التصنيفات المختلفة لأنواع العواكس Inverters

يتم استخدام التيار المتردد (AC) لجميع الاحتياجات سواءا كانت سكنية , تجارية , أو صناعية تقريبًا. لكن أكبر مشكلة في ما يتعلق بالتيار المتردد هو أنه لا يمكن تخزينه للاستخدام في المستقبل. لذلك يتم تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر ثم يتم تخزين التيار المستمر في بطاريات ومكثفات فائقة. و كلما دعت الحاجة إلى التيار المتردد ، يتم تحويل التيار المستمر مرة أخرى إلى تيار متردد لتشغيل الأجهزة. لذا فإن الجهاز الذي يحول التيار المستمر إلى تيار متردد يسمى العاكس Inverter. يستخدم العاكس مثل ما أشرنا في المقال السابق لتحويل التيار المستمر إلى تيار متردد. يمكن أن يكون هذا الاختلاف في مقدار الجهد ، عدد الاطوار number of phases ، التردد ، أو فرق الطور phase difference.

 

تصنيف العواكس Classification of Inverters

 

يمكن تصنيف العواكس إلى عدة أنواع بناءً على عدة عوامل منها ( قدرة الإنفرتر ، الجهد ، نوع الحمل …الخ) . وفيما يلي التصنيف الكامل لدارات العواكس Inverters:

(I) وفقًا لشكل الطاقة الخارجة من -العاكس- الانفرتر Output Characteristic

  • انفرتر ذو موجة مربعة Square Wave Inverter
  • انفرتر ذو موجة جيبية Sine Wave Inverter
  • انفرتر ذو موجة جيبية معدلة Modified Sine Wave Inverter

Square Sine and Modified sine wave Inverter Output Waveform

 

(II) تصنيف العواكس حسب نوع المصدر

  • عاكس تيار المصدر Current Source Inverter
  • عاكس جهد المصدر Voltage Source Inverter

 

(III) تصنيف العواكس حسب نوع الحمل

  • عاكس أحادي الطور  (عاكس ذو نصف جسر – عاكس ذو جسر كامل )
  • عاكس ثلاثي الطور (وضع 180 درجة – وضع 120 درجة)

 

(IV) تصنيف العواكس وفقًا لتقنية PWM المختلفة

  • Simple Pulse Width Modulation (SPWM)
  • Multiple Pulse Width Modulation (MPWM)
  • Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM)
  • Modified sinusoidal Pulse Width Modulation (MSPWM)

 

(V) تصنيف العواكس حسب عدد المخارج

  • العاكس العادي ذو المستويين
  • العاكس متعدد المستويات

 

فيما يلي شرح مبسط لكل تصنيف من تصنيفات العواكس:

 

(I) وفقًا لخاصية الطاقة الخارجة من الانفرتر Output Characteristic

 

  • إنفرتر ذو موجة مربعة Square Wave Inverter

شكل موجة الجهد الناتجة من هذا النوع من العواكس هي موجة مربعة. هذا النوع من العواكس هو الأقل استخدامًا بين جميع الأنواع الأخرى لأن أغلب أجهزة الإنفرتر مصممة للحصول على موجة جيبية. إذا قمنا بتوفير موجة مربعة للأجهزة القائمة على الموجة الجيبية ، فقد تتعرض للتلف أو تكون الخسائر عالية جدًا. تكلفة هذا النوع من العواكس منخفضة للغاية ولكن التطبيق نادر جدًا.

 

  • إنفرتر ذو موجة جيبية Sine Wave Inverter

شكل موجة الجهد الناتجة من هذا النوع من العواكس هي موجة جيبية وتعطينا ناتجًا مشابهًا جدًا لإحتياجات الاجهزة الكهربائية. و هذه تعتبر الميزة الرئيسية لهذا العاكس لأن جميع الأجهزة التي نستخدمها مصممة للموجة الجيبية. لذلك ، هذا النوع من الموجة هو النوع المثالي ويضمن أن الاجهزة الكهربائية ستعمل بشكل صحيح. يعتبر هذا النوع من العواكس أكثر تكلفة ولكنه يستخدم على نطاق واسع في التطبيقات السكنية والتجارية.

 

  • إنفرتر ذو موجة جيبية معدلة Modified Sine Wave Inverter

البنية التركيبية لهذا النوع من العواكس معقدة نوعا ما مقارنة ببنية العاكس ذو الموجة المربعة ولكنها سهلة مقارنة ببنية العاكس ذو الموجة الجيبية النقية. ناتج هذا العاكس ليس موجة جيبية نقية ولا موجة مربعة ولكنه يشبه شكل موجة جيبية.

يمكن ملاحظة الفرق بين الأنواع الثلاثة في الشكل أدناه

Square Sine and Modified sine wave Inverter Output Waveform

 

(II) تصنيف العواكس حسب نوع المصدر

 

  • إنفرتر تيار المصدر (CSI) Current Source Inverter

في عواكس ال CSI ، المدخل هو تيار المصدر . يستخدم هذا النوع من العواكس في التطبيقات الصناعية ذات الجهد المتوسط ، حيث تكون أشكال الموجات التيارية عالية الجودة إلزامية. لكن هذا النوع من العواكس ليس شائع.

 

  • إنفرتر جهد المصدر (VSI) Voltage Source Inverter

أما في عواكس ال VSI ، المدخل هو جهد مصدر. يستخدم هذا النوع من العواكس في جميع التطبيقات لأنه أكثر كفاءة وموثوقية أعلى و ذو استجابة ديناميكية أسرع. أيضا هذا النوع من العواكس قادر على تشغيل المحركات دون خفض القدرة de-rating.

 

(III) تصنيف العواكس حسب نوع الحمل 

 

  • عاكس أحادي الطور  (عاكس ذو نصف جسر – عاكس ذو جسر كامل )

بشكل عام الأحمال السكنية والتجارية تستخدة طاقة أحادية الطور. يتم استخدام العاكس أحادي الطور لهذا النوع من التطبيقات. تنقسم العواكس أحادية الطور إلى نوعين:

  • عاكس أحادي الطور ذو نصف جسر Single Phase Half-bridge Inverter
  • عاكس أحادي الطور ذو جسر كامل Single Phase Full-bridge Inverter

 

  • عاكس ثلاثي الطور (وضع 180 درجة – وضع 120 درجة)

في حالة الأحمال الكبيرة مثل الأحمال الصناعية ، يتم استخدام إمدادات التيار المتردد ثلاثية الطور ولهذا ، يتعين علينا استخدام عاكس ثلاثي الطور. هذا النوع من العواكس يمكن أن يعمل في وضعين وفقًا لدرجة نبضات البوابة degree of gate pulses.

  • وضع 180 درجة
  • وضع 120 درجة

 

(IV) تصنيف العواكس وفقًا لتقنية تضمين عرض النبضة PWM المختلفة

 

خرج العاكس Inverter’s output عبارة عن إشارة موجة مربعة ولا يتم استخدام هذه الإشارة للحمل. تُستخدم تقنية تعديل عرض النبضة (PWM) للتحكم في جهد خرج التيار المتردد. يتم الحصول على هذا التحكم من خلال التحكم في فترة التشغيل والإيقاف للمفاتيح. في تقنية PWM ، يتم استخدام إشارتين ؛ واحدة هي إشارة مرجعية والأخرى عبارة عن إشارة الناقل الثلاثي. يتم إنشاء نبض البوابة gate pulse للمفاتيح عن طريق مقارنة هاتين الإشارتين. هناك أنواع مختلفة من تقنيات PWM و هي كالتالي :

  • تضمين عرض النبضة الأحادي Simple Pulse Width Modulation (SPWM)

لكل نصف دورة ، يتوفر النبض فقط في تقنية التحكم هذه. الإشارة المرجعية هي إشارة موجة مربعة وإشارة الموجة الحاملة هي إشارة موجة مثلثية. يتم إنشاء نبض البوابة gate pulse للمفاتيح عن طريق مقارنة الإشارة المرجعية وإشارة الموجة الحاملة. يتم التحكم في تردد جهد الخرج بواسطة تردد الإشارة المرجعية. سعة الإشارة المرجعية يرمز لها ب Ar وسعة إشارة الموجة الحاملة يرمز لها ب Ac ، ثم يمكن تعريف مؤشر التعديل على أنه Ar / Ac. العيب الرئيسي لهذه التقنية هو المحتوى التوافقي العالي high harmonic content.

Single Pulse Width Modulation

 

  • تضمين عرض النبضة المتعدد Multiple Pulse Width Modulation (MPWM)

يتم حل مشكلة Simple PWM عن طريق Multiple PWM. في هذه التقنية ، بدلاً من نبضة واحدة ، يتم استخدام عدة نبضات في كل نصف دورة لجهد الخرج. يتم إنشاء البوابة بمقارنة الإشارة المرجعية وإشارة الموجة الحاملة. يتم التحكم في تردد الخرج عن طريق التحكم في تردد إشارة الموجة الحاملة. يتم استخدام مؤشر التضمين modulation index للتحكم في جهد الخرج.

عدد النبضات لكل نصف دورة The number of pulses per half cycle

 fc / (2 * f0) =

حيث أن :

  •   fc = تردد إشارة الموجة الحاملة frequency of carrier signal
  •   f0 = تردد إشارة الخرج frequency of output signal

 

Multiple Pulse Width Modulation

 

  • تضمين عرض النبضة الجيبي Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM)

تستخدم تقنية التحكم هذه على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية. في كلتا الطريقتين أعلاه ، تكون الإشارة المرجعية عبارة عن إشارة موجة مربعة. لكن في هذه الطريقة ، تكون الإشارة المرجعية عبارة عن إشارة موجة جيبية. يتم إنشاء نبض البوابة gate pulse للمفاتيح switches عن طريق مقارنة الإشارة المرجعية للموجة الجيبية مع الموجة الحاملة المثلثية. يختلف عرض كل نبضة باختلاف سعة الموجة الجيبية. تردد شكل موجة الخرج output هو نفس تردد الإشارة المرجعية. بالنسبة لجهد الخرج فهو عبارة عن موجة جيبية ويمكن التحكم في جهد RMS بواسطة مؤشر التعديل. الأشكال الموجية كما هو مبين في الشكل أدناه.

Sinusoidal Pulse Width Modulation

 

  • تضمين عرض النبضة الجيبي المعدل Modified sinusoidal Pulse Width Modulation (MSPWM)

نظرًا لخاصية الموجة الجيبية ، عرض نبضة الموجة لا يمكن تغييره مع الاختلاف في مؤشر التعديل في تقنية SPWM. لهذا السبب ، تم تقديم تقنية MSPWN. في هذه التقنية ، يتم تطبيق إشارة الحامل carrier signal خلال الفترة ما بين أول وآخر 60 درجة من كل نصف دورة. بهذه الطريقة ، يتم تحسين خصائصه التوافقية. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي زيادة المكون الأساسي ، وتقليل عدد أجهزة تحويل الطاقة وتقليل الفقد الذي يحدث أثناء التبديل. شكل الموجة كما هو مبين في الشكل أدناه.

Modified Sinusoidal Pulse Width Modulation

 

(V) تصنيف العواكس حسب عدد المخارج

 

  • العاكس العادي ذو المستويين

هذا النوع من العواكس له مستويات جهد فقط عند الخرج وهي جهد ذروة موجب وجهد ذروة سالب.أحيانا ، يُعرف وجود مستوى الجهد الصفري أيضًا باسم العاكس ثنائي المستوى.

 

  • العاكس متعدد المستويات

هذا النوع من العواكس يمكن أن تحتوي على مستويات جهد متعددة عند الخرج. تنقسم العواكس متعددة المستويات إلى أربعة أنواع.

  • انفرتر Flying capacitor Inverter
  • إنفرتر Diode-clamped Inverter
  • إنفرتر هجين Hybrid Inverter
  • إنفرتر Cascade H-type Inverter

كل عاكس له تصميمه الخاص للتشغيل ، وهنا قمنا بشرح هذه العواكس بإيجاز للحصول على أفكار أساسية عنها.

 

أتمنى أن تكون المقالة قد أفادتكم

 

 

 

Share on facebook
فاسبوك
Share on twitter
تويتر
Share on linkedin
لينكد إن
Share on whatsapp
واتساب

اترك تعليقاً

المشاركات الاخيرة

أحدث التعليقات

أفحص بحثك بالمجان

رفع الملف