Balikkan litar pembetulan, sambungkan satu hujung ke arus terus (DC), dan hujung yang satu lagi boleh membawa keluar arus ulang alik (AC). Ini adalah penyongsang, peranti yang menukarkan arus terus kepada arus ulang alik.
Kebanyakan beban komersial, perindustrian dan kediaman memerlukan kuasa AC, tetapi kuasa AC tidak boleh disimpan dalam bateri, dan storan bateri adalah penting untuk kuasa sandaran. Pada masa kini, kecacatan ini boleh diatasi dengan bekalan kuasa DC.
Kekutuban kuasa DC tidak berubah dari semasa ke semasa seperti kuasa AC, jadi kuasa DC boleh disimpan dalam bateri dan supercapacitors. Jadi kita boleh mula-mula menukar kuasa AC kepada kuasa DC, dan kemudian menyimpannya dalam bateri. Dengan cara ini, apabila kuasa AC diperlukan untuk mengendalikan peralatan AC, kuasa DC akan ditukar kembali kepada kuasa AC untuk mengendalikan peralatan AC.
Mengikut sumber input, kaedah sambungan, bentuk gelombang voltan keluaran, dan lain-lain aplikasi, penyongsang dibahagikan kepada 17 kategori utama berikut.
1. Kelaskan mengikut sumber input
Input penyongsang boleh menjadi punca voltan atau punca arus, jadi ia dibahagikan kepada penyongsang punca voltan (VSI) dan penyongsang punca arus (CSI).
Penyongsang Sumber Voltan (VSI)
Apabila input penyongsang adalah sumber voltan DC malar, penyongsang dipanggil penyongsang punca voltan.
Input penyongsang sumber voltan mempunyai sumber voltan DC tegar dengan galangan sifar. Malah, impedans sumber voltan DC boleh diabaikan. Dengan mengandaikan bahawa VSI dikuasakan oleh sumber voltan yang ideal (sumber impedans yang sangat rendah), voltan keluaran AC sepenuhnya ditentukan oleh keadaan peranti pensuisan dalam penyongsang dan bekalan kuasa DC yang digunakan.
Penyongsang Sumber Semasa (CSI)
Apabila input penyongsang ialah sumber arus DC malar, penyongsang dipanggil penyongsang punca arus.
Arus tegar dibekalkan daripada sumber kuasa DC ke CSI, di mana punca kuasa DC mempunyai galangan yang tinggi. Biasanya, induktor besar atau arus kawalan gelung tertutup digunakan untuk menyediakan arus tegar. Gelombang arus yang terhasil adalah tegar dan tidak terjejas oleh beban. Arus keluaran AC ditentukan sepenuhnya oleh peranti pensuisan dalam penyongsang dan keadaan bekalan kuasa terpakai DC.
2. Kelaskan mengikut fasa keluaran
Mengikut voltan keluaran dan fasa semasa, penyongsang dibahagikan kepada dua kategori: penyongsang fasa tunggal dan penyongsang tiga fasa.
Penyongsang fasa tunggal
Penyongsang fasa tunggal menukar input DC kepada output fasa tunggal. Voltan/arus keluaran penyongsang fasa tunggal hanya mempunyai satu fasa, dan frekuensi nominalnya ialah voltan nominal 50Hz atau 60Hz.
Voltan nominal ditakrifkan sebagai tahap voltan di mana sistem elektrik beroperasi. Terdapat voltan nominal yang berbeza, iaitu 120V, 220V, 440V, 690V, 3.3KV, 6.6KV, 11kV, 33kV, 66kV, 132kV, 220kV, 400kV, dan 765kV. Voltan nominal rendah boleh dicapai secara langsung melalui penggunaan transformer dalaman atau penyongsang dengan litar boost dan buck, manakala untuk voltan nominal tinggi, transformer rangsangan luaran digunakan.
Penyongsang fasa tunggal digunakan untuk beban rendah. Kerugian fasa tunggal lebih tinggi, dan kecekapan fasa tunggal lebih rendah daripada penyongsang tiga fasa. Oleh itu, penyongsang tiga fasa adalah pilihan pilihan untuk beban tinggi.
Penyongsang tiga fasa
Penyongsang tiga fasa menukarkan arus terus kepada kuasa tiga fasa. Bekalan kuasa tiga fasa menyediakan tiga saluran kuasa AC dengan sudut fasa yang dipisahkan secara seragam. Amplitud dan frekuensi ketiga-tiga gelombang yang dihasilkan pada hujung keluaran adalah sama, tetapi sedikit berbeza disebabkan oleh beban, dan setiap gelombang mempunyai anjakan fasa 120 darjah antara satu sama lain.
Pada asasnya, penyongsang tiga fasa tunggal terdiri daripada tiga penyongsang fasa tunggal, setiap satu dengan jarak fasa 120 darjah, dan setiap penyongsang fasa tunggal disambungkan kepada salah satu daripada tiga terminal beban.
3. Dikelaskan mengikut teknologi komutasi
Mengikut teknologi pertukaran, ia boleh dibahagikan kepada dua jenis utama: pertukaran garis dan penyongsang ganti paksa. Di samping itu, boleh terdapat penyongsang komutasi tambahan dan penyongsang komutasi pelengkap, tetapi kerana ia tidak biasa digunakan, kita akan membincangkan secara ringkas dua jenis utama di sini.
Pembalikan baris
Dalam jenis penyongsang ini, voltan talian litar AC boleh diperolehi melalui peralatan; Apabila arus dalam SCR mengalami ciri sifar, peranti dimatikan. Proses tukar ganti ini dipanggil line commutation, dan penyongsang yang berfungsi berdasarkan prinsip ini dipanggil line commutation inverter.
Penggantian paksa
Dalam jenis pertukaran ini, tidak akan ada titik sifar dalam bekalan kuasa. Itulah sebabnya beberapa sumber luaran diperlukan untuk membetulkan peranti. Proses tukar ganti ini dipanggil tukar ganti paksa, dan penyongsang berdasarkan proses ini dipanggil penyongsang tukar paksa.
4. Dikelaskan mengikut kaedah sambungan
Mengikut kaedah sambungan thyristor dalam litar, ia boleh dibahagikan kepada penyongsang siri, penyongsang selari, dan penyongsang jambatan, di antaranya penyongsang jambatan dibahagikan lagi kepada separuh jambatan, jambatan penuh, dan jambatan tiga fasa.
Penyongsang siri
Penyongsang siri terdiri daripada sepasang litar thyristor dan RLC (rintangan, induktansi, dan kemuatan). Satu thyristor disambungkan selari dengan litar RLC, dan satu thyristor disambung secara bersiri antara bekalan kuasa DC dan litar RLC. Penyongsang jenis ini dipanggil penyongsang siri kerana beban disambung secara langsung secara bersiri dengan sumber kuasa DC dengan bantuan thyristor.
Penyongsang siri juga dikenali sebagai penyongsang tukar sendiri kerana thyristor penyongsang jenis ini ditukar sendiri oleh beban. Nama lain untuk penyongsang ini ialah 'penyongsang penukaran beban'. Sebab untuk memberikan nama ini ialah LCR ialah beban yang menyediakan pertukaran.
Penyongsang selari
Penyongsang selari terdiri daripada dua thyristor, sebuah kapasitor, sebuah transformer pili tengah, dan sebuah induktor. Thyristor digunakan untuk menyediakan laluan untuk aliran arus, manakala induktor digunakan untuk memastikan sumber arus tetap. Pengaliran dan pemadaman thyristor ini dikawal oleh kapasitor komutasi yang disambungkan di antara mereka.
Ia dipanggil penyongsang selari kerana dalam operasi, kapasitor disambungkan selari dengan beban melalui pengubah.
Penyongsang separuh jambatan
Penyongsang separuh jambatan memerlukan dua suis elektronik untuk beroperasi. Suis boleh menjadi MOSFET, IJBT, BJT atau thyristor.Setengah jambatan dengan suis thyristor dan BJT memerlukan dua diod tambahan, kecuali untuk beban perintang tulen, manakala MOSFET mempunyai diod terbina dalam. Ringkasnya, dua suis mencukupi untuk memenuhi beban rintangan tulen, manakala beban lain (aruh dan kapasitor) memerlukan dua diod tambahan. Diod ini dipanggil diod maklum balas atau diod roda bebas.
Prinsip kerja penyongsang separuh jambatan adalah sama untuk semua suis, tetapi di sini kita membincangkan separuh jambatan dengan suis thyristor. Terdapat dua thyristor pelengkap, yang bermaksud menjalankan satu thyristor pada satu masa. Untuk beban rintangan, litar beroperasi dalam dua mod. Kekerapan pensuisan akan menentukan frekuensi keluaran. Apabila frekuensi keluaran ialah 50HZ, setiap thyristor mengalir sekali selama 20ms.
Penyongsang jambatan penuh
Penyongsang jambatan penuh fasa tunggal mempunyai empat suis terkawal yang digunakan untuk mengawal arah aliran arus dalam beban. Jambatan ini mempunyai 4 diod maklum balas yang boleh menyalurkan semula tenaga yang disimpan dalam beban kepada bekalan kuasa. Diod maklum balas ini hanya berfungsi apabila semua thyristor dimatikan dan beban itu bukan beban rintangan semata-mata.
Untuk sebarang beban, hanya 2 thyristor berfungsi pada satu masa. Thyristor T1 dan T2 akan mengalir dalam satu kitaran, manakala T3 dan T4 akan mengalir dalam kitaran lain. Dalam erti kata lain, apabila T1 dan T2 berada dalam keadaan ON, T3 dan T4 berada dalam keadaan OFF, manakala apabila T3 dan T4 berada dalam keadaan ON, dua lagi berada dalam keadaan OFF. Membuka dua atau lebih thyristor sekaligus boleh menyebabkan litar pintas, menjana haba yang berlebihan, dan serta-merta membakar litar.
Penyongsang jambatan tiga fasa
Beban berat industri dan lain-lain memerlukan bekalan kuasa tiga fasa. Untuk mengendalikan beban berat ini daripada peranti storan atau sumber kuasa DC lain, penyongsang tiga fasa diperlukan. Penyongsang jambatan tiga fasa boleh digunakan untuk tujuan ini.
Penyongsang jambatan tiga fasa ialah satu lagi jenis penyongsang jambatan, yang terdiri daripada 6 suis terkawal dan 6 diod, seperti yang ditunjukkan dalam rajah.
5. Dikelaskan mengikut mod pengendalian
Mengikut mod operasi, penyongsang dibahagikan kepada tiga kategori utama:
Penyongsang bebas
Penyongsang bebas disambungkan terus kepada beban dan tidak akan diganggu oleh sumber kuasa lain. Penyongsang bebas atau "penyongsang mod luar grid", penyongsang membekalkan kuasa kepada beban secara bebas tanpa terjejas oleh grid atau sumber kuasa lain.
Penyongsang ini dipanggil penyongsang mod luar grid kerana ia tidak terjejas oleh grid utiliti. Penyongsang ini tidak boleh disambungkan ke grid utiliti kerana ia tidak mempunyai keupayaan penyegerakan, di mana penyegerakan ialah proses pemadanan fasa dan frekuensi nominal (50/60hz) dua sumber kuasa AC.
Penyongsang bersambung grid
Grid connected atau grid connected inverter (GTI) mempunyai dua fungsi utama. Satu fungsi penyongsang bersambung grid adalah untuk membekalkan kuasa AC daripada peranti storan (sumber kuasa DC) kepada beban AC, manakala satu lagi fungsi penyongsang bersambung grid adalah untuk menyediakan kuasa tambahan kepada grid.
Penyongsang bersambung grid, juga dikenali sebagai penyongsang interaktif utiliti, penyongsang antara sambungan grid atau penyongsang maklum balas grid, menyegerakkan kekerapan dan fasa arus untuk menyesuaikan diri dengan grid utiliti. Dengan meningkatkan tahap voltan penyongsang, kuasa dihantar dari sumber kuasa DC ke grid utiliti.
Penyongsang dua puncak
Penyongsang dwi puncak boleh beroperasi sebagai penyongsang bersambung grid dan penyongsang bebas. Penyongsang ini boleh menyuntik tenaga tambahan daripada sumber tenaga boleh diperbaharui dan peranti storan ke dalam grid, dan mendapatkan semula elektrik daripada grid apabila tenaga yang dijana oleh tenaga boleh diperbaharui tidak mencukupi. Dalam erti kata lain, penyongsang ini boleh beroperasi sebagai penyongsang bebas dan penyongsang bersambung grid mengikut keperluan beban. Penyongsang dwi puncak adalah pelbagai fungsi, termasuk fungsi penyongsang bebas dan penyongsang bersambung grid.
Fungsi penyongsang dwi puncak akan berbeza mengikut beban. Sekiranya terdapat masalah dengan grid kuasa atau apabila kuasa tenaga boleh diperbaharui mencukupi untuk memenuhi beban, fungsinya akan ditukar kepada penyongsang bebas (ia menjadi penyongsang bebas). Dalam kes ini, suis pemindahan akan memutuskan sambungan penyongsang daripada grid.
Sebaik sahaja tenaga boleh diperbaharui mula menjana tenaga tambahan, mod pengendalian akan beralih daripada mod bebas kepada mod bersambung grid. Penyongsang menyegerakkan fasa dan kekerapannya dengan penyongsang dan mula menyuntik tenaga tambahan ke dalam grid.
6. Kelaskan mengikut bentuk gelombang keluaran
Penyongsang ideal merujuk kepada penyongsang yang menukar isyarat DC kepada keluaran AC sinusoidal tulen. Masalah dengan penyongsang sebenar ialah isyarat keluarannya bukan sinusoidal semata-mata. Mengikut bentuk gelombang keluaran, penyongsang dibahagikan kepada tiga kategori:
Penyongsang gelombang persegi
Ini adalah penyongsang paling mudah untuk menukar arus terus kepada arus ulang alik, tetapi bentuk gelombang keluaran bukanlah gelombang sinus tulen yang diperlukan. Penyongsang ini mempunyai gelombang segi empat sama pada hujung keluaran. Dengan kata lain, penyongsang ini menukar input DC kepada AC dalam bentuk gelombang persegi. Sementara itu, penyongsang gelombang persegi juga lebih murah.
Struktur paling mudah bagi penyongsang ini boleh menjadi penyongsang jambatan-H. Seperti yang ditunjukkan dalam rajah, menggunakan suis SPDT (single push double throw) sebelum pengubah boleh mencapai versi yang lebih mudah. Pengubah ini juga akan membantu mencapai sebarang tahap voltan keluaran yang dikehendaki.
Pengendalian model tertentu adalah sangat mudah. Hanya menghidupkan dan mematikan suis secara serentak akan menukar arus pada terminal output. Dalam erti kata lain, menukar lontaran berganda kutub tunggal pada frekuensi yang dikehendaki akan menjana gelombang persegi AC pada output penyongsang biasa (iaitu pengubah pili tengah). Herotan harmonik bagi gelombang sinus biasa ialah kira-kira 45%, yang boleh dikurangkan lagi dengan menggunakan penapis untuk menapis beberapa harmonik.
Penyongsang gelombang sinus kuasi
Penyongsang gelombang sinus kuasi, juga dikenali sebagai penyongsang gelombang sinus diubah suai dengan gelombang sinus berperingkat. Dalam erti kata lain, isyarat keluaran penyongsang ini secara beransur-ansur meningkat dalam polariti positif. Selepas mencapai puncak positif, isyarat keluaran secara beransur-ansur berkurangan sehingga ia mencapai puncak negatif, seperti yang ditunjukkan dalam rajah.
Struktur penyongsang gelombang sinus seakan jauh lebih mudah daripada penyongsang gelombang sinus tulen, tetapi lebih kompleks daripada penyongsang gelombang persegi tulen.
Walaupun bentuk gelombang keluaran akhir penyongsang ini bukanlah gelombang sinus tulen, herotan harmonik keluaran masih dikurangkan kepada 24%. Penapisan akan mengurangkan lagi herotan, tetapi jumlah herotan masih ketara. Atas sebab ini, penyongsang ini bukanlah pilihan utama untuk memandu pelbagai beban, termasuk litar elektronik.
Gelombang kuasi sinus boleh merosakkan peranti elektronik secara kekal dengan pemasa dalam litar. Jika disambungkan kepada penyongsang gelombang sinus kuasi, semua peralatan elektrik dengan motor tidak akan berfungsi dengan cekap seperti yang disambungkan kepada penyongsang gelombang sinus tulen. Selain itu, peralihan bentuk gelombang yang pantas boleh menyebabkan bunyi bising. Disebabkan isu ini, penggunaan penyongsang gelombang sinus separa adalah terhad.
Penyongsang gelombang sinus tulen
Penyongsang sinus tulen menukarkan DC kepada AC sinus hampir tulen. Bentuk gelombang keluaran penyongsang gelombang sinus tulen masih bukan gelombang sinus yang ideal, tetapi ia lebih lancar daripada penyongsang gelombang persegi dan kuasi gelombang sinus.
Bentuk gelombang keluaran penyongsang gelombang sinus tulen mempunyai harmonik yang sangat rendah. Harmonik ialah gelombang sinus dengan gandaan ganjil bagi frekuensi asas amplitud yang berbeza. Harmonik sangat tidak popular kerana ia boleh menyebabkan masalah serius dengan pelbagai peralatan elektrik. Dengan menggunakan pelbagai teknik PWM dan kemudian menghantar isyarat keluaran melalui penapis laluan rendah, harmonik ini boleh dikurangkan lagi.
Pembinaan dan pengendalian penyongsang gelombang sinus tulen jauh lebih kompleks daripada penyongsang gelombang persegi dan diubah suai.
Penyongsang ini lebih baik daripada dua penyongsang pertama kerana kebanyakan peralatan elektrik memerlukan gelombang sinus tulen untuk beroperasi dengan lebih baik. Seperti yang dinyatakan sebelum ini, penyongsang gelombang persegi atau kuasi gelombang sinus boleh merosakkan peralatan elektrik, terutamanya yang dilengkapi dengan motor. Oleh itu, untuk kegunaan praktikal, penyongsang sinus tulen digunakan.
7. Dikelaskan mengikut bilangan tahap keluaran
Tahap keluaran mana-mana penyongsang boleh sekurang-kurangnya dua atau lebih. Mengikut bilangan tahap output, penyongsang dibahagikan kepada dua kategori: penyongsang dua peringkat dan penyongsang berbilang peringkat.
Penyongsang dua tahap
Penyongsang dua peringkat mempunyai dua tahap keluaran. Voltan keluaran berselang seli antara positif dan negatif, dan berselang seli pada frekuensi asas (50Hz atau 60Hz).
Sesetengah yang dipanggil 'penyongsang dua peringkat' mempunyai tiga tahap dalam bentuk gelombang keluarannya. Sebab untuk mengklasifikasikan penyongsang tiga peringkat ke dalam kategori ini ialah salah satu tahap adalah voltan sifar. Sebenarnya, sifar ialah tahap ketiga, tetapi ia masih dikelaskan sebagai penyongsang dua peringkat.
Litar penyongsang dua peringkat terdiri daripada sumber dan beberapa suis yang mengawal arus atau voltan. Disebabkan oleh had kehilangan suis dan penarafan peranti, operasi frekuensi tinggi penyongsang dua peringkat dalam aplikasi voltan tinggi adalah terhad. Walau bagaimanapun, nilai undian suis boleh ditingkatkan melalui gabungan siri dan selari. Kumpulan suis yang menyediakan separuh kitaran positif dalam penyongsang dua peringkat dipanggil suis kumpulan positif, manakala kumpulan suis lain yang menyediakan separuh kitaran negatif dipanggil suis kumpulan negatif.
Disebabkan sebab-sebab berikut, penyongsang dua peringkat tidak diutamakan. Penyongsang memerlukan bilangan minimum suis dan sumber kuasa untuk mengendalikan dan menukar kuasa dalam langkah voltan kecil. Langkah voltan yang lebih kecil akan memberikan bentuk gelombang berkualiti tinggi. Selain itu, ia juga boleh mengurangkan tekanan voltan (dv/dt) dan isu keserasian elektromagnet pada beban. Oleh itu, penyongsang berbilang peringkat adalah pilihan pertama yang lebih praktikal.
Penyongsang berbilang peringkat (MLI)
Penyongsang berbilang peringkat menukar isyarat DC kepada bentuk gelombang bertingkat bertingkat. Bentuk gelombang keluaran penyongsang berbilang peringkat tidak secara langsung positif dan negatif, tetapi berbilang peringkat. Disebabkan oleh fakta bahawa kelancaran bentuk gelombang adalah berkadar terus dengan bilangan tahap voltan. Oleh itu, penyongsang berbilang peringkat akan menghasilkan bentuk gelombang yang lebih licin. Seperti yang dinyatakan sebelum ini, ciri ini menjadikannya sesuai untuk aplikasi praktikal.
Kesimpulan:
Artikel ini memperkenalkan 17 jenis penyongsang utama, tetapi sebenarnya, terdapat banyak klasifikasi penyongsang lain. Sebagai contoh, penyongsang berbilang peringkat juga boleh dibahagikan kepada penyongsang kapasitor terbang (FCMI), penyongsang diapit diod (DCMI), dan penyongsang jambatan H berlatarkan.
Dari perspektif aplikasi praktikal, penyongsang tiga fasa sesuai untuk aplikasi beban tinggi, penyongsang sinus tulen boleh melindungi peralatan elektrik dengan lebih baik, dan penyongsang berbilang peringkat adalah pilihan yang lebih praktikal.