İnverter veya Türkçe hali ile dönüştürücü, doğru akımı (DC) alternatif akıma (AC) değiştiren bir güç elektronik cihazı veya devresidir.

Giriş voltajı, çıkış voltajı ve frekansı ve genel güç kullanımı, belirli cihaz veya devrenin tasarımına bağlıdır. İnverter herhangi bir güç üretmez, güç DC kaynağı tarafından sağlanır.

Bir güç çevirici tamamen elektronik bir şekilde  veya mekanik bir şekilde (döner aparat gibi) ve elektronik devrelerin bir kombinasyonu şeklinde olabilir. Statik invertörler, dönüştürme işleminde hareketli parçalar kullanmaz.

Güç çeviriciler öncelikle yüksek akımların ve gerilimlerin olduğu elektrik gücü uygulamalarında kullanılır; Genellikle çok düşük akım ve gerilimlere sahip olan elektronik sinyaller için aynı işlevi gören devrelere osilatör denir. Ters işlevi yerine getiren, AC’yi DC’ye dönüştüren devrelere Rectifier veya Türkçe hali ile Doğrultucu denir.

Giriş Gerilimi

Tipik bir güç çevirici cihazı veya devresi, sistemin amaçlanan güç talepleri için yeterli akımı sağlayabilen kısmen kararlı bir DC güç kaynağı gerektirir. Giriş voltajı, sürücünün tasarımına ve amacına bağlıdır. Örneğin:

• • 12 V DC,  yeniden şarj edilebilir 12 V kurşun asit pil veya otomotiv elektrik prizinden çalışan daha küçük tüketici ve ticari invertörler için.
  • Ev enerji sistemleri için ortak standartlar olan 24, 36 ve 48 V DC.
  • Güç, fotovoltaik güneş panellerinden alındığında 200 ila 400 V DC.
  • Güç, araçtan şebekeye sistemlerde elektrikli araç akü paketlerinden sağlandığında 300 ila 450 V DC.
  • İnverterin yüksek voltajlı doğru akım güç iletim sisteminin bir parçası olduğu yüz binlerce volt.

Çıkış Dalga Formu

Bir invertör, devre tasarımına bağlı olarak kare dalga, modifiye sinüs dalgası, darbeli sinüs dalgası, darbe genişliği modülasyonlu dalga (PWM) veya sinüs dalgası üretebilir. Yaygın invertör türleri, kare dalgalar veya yarı kare dalgalar üretir. Bir sinüs dalgasının saflığının bir ölçüsü, toplam harmonik bozulmadır (THD). % 50 görev döngüsü kare dalgası,% 48 THD’li sinüs dalgasına eşdeğerdir Ticari güç dağıtım şebekeleri için teknik standartlar, müşterinin bağlantı noktasındaki dalga şeklinde% 3’ten az THD gerektirir. IEEE Standardı 519, bir elektrik şebekesine bağlanan sistemler için% 5’ten az THD önerir.

Daha düşük voltajlı bir DC kaynağından ev tipi fiş voltajı üretmek için iki temel tasarım vardır; bunlardan birincisi, daha yüksek voltajlı bir DC üretmek için bir anahtarlamalı yükseltici dönüştürücü kullanır ve ardından AC’ye dönüştürür. İkinci yöntem, DC’yi pil seviyesinde AC’ye dönüştürür ve çıkış voltajını oluşturmak için bir hat frekansı transformatörü kullanır.

 

Kare Dalga

Bu, bir inverter tasarımının üretebileceği en basit dalga formlarından biridir ve aydınlatma ve ısıtma gibi düşük hassasiyetli uygulamalar için en uygun olanıdır. Kare dalga çıkışı, ses ekipmanına bağlandığında “uğultu” üretebilir ve genellikle hassas elektronik cihazlar için uygun değildir.

 

Sinüs Dalgası

Çok adımlı bir sinüzoidal AC dalga formu üreten bir güç çevirici cihaza, sinüs dalgası invertörü adı verilir. İnvertörleri, modifiye edilmiş sinüs dalgalı (üç aşamalı) invertör tasarımlarından çok daha az distorsiyonlu çıkışlara sahip daha net bir şekilde ayırt etmek için, üreticiler genellikle saf sinüs dalgalı invertör ifadesini kullanırlar. “Saf sinüs dalgası invertörü” olarak satılan neredeyse tüm tüketici sınıfı invertörler hiç düzgün bir sinüs dalgası çıkışı üretmez, kare dalga (iki adım) ve modifiye edilmiş sinüs dalgasından (üç adımlı) daha az dalgalı bir çıktı ) invertörler. Bununla birlikte, çıktıyla oldukça iyi başa çıktıkları için bu çoğu elektronik için kritik değildir.

Güç çevirici cihazların standart hat gücünün yerini aldığı yerlerde, bir sinüs dalgası çıkışı arzu edilir çünkü birçok elektrikli ürün, bir sinüs dalgası AC güç kaynağıyla en iyi şekilde çalışmak üzere tasarlanmıştır. Standart elektrik hizmeti, tipik olarak küçük kusurlarla, ancak bazen önemli bozulmalarla bir sinüs dalgası sağlar.

Dalga çıkışında üç adımı aşan sinüs dalgası invertörleri daha karmaşıktır ve aynı güç kullanımının yalnızca üç adımlı veya kare dalga (tek adım) türleriyle modifiye edilmiş sinüs dalgasından çok daha yüksek maliyetlidir. Kişisel bilgisayarlar veya DVD oynatıcılar gibi anahtar modlu güç kaynağı (SMPS) cihazları, değiştirilmiş sinüs dalgası gücünde çalışır. Doğrudan sinüzoidal olmayan güçle çalıştırılan AC motorlar, ekstra ısı üretebilir, farklı hız-tork özelliklerine sahip olabilir veya sinüzoidal güçle çalışmaya kıyasla daha fazla işitilebilir gürültü üretebilir.

 

Modifiye Edilmiş Sinüs Dalgası

Böyle bir invertörün modifiye edilmiş sinüs dalgası çıkışı, biri diğerine göre 90 derece faz kaydırmalı iki kare dalganın toplamıdır. Sonuç, eşit aralıklarla sıfır voltluk üç seviyeli dalga biçimidir; en yüksek pozitif volt; sıfır volt; en yüksek negatif volt ve ardından sıfır volt. Bu sıra tekrarlanır. Ortaya çıkan dalga, kabaca bir sinüs dalgasının şekline benzer. Çoğu ucuz tüketici güç invertörü, saf bir sinüs dalgası yerine modifiye edilmiş bir sinüs dalgası üretir.

Ticari olarak temin edilebilen modifiye sinüs dalgası inverterlerindeki dalga formu, bir kare dalgayı andırır, ancak polaritenin tersine çevrilmesi sırasında bir duraklama vardır. Pozitif, negatif ve sıfır voltajlar için anahtarlama durumları geliştirilmiştir. Dalga biçimi, döngü süresinin yarısında tepe değerlerine sahip olacak şekilde seçilirse, tepe voltajının RMS voltajına oranı sinüs dalgasıyla aynıdır. DC bara voltajı aktif olarak düzenlenebilir veya “açık” ve “kapalı” süreler, DC bara voltajı değişikliklerini telafi etmek için DC bara voltajına kadar aynı RMS değeri çıkışını korumak için değiştirilebilir. Darbe genişliğini değiştirerek, harmonik spektrum değiştirilebilir. Üç aşamalı modifiye edilmiş sinüs dalgası için en düşük THD, darbeler her bir elektrik döngüsünün 130 derece genişliğinde olduğunda% 30’dur. Bu, kare dalgadan biraz daha düşüktür.

Açma / kapama süresinin oranı, darbe genişliği modülasyonu (PWM) adı verilen bir teknikle sabit bir frekansı korurken RMS voltajını değiştirmek için ayarlanabilir. Üretilen kapı darbeleri, istenen çıktıyı elde etmek için geliştirilen modele göre her anahtara verilir. Çıkıştaki harmonik spektrum, darbelerin genişliğine ve modülasyon frekansına bağlıdır. Üç seviyeli bir dalga biçiminin minimum bozulmasına, darbeler dalga biçiminin 130 derecesinin üzerine çıktığında ulaşıldığı gösterilebilir, ancak ortaya çıkan voltaj, şebekeye bağlı güç kaynakları için ticari standartlardan daha yüksek olan yaklaşık% 30 THD’ye sahip olacaktır. Asenkron motorları çalıştırırken, gerilim harmonikleri genellikle önemli değildir; bununla birlikte, akım dalga biçimindeki harmonik bozulma ek ısıtma sağlar ve titreşimli torklar üretebilir.

Çok sayıda elektrikli ekipman, modifiye edilmiş sinüs dalgalı güç çevirici cihazlarda, özellikle geleneksel akkor ampuller gibi doğası gereği dirençli olan yüklerde oldukça iyi çalışacaktır. Anahtarlamalı güç kaynağına sahip öğeler neredeyse tamamen sorunsuz çalışır, ancak öğenin bir şebeke trafosu varsa, bu, ne kadar marjinal olarak derecelendirildiğine bağlı olarak aşırı ısınabilir.

Bununla birlikte, yük, modifiye edilmiş sinüs dalgası ile ilişkili harmonikler nedeniyle daha az verimli çalışabilir ve çalışma sırasında bir uğultu sesi çıkarabilir. Üreticinin nominal dönüştürme verimliliği harmonikleri hesaba katmadığından, bu aynı zamanda bir bütün olarak sistemin verimliliğini de etkiler. Bu nedenle, saf sinüs dalgası inverterleri, modifiye edilmiş sinüs dalgası inverterlerinden önemli ölçüde daha yüksek verimlilik sağlayabilir.

Çoğu AC motor, harmonik içeriği nedeniyle yaklaşık% 20’lik bir verimlilik düşüşü ile MSW invertörlerde çalışacaktır. Ancak, oldukça gürültülü olabilirler. Temel frekansa ayarlanmış bir seri LC filtresi yardımcı olabilir.

Tüketici güç invertörlerinde bulunan yaygın bir modifiye edilmiş sinüs dalgası invertör topolojisi aşağıdaki gibidir: Yerleşik bir mikro denetleyici, ~ 50 kHz gibi yüksek frekansta MOSFET’leri hızla açar ve kapatır. MOSFET’ler doğrudan düşük voltajlı bir DC kaynağından (pil gibi) çeker. Bu sinyal daha sonra daha yüksek bir voltaj sinyali üretmek için yükseltici transformatörlerden geçer (genellikle birçok küçük transformatör, eviricinin toplam boyutunu azaltmak için paralel olarak yerleştirilir). Yükseltici transformatörlerin çıkışı daha sonra yüksek voltajlı bir DC kaynağı üretmek için kapasitörler tarafından filtrelenir. Son olarak, bu DC kaynağı, son modifiye edilmiş sinüs dalgası sinyalini üretmek için mikrodenetleyici tarafından ek güç MOSFET’leri ile darbelenir.

Daha karmaşık invertörler, bir sinüs dalgasına çok aşamalı bir yaklaşım oluşturmak için ikiden fazla voltaj kullanır. Bunlar, yalnızca alternatif pozitif ve negatif darbeler kullanan bir invertöre kıyasla voltaj ve akım harmoniklerini ve THD’yi daha da azaltabilir; ancak bu tür inverterler ek anahtarlama bileşenlerine ihtiyaç duyarak maliyeti artırır.

 

Yakın Sinüs Dalgası PWM

Bazı invertörler, sinüs dalgasını yeniden oluşturmak için alçak geçiş filtreli olabilen bir dalga formu oluşturmak için bir PWM kullanır. Bunlar, MSN tasarımlarında olduğu gibi yalnızca bir DC beslemesini gerektirir, ancak anahtarlama çok daha hızlı bir hızda, tipik olarak birçok KHz’de gerçekleşir, böylece sinyallerin değişen genişlikleri sinüs dalgasını oluşturmak için düzleştirilebilir. Anahtarlama zamanlamasını oluşturmak için mikroişlemci kullanılırsa, harmonik içerik ve verimlilik yakından kontrol edilebilir.

 

Çıkış Frekansı

Bir güç çevirici cihazının AC çıkış frekansı, genellikle standart güç hattı frekansı 50 veya 60 hertz ile aynıdır. İstisna, değişken bir frekansın değişken bir hız kontrolü ile sonuçlandığı motor sürüşü tasarımlarında ortaya çıkar.

Ayrıca, cihazın veya devrenin çıkışı daha fazla koşullandırılacaksa (örneğin, yükseltilecekse), frekans, iyi bir transformatör verimliliği için çok daha yüksek olabilir.

 

Çıkış Gerilimi

Bir güç dönüştürücünün AC çıkış voltajı, eviricinin sürdüğü yükte değişiklikler olsa bile, genellikle dağıtım düzeyinde tipik olarak 120 veya 240 VAC olan şebeke hattı voltajı ile aynı olacak şekilde düzenlenir. Bu, inverterin standart hat gücü için tasarlanmış çok sayıda cihaza güç sağlamasına izin verir.

Bazı invertörler ayrıca seçilebilir veya sürekli değişken çıkış voltajlarına izin verir.

 

Çıkış Gücü

Bir güç çevirici genellikle watt veya kilovat cinsinden ifade edilen genel bir güç değerine sahip olacaktır. Bu, sürücünün sürdüğü cihaz için mevcut olacak gücü ve dolaylı olarak DC kaynağından ihtiyaç duyulacak gücü açıklar. Hat gücünü taklit etmek için tasarlanmış daha küçük popüler tüketici ve ticari cihazlar tipik olarak 150 ila 3000 watt arasındadır.

Tüm invertör uygulamaları yalnızca veya birincil olarak güç sağlama ile ilgili değildir; bazı durumlarda, frekans ve / veya dalga biçimi özellikleri, devam eden devre veya cihaz tarafından kullanılır.

 

Kaynak