داشته شده‌اند. مدل‌های SPICE برای IGBTها از کار پتری و همکارانش گرفته شده است. سیگنال PWM که سوئیچ‌های IGBT را کنترل می‌کند، به ترتیب توسط یک مقایسه‌گر و مدار مقایسه‌گر معکوس برای سوئیچ‌های IGBT سمت بالا و پایین تعیین می‌شود. ورودی برای کنترل‌های PWM یک موج حامل سینوسی 9.5 ولت، 60 هرتز و یک موج مثلثی 10 ولت، 10 کیلوهرتز است.