Invertorový ovladač

Systém Inverter Control se skládá ze dvou funkčních obvodů. Jedním z nich je "Origin Wave Generator" pro střídavé napětí a druhým je "AC generátor", který vytváří cílovou vlnu střídavého napětí. Generátor Origin Wave Generator vytváří sérii impulsů, jejichž výšky jsou identické, ale šířky jsou vybírány generátorem; série pulsů je "Origin Wave" pro cílovou střídavou vlnu. Šířka každého pulzu je určena speciálním výpočtem, který bude ilustrován později.
A generátor střídavého proudu upravuje počáteční vlnu na střídavou vlnu. Tento obvod má uvnitř několik párů spínačů. Pro jednoduché vysvětlení zvažte případ, kdy ve funkčním obvodu existuje pouze jeden pár dvou spínačů. Jedna ze svorek jednoho spínače je vázána na zdroj stejnosměrného napětí (V+) a druhý spínač, úroveň země. Ostatní svorky obou spínačů jsou vzájemně propojeny, čímž je vytvořena výstupní svorka AC generátoru. Každý spínač je řízen modifikačními vlnami vlny Origin. Tato konfigurace může vytvářet tři úrovně napětí, jako je úroveň stejnosměrného napětí (V+), úroveň země a střední úroveň mezi V+ a zemí.
Toto vysvětlení je věnováno pouze dvěma přepínačům, ale je jasné, že více přepínačů a sofistikovanější ovládání přepínačů vytvoří komplikovanější střídavé vlny z jednoduchých úrovní DC a GND.

Sinusová křivka
V mnoha případech by cílové AC vlny byly sinusové křivky. Například řídicí systém motoru bude vyžadovat sinusovou vlnu k pohonu motoru, protože ideální sinusové křivky by měly poskytovat nejtišší rotaci nebo nejnižší spotřebu energie. Dalším příkladem je kondicionér energie, který bude generovat 60Hz sinusovou vlnu na komerčních elektrických vedeních.
Počáteční vlna sinusové křivky je generována následovně.
Nejprve by měla být provedena určitá definice. Maximální výstupní úroveň a minimální úroveň AC generátoru jsou +V a -V. A amplituda sinusové křivky jako výstup je menší než hodnota 2 x V.
Dále se připraví rovnoramenný trojúhelník. Výška trojúhelníku je 2 x V a opakuje se podél vodorovné osy (časová osa) a základna je pevný časový interval. Sinusová křivka je umístěna na grafu spolu s trojúhelníky na pozadí.
Porovnáním hodnot trojúhelníků s hodnotami sinusové křivky definujte „jedna“, pokud je sinusová křivka větší než trojúhelník, a „nula“, pokud ne. To by získalo sekvenční impulzy s jednotkovou výškou, což je počáteční vlna sinusové křivky.
Vlna počátku (Signal S) se vyznačuje tím, že širší puls se objeví při větší hodnotě v sinusové křivce. Pro lepší pochopení, zda budou pulzy upraveny tak, aby vyplnily sousední prostor, aniž by se změnila plocha pulzu, se objevuje tvar sinusové křivky (Signál Sa). Jak si snadno lze představit, tvar se blíží sinusové křivce, když se rovnoramenný trojúhelník stane strmějším (základna je menší). Všimněte si, že signál Sa není skutečná vlna, ale koncepční vlna.
Technologie generování vlny jako Origin Wave, která se skládá z pulzů konstantní výšky a proměnné šířky, se nazývá PWM (Pulse Width Modulation). Invertorové řízení je realizováno technologií PWM.

Kontrola zpětné vazby
Základní funkcí řízení invertoru je, že generátor Origin Wave produkuje PWM Origin vlnu a AC generátor generuje sinusovou vlnu transformovanou Origin Wave. To vše není ve skutečné realizaci. Řídicí systém má uvnitř motor nebo jiné zařízení, které by se v elektrickém světě nazývalo "zátěž". Když je zátěž v provozu, zkresluje sinusovou vlnu výstupu generátoru střídavého proudu; může se snížit amplituda sinusovky, mírně se změnit fáze nebo může být frekvence nestabilní atd.
V systému by mělo být více funkcí pro získání ideální křivky sinusovky. Funkce sledování výstupní vlny střídavého generátoru (je to vstup zátěže). Dále by měl být monitorovaný signál porovnán s ideálním průběhem. V důsledku toho, pokud je amplituda monitorovaného signálu menší, výstup generátoru počátečních vln, pulzy PWM, by měly být delší a naopak. Po opakování tohoto procesu je výstupní vlna poměrně blízko ideální vlně a snažte se udržet tvar vlny ve stejném tvaru.
Taková smyčka, jak je popsána výše, je obecně řečeno dobře známá jako systém "kontroly se zpětnou vazbou". Díky zpětnovazebnímu řízení může být Inverter Control aplikován na řadu různých hodnot zatížení.

Obvody nezbytné pro řízení měniče
Monitorovací obvod pro monitorování výstupu AC generátoru, generátor rovnoramenného trojúhelníku, porovnávací obvod monitorovaného signálu a rovnoramenného trojúhelníku (generátor signálu S), komparátor signálu S monitorovaného signálu a ideálního signálu S ideálního sinusovka, úložiště ideálního signálu S, pulzní generátor PWM a samozřejmě samotný generátor střídavého proudu.
Monitorovacím obvodem pro výstup generátoru střídavého proudu by byl AD převodník, který převádí monitorovaný analogový signál na digitální hodnoty. Tento převod usnadňuje porovnávání velikostí mezi hodnotami převodu a hodnotami rovnoramenného trojúhelníku (digitální hodnoty).
K vytvoření rovnoramenného trojúhelníku se používá obvod čítače. Čítač by měl počítat pulsy s poměrně rychlými frekvenčními hodinami a inkrementuje až do určité předem definované hodnoty počítadla a po dosažení počítané hodnoty se snižuje; který generuje rovnoramenný trojúhelník.
Porovnání by bylo provedeno obvodem digitálního kalkulátoru.
Signál S ideální sinusové křivky je uložen v úložné paměti.
A pulzy PWM budou generovány speciálním obvodem, který je určen pro řízení série pulzů PWM.

Kontrolní cíle
Hlavními cíli řízení výkonového elektronického invertoru je regulovat výstupní napětí nebo proud, synchronizovat se sítí nebo zátěží, minimalizovat harmonické zkreslení a spínací ztráty a zajistit stabilitu a spolehlivost systému. V závislosti na aplikaci a provozních podmínkách lze k dosažení těchto cílů použít různé řídicí strategie a techniky. Některé z těch běžných jsou pulzně šířková modulace (PWM), hysterezní řízení, prostorová vektorová modulace (SVM) a řízení poklesu.

Kontrolní metody
Způsoby řízení výkonových elektronických měničů lze rozdělit do dvou kategorií: lineární a nelineární. Metody lineárního řízení využívají k regulaci výstupního napětí nebo proudu regulátory s lineární zpětnou vazbou, jako jsou proporcionálně-integrální (PI) nebo proporcionálně-integrálně-derivační (PID) regulátory. Jsou jednoduché a snadno implementovatelné, ale mají omezení z hlediska robustnosti, šířky pásma a dynamického výkonu. Nelineární metody řízení využívají k regulaci výstupního napětí nebo proudu nelineární zpětnovazební regulátory, jako je řízení klouzavého režimu (SMC) nebo řízení fuzzy logiky (FLC).

Řídicí smyčky
Řídicí smyčky výkonových elektronických měničů lze rozdělit do dvou úrovní: vnitřní a vnější. Vnitřní regulační smyčka je zodpovědná za generování spínacích signálů pro invertorové spínače na základě referenčních a zpětnovazebních signálů. Vnější regulační smyčka je zodpovědná za generování referenčních signálů pro vnitřní regulační smyčku na základě požadovaného výstupního napětí nebo proudu. Vnitřní regulační smyčka obvykle pracuje na vyšší frekvenci než vnější regulační smyčka, aby byla zajištěna rychlá a přesná odezva.

Kontrolní výzvy
Řízení výkonových elektronických měničů čelí několika výzvám, jako jsou variace parametrů, nelinearity, nejistoty, poruchy a omezení. Tyto faktory mohou ovlivnit výkon a stabilitu systému a vyžadují adaptivní a robustní řídicí techniky. Kromě toho řízení výkonových elektronických měničů také zahrnuje kompromisy mezi protichůdnými cíli, jako je účinnost, kvalita a spolehlivost. Tyto kompromisy vyžadují optimalizaci a techniky řízení s více cíli.

Jednoduchý způsob, jak pochopit, jak měnič převádí stejnosměrný proud na střídavý proud, je podívat se na obvod měniče jako na 2 páry 2 spínačů pro celkem čtyři spínače. Spínače jsou spárovány tak, že při sepnutém spínači 1 a 3 jsou spínače 2 a 4 rozpojené. Poté, když jsou 1 a 3 otevřené, 2 a 4 jsou zavřené. Každý pár spínačů způsobí, že proud při sepnutí změní směr.

Spínače se ve skutečnosti nepoužívají v invertorovém obvodu. Místo spínačů fungují jako spínače tranzistory, jako jsou bipolární tranzistory s izolovaným hradlem (IGBP) nebo polovodičové polovodičové tranzistory s kovovým oxidem (MOSFET).

Tyto tranzistory také umožňují, aby proud postupně stoupal a klesal, když se otevírají a zavírají. To je nezbytné, aby proudový výstup byl ve formě sinusovky. Pokud by se tranzistory otevíraly a zavíraly okamžitě, výstup z invertoru by byl obdélníkový, což nebude pro mnoho zařízení bezpečně fungovat jako střídavý proud.

Nakonec bude střídač muset zvýšit úroveň napětí na 120 VAC. Střídač k tomu používá zvyšovací transformátor.