انواع مبدل های الکتریکی

انواع مبدل های الکتریکی

انواع مبدل های الکتریکی

الکترونیک قدرت
الکترونیک قدرت شاخه ای از الکترونیک صنعتی است. الکترونیک قدرت مبحثی است
متشکل از مهندسی الکترونیک و مهندسی قدرت که در آن عملکرد الکترونیک حالت
جامد برای کنترل و تبدیل توان الکتریکی بررسی می گردد. به عبارت دیگر الکترونیک
قدرت به بررسی استفاده از نیمه هادی ها در قدرت می پردازد.
کاربردها
تقریبا تمام منابع تغذیه جدید همچون شارژرها، اینورترها و یو پی اس ها از ساختارهای
الکترونیک قدرت استفاده می کنند. برای مثال شارژر موبایل و لپ تاپ، منابع تغذیه
کامپیوتر و مانیتور و سیستم های قدرت ماشین های لباسشویی بر این اساس طراحی و
ساخته می شوند. در صنعت رایجترین استفاده از الکترونیک قدرت در محرکه های با
سرعت متغیر موتور القایی است. در سطوح توان بالاتر، الکترونیک قدرت در
کاربردهایی مانند انرژی های نو و بهینه سازی سیستم قدرت مورد استفاده قرار
می گیرد تریستور ها، ترایاکها و دیاک از جمله قطعات پر کاربرد در این شاخه از
الکترونیک می باشند.
تقسیم بندی
بسته به ورودی و خروجی مبدل های الکترونیک قدرت، می توان آنها را به چهار دسته
تقسیم بندی کرد:
(مبدل های AC به DC یا ) یکسوسازها با کنترل ، رکتیفایر
(مبدل های DC به DC )برشگر یا چاپرها
(مبدلهای AC به AC )یکسو کننده های ولتاژ AC سیکلوکانورترها مبدلهای ماتریسی
(مبدلهای DC به AC )متناوب ساز

AC TO AC Converters
مبدل های جریان متناوب به جریان متناوب AC به AC
کنترل کننده های ولتاژ متناوب
تعریف :
o مبدل های AC/AC توان را از یک منبع یا شبکه جریان متناوب دریافت می کنند
و به بار یا شبکه جریان متناوب دیگر با دامنه ، فرکانس یا فاز متفاوت تحویل می
دهند
کاربردها :
o کنترل موتورهای کوچک در وسایل منزل
o کنترل سرعت موتورهای آسنکرون در قدرتهای چند مگاوات
o کنترل سرعت موتورهای سنکرون در قدرتهای چند مگاوات
o کنترل روشنایی
o (تغییر فاز یا ولتاژ ترانسفورماتور ) کنترل توان اکتیو و راکتیو
o گرم کننده های صنعتی
طبقه بندی مبدل های AC
(فرکانس خروجی با ورودی برابرست ) AC Regulator
o به صورت تک فاز و سه فاز
o روش کنترل
o قطع و وصل
o (کنترل زاویه فاز ) زاویه آتش

فرکانس خروجی متفاوت از ورودی است
o (نوع مستقیم ) سیکلو کانورتر ، مبدل ماتریسی
o (نوع غیر مستقیم با واسط DC ) لینک خازنی ، لینک سلفی ، لینک سلفی خازنی
مبدل های AC به AC با قابلیت تغیر فرکانس

DC TO DC Converters
مبدل جریان مستقیم به جریان مستقیم ، رگولاتور DC به DC ) چاپر (
این مبدل ، برشگر یا رگولاتور کلیدی نیز نامیده می شود . در مدارهای الکترونیک
قدرت برای تبدیل نمودن ولتاژ DC ورودی تنظیم نشده به یک ولتاژ DC خروجی
متغییر یا تنظیم شده به کار میرود این گونه مدارها بیشتر در صنعت منبع تغذیه ،
مانند منابع تغذیه به حالت کلید زنی ) SMPS ( می باشد در کاربرد درایوهای کششی
DC با قدرت بالا ، مبدلهای DC به DC به عنوان برشگرها شناخته میشوند
برای بدست آوردن چنین مدارهایی ، نیاز داریم که مبدل هایی را طراحی کنیم که از
چند 111 کیلو هرتز تا چند مگا هرتز کار کنند در مبدل های تشدیدی ، قطعات کلید
زنی به گونه ی مورد استفاده قرار میگیرند که بسته به کارکرد کلید زنی تلفات روشن
سازی یا خاموش سازی را بتوان کاهش داد یا حذف نمود چنین مبدل هایی به نام مبدل
های با کلید زنی نرم شناخته میشوند این مبدل ها در طراحی منابع تغذیه DC با چگالی
قدرت بالا برای رایانه های لپ تاپ ، آداپتورها ، رایانه های یادداشت و ابزار دقیق
مخابرات و هوا فضا مورد استفاده قرار میگیرد
وظیفه اصلی تبدیل مورد نیاز ، قطعات کلید زنی قابل دسترسی و مشخصه آنها ، مدار
های راه انداز ، کنترل و حفاظت ، و حداکثر تلفات کلید زنی و سرانجام قیمت و اندازه ،
و وزن میباشد بسته به ساختار مورد استفاده ، مدارهای الکترونیک قدرت توانایی انتقال
دادن قدرت را فقط در یک جهت ) یعنی قدرت یک جهته از منبع به طرف بار جریان می
بابد ( در هر دو جهت ) یعنی قدرت دو جهته از بار به منبع و از منبع به بار جاری
میگردد ( را دارد در این حالت اخیر گفته میشود که مبدل در حالت تولید مجدد ) احیا
کنندگی ( کار میکنید .

انواع رگولاتورهای کلید زنی :
o رگولاتورهای کاهنده
o رگولاتورهای افزاینده
o رگولاتورهای کاهنده افزاینده –
o رگولاتورهای CUK
رگولاتور کاهنده :
ولتاژ متوسط خروجی کمتر از از ورودی Va است شبه چاپر کاهنده است و دارای دو
مرحله ی کاری است مرحله ی اول ترانزیستور در زمان صفر روشن است جریان به
خاطر وجود سلف در حال افزایش است و در مرحله ی دوم ترانزیستور در زمان T1
خاموش است دیود هرزگرد به خاطر انرژی ذخیره شده در سلف هدایت میکند و
جریان سلف کاهش می یابد

رگولاتور افزاینده :
ولتاژ متوسط خروجی بیشتر از ولتاژ ورودی است یک چاپر افزاینده است مرحله ی اول
ترانزیستور در زمان صفر است جریان ورودی شروع به افزایش میکند و از سلف
میگذرد مرحله ی دوم ترانزیستور در زمان T1 خاموش میشود جریان سلف به طور
خطی از T1 از L1 به L2 میرسد
مبدل DC به DC

DC TO AC Converters
(مبدل جریان مستقیم به جریان متناوب DC به AC )متناوب ساز
مبدل جریان مستقیم به جریان متناوب
مبدل جریان مستقیم به جریان متناوب یا اینورتر ) Inverter ( به المان هایی اطلاق
می شود که جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل می کند. فرکانس و سطح ولتاژی
تولیدی توسط این قطعه الکترونیکی می تواند توسط تقویت کننده ها به سطح ولتاژ و
فرکانس دلخواه تبدیل گردد. موج تولیدی توسط اینورترها یک موج مربعی است که
می توان با استفاده از فیتلرهای مخصوص آن را به موج سینوسی تبدیل کرد. عملی که
این مبدل ها انجام می دهند معکوس عملی است که یکسو کننده ها انجام می دهند.

اینورتر یک دستگاه الکتریکی است که می تواند جریان مستقیم ) DC ( را به جریان متناوب
( AC ( تبدیل کند. با استفاده از ترانسفورماتورها ، سوئیچ ها و مدارات کنترل ، AC تبدیل
شده می تواند هر مقدار ولتاژی و فرکانسی داشته باشد. اینورترهای استاتیک قطعات
متحرک ندارند و در رنج وسیعی از کاربردها استفاده می شوند. از منابع تغذیه
سوئیچینگ در کامپیوترها تا کاربردهای جریان مستقیم ولتاژ بالای تاسیسات الکتریکی
برای انتقال عمده توان. اینورترها معمولا برای تغذیه توان AC از منبع DC استفاده می
شود مثل پنل خورشیدی یا باتری ها. اینورترهای الکتریکی اسیلاتورهای الکتریکی توان
بالا هستند. علت نامگذاری این است که قبلا برای تبدیل کردن DC به AC از مبدل های
AC به DC به صورت معکوس استفاده می شد. اینورتر عمل مخالف تابع یکسوساز را
انجام می دهد.

شکل موج خروجی :
شکل موج متناوب متشکل از مجموعی از بی نهایت سری از موج های سینوسی است.
موج سینوسی که همان فرکانس را دارد به عنوان شکل موج اصلی ، مولفه ی اصلی
نامیده می شود. شکل موج های سینوسی دیگر ، هارمونیک نامیده می شوند ، که
شامل یک سری با مضارب صحیح فرکانس اصلی هستند. کیفیت شکل موج خروجی
با استفاده از اطلاعات )THD( اینورتر می تواند برای محاسبه امواج هارمونیکی کل
آنالیز فوریه بیان شود. امواج هارمونیکی کل جذر مجموع مربعات ولتاژ هارمونیک ها
تقسیم بر ولتاژ اصلی است.
کیفیت شکل موج خروجی که از یک اینورتر مد نظر است به مشخصات مصرف کننده
وابسته است. بعضی مصرف کننده ها برای کارکرد صحیح به منبع ولتاژ تقریبا سینوسی
کامل نیاز دارند. مصرف کننده های دیگر ممکن است با ولتاژ مربعی خیلی خوب کار
کنند.

طراحی های پیشرفته :
پیکره بندی های مختلفی برای مدارات قدرت وجود دارد و راه حل های مختلفی در
طراحی اینورتر استفاده می شود. روش های مختلف طراحی که ممکن است کما بیش
اهمیت داشته باشد ، به این که اینورتر برای چه مقصودی طراحی شده است ، بستگی
دارد. برامد کیفیت شکل موج به روش های زیادی می تواند مرتب شود. خازن ها و
سلف ها می توانند برای فیلتر کردن شکل موج استفاده شوند. اگر طراحی شامل یک
ترانسفورمر باشد ، فیلتر می تواند به اولیه یا ثانویه ترانسفورمر یا به هر دو سمت آن
اعمال شود. فیلتر پایین گذر برای اجازه عبور دادن به مولفه اصلی شکل موج به
خروجی در حین محدود کردن عبور مولفه های هارمونیک به کار برده می شود. اگر
اینورتر برای تامین انرژی در فرکانس ثابت طراحی شده است ، یک فیلتر تشدید می
تواند مورد استفاده قرار گیرد. برای یک اینورتر فرکانس متغیر ، فیلتر باید برای
فرکانسی تنظیم شود که بالاتر از حداکثر فرکانس مولفه اصلی باشد . از آنجایی که اکثر
مصرف کننده ها شامل سلف هستند ، یکسوسازهای فیدبک یا دیود های موازی-
معکوس اغلب به دو سر هر یک از سوئیچ های نیمه هادی متصل می شود تا مسیری
برای پیک جریان بار القائی موقع قطع سوئیچ ایجاد کند. دیودهای موازی معکوس تا –

حدی شبیه دیودهای هرزگرد استفاده شده در مدارات مبدل های AC/DC هستند.
تحلیل فوریه نشان می دهد که یک شکل موج ، مثل موج مربعی ، که حدودا در
نقطه 131 درجه غیر متقارن هستند ، فقط شامل هارمونیک های فرد هستند ، سوم ،
پنجم ، هفتم و الی آخر. شکل موج هایی که پله هایی با عرض های معین و سعود و
نزول محو دارند ، هارمونیک های اضافی را حذف می کنند. برای مثال با اضافه کردن
یک پله صفر ولت بین قسمت های مثبت و منفی موج مربعی ، همه ی هارمونیک هایی
که بر 8 بخش پذیر هستند ، حذف می شوند و فقط هامونیک های پنجم ، هفتم ،
یازدهم ، سیزدهم و … باقی می ماند. عرض مورد نیاز برای پله ها یک سوم پریود هر
پله مثبت یا منفی و یک ششم پریود هر پله صفر ولت است. تغییر موج مربعی توضیح
داده شده در بالا یک مثال از مدولاسیون پهنای باند ) PWM ( است. مدولاسیون ، یا
رگولاسیون عرض یک پالس موج مربعی اغلب به عنوان متودی از رگوله کردن یا
تنظیم ولتاژ خروجی اینورتر است. زمانی که کنترل ولتاژ لازم نیست ، یک عرض پالس
ثابت می تواند برای کاهش یا خذف کردن هارمونیک مورد نظر انتخاب شود. تکنیک
حذف هارمونیک معمولا روی پایین ترین هارمونیک ها ) از لحاظ فرکانسی ( به کار
برده می شود چون فیلترینگ در فرکانس های بالاتر موثرتر از فرکانس های پایین
است. طرح های کنترلی Multiple pulse-width یا carrier based PWM شکل موج
هایی را ارائه می دهد که با پالس های کم عرض زیادی ترکیب شده اند. فرکانس به
نمایندگی از تعداد پالس های باریک در ثانیه ، فرکانس سوئیچینگ یا فرکانس کریر
نامیده می شود. این طرح های کنترلی اغلب در اینورترهای کنترل موتورهای فرکانس
متغیر استفاده می شوند زیرا رنج وسیعی از ولتاژ و فرکانس خروجی را قابل تنظیم می
کنند در حین بهتر کردن کیفت شکل موج. اینورترهای چند سطحی روش دیگری را
برای حذف هارمونیک ها ارائه می کنند. اینورترهای چند سطحی شکل موجی را در
خروجی ایجاد می کند که چندین پله مجزا از سطوح مختلف ولتاژ را ارائه می کند.
برای مثال ممکن است که چند موج سینوسی را با داشتن ورودی های جریان مستقیم
در دو سطح ولتاژ یا ورودی های مثبت و منفی با زمین مرکزی ایجاد کند. با اتصال
ترمینال های خروجی اینورتر به ترتیب بین مثبت و زمین ، مثبت و منفی ، زمین و منفی
، سپس هر دو به زمین ، یک شکل موج پله ای در خروجی اینورتر تولید می شود. این
مثالی از اینورتر سه سطحی است : دو ولتاژ و یک زمین
اینورتر انجام تابع مخالف از یک یکسو کننده است.

نمایی از مبدل جریان مستقیم به جریان متناوب
نمایی از مبدل جریان مستقیم به جریان متناوب

AC TO DC Converters
(مبدل جریان متناوب به جریان مستقیم AC به DC ) یکسوسازها با کنترل ،
رکتیفایر
 یکسو سازی AC به DC
 اصطلاح یکسو سازی به مدار قدرتی گفته میشود که وظیفه آن اصلاح مشخصه های
قدرت الکتریکی خط برای تولید یک قدرت AC یکسو شده در جانب بار است که شامل
مقداری DC میباشد در شکل زیر به ترتیب نمایش نمودار جعبه ی یک مبدل AC به
DC و شکل موجهای ورودی و خروجی نوعی آنرا نشان میدهد برای صاف کردن ولتاژ
خروجی با برداشتن مولفه AC ناخواسته یک مدار فیلتر کننده به جانب خروجی اضافه
شده است
 بسته تجهیزات کلیدی این مبدل ها باز هم به دو نوع تقسیم میشوند :
(مدارهای مبدل دیودی ) کنترل نشده
( مدار مبدل تریستوری ) کنترل شده فاز
 هر کدام از این دو نوع میتوانند ولتاژ ورودی تک فاز یا سه فاز داشته باشند از هر دو
نوع یکسو ساز به طور گسترده ای در کاربردهای متنوع خارج از خط استفاده میشود
 ساختارهایی که وظیفه یکسو سازی را اجرا میکنند شامل یکسو سازی های نیم موج ،
تمام موج ) پل کامل ( ، نیم پل ، و یکسو ساز با ترانس سر وسط می باشد از آغاز عصر
ارتباط دهنده با الکترونیک صنعتی ، از میان مبدل های الکترونیک قدرت ، رده مبدل
خط AC به DC که از تریستورها استفاده می کنند به واسطه سادگی ایشان در طراحی
، بهره ) بالاتر ( و مقادیر نامی جریان و ولتاژ بالاترشان مشهورترین این مبدل ها شده
اند

آخرین ویرایش: 20 آبان 1393 توسط شاپ صنعت
Top