다양한 유형의 인버터 소개

교류 (AC) 전원 공급 장치는 거의 모든 주거, 상업 및 산업 요구에 사용됩니다. 그러나 AC의 가장 큰 문제는 나중에 사용하기 위해 저장할 수 없다는 것입니다. 따라서 AC는 DC로 변환되고 DC는 배터리와 울트라 커패시터에 저장됩니다. 이제 AC가 필요할 때마다 DC가 다시 AC로 변환되어 AC 기반 기기를 실행합니다. 따라서 DC를 AC로 변환 하는 장치를 인버터라고 합니다. 인버터는 DC를 가변 AC로 변환하는 데 사용됩니다. 이 변동은 전압의 크기, 위상 수, 주파수 또는 위상 차이 일 수 있습니다.

인버터 분류

인버터는 출력, 소스, 부하 유형 등에 따라 여러 유형으로 분류 할 수 있습니다. 다음은 인버터 회로의 전체 분류입니다.

(I) 출력 특성에 따라

구형파 인버터
사인파 인버터
수정 된 사인파 인버터

(II) 인버터 소스에 따라

전류 소스 인버터
전압 소스 인버터

(III) 부하 유형에 따라

단상 인버터
1. 하프 브리지 인버터
2. 풀 브리지 인버터
삼상 인버터
1. 180도 모드
2. 120도 모드

(IV) 다른 PWM 기술에 따라

SPWM (Simple Pulse Width Modulation)
MPWM (다중 펄스 폭 변조)
정현파 펄스 폭 변조 (SPWM)
수정 된 정현파 펄스 폭 변조 (MSPWM)

(V) 출력 레벨 수에 따라

일반 2 단 인버터
다단계 인버터

이제 우리는 그들 모두를 하나씩 논의 할 것입니다. 여기에서 12v DC ~ 220v AC 인버터 회로 설계 샘플을 확인할 수 있습니다.

(I) 출력 특성에 따라

인버터 의 출력 특성에 따라 세 가지 유형의 인버터가 있습니다.

구형파 인버터
사인파 인버터
수정 된 사인파 인버터

1) 구형파 인버터

이 인버터 전압의 출력 파형은 구형파입니다. 이 유형의 인버터는 모든 기기가 사인파 공급 용으로 설계 되었기 때문에 다른 모든 유형의 인버터 중에서 가장 적게 사용됩니다. 정현파 기반 기기에 구형파를 공급하면 손상되거나 손실이 매우 큽니다. 이 인버터의 비용은 매우 낮지 만 응용 프로그램은 매우 드뭅니다. 범용 모터가있는 간단한 도구에서 사용할 수 있습니다.

2) 사인파

전압의 출력 파형은 사인파이며 유틸리티 전원과 매우 유사한 출력을 제공합니다. 이것은 우리가 사용하는 모든 기기가 사인파 용으로 설계 되었기 때문에이 인버터의 주요 장점입니다. 따라서 이것은 완벽한 출력이며 장비가 제대로 작동한다는 것을 보장합니다. 이 유형의 인버터는 더 비싸지 만 주거 및 상업용 애플리케이션에 널리 사용됩니다.

3) 수정 된 사인파

이 유형의 인버터의 구성은 단순한 구형파 인버터보다 복잡하지만 순수 사인파 인버터에 비해 쉽습니다. 이 인버터의 출력은 순수한 사인파도 구형파도 아닙니다. 이러한 인버터의 출력은 두 개의 구형파 중 일부입니다. 출력 파형은 정확히 사인파는 아니지만 사인파 모양과 비슷합니다.

(II) 인버터 소스에 따라

전압 소스 인버터
전류 소스 인버터

1) 전류원 인버터

CSI에서 입력은 전류 소스입니다. 이 유형의 인버터는 고품질 전류 파형이 필수 인 고압 산업용 애플리케이션에 사용됩니다. 그러나 CSI는 인기가 없습니다.

2) 전압원 인버터

VSI에서 입력은 전압 소스입니다. 이 유형의 인버터는 더 효율적이고 더 높은 신뢰성과 더 빠른 동적 응답을 갖기 때문에 모든 애플리케이션에 사용됩니다. VSI는 정격 감소없이 모터를 실행할 수 있습니다.

(III) 부하 유형에 따라

단상 인버터
삼상 인버터

1) 단상 인버터

일반적으로 주거 및 상업용 부하는 단상 전력을 사용합니다. 이러한 유형의 애플리케이션에는 단상 인버터가 사용됩니다. 단상 인버터는 두 부분으로 더 나뉩니다.

단상 하프 브리지 인버터
단상 풀 브리지 인버터

A) 단상 하프 브리지 인버터

이 유형의 인버터는 두 개의 사이리스터와 두 개의 다이오드로 구성되며 연결은 아래 그림과 같습니다.

이 경우 총 DC 전압은 Vs이고 두 개의 동일한 부분 Vs / 2로 나뉩니다. 한 사이클의 시간은 T 초입니다.

0의 반주기

T / 2 후반 사이클 동안

Vo = 대 / 2

이 작업을 통해 1 / T Hz 주파수 및 Vs / 2 피크 진폭의 교류 전압 파형을 얻을 수 있습니다. 출력 파형은 구형파입니다. 필터를 통과하여 순수한 사인 파형을 제공하는 원치 않는 고조파를 제거합니다. 파형의 주파수는 사이리스터의 ON 시간 (Ton)과 OFF 시간 (Toff)으로 제어 할 수 있습니다.

출력 전압 의 크기는 공급 전압의 절반 이고 소스 사용 기간은 50 %입니다. 이것은 하프 브리지 인버터의 단점 이며 그 해결책은 풀 브리지 인버터 입니다.

B) 단상 풀 브리지 인버터

이 유형의 인버터에는 4 개의 사이리스터와 4 개의 다이오드가 사용됩니다. 단상 풀 브리지의 회로도는 아래 그림과 같습니다.

한 번에 두 개의 사이리스터 T1과 T2는 전반 사이클 0 <t <T / 2 동안 전도됩니다. 이 기간 동안 부하 전압은 DC 공급 전압과 유사한 Vs입니다.

후반 사이클 T / 2 <t <T의 경우 두 개의 사이리스터 T3 및 T4가 전도됩니다. 이 기간 동안의 부하 전압은 -Vs입니다.

여기에서 DC 공급 전압과 동일한 AC 출력 전압을 얻을 수 있으며 소스 사용률은 100 %입니다. 출력 전압 파형은 구형파이며 필터를 사용하여이를 사인파로 변환합니다.

모든 사이리스터가 동시에 또는 한 쌍의 (T1 및 T3) 또는 (T2 및 T4)로 전도되면 소스가 단락됩니다. 다이오드는 DC 소스에 대한 에너지 피드백에 사용되기 때문에 회로에서 피드백 다이오드로 연결됩니다.

풀 브리지 인버터와 하프 브리지 인버터를 비교하면 주어진 DC 공급 전압 부하에 대해 출력 전압은 2 배이고 출력은 풀 브리지 인버터에서 4 배입니다.

2) 삼상 브리지 인버터

산업용 부하의 경우 3 상 AC 전원을 사용하고이를 위해서는 3 상 인버터를 사용해야합니다. 이 인버터는 6 개의 사이리스터와 6 개의 다이오드가 사용되며 아래 그림과 같이 연결됩니다.

게이트 펄스의 정도에 따라 두 가지 모드로 작동 할 수 있습니다.

180도 모드
120도 모드

A) 180도 모드

이 작동 모드에서 사이리스터의 전도 시간은 180 도입니다. 주기에 관계없이 세 개의 사이리스터 (각 위상에서 하나의 사이리스터)가 전도 모드에 있습니다. 위상 전압의 모양은 3 단 파형이고 라인 전압의 모양은 그림과 같이 준 구형파입니다.

Vab = Va0 – Vb0 Vbc = Vb0 – Vc0 Vca = Vc0 – Va0

단계 A	T1	T4	T1	T4
단계 B	T6	T3	T6	T3	T6
단계 C	T5	T2	T5	T2	T5
정도	60	120	180	240	300	360	60	120	180	240	300	360
사이리스터 행위	1 5 6	6 1 2	1 2 3	2 34	34 5	4 5 6	1 5 6	6 1 2	1 2 3	2 34	34 5	4 5 6

이 동작에서 나가는 사이리스터의 정류와 들어오는 사이리스터의 전도 사이의 시간 간격은 0입니다. 따라서 들어오고 나가는 사이리스터의 동시 전도가 가능합니다. 소스 단락이 발생합니다. 이러한 어려움을 피하기 위해 120도 작동 모드가 사용됩니다.

B) 120도 모드

이 작업에서는 한 번에 두 개의 사이리스터 만 작동합니다. 사이리스터의 위상 중 하나는 양극 단자에 연결되지 않았거나 음극 단자에 연결되어 있지 않습니다. 각 사이리스터의 전도 시간은 120 도입니다. 라인 전압의 모양은 3 단계 파형이고 위상 전압의 모양은 준 사각형 파형입니다.

단계 A	T1		T4		T1		T4
단계 B	T6		T3		T6		T3		T6
단계 C		T2		T5		T2		T5
정도	60	120	180	240	300	360	60	120	180	240	300	360
사이리스터 행위	1 6	2 1	3 2	3 4	4 5	6 5	1 6	2 1	3 2	3 4	4 5	5 6

사이리스터의 라인 전압, 위상 전압 및 게이트 펄스의 파형은 위 그림과 같습니다.

전력 전자 스위치에는 두 가지 유형의 손실이 있습니다. 전도 손실 및 스위칭 손실. 전도 손실은 스위치의 ON 상태 손실 을 의미하고 스위칭 손실은 스위치의 OFF 상태 손실을 의미합니다. 일반적으로 전도 손실은 대부분의 작업에서 스위칭 손실보다 큽니다.

한 번의 60도 작동에 대해 180도 모드를 고려하면 3 개의 스위치가 열려 있고 3 개의 스위치가 닫힙니다. 총 손실은 전도 손실의 3 배에 스위칭 손실의 3 배를 더한 것과 같습니다.

180 도의 총 손실 = 3 (컨덕턴스 손실) + 3 (스위칭 손실)

한 번의 60도 작동에 대해 120도 모드를 고려하면 두 개의 스위치가 열리고 나머지 네 개의 스위치는 닫힙니다. 총 손실은 컨덕턴스 손실의 2 배에 스위칭 손실의 4 배를 더한 것과 같습니다.

120 도의 총 손실 = 2 (컨덕턴스 손실) + 4 (스위칭 손실)

(IV) 제어 기법에 따른 분류

단일 펄스 폭 변조 (단일 PWM)
MPWM (다중 펄스 폭 변조)
정현파 펄스 폭 변조 (SPWM)
수정 된 정현파 펄스 폭 변조 (MSPWM)

인버터의 출력은 구형파 신호이며이 신호는 부하에 사용되지 않습니다. 펄스 폭 변조 (PWM) 기술은 AC 출력 전압을 제어하는 데 사용됩니다. 이 제어는 스위치의 ON 및 OFF 기간을 제어하여 얻을 수 있습니다. PWM 기술에서는 두 개의 신호가 사용됩니다. 하나는 기준 신호이고 두 번째는 삼각 반송파 신호입니다. 스위치 용 게이트 펄스는이 두 신호를 비교하여 생성됩니다. PWM 기술에는 여러 유형이 있습니다.

1) 단일 펄스 폭 변조 (단일 PWM)

반주기마다이 제어 기술에서 유일한 펄스를 사용할 수 있습니다. 기준 신호는 구형파 신호이고 반송파 신호는 삼각파 신호입니다. 스위치의 게이트 펄스는 기준 신호와 반송파 신호를 비교하여 생성됩니다. 출력 전압의 주파수는 기준 신호의 주파수에 의해 제어됩니다. 기준 신호의 진폭은 Ar이고 반송파 신호의 진폭은 Ac이면 변조 지수는 Ar / Ac로 정의 할 수 있습니다. 이 기술의 주요 단점은 고조파 함량이 높다는 것입니다.

2) MPWM (Multiple Pulse Width Modulation)

단일 펄스 폭 변조 기술의 단점은 다중 PWM으로 해결됩니다. 이 기술에서는 하나의 펄스 대신 여러 펄스가 출력 전압의 각 반주기에 사용됩니다. 게이트는 기준 신호와 반송파 신호를 비교하여 생성됩니다. 출력 주파수는 반송파 신호의 주파수를 제어하여 제어됩니다. 변조 지수는 출력 전압을 제어하는 데 사용됩니다.

하프 사이클 당 펄스 수 = fc / (2 * f0)

여기서 fc = 반송파 신호의 주파수

f0 = 출력 신호의 주파수

3) 정현파 펄스 폭 변조 (SPWM)

이 제어 기술은 산업 응용 분야에서 널리 사용됩니다. 위의 두 가지 방법에서 기준 신호는 구형파 신호입니다. 그러나이 방법에서 기준 신호는 사인파 신호입니다. 스위치의 게이트 펄스는 사인파 기준 신호를 삼각 반송파와 비교하여 생성됩니다. 각 펄스의 폭은 사인파 진폭의 변화에 따라 달라집니다. 출력 파형의 주파수는 기준 신호의 주파수와 동일합니다. 출력 전압은 사인파이며 RMS 전압은 변조 지수로 제어 할 수 있습니다. 파형은 아래 그림과 같습니다.

4) 수정 된 정현파 펄스 폭 변조 (MSPWM)

정현파의 특성으로 인해 SPWM 기법의 변조 지수의 변화에 따라 파동의 펄스 폭을 변경할 수 없습니다. 이것이 MSPWN 기술이 도입 된 이유입니다. 이 기술에서 반송파 신호는 각 반주기의 첫 번째 및 마지막 60도 간격 동안 적용됩니다. 이러한 방식으로 고조파 특성이 향상됩니다. 이 기술의 주요 장점은 기본 구성 요소의 증가, 스위칭 전력 장치의 수 감소 및 스위칭 손실 감소입니다. 파형은 아래 그림과 같습니다.

(V) 출력 레벨 수에 따라

일반 2 단 인버터
다단계 인버터

1) 일반 2 단 인버터

이 인버터는 출력에서 양의 피크 전압과 음의 피크 전압 인 전압 레벨 만 갖습니다. 때로 전압이 0 인 것을 2- 레벨 인버터라고도합니다.

2) 다단계 인버터

이러한 인버터는 출력에서 여러 전압 레벨을 가질 수 있습니다. 다단계 인버터는 네 부분으로 나뉩니다.

-플라잉 커패시터 인버터

-다이오드 클램프 인버터

-하이브리드 인버터

-캐스케이드 H 형 인버터

모든 인버터에는 작동을위한 자체 설계가 있습니다. 여기서는 인버터에 대한 기본 아이디어를 얻기 위해 이러한 인버터를 간략하게 설명했습니다.