طراحی و شبیه سازی اینورتر سه سطحی

فهرست مطالب

فصل اول: مقدمه. 2

1-1-مقدمه 2

1-1-1-کاربردهای اینورتر در صنعت :3

1-2-دسته بندی اینورترها از لحاظ کارکرد :3

1-2-1-اصول کار مدارات اینورتر:4

1-3-ویژگی های اینورتر 8

فصل دوم: مروری بر گذشته. 12

2-1-انواع اینورترها12

2-1-1-اینورتر های ولتاژ. 13

2-1-2-اینورتر تکفاز. 15

2-1-3-اینورتر سه فاز. 27

2-1-4-اینورتر از لحاظ تعداد سطوح:36

2-1-5-انواعاینورترچندسطحی:38

2-1-6مزایاومعایباینورترچندسطحی.. 39

2-1-6-1-مزایا40

2-1-6-2معایب:40

2-2-طراحیهایپیشرفته :40

فصل سوم: مدلسازی.. 43

3-1-انواع مدلاسیون فضای برداری 43

3-1-1-مدولاسیون پهنای پالس سینوسی (spwm)43

3-1-2-مدولاسیون هیسترزیس.... 44

3-1-3-اجرای محاسبات SVM با استفاده از تکنیک کلاسه بندی بردارها45

3-3-مطالعه مدارهایاصلی از مبدل های سه سطحی 50

3-3-1-توپولوژی مدار و اصل کار کردن از مبدل های سه سطحی:50

3-3-2-مدل بندی ریاضی مبدل سه سطحی:51

3-3-3-بردار های سه سطحی:53

3-4-تئوریSVM :54

3-5-تجزیه و تحلیل برداری اینورتر سه فاز:57

3-6-اینورتر سه سطحی NPC:62

فصل چهارم:سیستم خورشیدی.. 67

4-1-تحلیل و عملکرد سلول خورشیدی 67

4-1-1-معرفی انرژی خورشیدی و چگونگی تولید آن.. 67

4-2-تاریخچه استفاده از انرژی خورشیدی 68

4-3-مزایا و معایب انرژی خورشیدی 69

4-4-تاریخچه سلول های خورشیدی 71

4-5-علل احتیاج به سلول خورشیدی.. 71

4-6-انواع سلول های خورشیدی 72

4-6-1-سلول های تک‌بلوری.. 72

4-6-2-....................................................................................................................... سلول‌های چندبلوری.. 72

4-6-3-سیلیسیم بی شکل.. 72

4-7-سیلیکون چگونه سلول خورشیدی رامی‌سازد؟. 73

4-7-1-ساخت سلول های خورشیدی.. 75

4-7-2-سلول های خورشیدی پیشرفته. 75

4-8-تشریح یک سلول 76

4-9-سیستم های فتوولتائیک 78

4-9-1-معرفی پدیدهفتوولتائیک.... 78

4-9-2-معرفی سیستم های فتوولتائیک و مزایا ومعایب این سیستم ها79

4-9-2-1-مزایای تولید الکتریسته با استفاده از سیستم هایفتوولتائیک.... 79

4-9-2-2-معایب سیستم های فتوولتائیک.... 80

4-9-3-کاربرد سیستمهای فتو ولتائیک.... 80

4-9-4-آشنایی با بخش های مختلف یک سیستم فتو ولتائیک کامل 81

4-9-5-راندمان سلول های خورشیدی 82

4-9-6تاثیرافزایش درجه حرارت محیط بر پارامترهای مشخصه الکتریکی سلول خورشیدی.. 82

4-9-7-تاثیر تغییر میزانانرژی جذب شده از خورشید در منحنی مشخصه الکتریکی سلول خورشیدی.. 83

4-9-8-افزایش راندمان سلول هایفتوولتائیک.... 83

4-10-اجزای سیستم های فتوولتائیک.... 85

4-10-1-پنل یا مدول خورشیدی.. 85

4-10-2-تنظیم کننده. 86

4-10-3واحد ذخیره سازی انرژی در سیستم هایفوتوولتائیک.... 86

4-10-4-تنظیم کننده ولتاژ خروجی.. 87

4-10-5-اینورتر ولتاژ. 88

4-11-طبقه بندی سیستم های فوتوولتائیک از لحاظنحوه تامین بار مصرف کننده. 88

فصل پنجم:شبیه سازی.. 91

5-1-مقایسه اینورتر های چند سطحی با یکدیگر 91

5-2-شبیه سازی انواع مختلف اینورترها و حذف هارمونیک ها93

5-2-1-مدار شبیه سازی شده یک اینورتر تکفاز و ارائه نتایج.. 93

5-2-2-مدار شبیه سازی شده یک اینورتر سه فاز تمام پل.. 95

5-2-3-ولتاژ خروجی اینورتر. 96

5-2-4-شبیه سازی اینورتر دو سطحی.. 98

5-2-5-شبیه سازی اینورتر سه سطحی 100

5-2-6-فیلتر کردن ولتاژ خروجی و حذف هارمونیکهای ولتاژ خروجی.. 101

5-3-شبیه سازی اینورترهای چند طبقه و مینیمم کردن میزان THD در آن.. 104

5-3-1-ساختار اینورتر. 104

5-3-2-عناصر و اجزای استفاده شده در شبیه سازی.. 104

5-3-3-مدار شبیه سازی شده اینورتر هفت سطحی.. 105

5-3-4-ولتاژ خروجی اینورتر هفت سطحی و میزان THD به ازای شاخص مدولاسیون m=0.7. 106

5-3-5-ولتاژ خروجی اینورتر و میزان THD به ازای شاخص مدولاسیون m=0.8. 108

5-3-6-ولتاژ خروجی اینورتر و میزان THD به ازای شاخص مدولاسیون m=0.84. 109

5-3-7-ولتاژ خروجی اینورتر و میزان THD به ازای شاخص مدولاسیون m=0.9. 110

5-3-8-مقایسه میزانTHD حاصل از شبیه سازی به ازای چهار شاخص مدولاسیون مختلف.... 111

5-3-9-نحوه محاسبه زوایای کلید زنی در متلب... 112

5-3-10-سایر موارد. 112

5-4-طراحی و شبیه سازی یک نمونه فیلتر برای سیستم فتوولتائیک 114

نتیجه گیری:130

فهرست شکل ها

شکل1-2: شکل موج خروجی ولتاژ و جریان اینورتر تکفاز تمام پل.. 5

شکل1-3: شمای کلی یک اینورتر تکفاز تمام پل و شکل موج ولتاژ و جریان خروجی.. 6

شکل2-1: ولتاژ تغذیه شده توسط یکسوکننده دیودی.. 14

شکل 2-2: اینورتر ولتاژ تکفاز. 16

شکل 2-3 :حالت ها ، متغییر های کلید زنی و شکل موج های ولتاژ و جریان خروجی اینوتر ولتاژ تکفاز در حالت کار موج مربعی ساده .19

شکل 2-4 :حالت ها ، متغییر های کلید زنی و شکل موج های ولتاژ و جریان خروجی اینوتر ولتاژ تکفاز در حالت کار موج مربعی بهینه 20

شکل 2-5: شکل موج های ولتاژ و جریان خروجی اینورتر ولتاژ تکفاز در حالت PWM : ( الف)m=1 (ب) m=0/5 (N=10). 22

شکل 2-6: شکل موج های ولتاژ و جریان خروجی اینوتر ولتاژ تکفاز در حالت PWM : ( الف)m=1 (ب) m=0/5 (N=10). 23

شکل 2-7: طیف هماهنگی ولتاژ خروجی اینورتر ولتاژ تکفاز : الف ) حالت موج مربعی ، ب) حالت موج مربعی بهینه. 24

شکل 2-8 : طیف هماهنگی ولتاژ خروجی اینورتر ولتاژ تکفاز در حالت PWM : ( الف ) N=10 (ب) N=20 (m=1)25

شکل 2-9: طیف هماهنگی جریان خروجی در اینورتر ولتاژ تکفاز : (الف) حالت موج مربعی ،(ب) حالت موج بهینه. 26

شکل 2-10: طیف هماهنگی ولتاژ خروجی اینورتر ولتاژ تکفاز در حالت PWM : ( الف ) N=10 (ب) N=20 (m=1)27

شکل 2-11:شکل موج جریان ورودی اینورتر ولتاژ تکفاز : ( الف ) حالت موج مربعی بهینه ، (ب) حالت PWMN=20 (m=1)28

شکل 2-12: طیف هماهنگی جریان ورودی در اینورتر تکفاز : الف حالت موج مربعی بهینه ب) حالت حالت PWMN=20 (m=1)29

شکل 2-13: اینورتر ولتاژ سه فاز. 31

شکل 2-14: حالت ها ، متغییر های کلید زنی ، و شکل موج ولتاژ اینورتر ولتاژ سه فاز ،در حالت موج مربعی.. 31

شکل 2-15 : شکل موج های ولتاژ و جریان خروجی اینورتر ولتاژ سه فاز در حالت کار موج مربعی ( بار RL ). 32

شکل 2-16 : شکل موج جریان ورودی اینورتر ولتاژ سه فاز در حالت کار موج مربعی.. 33

شکل 2-17:شکل موج های متغییر کلید زنی و ولتاژ خروجی در اینورتر در یه حالت PWM (N=10 ,m=0/75). 33

شکل 2-18:شکل موج های ولتاژ و جریان خروجی در یک اینورتر سه فاز منبع ولتاژی در حالت PWM (بار RL). 34

الف ) زاویه بار 30درجه ب) زاویه بار 60 درجه (N=12 ,m=0/75). 34

شکل 2-19:شکل موج های ولتاژ و جریان خروجی در یک اینورتر سه فاز منبع ولتاژی در حالت PWM (بار RL). 34

الف ) زاویه بار 30درجه ب) زاویه بار 60 درجه (N=12 ,m=0/75). 35

شکل 3-1:مدلاسیون پهنای پالس سینوسی.. 44

شکل3-2:مدولاسیون هسترزیس سه سطحی.. 45

شکل 3-3:الف بردار حالت های کلید زنی SVM سه فاز. ب)نمودار جعبه ای SVM با کلاسه بندی بردارها برای اینورتر منبع ولتاژ را نشان می دهد.47

شکل2-4:الف:اینورتر سه فاز سه سطحی ب: بارو فیلتر. 48

شکل 3-5 :مدار اصلی مبدل سه سطحی.. 51

شکل 3-6: شبیه سازی مدل مبدل سه سطحی.. 52

شکل 3-7: بردار ولتاژ برای مبدل سه سطحی.. 54

شکل(3-8): معادل بین سیستم سه فاز و نمایش برداری.. 55

شکل3-9 : اینورتر منبع ولتاژ سه فاز. 57

شکل3-10: شکل موج ولتاژ خروجی و حالت برنامه نویسی بدون PWM... 58

شکل3-11: بردارهای سوئیچینگ مربوط به عملکرد غیر مدوله، اینورتر. 58

شکل3-12: شکل موج جریان فاز خزوجی.. 59

شکل3-13: مسیر بردار جریان در صفحه مختلط... 61

شکل3-14: شماتیک یک اینورتر سه سطحی NPC. 63

شکل3-15: دیاگرام مدولاسیون فضای برداری برای یک اینورتر سه سطحی NPC. 64

شکل 4-1: (الف) سیلیکون نوع N و(ب)سیلیکوننوعP - اثر میدان الکتریکی روی سلول فوتوولتایی.. 76

شکل 4-2: (A) سیلیکون نوع N و (B) سیلیکون نوعP عملکرد سلول فوتوولتایی.. 77

شکل 4-3: ساختار یک مولد سلول سیلیکونیPV. 78

شکل 5-1 مدار شبیه سازی شده یک اینورتر تکفاز. 93

شکل 5-2 خروجی AC اینورتر تکفاز. 94

شکل 5-3 مدار شبیه سازی شده یک اینورتر سه فاز تمام پل.. 95

شکل 5-4ولتاژ خروجی اینورتر-فازهای R , S, T. 96

شکل 5-5 وضعیت هدایت یا عدم هدایت IGBT ها97

شکل 5-6- شکل موج ولتاژ دو سطحی.. 98

شکل 5-7-مقدار THD اینورتر دو سطحی.. 99

شکل 5-8-ولتاژ های خروجی اینورتر سه سطحی.. 100

شکل 5-9-مقدار THD اینورتر سه سطحی.. 101

شکل5-10- اینورتر با فیلتر میان گذر. 102

شکل 5-11-ولتاژ خروجی پس از فیلتر شدن.. 103

شکل5-12-اینورتر هفت سطحی.. 105

شکل5-13-مدار شیبه سازی شده اینورترهفت سطحی.. 106

شکل 5-14- ولتاژ خروجی اینورترهفت سطحی و ولتاژ طبقات اول و دوم و سوم به ازای m=0.7. 107

شکل 5-15 میزان THD به ازای m=0.7. 107

شکل 5-16 ولتاژ خروجی اینورتر هفت سطحی و ولتاژ طبقات اول و دوم و سوم به ازای m=0.8. 108

شکل 5-17 میزان THD به ازای m=0.8. 108

شکل 5-18 ولتاژ خروجی اینورتر هفت سطحی و ولتاژ طبقات اول و دوم و سوم به ازای m=0.84. 109

شکل 5-19 میزان THD به ازای m=0.84. 109

شکل5-20- ولتاژ خروجی اینورتر هفت سطحی و ولتاژ طبقات اول و دوم و سوم به ازای m=0.9. 110

شکل5-21- میزان THD به ازای m=0.9. 111

شکل 5-22- نمودار درصد THD بر حسب شاخص مدولاسیون – رسم شده با متلب... 111

شکل 5-23- نحوه روشن خاموش بودن ترانزیستورها در THD مینیمم.. 113

شکل5-24- فیلتر شبیه سازی شده. 114

شکل5-25- نمودار شکل موج قبل از فیلتر شدن (ورودی فیلتر). 115

شکل5-26-نمودار شکل موج بعد از فیلتر شدن (خروجی فیلتر). 115

شکل5-27 نمودار سیستم قدرت قبل از فیلتر گذاری.. 116

شکل5-28 نمودار شکل موج ها قبل از فیلتر گذاری.. 117

شکل5-29 نمودار سیستم قدرت بعد از فیلتر گذاری.. 118

شکل5-30- نمودار شکل موج ها بعد از فیلتر گذاری.. 119

شکل 5-31-ساده ترین مبدل DC به DC از نوع چاپر کاهنده. 120

شکل5-32-ولتاژ ورودی و همچنین ولتاژ خروجی چاپر. 121

شکل 5-33- یک مبدل DC به DC دارای خروجی نسبتا ثابت و قابل کنترل.. 122

شکل 5-34- ولتاژ ورودی و ولتاژ دو سر دیود و همچنین ولتاژ خروجی مبدل.. 123

شکل 5-35- ساختار شبیه سازی شده سیستم فتوولتائیک را در نرم افزار متلب... 124

شکل 5-36 - نمودار نحوه تابش.... 125

شکل 5-37- ولتاژ تولید شده در یک سلول خورشیدی.. 125

شکل 5-38- ولتاژ خروجی ذخیره ساز انرژی(ورودی مبدل dc-dc). 126

شکل 5-39- ولتاژ خروجی مبدل dc-dc (ولتاژ ورودی اینورتر). 126

شکل 5-40 ولتاژ خروجی اینورتر ( دارای هارمونیک های اضافی). 127

شکل 5-41 ولتاژ خروجی پس از فیلتر شدن (دارای هارمونیک بسیار کم). 127

شکل 5-42 ولتاژ خروجی پس از فیلتر شدن (دارای هارمونیک بسیار کم) – در بازه زمانی کوچکتر. 128

شکل 5-43- ولتاژ خروجی اینورتر ( دارای هارمونیک های اضافی). 128

شکل 5-44- ولتاژ خروجی پس از فیلتر شدن (دارای هارمونیک بسیار کم). 129

شکل 5-45- ولتاژ خروجی پس از فیلتر شدن (دارای هارمونیک بسیار کم) – در بازه زمانی کوچکتر. 129

فهرست جداول

جدول 2-1 :بررسی ساق های اینورتر در زمان خاموش و روشن بودن کلید.. 17

جدول 2-2: حالت عملکرد اینورتر در موج مربعی.. 18

جدول 2-3: قوانین کنترل اینورتر در حالت مربعی بهینه. 19

جدول 2-3: نتیجه ولتاژ خروجی خط به خط و خط به نول.. 30

جدول 3-1 : حالت های مختلف کلیدزنی در اینورتر سه سطحی.. 49

جدول3-2: حالت های سوئیچینگ شاخه A.. 64

جدول3-3: زمان ساکن هر قسمت برای اینورتر NPC سه فاز. 66

جدول3-4: حالت های فازها در بخش 2.. 66

جدول 4-1: مقایسه میزانTHD حاصل از شبیه سازی به ازای چهار شاخص مدولاسیون مختلف.... 111

چکیده

اینورترها می توانند از یک ولتاژ dc ثابت یا متغیر،ولتاژهای ac تکفاز وسه فاز تولید نمایند.روش های گوناگونی برای کنترل ولتاژ خروجی اینورتروجود دارد که در این پایانامه از یک سیستم اینورتر با ورودی پنل خورشیدی معرفی شده است .در این سیستم ابتدا ولتاژ حاصل از پنل خورشیدی توسط یک مبدل بوست،به ولتاژ تنظیم شده تبدیل می گردد.سپس این ولتاژDC با استفاده ازیک اینورتر سه سطحی با کنترل SVM به ولتاژ متناوب تبدیل می شود.استفاده ازاینورتر سه سطحی باعث کاهش فرکانس کلید زنی وکاهش تلفات می شود.برای بررسی صحت عملکرد،سیستم درمحیط simulinkنرم افزار matlabشبیه سازی شده است.

فصل اول: مقدمه

1-1- مقدمه

مبدلهای جریان مستقیم به متناوب با نام اینورتر شناخته می شوند. وظیفه یک اینورتر تبدیل یک ولتاژ ورودی مستقیم به یک جریان ولتاژ خروجی متناوب و متقارن با دامنه و فرکانس مورد نظر است. ولتاژ خروجی می تواند در فرکانس ثابت یا متغییر, مقداری ثابت یا متغییر داشته باشد. ولتاژ خروجی را می توان با تغییر ولتاژ ورودی مستقیم و ثابت نگه داشتن بهره اینورتر به دست آورد. از طرفی , اگر ولتاژ ورودی مستقیم ثابت بوده و قابل کنترل نباشد می توان با تغییر بهره اینورتر , یک ولتاژ متغیر را در خروجی به دست آورد . که این عمل معمولا به وسیله کنترل مدولاسیون پهنای (pwm) در داخل صورت می گیرد.بهره اینورتر را می توان برابر با نسبت ولتاژ متناوب خروجی به ولتاژ مستقیم ورودی تعریف کرد.

شکل موجهای ولتاژ خروجی در اینورتر در اینورترهای ایدهآل باید سینوسی باشد, با این حال در اینورترهای علمی این شکل موجهاغیر سینوسی بوده و دارای یک سری هارمونیکهای مشخص می باشد. در کاربردهای توان متوسط و توان پایین , ولتاژهای مربعی و یا تقریبا مربعی ممکن است قابل قبول باشد ولی در کاربردهای توان بالا به موجهای سینوسی با اعوجاج بسیار کم نیاز است. با در اختیار داشتن قطعات نیمه هادی قدرت سریع , می توان با استفاده از روش های کلیدزنی, هارمونیکهای ولتاژ خروجی را به نحوه چشمگیری کاهش داد.]14

1-1-1- کاربردهای اینورتر در صنعت :

اینوترها به طور گسترده ای در صنعت به کار می روند(مثل گردانندهای موتورهای ac با دور متغییر , گرم کننده القایی , منابع تغدیه کمکی و منابع تغذیه بدون وقفه ) ورودی اینورتر ممکن است یک باتری , سلول زغالی , سلول خورشیدی ویا هرمنبع مستقیم دیگری باشد.خروجی اینورترهای تکفاز معمولا برابر (1) 120 ولت در فرکانس 60 هرتز(2) 220 ولت در فرکانس 50 هرتز و (3) 115ولت در فرکانس 400 هرتز است.

در سیستمهای سه فاز توان بالا , خروجی های معمول عبارتند از 380/220 ولت در فرکانس 50 هرتز , (2) 208/120 ولت در فرکانس 60 هرتز و (3) 200/115 ولت در فرکانس 400 هرتز).]11[

1-2- دسته بندی اینورترها از لحاظ کارکرد :

اینوترها را می توان به دو دسته کلی تقسم کرد: 1) اینورتر های تکفاز و 2) اینورترهای سه قاز

هر دسته, می توان بسته به نوع کاربرد بسته به نوع کاربرد از عناصر روشن کننده و خاموش کننده کنترل شده (مثل BJT ها ,MOSFET ها ,IGBT ها ,MCT ها ,SIT ها وGTOها )ویا تریستورهای با کموتاسیون اجباری استفاده کند.این اینوترها معمولا از سیگنالهای کنترلPWM برای تولید ولتاژخروجی متناوب استفاده می کنند.اگر ولتاژ ورودی اینورتر ثابت باشد, اینورتر به نام اینورتر تغدیه شونده با ولتاژ و در صورتیکه جریان ورودی ثابت نگه داشته شود به نام اینورتر تغذیه شونده با ولتاژ و در صورتی که جریان ورودی ثابت نگه داشته شود به نام اینورتر تغذیه شونده با جریان خوانده می شود واگر ورودی قابل کنترل باشد, اینورتر با اتصال dc متغییر نامیده می شود. ]11[

1-2-1- اصول کار مدارات اینورتر:

شمای کلی و ساده یک اینورتر تکفاز تمام پل را در شکل زیر مشاهده می کنید

جدول 1-1: جدول کلید زنی در اینورتر تکفاز تمام پل

شکل1-1: شمای کلی و ساده یک اینورتر تکفاز تمام پل

همان طور که در جدول بالا مشاهده می کنید هرگاه کلید های و روشن شوند سیگنال خروجی ولتاژ به صورت + و هر گاه کلیدهای و روشن شوند سیگنال خروجی ولتاژ به صورت – خواهد بود و هرگاه کلیدهای و ویا کلیدهای و با هم روشن شوند ولتاژ خروجی صفر می باشد.

شکل1-2: شکل موج خروجی ولتاژ و جریان اینورتر تکفاز تمام پل

شکل زیر اینورتر تکفاز تمام پل با IGBT و شکل موجهای ولتاژ و جریان خروجی را نمایش می دهد.

شکل1-3: شمای کلی یک اینورتر تکفاز تمام پل و شکل موج ولتاژ و جریان خروجی

شکل موج اینورتر ها در حالت معمول به شکل موج مربعی نزدیک است برای اینکه این شکل موج را به حالت سیسنوسی نزدیک کنیم می توانیم چندین اینورتر را به هم متصل کرد ویک اینورتر چند سطحی بسازیم. شکل 1-4نمایش ساده ای از اینورتر چند سطحی می باشد

.
شکل 1-4:نمایش ساده ای از اینورتر چند سطحی

اینورترها قطعات متحرک ندارند و در طیف گسترده ای از ابزارهای کاربردی استفاده می شوند، از منبع تغذیه کامپیوتر گرفته تا ابزار بزرگ حمل و نقل فله. اینورترها معمولا برای تامین جریان AC از منابع DC مانند پنل های خورشیدی یا باتری مورد استفاده قرار می گیرند.

اینورتر نوسان ساز الکترونیکی قدرت بالا است. دلیل این نام گذاری آن است که این دستگاه عمل عکس مبدل برق AC به DC متداول را انجام می دهد. درواقع اینورتر یا درایو AC به دستگاهی گفته می شود که به کمک آن می توان سرعت یک موتور AC سه فاز را کنترل کرد بدون آنکه قدرت و گشتاور موتور کاهش یابد. اینورترها در ظرفیتهای مختلف ساخته می شوند مثلاً برای یک موتور با توان 20 اسب بخار باید از اینورتر 20 HP استفاده کرد.

0از نظر ورودی اینورترها به دو دسته تک فاز و سه فاز تقسیم می گردند. البته خروجی همه آنها سه فاز است. برای اینورترهای با توان بالای 3 اسب فقط از ورودی سه فاز استفاده می گردد.

برخی از اینورتر های با توان پایین دارای هشداری مبنی بر عدم استفاده از آنها برای روشن کردن لامپهای فلورسنت معمولی هستند. دلیل این هشدار این است که خازن تصحیح توان به صورت موازی با لامپ وصل شده است. با برداشتن خازن مشکل رفع خواهد شد.]13[

1-3- ویژگی های اینورتر

کاهش انرژی مصرفی و لذا کاهش هزینه برق، کاهش جریان راه اندازی و در نتیجه طولانی شدن عمر موتور ، امکان تغییر سرعت موتور، امکان تغییر جهت حرکت موتور، داشتن حفاظت در برابر اضافه بار، امکان کار موتور در شرایطی که ولتاژ ورودی متغیر است، امکان کنترل از راه دور، ایجاد سرعت بیشتر از سرعت نامی موتور، برنامه ریزی کردن حرکت.

اینورتر به صورت هوشمند میزان بار وارده به موتور را تشخیص داده و متناسب با همان بار، به موتور جریان می دهد و این جریان در بسیاری از مواقع از جریان نامی موتور کمتر است. دستگاهی الکترونیکی است که بوسیله آن می توان سرعت موتورهای سه فاز را تغییر داد.]15[

دیگر کاربردها ی آن می توان به موارد زیر اشاره کرد :

**تنظیم کننده سرعت موتور (کنترل دور)

**تغیر دهنده جهت دور به راحتی و بدون نیاز به کنتاکتور

**روشن و خاموش نمودن موتور بدون نیاز به قطع و وصل برق اصلی

**کاهش ضربه های مکانیکی و در نتیجه افزایش طول عمر مفید قسمت مکانیکی

**حفاظت موتور در مقابل افزایش ولتاژ و جلوگیری از آسیب دیدن موتور

راه اندازی نرم موتور بدون هیچگونه ضربه به قسمتهای مکانیکی مثل کوپلینگها ، گیر بکسها ، تسمه ها ، زنجیرها و ... و در نتیجه افزایش طول عمر مفید موتور و سایر قسمتهای مکانیکی را به دنبال خواهد داشت

حفاظت موتور در برابر اضافه بار؛ در این حالت چنانچه بار موتور از مقدار معمول مجاز بیشتر شود ، اینورتر موتور را خاموش می نماید و به کاربر پیام اضافه بار نشان می دهد .

جلوگیری از گرم کردن و در نهایت سوختن موتور در کابرد هایی که موتور به طور مداوم چپگرد و راستگرد و یا خاموش می شود

چنانچه از اینورتر استفاده شود این اضافه جریان بسیار اندک خواهد شد )حداکثر 2/0 برابر (به عنوان مثال اگر یک موتور با جریان نامی 10 کار کند در هنگام راه اندازی این جریان به 60آمپر می رسد و در صورت استفاده از اینورتر این جریان حداکثر به 12 می رسد .

کاهش جریان موتور به صورت اتوماتیک در هنگامی که بار موتور کم می شود . این قابلیت به غیر از کاهش هزینه برق مصرفی موجب افزایش طول عمر مفید موتور خواهد شد .

امکان استفاده از برق تکفاز220ولت به جای سه فاز 380 ولت برای راه اندازی موتور سه فاز حداکثر با توان 3HP ( 2.2kw ). به این معنا که می توان با برق خانگی یک موتور سه فاز را کاملا به صورت عادی راه اندازی نمود .

قابلیت داشتن دورهای مختلف به صورت حافظه ای .تبدیل یک موتور یک دور به یک موتور چند دور با سرعتهای دلخواه ،امکان ایجاد فشار ثابت در کاربرد پمپها به این ترتیب است که با تغییر دور موتور فشار مورد نظر را ثابت نگه میدارد . به عنوان مثال فشار آب یک مخزن را ثابت نگه می دارد بنابراین در هنگام مصرف آب دور موتور به صورت خودکار زیاد می شود و در هنگامی که آب مصرف نمی گردد دور موتور به صورت خودکار کاهش می یابد . بنابراین دور موتور با مقدار مصرف تغییر می نماید بنابراین آب با فشار ثابت به تمام نقاط می رسد .

مکان اتصال اینکدر به اینورتر که باعث می شود دور یک موتور با موتور دیگر یکسان شود .کنترل دور به صورت خودکار در مواردی که لازم است دور موتور بسته به میزان محصول تولید شده تغییر کند . استفاده از اینورترها بر روی پمپ و فن و کمپرسورها در طی سال های اخیر بسیار گسترش یافته است .استفاده از آنها برای کنترل دور موتورها مزایای زیادی دارد که مهمترین آنها عبارتند از :

1- عدم نیاز به دستگاههای کنترل دبی مکانیکی.

2- ذخیره انرژی تا 50%

3- نبودن شوک راه اندازی.

4- افزایش عمر مفید قطعات مکانیکی.

از اینورترها در سه ناحیه استفاده می گردد :

1- فعالیتهای گشتاور ثابت مثل میکسرها , اکسترودرها , نوارهای نقاله و . . .

2- فعالیتهای توان ثابت مثل کشش و دستگاههای ماشینی.

3- فعالیتهای گشتاور متغیر مثل فن و پمپ.

در پمپها و فنها میزان دبی با سرعت موتور متناسب است. اما توان مصرفی با مکعب سرعت تناسب دارد. مثلاً اگر دور موتور به میزان 50% کاهش یابد آنگاه توان مصرفی لازم 12.5% خواهد بود و این به مفهوم 87.5% صرفه جویی در انرژی است.]14[

فصل دوم: مروری بر گذشته

 2-1- انواع اینورترها

بستهبهنوعکاربرد،نوعکلید،نوعشبکهکهاینورتربهآنوصلمیشودو... اینورترهایمختلفیمورداستفادهقرارمیگیرند. دراینقسمتبهبررسیکوتاهیراجعبهاینانواعمیپردازیم.

درحالتکلیازلحاظنوعتغذیهاینورتروباریکهاینورترانراتغذیهمیکند،میتواناینورترهارابهدوگروهزیرتفسیمکرد :

1:اینورترهایمنبعولتاژ VSI .

2- اینورترهایمنبعجریان CSI.

اینورترهایمنبعجریانبیشتردرکاربردهایدرایوهایماشینهایبزرگصنعتیکاربرددارندیادرجاهائیکهبحثتوانبالاوجوددارددرایناینورترهاورودی DC اینورترجریانمیباشدوخروجی AC سینوسیآنولتاژ . امااینورترهایمنبعولتاژیبرعکسمیباشدیعنیورودی DC ولتاژوخروجی AC سینوسیجریانمیباشد . درهردوایناینورترهاتوانقابلیتانتقالدرهردوسمترادارامیباشدیعنیدرصورتیکهولتاژوجریانهمعلامتباشندسیستمبصورتاینورترودرصورتیکهمختلفالعلامتباشندسیستمبصورترکتیفایرعملمیکند.

2-1-1- اینورتر های ولتاژ

تبدیل dcبه acبه کمک اینورتر ها تحقق می یابد. اینورتراز یک منبع dc تغذیه می شود ولی ولتاژ و جریان خروجی مولفه های اصلی بزرگی با دامنه و فرکانس قابل تنظیم دارند. بسته به نوع ، اینورتر های ولتاژ (VSI ها) و اینورتر های جریان (CSI ها ) مشخص می شوند . علاوه بر یکسو کننده ها ، اینورتر های ولتاژ متداول ترین مبدل های الکترونیک قدرت به شمار می روند. ولتاژ ورودی dc برای یک اینورتر ولتاژ از یکسو کننده معمولاً کنترل نشونده دیودی یا از دیگر منابع dc مانند باتری ( مثلاً در خودرو های تغذیه شده توسط باتری ) تامین می شود. مطابق شکل 2-1 اگر از یکسو کننده استفاده شود ، اینورتر مشابه برشگر ها از طریق یک رابط LCdc، شبیه رابط به کار رفته در برشگر تغذیه می شود . خازن رابط مانند یک منبع ولتاژ عملی رفتار می کند، چون ولتاژ دو سر آن نمی تواند تغییرات لحظه ای داشته باشد . وظیفه اصلی القاگر جداسازی یکسوکننده تغذیه کننده و سیستم قدرت از مولفه فرکانس – بالای جریان ورودی اینورتر است. بر خلاف خازن ، وجود القاگر به طور ذاتی مورد نیاز نیست. در واقع در بعضی اینورتر های عملی ، به منظور کاهش ابعاد و قیمت مبدل و جلوگیری از کاهش ماکزیمم ولتاژ خروجی قابل دسترس به علت افت ولتاژ روی دو سر القاگر ، این القاگر حذف می شود. ]16[