آشنایی با انواع ادوات الکترونیک قدرت :
با پیشرفت علم الکترونیک در اواخر قرن نوزدهم، قابلیت‌های جدیدی در ساخت مدار برق صنعتی به وجود آمد. این پیشرفت در زمینه ساخت ترانزیستورهای با قابلیت هدایت جریان‌های بالا و مقاومت در برابر ولتاژهای بالا موجب شد تا تحولی در زمینه طراحی و ساخت مدارهای الکترونیکی در مقیاس سیستم های قدرت ایجاد گردد. این تحول در کنار گسترش استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر، خودروهای الکتریکی و حرکت به سمت شبکه‌های برق هوشمند موجب شد تا محققان و صنعتگران توجه بیشتری به زمینه الکترونیک قدرت معطوف نمایند. در این سال‌ها، مدارات با کاربردهای متعددی توسط شرکت‌های صنعتی طراحی و تولید گردیده‌اند که به طور کلی می توان به چهار دسته کلی تقسیم بندی کرد:
- مبدل‌های DC-DC یا جریان مستقیم یا چاپرها
- مبدل‌های AC-DC یا یکسوکننده‌ها
- مبدل‌های DC-AC یا اینورترها
- مبدل‌های AC-AC یا سیکلوکانورترها
هر کدام از این مبدل‌ها با توجه به ساختار به دسته‌بندی‌های دیگری نیز تقسیم می‌گردند. تیم الکاران بر آن است که نحوه کار، معادلات کاری و نحوه شبیه‌سازی هر کدام از این مبدل‌ها را به طور کامل و به مرور بررسی نماید. در این مقاله قصد داریم به معرفی هرکدام از مبدل‌های قدرت بپردازیم.
مبدل‌های DC-DC
وظیفه مبدل‌های DC-DC تغییر سطح ولتاژ مستقیم است. این مبدل‌ها در سال‌های اخیر در صنعت کاربرد زیادی پیدا کرده‌اند. از جمله کاربردهای آن‌ها می‌توان به خودروهای الکتریکی (Electric Vehicles (EV))، منابع تجدیدپذیر بادی و خورشیدی (Wind/PV Systems) ، سیستم‌های ذخیره‌کننده انرژی الکتریکی (Energy Storage Systems (ESS)) و همچنین قسمت‌های مختلف شبکه‌های الکتریکی هوشمند (Smart Grid) اشاره کرد. این مبدل‌ها در دو دسته‌بندی کلی افزاینده (Step-up) و کاهنده (Step-down) طراحی و ساخت می‌گردند. دسته اول ولتاژهای DC را افزایش و دسته دوم نیز ولتاژ DC را کاهش می‌دهند. برای هر کدام از دسته‌های افزاینده و کاهنده، انواع متفاوتی از مبدل‌های DC-DC ابداع شدهاند که در مقاله مخصوص این مبدل‌ها به تفصیل در این مورد بحث می‌گردد.
مبدل‌های AC-DC یا یکسوکننده‌ها
همانطور که از نام این مبدل‌ها پیداست، وظیفه‌شان تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم است. این مبدل‌ها از ابتدای پیدایش ادوات الکترونیک قدرت مورد توجه صنعت بوده‌اند. دلیل این امر نیز این است که اکثر وسایل الکتریکی پرکاربرد در زندگی روزمره انسان‌ها نیاز به برق با جریان مستقیم دارند. به همین دلیل برای تغذیه الکتریکی این وسایل از برق شهر از مبدل‌های AC-DC که برق متناوب شبکه شهری را یکسوسازی می‌کنند، استفاده می‌گردد. دیود را می‌توان به عنوان نمونه بسیار ساده از یک یکسوکننده بیان کرد. بحث مهم در مورد یکسوسازها، ایجاد ولتاژ با ریپل پایین در خروجی این مبدل‌هاست.به دلیل اینکه یکسوسازها از طریق برق شهر تغذیه می‌شوند، سبب تزریق هارمونیک به شبکه برق شهر می‌گردند. نکته‌ای که در طراحی این مبدل‌ها بایستی مورد توجه قرار گیرد، کاهش هارمونیک‌های تزریقی به شبکه است.
مبدل‌های DC-AC یا اینورترها
در سیستم‌های الکتریکی هرگاه بخواهیم که برق جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل کنیم باید از اینورترها استفاده کنیم. این مبدل‌ها دقیقا عکس کار یکسوکننده‌ها را انجام می‌دهند. کاربرد این مبدل‌ها بیشتر در مواردی است که بخواهیم توان منابع تجدیدپذیر انرژی یا سیستم‌های ذخیره‌کننده انرژی الکتریکی مانند باتری‌ها یا پیل‌های سوختی را به شبکه برق تزریق نماییم. البته در تامین انرژی الکتریکی موتورهای AC تکفاز یا سه‌فاز از طریق باتری‌ها نیز بایستی از این مبدل‌ها استفاده نماییم تا ترمینال موتورها را با برق با ولتاژ متناوب تغذیه کنیم. در سال‌های اخیر انواع متفاوت اینورترها توسط شرکت‌های صنعتی معروف طراحی و ساخته شدهاند. نکته مهم در طراحی این مبدل‌ها این است که ولتاژ متناوب خروجی‌شان دارای هارمونیک کمی باشد. هرچه این ولتاژ دارای هارمونیک کمی باشد، شکل موج ولتاژ به شکل موج سینوسی خالص نزدیک خواهد بود که در این صورت هارمونیک کمی به شبکه تزریق خواهد شد و شبکه را با مشکل کمی روبرو خواهد کرد. در پست تخصصی مربوط به اینورترها نحوه کار و معادلات و مدارات مختلف اینورترها مورد بررسی قرار می‌گیرد.
مبدل‌های AC-AC یا سیکلوکانورترها
در برخی از مدارات قدرت نیاز است تا ولتاژ متناوب با دامنه و فرکانس خاصی را به ولتاژ متناوب با دامنه و فرکانس دیگری تبدیل نماییم. در این موارد باید از سیکلوکانورترها استفاده نماییم. لازم به ذکر است که این کار بدون وجود لینک DC انجام می‌گردد و هدف از طراحی و ساخت این کانورترها این است که این تبدیل فرکانس به صورت مستقیم انجام گیرد. مدارات و روش‌های متفاوتی برای این کار وجود دارد که در مقاله تخصصی مربوط به این مبدل‌ها به طور کامل پرداخته شده است.
ممنون اطلاعات خوبی بود