Växelriktare styrenhet

Systemet för inverterkontrollen består av två funktionskretsar. En av dem är "Origin Wave Generator" för AC-spänning, och den andra är "AC-generator" som producerar en målväxelspänningsvåg. Origin Wave Generator gör en serie pulser vars höjder är identiska men bredder väljs av generatorn; serien av pulserna är "Origin Wave" för AC-målvågen. Bredden på varje puls bestäms av en speciell beräkning som kommer att illustreras senare.
Och AC-generatorn modifierar Origin Wave till AC-vågen. Denna krets har flera par omkopplare inuti. För enkel förklaring, överväg fallet där endast ett par av två omkopplare finns i funktionskretsen. En av terminalerna på en omkopplare är ansluten till DC-spänningskälla (V+) och den andra omkopplaren, marknivå. Andra terminaler på båda switcharna är anslutna till varandra, vilket gör AC-generatorns utgångsterminal. Varje omkopplare styrs av modifieringsvågor av ursprungsvågen. Denna konfiguration kan producera tre spänningsnivåer som likspänningsnivån (V+), marknivån och en mellannivå mellan V+ och jord.
Denna förklaring är tillägnad endast två switchar, men det är tydligt att fler switchar och sofistikerad switchkontroll kommer att skapa mer komplicerade AC-vågor från de enkla DC- och GND-nivåerna.

Sinuskurva
I många fall skulle målväxelströmsvågorna vara sinuskurvor. Till exempel kommer ett motorstyrsystem att kräva en sinusvåg för att driva en motor eftersom en idealisk sinuskurva bör ge den tystaste rotationen eller den lägsta strömförbrukningen. Ett annat exempel är en kraftkonditionering som kommer att generera 60Hz sinusvåg på de kommersiella kraftledningarna.
Ursprungsvågen för sinuskurvan genereras enligt följande.
Till en början bör någon definition göras. Den maximala utgångsnivån och minsta av AC Generatorn är +V respektive -V. Och sinuskurvans amplitud som utgången är mindre än värdet 2 x V.
Därefter förbereds en likbent triangel. Höjden på triangeln är 2 x V och den upprepas längs horisontell axel (tidsaxel) och basen är ett fast tidsintervall. Sinuskurvan sätts på diagrammet tillsammans med trianglarnas bakgrund.
Genom att jämföra trianglarnas värden med de för sinuskurvan, definiera "ett" om sinuskurvan är större än triangeln och "noll" om inte. Det skulle få en sekvens av enhetshöjdspulser, vilket är sinuskurvans ursprungsvåg.
Ursprungsvågen (Signal S) visar att den bredare pulsen visas vid det större värdet i sinuskurvan. För bättre förståelse om pulserna kommer att modifieras för att fylla i angränsande utrymme utan att ändra pulsens area, skymtar en form av en sinuskurva (Signal Sa). Som lätt föreställt sig är formen närmare en sinuskurva när den likbenta triangeln blir brantare (basen är mindre). Observera att Signal Sa inte är en riktig våg utan en konceptuell våg.
Tekniken för att generera en våg som Origin Wave, som består av pulser med konstant höjd och variabel bredd, kallas PWM (Pulse Width Modulation). Inverterstyrning realiseras med PWM-teknik.

Feedbackkontroll
Den grundläggande funktionen för växelriktarstyrning är att Origin Wave generator producerar PWM Origin Wave och AC generator kommer att generera en sinusvåg transformerad av Origin Wave. Detta är inte allt i verkligt genomförande. Styrsystemet har en motor eller annan enhet inuti som skulle kallas "en belastning" i den elektriska världen. När belastningen är i drift förvränger den sinusvågen för AC-generatorns utgång; amplituden för sinusvågen kan minska, fasen kan ändras något, eller frekvensen kan vara instabil, och så vidare.
Det bör finnas fler funktioner i systemet för att få en ideal kurva för sinusvågen. En övervakningsfunktion för utgångsvågen från AC-generatorn (det är ingången för belastningen). Därefter ska den övervakade signalen jämföras med den ideala vågformen. Som ett resultat, om amplituden för den övervakade signalen är mindre, bör utsignalen från Origin Wave Generator, PWM-pulser, vara längre, och vice versa. Efter att ha upprepat denna process är utgångsvågen ganska nära den ideala vågen och försök att hålla vågformen i samma form.
En sådan slinga som beskrivits ovan är allmänt sett känt som "ett återkopplingsstyrsystem". Tack vare återkopplingsstyrningen kan inverterstyrningen appliceras på en mängd olika belastningsvärden.

Kretsar nödvändiga för inverterstyrning
En övervakningskrets för att övervaka AC-generatorns utsignal, en likbent triangelgenerator, en jämförande krets för den övervakade signalen och den likbenta triangeln (en generator av signal S), en komparator av signalen S för den övervakade signalen och den ideala signalen S för den ideala sinusvåg, en lagring av den ideala signalen S, PWM-pulsgenerator och naturligtvis själva AC-generatorn.
Övervakningskretsen för AC-generatorns utgång skulle vara en AD-omvandlare som omvandlar övervakad analog signal till digitala värden. Denna omvandling gör det lättare att jämföra magnituder mellan omvandlingsvärdena och de likbenta triangelvärdena (digitala värden).
En räknarkrets används för att göra den likbenta triangeln. Räknaren bör räkna pulser med en ganska snabb frekvensklocka, och den ökar till något fördefinierat räknevärde och minskar efter att ha träffat räknevärdet; som genererar den likbenta triangeln.
Jämförelsen skulle göras av en digital kalkylatorkrets.
Signalen S för den ideala sinuskurvan lagras i ett minne.
Och PWM-pulser kommer att genereras av en speciell krets som är dedikerad för att styra en serie PWM-pulser.

Kontrollmål
Huvudsyftet med styrning av kraftelektronisk inverterare är att reglera utspänningen eller strömmen, att synkronisera med nätet eller belastningen, att minimera övertonsförvrängning och omkopplingsförluster och att säkerställa systemets stabilitet och tillförlitlighet. Beroende på applikationen och driftsförhållandena kan olika styrstrategier och tekniker användas för att uppnå dessa mål. Några av de vanligaste är pulsbreddsmodulering (PWM), hystereskontroll, rymdvektormodulering (SVM) och droppkontroll.

Kontrollmetoder
Styrmetoderna för kraftelektroniska växelriktare kan klassificeras i två kategorier: linjära och olinjära. Linjära styrmetoder använder linjära återkopplingsregulatorer, såsom proportionell-integral (PI) eller proportionell-integral-derivata (PID) regulatorer, för att reglera utspänningen eller strömmen. De är enkla och lätta att implementera, men de har begränsningar när det gäller robusthet, bandbredd och dynamisk prestanda. Icke-linjära styrmetoder använder icke-linjära återkopplingskontroller, såsom sliding mode control (SMC) eller fuzzy logic control (FLC), för att reglera utspänningen eller strömmen.

Kontrollslingor
Styrslingorna för kraftelektroniska växelriktare kan delas in i två nivåer: inre och yttre. Den inre styrslingan är ansvarig för att generera omkopplingssignalerna för växelriktaromkopplarna, baserat på referens- och återkopplingssignalerna. Den yttre reglerslingan är ansvarig för att generera referenssignalerna för den inre reglerslingan, baserat på den önskade utspänningen eller strömmen. Den inre reglerslingan arbetar vanligtvis med en högre frekvens än den yttre reglerslingan, för att säkerställa en snabb och exakt respons.

Kontrollera utmaningar
Styrningen av kraftelektroniska växelriktare står inför flera utmaningar, såsom parametervariationer, olinjäriteter, osäkerheter, störningar och begränsningar. Dessa faktorer kan påverka systemets prestanda och stabilitet och kräver adaptiva och robusta styrtekniker. Dessutom innebär kontrollen av kraftelektroniska växelriktare också avvägningar mellan motstridiga mål, såsom effektivitet, kvalitet och tillförlitlighet. Dessa avvägningar kräver optimering och multi-objektiva styrtekniker.

Ett enkelt sätt att förstå hur en växelriktare omvandlar likström till växelström är att se på växelriktarkretsen som 2 par med 2 omkopplare för totalt fyra omkopplare. Strömbrytarna är parade så att när strömbrytare 1 och 3 är stängda är strömbrytare 2 och 4 öppna. Sedan, när 1 och 3 är öppna, är 2 och 4 stängda. Varje par av omkopplare kommer att få strömmen att byta riktning när den är stängd.

Omkopplare används faktiskt inte i en växelriktarkrets. Istället för omkopplare fungerar transistorer såsom bipolära transistorer med isolerad grind (IGBP) eller fälteffekttransistorer med metalloxid-halvledare (MOSFET) som omkopplare.

Dessa transistorer gör det också möjligt för strömmen att stiga och falla gradvis när de öppnar och stänger. Detta är nödvändigt för att strömutgången ska vara i form av en sinusvåg. Om transistorerna öppnades och stängdes omedelbart, skulle utsignalen från växelriktaren vara en fyrkantsvåg, som inte fungerar säkert som växelström för många enheter.

Slutligen måste växelriktaren öka spänningsnivån till 120 VAC. En växelriktare använder en step-up transformator för att åstadkomma detta.