우리 모두 인버터에 대해 알고 있습니다. 이것은 DC를 AC로 변환하는 장치입니다. 그리고 우리는 이전에 다양한 유형의 인버터에 대해 배웠고 단상 12v ~ 220v 인버터를 구축했습니다. 3 상 인버터는 DC 전압을 3 상 AC 전원으로 변환합니다. 이 튜토리얼에서는 삼상 인버터와 그 작동에 대해 배우지 만 더 진행하기 전에 3 상 라인의 전압 파형을 살펴 보겠습니다. 위의 회로에서 3 상 라인은 저항성 부하에 연결되고 부하는 라인에서 전력을 끌어옵니다. 각 위상에 대한 전압 파형을 그리면 그림과 같은 그래프가 생깁니다. 그래프에서 세 개의 전압 파형이 서로 120º 위상차를 벗어난 것을 볼 수 있습니다.
이 기사에서는 DC ~ 3 상 AC 변환기 로 사용되는 3 상 인버터 회로에 대해 설명 합니다. 오늘날에도 다양한 부하에 대해 완전한 정현파 파형을 얻는 것은 매우 어렵고 실용적이지 않다는 점을 기억하십시오. 그래서 여기서 우리는 실용적인 3 상 인버터와 관련된 모든 문제를 무시하고 이상적인 3 상 컨버터 회로 의 작동에 대해 논의 할 것 입니다.
3 상 인버터 작동
이제 3 상 인버터 회로 와 이상적인 단순화 된 형태를 살펴 보겠습니다.
아래는 사이리스터 및 다이오드 (전압 스파이크 보호용)를 사용하여 설계된 3 상 인버터 회로도 입니다.
아래는 스위치만을 사용하여 설계된 3 상 인버터 회로도 입니다. 보시다시피이 6 개의 기계식 스위치 설정은 번거로운 사이리스터 회로보다 3 상 인버터 작동 을 이해하는 데 더 유용합니다.
여기서 우리가 할 일은 저항성 부하에 대한 3 상 전압 출력을 얻기 위해 6 개의 스위치를 열고 대칭 적으로 닫는 것입니다. 원하는 결과를 얻기 위해 스위치를 트리거하는 두 가지 가능한 방법이 있습니다. 하나는 스위치가 180º 동안 작동하고 다른 하나는 스위치가 120º 동안 만 작동하는 것입니다. 아래에서 각 패턴에 대해 논의하겠습니다.
A) 삼상 인버터-180도 전도 모드
이상적인 회로는 세그먼트 1, 세그먼트 2 및 세그먼트 3의 세 세그먼트로 나눌 수 있기 전에 그려지며이 표기법은이 기사의 뒷부분에서 사용할 것입니다. 세그먼트 1 은 스위치 S1 & S2 쌍으로 구성 되고 세그먼트 2 는 스위칭 쌍 S3 & S4 로 구성되며 세그먼트 3 은 스위칭 쌍 S5 & S6으로 구성됩니다. 전체 설정에 실패한 배터리 단락으로 이어 지므로 항상 동일한 세그먼트에있는 두 스위치를 모두 닫아서는 안됩니다. 따라서이 시나리오는 항상 피해야합니다.
이제 이상적인 회로의 첫 번째 세그먼트에서 스위치 S1을 닫아 시퀀스 전환을 시작하고 시작 이름을 0º로 지정하겠습니다. 선택된 전도 시간이 180º이므로 스위치 S1은 0º에서 180º까지 닫힙니다.
그러나 첫 번째 위상의 120º 후에 두 번째 위상도 3 상 전압 그래프에서 볼 수 있듯이 양의주기를 가지므로 스위치 S3은 S1 이후에 닫힙니다. 이 S3는 또 다른 180º 동안 닫힌 상태로 유지됩니다. 따라서 S3는 120º에서 300º까지 닫히고 300º 후에 만 열립니다.
유사하게 세 번째 단계는 기사 시작 부분의 그래프에서 볼 수 있듯이 120º의 두 번째 단계 포지티브 사이클 후에 포지티브 사이클을 갖습니다. 따라서 스위치 S5는 120º S3 닫힘 즉 240º 후에 닫힙니다. 스위치가 닫히면 열리기 전에 180º 동안 닫힌 상태로 유지되며 S5는 240º에서 60º (두 번째주기)까지 닫힙니다.
지금까지 우리가했던 모든 것은 상부 레이어 스위치가 닫히면 전도가 이루어 지지만 회로의 전류 흐름이 완료되어야한다고 가정했습니다. 또한 동일한 세그먼트에있는 두 스위치가 동시에 닫혀서는 안되므로 한 스위치가 닫히면 다른 스위치가 열려 있어야합니다.
위의 두 가지 조건을 모두 충족하기 위해 S2, S4 및 S6을 미리 정해진 순서대로 마감합니다. 따라서 S1이 열린 후에 만 S2를 닫아야합니다. 마찬가지로, S3가 300º에서 열린 후 S4가 닫히고 같은 방식으로 S5가 전도 사이클을 완료 한 후 S6이 닫힙니다. 동일한 세그먼트의 스위치 간 전환주기는 아래 그림에서 볼 수 있습니다. 여기서 S2는 S1, S4는 S3, S6은 S5를 따릅니다.
이 대칭 스위칭을 따라 그래프에 표시된 원하는 3 상 전압을 얻을 수 있습니다. 위의 표에서 시작 스위칭 시퀀스를 입력하면 아래와 같이 180º 전도 모드에 대한 완전한 스위칭 패턴을 갖게됩니다.
위의 표에서 우리는 다음을 이해할 수 있습니다.
0-60: S1, S4 및 S5가 닫히고 나머지 세 개의 스위치가 열립니다.
60-120: S1, S4 및 S6이 닫히고 나머지 세 개의 스위치가 열립니다.
120-180: S1, S3 & S6이 닫히고 나머지 세 개의 스위치가 열립니다.
그리고 전환 순서는 그렇게 계속됩니다. 이제 전류 흐름과 전압 매개 변수를 더 잘 이해하기 위해 각 단계에 대한 단순화 된 회로를 그려 보겠습니다.
1 단계: (0-60 용) S1, S4 & S5는 닫히고 나머지 세 개의 스위치는 열려 있습니다. 이 경우 단순화 된 회로는 다음과 같습니다.
따라서 0에서 60까지: Vao = Vco = Vs / 3; Vbo = -2Vs / 3
이를 사용하여 라인 전압을 다음과 같이 유도 할 수 있습니다.
Vab = Vao – V bo = Vs Vbc = Vbo – Vco = -Vs Vca = Vco – Vao = 0
2 단계: (60 ~ 120) S1, S4 & S6은 닫히고 나머지 세 개의 스위치는 열려 있습니다. 이 경우 단순화 된 회로는 다음과 같습니다.
따라서 60에서 120까지: Vbo = Vco = -Vs / 3; Vao = 2Vs / 3
이를 사용하여 라인 전압을 다음과 같이 유도 할 수 있습니다.
Vab = Vao – Vbo = Vs Vbc = Vbo – Vco = 0 Vca = Vco – Vao = -Vs
3 단계: (120 ~ 180) S1, S3 & S6은 닫히고 나머지 세 개의 스위치는 열려 있습니다. 이 경우 다음과 같이 단순화 된 회로를 그릴 수 있습니다.
따라서 120에서 180까지: Vao = Vbo = Vs / 3; Vco = -2Vs / 3
이를 사용하여 라인 전압을 다음과 같이 유도 할 수 있습니다.
Vab = Vao – V bo = 0 Vbc = Vbo – Vco = Vs Vca = Vco – Vao = -Vs
마찬가지로 시퀀스의 다음 단계에서 위상 전압과 라인 전압을 유도 할 수 있습니다. 그리고 그것은 아래 주어진 그림과 같이 보일 수 있습니다.
A) 삼상 인버터-120도 전도 모드
120º 모드는 각 스위치의 닫힘 시간이 이전에 180도였던 120으로 줄어든 것을 제외하면 모든 측면에서 180º와 유사합니다.
평소와 같이 첫 번째 세그먼트의 스위치 S1을 닫고 시작 번호가 0º가되면서 전환 시퀀스를 시작하겠습니다. 선택한 전도 시간이 120º이므로 스위치 S1은 120º 후에 열리므로 S1은 0º에서 120º까지 닫힙니다.
정현파 신호의 반주기가 0에서 180º로 이동하므로 남은 시간 동안 S1이 열리고 위의 회색 영역으로 표시됩니다.
이제 첫 번째 단계의 120º 이후에 두 번째 단계도 앞서 언급했듯이 양의주기를 가지므로 스위치 S3은 S1 이후에 닫힙니다. 이 S3는 또 다른 120º 동안 닫힌 상태로 유지됩니다. 따라서 S3는 120º에서 240º까지 닫힙니다.
마찬가지로, 세 번째 위상은 두 번째 위상 포지티브 사이클의 120º 후에 포지티브 사이클을 가지므로 스위치 S5는 S3 폐쇄 120º 후에 닫힙니다. 스위치가 닫히면 열리기 전에 120º를 위해 닫힌 상태로 유지되며 스위치 S5는 240º에서 360º까지 닫힙니다.
이 대칭 스위칭 사이클은 원하는 3 상 전압을 얻기 위해 계속됩니다. 위의 표에서 시작 및 종료 스위칭 시퀀스를 입력하면 아래와 같이 120º 전도 모드에 대한 완전한 스위칭 패턴을 갖게됩니다.
위의 표에서 우리는 다음을 이해할 수 있습니다.
0-60에서: S1 & S4는 닫히고 나머지 스위치는 열려 있습니다.
60-120: S1 & S6은 닫히고 나머지 스위치는 열려 있습니다.
120-180: S3 & S6은 닫히고 나머지 스위치는 열려 있습니다.
180-240: S2 & S3는 닫히고 나머지 스위치는 열림
240-300: S2 & S5는 닫히고 나머지 스위치는 열림
300-360: S4 & S5는 닫히고 나머지 스위치는 열림
그리고이 일련의 단계는 그렇게 진행됩니다. 이제 3 상 인버터 회로의 전류 흐름 및 전압 매개 변수를 더 잘 이해하기 위해 각 단계에 대한 단순화 된 회로를 그려 보겠습니다.
1 단계: (0-60 용) S1, S4는 닫히고 나머지 4 개의 스위치는 열려 있습니다. 이 경우 단순화 된 회로는 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
따라서 0에서 60까지: Vao = Vs / 2, Vco = 0; Vbo = -Vs / 2
이를 사용하여 라인 전압을 다음과 같이 유도 할 수 있습니다.
Vab = Vao – V bo = Vs Vbc = Vbo – Vco = -Vs / 2 Vca = Vco – Vao = -Vs / 2
2 단계: (60 ~ 120) S1 & S6은 닫히고 나머지 스위치는 열려 있습니다. 이 경우 단순화 된 회로는 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
따라서 60 ~ 120: Vbo = 0, Vco = -Vs / 2 & Vao = Vs / 2
이를 사용하여 라인 전압을 다음과 같이 유도 할 수 있습니다.
Vab = Vao – Vbo = Vs / 2 Vbc = Vbo – Vco = Vs / 2 Vca = Vco – Vao = -Vs
3 단계: (120 ~ 180) S3 & S6은 닫히고 나머지 스위치는 열려 있습니다. 이 경우 단순화 된 회로는 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
따라서 120에서 180까지: Vao = 0, Vbo = Vs / 2 & Vco = -Vs / 2
이를 사용하여 라인 전압을 다음과 같이 유도 할 수 있습니다.
Vab = Vao – V bo = -Vs / 2 Vbc = Vbo – Vco = Vs Vca = Vco – Vao = -Vs / 2
마찬가지로 다음 단계에서 위상 전압과 라인 전압을 유도 할 수 있습니다. 그리고 모든 단계에 대한 그래프를 그리면 아래와 같은 결과를 얻을 수 있습니다.
180º 및 120º 스위칭 케이스의 출력 그래프에서 3 개의 출력 단자에서 교류 3 상 전압을 달성했음을 알 수 있습니다. 출력 파형은 순수한 사인파가 아니지만 3 상 전압 파형과 비슷했습니다. 이것은 3 상 인버터 작동을 이해하기위한 간단한 이상적인 회로 및 근사 파형입니다. 사이리스터, 스위칭, 제어 및 보호 회로를 사용하여이 이론을 기반으로 작업 모델을 설계 할 수 있습니다.