تنتمي العاكسات إلى مجموعة كبيرة من المحولات الثابتة، والتي تشمل العديد من المحولات الموجودة اليوم'الأجهزة قادرة على"يتحول"المعلمات الكهربائية في المدخلات، مثل الجهد والتردد، وذلك لإنتاج خرج متوافق مع متطلبات الحمل.

بشكل عام، العواكس هي الأجهزة القادرة على تحويل التيار المباشر إلى تيار متناوب وهي شائعة جدًا في تطبيقات الأتمتة الصناعية والمحركات الكهربائية.تتغير بنية وتصميم أنواع العاكسات المختلفة وفقًا لكل تطبيق محدد، حتى لو كان جوهر الغرض الرئيسي منها هو نفسه (تحويل التيار المستمر إلى تيار متردد).

1.العاكسات المستقلة والمتصلة بالشبكة

تنقسم العاكسات المستخدمة في التطبيقات الكهروضوئية تاريخياً إلى فئتين رئيسيتين:

:العاكسون المستقلون

:محولات متصلة بالشبكة

العاكسات المستقلة مخصصة للتطبيقات التي لا تكون فيها المحطة الكهروضوئية متصلة بشبكة توزيع الطاقة الرئيسية.العاكس قادر على توفير الطاقة الكهربائية للأحمال المتصلة، مما يضمن استقرار المعلمات الكهربائية الرئيسية (الجهد والتردد).وهذا يبقيها ضمن الحدود المحددة مسبقًا، وتكون قادرة على تحمل حالات التحميل الزائد المؤقتة.في هذه الحالة، يقترن العاكس بنظام تخزين البطارية لضمان إمدادات طاقة ثابتة.

من ناحية أخرى، فإن المحولات المتصلة بالشبكة قادرة على المزامنة مع الشبكة الكهربائية التي تتصل بها لأنه، في هذه الحالة، يكون الجهد والتردد"فرضت"بواسطة الشبكة الرئيسية.يجب أن تكون هذه العاكسات قادرة على الانفصال في حالة تعطل الشبكة الرئيسية لتجنب أي إمداد عكسي محتمل للشبكة الرئيسية، مما قد يمثل خطرًا جسيمًا.

الشكل 1 - مثال على النظام المستقل والنظام المتصل بالشبكة.الصورة مجاملة من بيبلوس.

2. ما هو دور مكثف الحافلة

الغرض من العاكس هو تحويل جهد موجة التيار المستمر إلى إشارة تيار متردد من أجل حقن الطاقة في الحمل (على سبيل المثال شبكة الطاقة) بتردد معين وبزاوية طور صغيرة (φ ≈0).يظهر في الشكل دائرة مبسطة لتعديل عرض النبضة أحادي القطب (PWM) أحادي الطور.2 (يمكن تمديد نفس المخطط العام إلى نظام ثلاثي الطور).في هذا المخطط، يتم تشكيل النظام الكهروضوئي، الذي يعمل كمصدر جهد مستمر مع بعض محاثة المصدر، إلى إشارة تيار متردد من خلال أربعة مفاتيح IGBT بالتوازي مع الثنائيات الحرة.يتم التحكم في هذه المفاتيح عند البوابة من خلال إشارة PWM، والتي عادة ما تكون مخرجات IC التي تقارن بين موجة حاملة (عادةً موجة جيبية من تردد الخرج المطلوب) وموجة مرجعية بتردد أعلى بكثير (عادةً موجة مثلثة) عند 5-20 كيلو هرتز).يتم تشكيل مخرجات IGBTs في إشارة تيار متردد مناسبة للاستخدام أو حقن الشبكة من خلال تطبيق طبولوجيا مختلفة لمرشحات LC.

الحصول على الاقتباس

الشكل 2: تعديل العرض النبضي (PWM) أحادي الطورإعداد العاكس.تقوم مفاتيح IGBT، جنبًا إلى جنب مع مرشح إخراج LC، بتشكيل إشارة دخل التيار المستمر إلى إشارة تيار متردد قابلة للاستخدام.وهذا يدفع أتموج الجهد الضار عبر المحطات الكهروضوئية.الحافلةيتم ضبط حجم المكثف من أجل تقليل هذا التموج.

يقدم تشغيل IGBTs جهدًا مموجًا على طرف المصفوفة الكهروضوئية.يعد هذا التموج ضارًا بتشغيل النظام الكهروضوئي، حيث يجب الاحتفاظ بالجهد الاسمي المطبق على المحطات عند نقطة الطاقة القصوى (MPP) للمنحنى IV من أجل استخراج أكبر قدر من الطاقة.سيؤدي تموج الجهد على المحطات الكهروضوئية إلى تذبذب الطاقة المستخرجة من النظام، مما يؤدي إلى

انخفاض متوسط انتاج الطاقة (الشكل 3).يتم إضافة مكثف إلى الحافلة من أجل تخفيف تموج الجهد.

الشكل 3: يؤدي تموج الجهد الذي يتم إدخاله على المحطات الكهروضوئية بواسطة نظام العاكس PWM إلى تحويل الجهد المطبق عن نقطة الطاقة القصوى (MPP) للصفيف الكهروضوئي.يؤدي هذا إلى حدوث تموج في خرج طاقة المصفوفة بحيث يكون متوسط طاقة الخرج أقل من MPP الاسمي

يتم تحديد السعة (الذروة إلى الذروة) لتموج الجهد من خلال تردد التبديل، والجهد الكهروضوئي، وسعة الناقل، ومحاثة المرشح وفقًا لما يلي:

أين:

VPV هو جهد التيار المستمر للوحة الشمسية،

Cbus هي سعة مكثف الحافلة،

L هو محاثة محاثات المرشح،

fPWM هو تردد التبديل.

تنطبق المعادلة (1) على مكثف مثالي يمنع الشحنة من التدفق عبر المكثف أثناء الشحن ثم يقوم بتفريغ الطاقة الموجودة في المجال الكهربائي بدون مقاومة.في الواقع، لا يوجد مكثف مثالي (الشكل 4) ولكنه يتكون من عناصر متعددة.بالإضافة إلى السعة المثالية، فإن العازل ليس مقاومًا تمامًا ويتدفق تيار تسرب صغير من الأنود إلى الكاثود عبر مقاومة تحويلة محدودة (Rsh)، متجاوزًا سعة العازل (C).عندما يتدفق التيار عبر المكثف، فإن الأطراف والرقائق والمواد العازلة لا تكون موصلة بشكل مثالي، كما توجد مقاومة متسلسلة مكافئة (ESR) على التوالي مع السعة.أخيرًا، يقوم المكثف بتخزين بعض الطاقة في المجال المغناطيسي، لذلك هناك محاثة متسلسلة مكافئة (ESL) على التوالي مع السعة وESR.

الشكل 4: الدائرة المكافئة لمكثف عام.مكثف هوتتألف من العديد من العناصر غير المثالية، بما في ذلك السعة العازلة (C)، ومقاومة تحويلة غير لانهائية من خلال العازل الذي يتجاوز المكثف، والمقاومة التسلسلية (ESR)، والحث التسلسلي (ESL).

حتى في مكون يبدو بسيطًا مثل المكثف، توجد عناصر متعددة يمكن أن تفشل أو تتحلل.كل عنصر من هذه العناصر يمكن أن يؤثر على سلوك العاكس، سواء على جانبي التيار المتردد والتيار المستمر.من أجل تحديد تأثير تدهور مكونات المكثف غير المثالية على تموج الجهد المقدم عبر المحطات الكهروضوئية، تمت محاكاة عاكس PWM أحادي القطب على شكل H (الشكل 2) باستخدام SPICE.يتم الاحتفاظ بمكثفات المرشح والمحاثات عند 250 درجة فهرنهايت و 20 مللي أمبير على التوالي.نماذج SPICE لمحولات IGBT مستمدة من عمل Petrie et al. يتم تحديد إشارة PWM، التي تتحكم في محولات IGBT، بواسطة دائرة مقارنة ودائرة مقارنة مقلوبة لمفاتيح IGBT العالية والمنخفضة الجانب، على التوالي.مدخلات عناصر التحكم PWM هي موجة حاملة جيبية 9.5 فولت، 60 هرتز وموجة مثلثة 10 فولت، 10 كيلو هرتز.