مدار داخلی اینورتر

مدار داخلی درایو

در این نوشته قصد داریم شما را با مدار داخلی اینورتر (مدار RC) آشنا کنیم. هنگامی که یک منبع ولتاژ بر روی مدار RC اعمال می شود، خازن C را از طریق مقاومت R شارژ می کند.

تمام مدارات الکتریکی یا الکترونیکی یا سیستمهای الکترونیکی هنگام استفاده از سیگنال یا ولتاژ، پیوسته، (DC) یا متناوب (AC)، نوعی “تأخیر زمان” بین پایانه های ورودی و خروجی آنها رخ می دهد.

این تأخیر معمولاً به عنوان تأخیر زمان مدارها یا زمان ثابت شناخته می شود؛ که نشانگر پاسخ زمان مدار در هنگام استفاده از ولتاژ یا سیگنال مرحله ورودی است. ثابت زمان حاصل از هر مدار یا سیستم الکترونیکی به طور عمده به اجزای خازنی یا القایی متصل به آن بستگی دارد. ثابت زمان دارای واحدهای Tau – τ است.

هنگامی که یک ولتاژ DC در حال افزایش به یک خازن تخلیه شده اعمال می شود، خازن شار می شود با کاهش این ولتاژ، خازن شروع به تخلیه در جهت مخالف می کند. از آنجا که خازن ها می توانند انرژی الکتریکی را ذخیره کنند، از بسیاری جهات مانند باتری های کوچک عمل می کنند و در صورت نیاز انرژی را در صفحات خود ذخیره می کنند.

عملکرد مدار داخلی اینورتر

بار الکتریکی ذخیره شده در صفحات خازن به این شرح است: Q = CV.

این شارژ (ذخیره سازی) و تخلیه (آزاد سازی) انرژی خازن سریع اتفاق نمی افتد بلکه زمان مشخصی را می طلبد تا با مدت زمان لازم برای شارژ یا تخلیه خازن در درصد معینی از حداکثر مقدار  آن انجام شود. زمان ثابت آن (τ).

اگر یک مقاومت به صورت سری وصل شود با خازنی که مدار RC را تشکیل می دهد، خازن به تدریج از طریق مقاومت شارژ می شود تا ولتاژ در سراسر آن به ولتاژ منبع تغذیه برسد.زمان لازم برای شارژ کامل خازن معادل تقریباً 5 ثابت زمانی یا 5T است. بنابراین، پاسخ گذرا یا یک مدار RC سری معادل 5 ثابت زمانی خازن است.

این زمان پاسخ گذرا T، از نظر τ = R x C، در چند ثانیه اندازه گیری می شود، جایی که R مقدار مقاومت در اهم و C، مقدار خازن در فاراد است. سپس این پایه و اساس مدار شارژ RC را تشکیل می دهد که 5T نیز می تواند به عنوان “5 x RC” تصور شود.

شکل زیر با اتصال یک خازن (C) به یک مقاومت (R) به صورت سری؛ یک مدار شارژ  RC تشکیل می شود، که از طریق یک سوئیچ مکانیکی به یک باتری DC متصل شده است. در زمان صفر، هنگامی که سوئیچ برای اولین بار بسته شده است، خازن را به تدریج از طریق مقاومت شارژ می کند، تا ولتاژ موجود در آن به ولتاژ منبع تغذیه باتری برسد. طریقه شارژ خازن در زیر نشان داده شده است.

فرض کنید که خازن C کاملاً “تخلیه” شده و سوئیچ (S) کاملاً باز است. این شرایط اولیه مدار است، سپس t = 0 ، i = 0 و q = 0. وقتی سوئیچ بسته می شود، زمان در t = 0 شروع می شود و جریان از طریق مقاومت شروع به جاری شدن می کند. از آنجا که ولتاژ اولیه در خازن صفر است، (Vc = 0) در t = 0 خازن به نظر می رسد یک اتصال کوتاه به مدار خارجی است و حداکثر جریان از طریق مدار محدود می شود که فقط توسط مقاومت R. محدود شده و سپس با استفاده از Kirchhoff قانون ولتاژ (KVL)، افت ولتاژ در مدار به شرح زیر است:

جریان فعلی که در حال گردش در مدار است، جریان شارژ نام دارد و با استفاده از قانون اهم به این شرح است: i = Vs / R.

منحنی های مدار اینورتر شارژ RC (نمودار شارژ و دشارژ خازن)

منحنی بالا همانطور که نشان می دهد خازن شارژ می شود، افزایش در منحنی شارژ RC در ابتدا تندتر است زیرا در ابتدا سرعت شارژ سریعتر است و بعد از مدتی خازن شارژ اضافی را با سرعت کندتر کاهش می دهد، خاموش می شود. با شارژ شدن خازن، اختلاف پتانسیل در صفحه های آن به آرامی با زمان واقعی که برای شارژ در خازن به دست می آید افزایش می یابد تا به 63٪ از حداکثر ولتاژ ممکن خود برسد، در منحنی 0.63 ولت ما به عنوان یک بار ثابت  (T).
قبل از خرید اینورتر لازم است به این نکته توجه کنید که: این نقطه ولتاژ 0.63Vs به اختصار 1T، (یک بار ثابت) داده می شود. خازن شارژ را ادامه می دهد و اختلاف ولتاژ بین Vs و Vc کاهش می یابد، بنابراین جریان مدار  i  در شرایط نهایی آن بیش از پنج بار ثابت (5T) است. وقتی گفته می شود خازن به طور کامل شارژ می شود ، t =∞ ، i = 0 ، q = Q = CV.

در انتها جریان شارژ در  به صفر می رسد و خازن مانند مدار باز با مقدار ولتاژ تأمین کاملاً در خازن به عنوان Vc = Vs. بنابراین از نظر ریاضی می توانیم بگوییم که زمان مورد نیاز برای خازن تا یک بار ثابت، (1T) به این شرح است:

این ثابت زمان RC فقط میزان بار را مشخص می کند که R برحسب اهم و C بر حسب فاراد است. از آنجا که ولتاژ V مربوط به شارژ در یک خازن است که توسط معادله ، Vc = Q / C در نظر گرفته شده است، ولتاژ در خازن (VC) در هر لحظه در هر زمان در طول دوره شارژ به شرح زیر است:

جایی که:

• Vc ولتاژ در خازن است.
• Vsدر مقابل ولتاژ منبع تغذیه است.
• t زمان سپری شده از زمان استفاده از ولتاژ منبع تغذیه است.
• RC زمان ثابت مدار شارژ RC است.

پس از مدت معادل 4 ثابت زمان، (4T) خازن موجود در این مدار شارژ RC به طور کامل شارژ می شود و ولتاژ در خازن اکنون 98٪ از حداکثر مقدار آن، 0.98 ولت است. مدت زمانی که خازن برای رسیدن به این نقطه 4T در نظر گرفته شده است به دوره گذرا معروف است.

گفته می شود پس از مدت زمان 5T، خازن به طور کامل شارژ می شود، (VC) برابر با ولتاژ منبع تغذیه (Vs) است. از آنجا که خازن کاملاً شارژ می شود، جریان دیگری در مدار جریان ندارد. دوره زمانی بعد از این نقطه 5T به عنوان دوره حالت پایدار شناخته می شود.

سپس می توان در جدول زیر درصد ولتاژ و مقادیر جریان برای خازن را در یک مدار شارژ RC برای مدت زمان مشخص نشان داد.

جدول شارژ RC

توجه کنید که منحنی شارژ برای مدار شارژ RC نمایی است و خطی نیست. این بدان معنی است که در واقعیت خازن هرگز به 100٪ کاملاً شارژ نمی رسد. بنابراین برای کلیه اهداف عملی، پس از پنج بار ثابت (5T) به شارژ 99.3٪ می رسد. بنابراین در این مرحله خازن کاملاً شارژ در نظر گرفته می شود. از آنجا که ولتاژ در خازن VC با گذشت زمان تغییر می کند و بنابراین در هر زمان تا 5T ثابت است مقدار متفاوتی است، برای مثال می توانیم مقدار ولتاژ خازن، Vc را در هر نقطه معین محاسبه کنیم.

مدار شارژ RC نمونه شماره 1

ثابت زمان RC  ،τ از مدار زیر را محاسبه کنید.

زمان ثابت، τ با استفاده از فرمول T = R x C در ثانیه پیدا می شود. بنابراین زمان ثابت τ به صورت زیر است: T = R x C = 47k x 1000uF = 47 ثانیه

1: مقدار ولتاژ در صفحات خازن ها دقیقاً در 0.7 زمان ثابت چقدر خواهد بود؟

در 0.7 ثابت زمان : VC = 0.5Vsبنابراین ، (VC = 0.5 x 5V = 2.5V b)

2: ولتاژ در خازن در 1 بار ثابت در چه مقدار خواهد بود؟

در 1 زمان ثابت VC = 0.63Vs. بنابراین VC = 0.63 x 5V = 3.15V

3: چه مدت زمان “شارژ کامل” خازن از منبع نیاز است؟

ما آموخته ایم که خازن پس از 5 ثابت زمان (5T) به طور کامل شارژ می شود. 1 بار ثابت 1T = 47 ثانیه ، (از بالا). بنابراین ، 5T = 5 x 47 = 235 ثانیه

4: ولتاژ در خازن بعد از 100 ثانیه؟

فرمول ولتاژ به صورت Vc = V (1 – e (-t / RC)) بدست می آید: Vc = 5 (1 – e (-100/47)) از کجا: V = 5 ولت، t = 100 ثانیه و RC = 47 ثانیه از بالا. بنابراین، Vc = 5 (1 – e (-100/47)) = 5 (1 – e-2.1277) = 5 (1 – 0.1191) = 4.4 ولت

ما در اینجا دیدیم که بار در یک خازن با این عبارت آورده شده است: Q = CV ، جایی که C مقدار خازن ثابت آن است و V ولتاژ اعمال شده است. ما همچنین آموخته ایم که هنگامی که یک ولتاژ برای اولین بار به صفحات خازن اعمال می شود با سرعت تعیین شده توسط زمان RC ثابت آن شارژ می شود و پس از پنج ثابت زمان یا 5T کاملاً شارژ در نظر گرفته می شود. در آموزش بعدی ما رابطه ولتاژ جریان یک خازن تخلیه را بررسی خواهیم کرد و در صورت کوتاه بودن صفحات خازن ها در کنار هم، به منحنی های تخلیه مرتبط با آن خواهیم پرداخت.

شرکت بارمان اتوماسیون سایا نمایندگی فروش اینورتر در اصفهان می باشد. هم چنین تعمیر اینورتر در اصفهان در این مجموعه با همکاری مهندسان باتجربه انجام میگیرد.