جریان هجومی خازن و مقاومت استارت

خازن یکی از عناصر  پرکاربرد در مدارات الکترونیک است. مهمترین وظیفه خازن در اینورترها حذف ریپل ولتاژ و ثابت نگه داشتن سطح ولتاژ است. وقتی یک یا چند خازن در بخش قدرت مدار استفاده شود در لحظه شروع به کار مدار به دلیل خالی بودن خازن مقاومت آن نزدیک به صفر است و وقتی ولتاژ ورودی وصل شود یک جریان لحظه ای بسیار بالا در مدار ایجاد می شود که به آن جریان هجومی خازن می گویند. در اینورتر های کنترل دور موتور نیاز است ولتاژ متناوب شبکه به ولتاژ مستقیم تبدیل شود. برای آنکه مدار به درستی کار کند لازم است تا ریپل ولتاژ 100 هرتز که پس از پل دیود ایجاد می شود را تعدیل کنیم، لذا استفاده از چند خازن ظرفیت بالا به صورت موازی پس از پل دیود مدار اجتناب نا پذیر است، که آنها را اصطلاحاً بانک خازن می نامند. در اینورترهایی که ولتاژ بالاتری را در ورودی می پذیرند این بانک توسط خازن هایی به صورت سری موازی ساخته می شود. بدیهی است این بانک خازن در لحظه راه اندازی مدار جریان بسیار بالایی نیاز دارد تا شارژ شود. اگر این جریان در مدار برقرار شود ممکن است فیوز های حفاظتی ورودی مدار به دلیل اضافه جریان غیر مجاز عمل کنند. از طرفی این جریان بالا معمولاً بسیار بالاتر از توان نامی دستگاه است و ممکن است باعث ایجاد استرس شدید روی مدار و خازن ها شود و عمر مدار به شدت کاهش پیدا می کند. برای مهار این جریان هجومی در بانک خازن یک راهکار ساده وجود دارد که در اکثر اینورتر های توان پایین و توان متوسط امروزی به کار می رود. در این روش یک مقاوت به صورت سری در ورودی مدار قرار می گیرد تا در لحظه آغاز به آرامی بانک خازن شارژ شود پس از شارژ کامل بانک این مقاومت توسط یک رله یا کنتاکتور از مدار خارج می شود. در اصلاح به این مقاومت، مقاومت استارت می گویند. این مقاومت تنها در لحظه راه اندازی در مدار قرار دارد و وظیفه شارژ بانک خازن را دارد، به همین دلیل در این مدت کوتاه که تنها چند ثانیه طول می کشد تحت استرس بسیار بالایی قرار دارد. یکی از دلایلی که نباید اینورتر به طور متوالی روشن و خاموش شود، استفاده از مقاومت استارت برای تعدیل جریان هجومی در لحظه شارژ خازن است پس باید بین هر بار روش و خاموش شدن اینورتر برای خنک شدن این مقاومت زمان کافی در نظر گرفته شود. بسته به ظرفیت بانک خازن و توان اینورتر، دمای محیط و… این زمان متغییر است و نمی توان زمان دقیقی برای آن تعیین کرد. برای اطلاع بیشتر از این زمان در مورد یک دستگاه خاص لازم است به کاتالوگ آن مراجعه شود.

مدارات تغدیه سوئیچینگ

مدارات تغذیه سوئیچینگ به مداراتی گفته می شود که با استفاده از یک یا چند کلید نیمه هادی ولتاژ مستقیم را به متناوب تبدیل می نمایند و عمده کاربرد آنها در تبدیل ولتاژ یا جریان و گاهی در تبدیل فرکانس است. معمولاً وقتی ولتاژ در دسترس، متفاوت با ولتاژ مورد نیاز است، نقش این مدارات پر رنگ می شود. در گذشته تنها راه حل برای تبدیل ولتاژ و جریان استفاده از ترانسفورماتور های هسته آهنی یا آلیاژهای آن بود، الزاماً باید برق ورودی این ترانس ها به صورت AC تامین می شد و معمولاً حجم و ابعاد و وزن آنها بسیار زیاد بود. اما با پیشرفت تکنولوژی ساخت نیمه هادی ها و افزایش توان و بازده کلید های نیمه هادی علم پاور الکترونیک روزبه روز کاربردی تر شد.

استفاده از نیمه هادی ها محدودیت استفاده از برق 50 یا 60 هرتز شبکه را از بین برد و امکان استفاده از فرکانس های بالاتر در مدار امکان پذیر شد. هسته های آهنی که تلفات فوکو و هیسترزیس بالایی داشتند جای خود را به هسته های جدیدی موسوم به فریت دادند. فریت ها که از اکسید آهن ساخته شدند تقریبا تلفات فوکو ندارند و تلفات هیسترزیس آنها نیزدر محدود فرکانس های چند ده کیلو هرتز قابل چشم پوشی است. از این رو امکان بالا بردن فرکانس و کاهش حجم مدار فراهم شد.

نوع مرسوم و کاربردی مدارات سوئیچینگ نوع تک سویچ آن است که بایک ترانس ایزوله ولتاژ مورد نظر را می سازد این نوع مدار به نام flyback شناخته می شود. شارژ موبایل و لپ تاپ از این نوع هستند همچنین مدار تغذیه اکثر دستگاه های الکترونیک از این نوع هستند. در اینورتر سینور (Sinver Inverter) نیز یک مدار فلای بک وجود دارد که ورودی آن 300 ولت مستقیم DC_Bus است و در خروجی چندین ولتاژ متفاوت برای تغذیه قسمت های مختلف دستگاه می سازد.

اینورتر چست؟

اینورتر (inverter) در لغت به معنای معکوس کننده است. ولی در اصطلاح الکترونیک به مداری اطلاق می شود که ولتاژ و فرکانس برق ورودی را تغییر دهد و معمولاٌ به آن مبدل نیز گفته می شود. علت نام گذاری اینورتر(معکوس کننده) این است که در یک اینورتر ممکن است یک یا چند مرحله تبدیل فرکانس انجام شود و در این فرایند که ولتاژ dc به ac تبدیل می شود جهت جریان در هر سیکل معکوس می شود. امروزه در کاربرد های مختلفی در زندگی روزمره با این اصطلاح برخورد می کنیم. در ادامه به بررسی انواع اینورتر از لحاظ نوع تبدیل می پردازیم:

  • مبدل های DC to DC: این نوع اینورتر ولتاژ مستقیم را – که معمولا از باطری تامین می شود – دریافت کرده و آن را تبدیل به ولتاژ متناوب با فرکانس در محدوده چند ده کیلو هرتز می نماید. توسط یک ترانس با هسته فریت ولتاژ و آمپر را تبدیل به مقدار مورد نظر نموده و پس یکسو کرد ولتاژ مستقیم مطلوب را به خروجی تحویل می دهد. یکی از کاربرد های مرسوم این نوع مبدل در کامیون ها برای تبدیل برق 24 ولت مستقیم باطری به ولتاژ 12 ولت مستقیم برای استفاده در مصارفی مانند رادیو پخش و… است.
  • مبدل های DC to AC : در این نوع اینورتر ها ولتاژ مستقیم ورودی که معمولا از باطری تامین می شود به ولتاژ متناوب تبدیل می شود. ولتاژ خروجی ممکن است چند برابر بزرگتر یا کوچکتر از ولتاژ ورودی باشد. تبدیل می شود. به عنوان مثال مبدل های برق خودرو به 220 ولت از این نوع هستند. در این مدارات ابتدا 12 ولت مستقیم باطری را به ولتاژ متناوب با  فرکانس حدود چند ده کیلوهرتز تبدیل می کنند و آنرا توسط یک ترانس افزاینده به حدود 300 ولت می رسانند با استفاده از یک پل دیود و بانک خازن مجدداً ولتاژ را DC  می کنند.در پایان توسط یک مدار اینورتر تمام پل آنرا تبدیل به یک شبه سینوسی 50 هرتز کرده و تحویل مصرف کننده می دهند.
  • مبدل های Ac to DC : در این نوع مبدل ها ولتاژ ورودی که معمولا برق شبکه سراسری است و 220 یا 380 ولت 50 هرتز است را با استفاده از پل دیود و خازن به صورت مستقیم در می آوردند سپس فرکانس آنرا به حدود دهها کیلوهرتز و گاهاً تا حدود 100KHz می رسانند سپس ولتاژ آنرا با استفاده از یک ترانس تبدیل ولتاژ و/یا جریان به مقدار مطلوب رسانده و در خروجی با استفاده از دیود خروجی تبدیل به dc می شود. مثال معروف این دسته دستگاه جوش اینورتر است. در این دستگاهها ولتاژ کاهش و در مقابل جریان خروجی افزایش می یابد.
  • مبدل های AC to AC : در این دسته برق ورودی که معمولا برق شهر است و ممکن است تک فاز یا سه فاز باشد به DC تبدیل شده و پس از آن توسط تکنیک های سوئیچینگ دیجیتال و استفاده از تکنیک PWM  به خروجی با ولتاژ و فرکانس متفاوت نسبت به برق ورودی تبدیل می شود. اینورتر های کنترل دور موتور از این نوع مبدل ها هستند. در این نوع اینورتر نیاز به تنظیم دائمی ولتاژ و فرکانس است و معمولاً موارد ایمنی برای حفاظت از موتور نیز لحاظ می شود از این رو گاهی از این نوع اینورتر به نام درایو موتور نیز یاد میشود. اینوتر سینور (Sinver Inverter) از این دسته است.