فراجهش با OverShot در اینورتر

یکی از چالش‌های طراحی در مداراتی که با سلف سروکار دارند، مدیریت Overshot یا فراجهش است. فراجهش زمانی رخ می‌دهد که شما پس از یک دوره زمانی که سوئیچ روشن است و سلف در حال جریان کشیدن است، به یکباره سوئیچ را خاموش می‌کنید. در این حالت به واسطهٔ خاصیت ذاتی سلف، جریان خود را ثابت نگه می‌دارد. در این زمان، پلاریتهٔ سلف معکوس شده و اگر مسیری برای عبور این جریان پیدا نشود، آنقدر ولتاژ بالا می‌رود تا باعث شکست عایق در یکی از قسمت‌های مدار شود و جرقه‌زنی و سوختن مدار را ایجاد کند. معمولاً برای مدیریت این جریان ناخواسته و قوی، از یک دیود موازی با سیم پیچ در جهت معکوس جریان استفاده می‌شود، که به آن دیود هرزگرد یا دیود موازی معکوس می‌گویند. خوشبختانه در مدار اینورتر تمام پل، نیازی به استفاده از این دیود نیست، زیرا همه سوئیچ‌ها یک دیود موازی با خود دارند. لذا زمانی که همه سوئیچ‌ها خاموش‌اند، سلف (که در اینجا سیم پیچ موتور است) با یک پل دیود شامل ۶ دیود (پل سه‌فاز) به بانک خازن اصلی اینورتر متصل است.

در تصویر موتور، پل دیود و بانک خازن را ملاحظه می‌نمایید.

اینورتر تمام پل در حالت خاموش

البته این مدل اتصال در حالت خاموش شدن سوئیچ یک مدار نوسان‌زا ایجاد می‌نماید، زیرا سیم پیچ موتور در این حالت مانند یک ترانسفورماتور ۱:۱:۱ عمل می‌نماید. به عبارتی، موتور یک ترانسفورماتور با سه سیم پیچ و با نسبت ۱ عمل می‌نماید. دیودها نیز باعث می‌شود که هر کدام از سرهای این ترانس به مثبت و هم منفی بانک خازن متصل باشد و عنصری آخر خود بانک خازن است که باعث ایجاد یک نوسان با فرکانس بالاتری از فرکانس کاری درایو تبدیل می‌شود. همه این عوامل با هم می‌آیند تا زمانی که یکی از سوئیچ‌ها خاموش می‌شود، یک نوسان با قدرت نسبتاً زیاد روی بانک خازن و به تبع آن یک استرس ولتاژ بالایی روی سوئیچ‌ها ایجاد شود. در تصویر زیر ولتاژ دوسر یکی از IGBT‌های متصل به زمین اینورتر و فراجهش تولید شده در زمانی خاموشی را مشاهده می‌نمایید.

فراجهش با overshot بر روی IGBT

البته این مشاهده چنین شکل موجی در یک اینورتر استاندارد در حال کار بسیار بعید است، زیرا معمولاً در طراحی این Overshot برطرف می‌شود. ما برای آموزش این مطلب تغییرات زیادی در مدار ایجاد کرده‌ایم. در واقع، همه کارهایی که برای برطرف کردن این مشکل اجرا می‌شود، را برعکس انجام داده‌ایم تا بتوانیم اشکال ایجاد شده را به وضوح مشاهده کنیم. همانطور که مشاهده می‌نمایید، در حالت خاموشی، مقدار نرمال دو سر سوئیچ سه خانه از از اسیلوسکوپ است که معادل ۳۰۰ ولت است. اما بالاترین حد آورشوت چیزی بالاتر از ۴۰۰ ولت است که این به خوبی دلیل کنترل آن را نشان می‌دهد. اگر نتوانیم این حالت گذار را به درستی مدیریت کنیم، استرس ولتاژ دو سر سوئیچ به حدی بالا می‌رود که حتی فرصت گرم شدن به آنها را ندهد و در همان لحظه ابتدایی باعث ترکیدن مدار می‌شود.

یکی از روش‌های معمول مدیریت چنین شوک‌هایی، استفاده از مدار کمکی به نام اسنابر است. اسنابر‌های قدیمی‌تر سعی در تلف کردن این انرژی دارند و باعث گرم شدن اسنابر، اتلاف انرژی و پایین آمدن بازده دستگاه می‌شود. اما اسنابر قدیمی در طراحی بسیار ساده و استفاده از آن آسان است. اسنابر‌های مدرن سعی بر این دارد که تا حد ممکن انرژی ذخیره شده در سلف موتور را به نوعی بی‌خطر به بانک خازن برگرداند تا بتوانیم مجدداً از آن استفاده کنیم. در این صورت خبری از تلفات زیاد و گرما نیست و بازده و توان راکتیو دستگاه بسیار بهبود پیدا می‌کند. یک اسنابر مدرن حتی تلفات سوئیچینگ IGBT‌های اصلی را نیز به شدت کاهش می‌دهد و گرمای تولیدی کل دستگاه خیلی کمتر می‌شود. اما در طراحی این نوع اسنابر‌ها پیچیدگی زیادی وجود دارد و نیاز به دقت بالا دارد. برخی از آنها آنقدر حساس است که در صورت تغییر در مشخصات موتور نیز باید مجدداً تنظیم شود. انتخاب یک اسنابر مناسب در طراحی یک اینورتر بسته به قدرت دستگاه می‌تواند از یک مدار ساده RCD (شامل دیود، خارن، مقاومت) تا یک مدار به مراتب پیچیده‌تر از کل اینورتر تغییر کند.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *