อินเวอร์เตอร์หลายระดับ - ประเภทและข้อดี

อินเวอร์เตอร์:

อินเวอร์เตอร์เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่แปลงกระแสตรง (DC) เป็นกระแสสลับ (AC) อินเวอร์เตอร์ใช้สำหรับสำรองไฟฉุกเฉินในบ้าน อินเวอร์เตอร์ใช้ในระบบเครื่องบินบางระบบเพื่อแปลงไฟ DC ส่วนหนึ่งของเครื่องบินเป็น AC ไฟ AC ส่วนใหญ่จะใช้กับอุปกรณ์ไฟฟ้าเช่นไฟเรดาร์วิทยุมอเตอร์และอุปกรณ์อื่น ๆ

อินเวอร์เตอร์หลายระดับ:

ปัจจุบันการใช้งานทางอุตสาหกรรมจำนวนมากในแต่ละวันเริ่มต้องใช้พลังงานสูง อย่างไรก็ตามเครื่องใช้บางอย่างในอุตสาหกรรมนั้นต้องการพลังงานปานกลางหรือต่ำในการทำงาน การใช้แหล่งพลังงานสูงสำหรับโหลดในอุตสาหกรรมทั้งหมดอาจพิสูจน์ได้ว่ามีประโยชน์ต่อมอเตอร์บางตัวที่ต้องการกำลังสูงในขณะที่อาจทำให้โหลดอื่น ๆ เสียหายได้ มอเตอร์ไดรฟ์แรงดันปานกลางและการใช้งานยูทิลิตี้บางตัวต้องการแรงดันไฟฟ้าปานกลาง อินเวอร์เตอร์หลายระดับถูกนำมาใช้ตั้งแต่ปี 2518 เพื่อเป็นทางเลือกในสถานการณ์ที่ใช้พลังงานสูงและแรงดันไฟฟ้าปานกลาง อินเวอร์เตอร์หลายระดับเป็นเหมือนอินเวอร์เตอร์และใช้สำหรับงานอุตสาหกรรมเป็นทางเลือกในสถานการณ์ที่ใช้พลังงานสูงและแรงดันไฟฟ้าปานกลาง

อินเวอร์เตอร์หลายระดับ

วงจรอินเวอร์เตอร์ DC-AC ทั่วไป

ความต้องการตัวแปลงหลายระดับคือการให้กำลังขับสูงจากแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าขนาดกลาง แหล่งที่มาเช่นแบตเตอรี่ซูเปอร์คาปาซิเตอร์แผงโซลาร์เซลล์เป็นแหล่งแรงดันไฟฟ้าขนาดกลาง อินเวอร์เตอร์หลายระดับประกอบด้วยสวิตช์หลายตัว ในอินเวอร์เตอร์หลายระดับมุมของสวิตช์การจัดเรียงมีความสำคัญมาก

ประเภทของอินเวอร์เตอร์หลายระดับ:

อินเวอร์เตอร์หลายระดับมีสามประเภท

• อินเวอร์เตอร์หลายระดับแบบหนีบไดโอด
• ตัวเก็บประจุแบบบินอินเวอร์เตอร์หลายระดับ
• อินเวอร์เตอร์หลายระดับแบบ Cascaded H- บริดจ์

ไดโอดหนีบอินเวอร์เตอร์หลายระดับ:

แนวคิดหลักของอินเวอร์เตอร์นี้คือการใช้ไดโอดและให้แรงดันไฟฟ้าหลายระดับผ่านเฟสต่างๆไปยังธนาคารตัวเก็บประจุซึ่งอยู่ในอนุกรม ไดโอดถ่ายโอนแรงดันไฟฟ้าจำนวน จำกัด ซึ่งจะช่วยลดความเครียดของอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่น ๆ แรงดันเอาต์พุตสูงสุดคือครึ่งหนึ่งของแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงขาเข้า เป็นข้อเสียเปรียบหลักของอินเวอร์เตอร์หลายระดับแบบหนีบไดโอด ปัญหานี้สามารถแก้ไขได้โดยการเพิ่มสวิตช์ไดโอดตัวเก็บประจุ เนื่องจากปัญหาการปรับสมดุลของตัวเก็บประจุจึง จำกัด อยู่ที่สามระดับ อินเวอร์เตอร์ประเภทนี้ให้ประสิทธิภาพสูงเนื่องจากความถี่พื้นฐานที่ใช้สำหรับอุปกรณ์สวิตชิ่งทั้งหมดและเป็นวิธีง่ายๆของระบบถ่ายโอนพลังงานแบบย้อนกลับ

ตัวอย่าง: อินเวอร์เตอร์หลายระดับแบบหนีบไดโอด 5 ระดับ, อินเวอร์เตอร์หลายระดับแบบหนีบไดโอด 9 ระดับ

• อินเวอร์เตอร์หลายระดับแบบหนีบไดโอด 5 ระดับใช้สวิตช์ใช้ไดโอดตัวเก็บประจุตัวเดียวดังนั้นแรงดันขาออกจึงเท่ากับครึ่งหนึ่งของอินพุต DC
• อินเวอร์เตอร์หลายระดับแบบหนีบไดโอด 9 ระดับใช้สวิตช์ตัวเก็บประจุไดโอดมากกว่าอินเวอร์เตอร์แบบหนีบไดโอด 5 ระดับถึงสองเท่า ดังนั้นเอาต์พุตจึงมากกว่าอินพุต

อินเวอร์เตอร์หลายระดับแบบหนีบไดโอด 5 ระดับ

การใช้งานอินเวอร์เตอร์หลายระดับแบบหนีบไดโอด:

• การชดเชย var คงที่
• มอเตอร์ขับเคลื่อนความเร็วตัวแปร
• การเชื่อมต่อระหว่างระบบไฟฟ้าแรงสูง
• สายส่งไฟฟ้าแรงสูง DC และ AC

Flying Capacitors อินเวอร์เตอร์หลายระดับ:

แนวคิดหลักของอินเวอร์เตอร์นี้คือการใช้ตัวเก็บประจุ เป็นการเชื่อมต่อแบบอนุกรมของเซลล์สวิตชิ่งแบบหนีบตัวเก็บประจุ ตัวเก็บประจุจะถ่ายโอนแรงดันไฟฟ้าจำนวน จำกัด ไปยังอุปกรณ์ไฟฟ้า ในสถานะการสลับอินเวอร์เตอร์นี้จะเหมือนกับอินเวอร์เตอร์หนีบไดโอด ไม่จำเป็นต้องใช้ไดโอดแบบหนีบในอินเวอร์เตอร์หลายระดับประเภทนี้ เอาต์พุตเป็นครึ่งหนึ่งของแรงดัน DC อินพุต มันเป็นข้อเสียเปรียบของอินเวอร์เตอร์หลายระดับของตัวเก็บประจุที่บินได้ นอกจากนี้ยังมีการสลับซ้ำซ้อนภายในเฟสเพื่อปรับสมดุลของตัวเก็บประจุที่บินได้ สามารถควบคุมทั้งการไหลของพลังงานที่ใช้งานและปฏิกิริยา แต่เนื่องจากการสลับความถี่สูงการสูญเสียการสลับจะเกิดขึ้น

EX: อินเวอร์เตอร์หลายระดับตัวเก็บประจุแบบบินได้ 5 ระดับ, อินเวอร์เตอร์หลายระดับตัวเก็บประจุแบบบินได้ 9 ระดับ

• อินเวอร์เตอร์นี้เหมือนกับอินเวอร์เตอร์หลายตัวที่หนีบไดโอด
• ในอินเวอร์เตอร์นี้จะใช้สวิตช์และตัวเก็บประจุเท่านั้น

5-Level Flying Capacitors Multilevel Inverter

แอพพลิเคชั่นของ Flying Capacitors Multilevel Inverter

• การควบคุมมอเตอร์เหนี่ยวนำโดยใช้วงจร DTC (Direct Torque Control)
• คงเป็นรุ่น
• ทั้งแอปพลิเคชั่นแปลง AC-DC และ DC-AC
• ตัวแปลงที่มีความสามารถในการบิดเบือนฮาร์มอนิก
• วงจรเรียงกระแสไซน์

Cascaded H-Bridge อินเวอร์เตอร์หลายระดับ:

อินเวอร์เตอร์หลายระดับ H-bride แบบเรียงซ้อนคือการใช้ตัวเก็บประจุและสวิตช์และต้องการจำนวนส่วนประกอบน้อยลงในแต่ละระดับ โทโพโลยีนี้ประกอบด้วยชุดของเซลล์แปลงพลังงานและสามารถปรับขนาดได้อย่างง่ายดาย การรวมกันของตัวเก็บประจุและสวิทช์คู่เรียกว่า H-bridge และให้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงอินพุตแยกกันสำหรับแต่ละสะพาน H ประกอบด้วยเซลล์ H-bridge และแต่ละเซลล์สามารถให้แรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันสามแบบเช่นศูนย์, DC บวกและแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงเชิงลบ ข้อดีอย่างหนึ่งของอินเวอร์เตอร์หลายระดับประเภทนี้คือต้องการจำนวนส่วนประกอบน้อยกว่าเมื่อเทียบกับอินเวอร์เตอร์ตัวเก็บประจุแบบหนีบไดโอดและแบบบินได้ ราคาและน้ำหนักของอินเวอร์เตอร์น้อยกว่าอินเวอร์เตอร์สองตัว การสลับแบบนุ่มนวลเป็นไปได้ด้วยวิธีการสลับใหม่บางส่วน

อินเวอร์เตอร์แบบเรียงซ้อนหลายระดับใช้เพื่อกำจัดหม้อแปลงขนาดใหญ่ที่จำเป็นในกรณีของอินเวอร์เตอร์แบบหลายเฟสแบบเดิมไดโอดแบบหนีบที่จำเป็นในกรณีของอินเวอร์เตอร์แบบหนีบไดโอดและตัวเก็บประจุแบบบินที่จำเป็นในกรณีของอินเวอร์เตอร์ตัวเก็บประจุแบบบิน แต่สิ่งเหล่านี้ต้องการแรงดันไฟฟ้าแยกจำนวนมากเพื่อจ่ายให้แต่ละเซลล์

เช่นอินเวอร์เตอร์หลายระดับ 5- สะพาน H, อินเวอร์เตอร์หลายระดับแบบหนีบ 9- สะพาน H

• อินเวอร์เตอร์นี้ก็เหมือนกับอินเวอร์เตอร์หลายตัวที่หนีบไดโอด

5- H-Bridge อินเวอร์เตอร์หลายระดับ

การใช้งานอินเวอร์เตอร์หลายระดับ Cascaded H-Bridge

• มอเตอร์ขับเคลื่อน
• ตัวกรองที่ใช้งานอยู่
• รถขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า
• การใช้แหล่งพลังงาน DC
• ตัวชดเชยตัวประกอบกำลัง
• กลับไปที่ระบบลิงค์ความถี่กลับ
• การเชื่อมโยงกับทรัพยากรพลังงานหมุนเวียน

ข้อดีของอินเวอร์เตอร์หลายระดับ:

ตัวแปลงหลายระดับมีข้อดีหลายประการนั่นคือ:

1. แรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไป:

อินเวอร์เตอร์หลายระดับจะสร้างแรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไปลดความเครียดของมอเตอร์และไม่ทำให้มอเตอร์เสียหาย

2. ป้อนข้อมูลปัจจุบัน:

อินเวอร์เตอร์หลายระดับสามารถดึงกระแสอินพุตที่มีความผิดเพี้ยนต่ำ

3. ความถี่ในการสลับ:

อินเวอร์เตอร์หลายระดับสามารถทำงานได้ทั้งความถี่สวิตชิ่งพื้นฐานที่มีความถี่สวิตชิ่งสูงกว่าและความถี่สวิตชิ่งต่ำ ควรสังเกตว่าความถี่ในการเปลี่ยนที่ต่ำลงหมายถึงการสูญเสียการสลับที่ลดลงและได้รับประสิทธิภาพที่สูงขึ้น

4. ลดความผิดเพี้ยนของฮาร์มอนิก:

เทคนิคการกำจัดฮาร์มอนิกแบบเลือกร่วมกับโทโพโลยีหลายระดับส่งผลให้ความผิดเพี้ยนของฮาร์มอนิกทั้งหมดต่ำลงในรูปคลื่นเอาต์พุตโดยไม่ต้องใช้วงจรกรองใด ๆ

เครดิตภาพ:

• 5- Level Diode Clamped Multilevel Inverter โดย xplqa30.ieee
• 5-Level Flying Capacitors Multilevel Inverter by ต้นกำเนิด
• อินเวอร์เตอร์หลายระดับ 5-H-Bridge โดย power.eecss