İnvertörler, günümüzde kullanılan birçok statik dönüştürücüyü içeren geniş bir gruba aittir.'s cihazları şu özelliklere sahip“dönüştürmek”Girişteki elektriksel parametreler, örneğin voltaj ve frekans, yükün gereksinimleriyle uyumlu bir çıkış üretecek şekilde ayarlanır.

Genel olarak, invertörler doğru akımı alternatif akıma dönüştürebilen cihazlardır ve endüstriyel otomasyon uygulamalarında ve elektrikli tahrik sistemlerinde oldukça yaygındırlar. Farklı invertör tiplerinin mimarisi ve tasarımı, temel amaçları aynı olsa da (DC'den AC'ye dönüştürme), her özel uygulamaya göre değişir.

1. Bağımsız ve Şebekeye Bağlı İnvertörler

Fotovoltaik uygulamalarda kullanılan invertörler tarihsel olarak iki ana kategoriye ayrılır:

:Bağımsız invertörler

:Şebekeye bağlı invertörler

Bağımsız invertörler, güneş enerjisi santralinin ana enerji dağıtım şebekesine bağlı olmadığı uygulamalar için kullanılır. İnvertör, bağlı yüklere elektrik enerjisi sağlayarak temel elektrik parametrelerinin (voltaj ve frekans) kararlılığını garanti eder. Bu sayede, önceden tanımlanmış sınırlar içinde kalır ve geçici aşırı yüklenme durumlarına dayanabilir. Bu durumda, sürekli enerji tedarikini sağlamak için invertör bir batarya depolama sistemiyle birlikte kullanılır.

Şebekeye bağlı invertörler ise, bağlı oldukları elektrik şebekesiyle senkronize olabilirler çünkü bu durumda voltaj ve frekans aynıdır.“dayatıldı”Ana şebekeden beslenirler. Bu invertörlerin, ana şebekenin arızalanması durumunda bağlantıyı kesebilme özelliğine sahip olmaları gerekir; aksi takdirde, ana şebekeye ters besleme olması ciddi bir tehlike oluşturabilir.

Şekil 1 - Bağımsız sistem ve şebekeye bağlı sistem örneği. Görsel, Biblus'un izniyle kullanılmıştır.

2. Otobüs Kondansatörünün Rolü Nedir?

İnvertörün amacı, bir DC dalga biçimindeki gerilimi, belirli bir frekansta ve küçük bir faz açısıyla bir yüke (örneğin elektrik şebekesine) güç vermek üzere bir AC sinyaline dönüştürmektir.φ ≈Şekil 0). Tek fazlı tek kutuplu Darbe Genişliği Modülasyonu (PWM) için basitleştirilmiş bir devre Şekil 1'de gösterilmiştir.2 (Aynı genel şema üç fazlı bir sisteme de genişletilebilir). Bu şemada, bir miktar kaynak endüktansına sahip bir DC voltaj kaynağı olarak çalışan bir PV sistemi, serbest geçiş diyotlarıyla paralel olarak bağlanmış dört IGBT anahtarı aracılığıyla bir AC sinyaline dönüştürülür. Bu anahtarlar, genellikle bir taşıyıcı dalgayı (genellikle istenen çıkış frekansında bir sinüs dalgası) ve önemli ölçüde daha yüksek bir frekansta bir referans dalgayı (tipik olarak 5-20 kHz'de bir üçgen dalga) karşılaştıran bir IC'nin çıkışı olan bir PWM sinyali aracılığıyla kapıdan kontrol edilir. IGBT'lerin çıkışı, çeşitli LC filtre topolojilerinin uygulanmasıyla kullanım veya şebekeye enjeksiyon için uygun bir AC sinyaline dönüştürülür.

Teklif Al

Şekil 2: Darbe Genişliği Modülasyonu (PWM) tek fazlıİnverter kurulumu. IGBT anahtarları, LC çıkış filtresiyle birlikte, DC giriş sinyalini kullanılabilir bir AC sinyaline dönüştürür. Bu, birPV terminallerinde zararlı voltaj dalgalanması. BusKondansatör, bu dalgalanmayı azaltacak şekilde boyutlandırılmıştır.

IGBT'lerin çalışması, fotovoltaik panel dizisinin terminallerine dalgalanma gerilimi uygular. Bu dalgalanma, fotovoltaik sistemin çalışması için zararlıdır, çünkü en fazla gücü elde etmek için terminallere uygulanan nominal gerilimin IV eğrisinin maksimum güç noktasında (MPP) tutulması gerekir. Fotovoltaik terminallerdeki gerilim dalgalanması, sistemden elde edilen gücün salınımına neden olarak şu sonuçlara yol açar:

Daha düşük ortalama güç çıkışı (Şekil 3). Gerilim dalgalanmasını düzeltmek için bara bir kapasitör eklenmiştir.

Şekil 3: PWM invertör şeması tarafından PV terminallerine uygulanan voltaj dalgalanması, uygulanan voltajı PV dizisinin maksimum güç noktasından (MPP) uzaklaştırır. Bu, dizinin güç çıkışında bir dalgalanmaya neden olarak ortalama çıkış gücünün nominal MPP'den daha düşük olmasına yol açar.

Gerilim dalgalanmasının genliği (tepeden tepeye), anahtarlama frekansına, PV gerilimine, bara kapasitansına ve filtre endüktansına bağlı olarak aşağıdaki şekilde belirlenir:

Neresi:

VPV, güneş panelinin doğru akım voltajıdır.

Cbus, bara kondansatörünün kapasitansıdır.

L, filtre indüktörlerinin endüktansıdır.

fPWM, anahtarlama frekansıdır.

Denklem (1), şarj sırasında kapasitörden yük akışını engelleyen ve daha sonra elektrik alanında bulunan enerjiyi dirençsiz bir şekilde boşaltan ideal bir kapasitör için geçerlidir. Gerçekte, hiçbir kapasitör ideal değildir (Şekil 4), ancak birden fazla elemandan oluşur. İdeal kapasitansa ek olarak, dielektrik mükemmel dirençli değildir ve anottan katoda sonlu bir şönt direnci (Rsh) boyunca küçük bir kaçak akım akar ve dielektrik kapasitansını (C) atlar. Kapasitörden akım aktığında, pimler, folyolar ve dielektrik mükemmel iletken değildir ve kapasitansla seri olarak eşdeğer bir seri direnç (ESR) vardır. Son olarak, kapasitör manyetik alanda bir miktar enerji depolar, bu nedenle kapasitans ve ESR ile seri olarak eşdeğer bir seri endüktans (ESL) vardır.

Şekil 4: Genel bir kondansatörün eşdeğer devresi. Bir kondansatör şöyledir:Dielektrik kapasitans (C), kapasitörü atlayan dielektrik üzerinden geçen sonsuz olmayan şönt direnç, seri direnç (ESR) ve seri endüktans (ESL) dahil olmak üzere birçok ideal olmayan elemandan oluşur.

Görünüşte basit bir kapasitör bileşeninde bile, arızalanabilecek veya bozulabilecek birden fazla eleman bulunur. Bu elemanların her biri, hem AC hem de DC taraflarında invertörün davranışını etkileyebilir. İdeal olmayan kapasitör bileşenlerinin bozulmasının PV terminallerine uygulanan voltaj dalgalanması üzerindeki etkisini belirlemek için, SPICE kullanılarak bir PWM tek kutuplu H-köprü invertörü (Şekil 2) simüle edildi. Filtre kapasitörleri ve indüktörler sırasıyla 250µF ve 20mH'de tutuldu. IGBT'ler için SPICE modelleri Petrie ve diğerlerinin çalışmalarından türetilmiştir. IGBT anahtarlarını kontrol eden PWM sinyali, sırasıyla yüksek ve düşük taraftaki IGBT anahtarları için bir karşılaştırıcı ve ters çevirici karşılaştırıcı devresi tarafından belirlenir. PWM kontrolleri için girişler, 9,5V, 60Hz sinüs taşıyıcı dalga ve 10V, 10kHz üçgen dalgadır.