اینورتر چند سطحی: مزایا و کاربردهایی که نمیدانستید

اینورتر چند سطحی چیست؟ در واقع اینورتر سطحی یکی از فناوری های پیشرفته در دنیای الکترونیک است که دارای قدرت بسیار بالا و استفاده های زیاد است. انواع اینورتر چند سطحی به دلیل توانایی تولید ولتاژهای خروجی با سطوح مختلف، می تواند هارمونیک های ولتاژ و جریان را کاهش داده و کیفیت توان را بهبود بخشد. این ویژگی ها به خصوص در سیستم های تولید برق خورشید و بادی که نیاز به تبدیل توان DC به AC با کیفیت بالا دارند، اهمیت ویژه ای دارند.

اینورتر چند سطحی چیست؟ Multi-level Inverters

اینورتر‌های چندسطحی یا Multilevel Inverters یک ساختار مدرن از اینورتر‌های معمولی بوده که متشکل از منابع و کلید‌های DC بوده و برای کاربرد‌های توان بالا در صنایع به کار می‌رود.
اینورتر چند سطحی یک سیستم الکترونیک قدرت است که ولتاژ خروجی را از چندین ولتاژ ورودی DC به دست می‌آورد. به این ترتیب می‌تواند ولتاژ خروجی بالایی را ایجاد کند که میانگینی از چندین منبع ولتاژ است. این ویژگی باعث می‌شود که اینورتر چند سطحی برای کاربردهای حساس و مهم مانند نیروگاه‌های خورشیدی و بادی، سیستم‌های توزیع برق و کاربردهای صنعتی سنگین مناسب باشد. از مزایای اینورتر چند سطحی می‌توان به تولید ولتاژ خروجی با کیفیت بالا، کاهش هارمونیک‌ها، حداقل تلفات انرژی، و افزایش راندمان سیستم اشاره کرد. علاوه بر این، اینورتر چند سطحی می‌تواند با فرکانس سوئیچینگ بسیار پایین کار کند که باعث می‌شود تلفات انرژی کاهش یابد و راندمان سیستم افزایش یابد.

اینورتر abb و اینورتر زیمنس بهترین اینورترهای موجود در بازار هستند که کاربری بالایی هم در صنعت دارند. همچنین، اینورتر چند سطحی با کاهش استرس الکتریکی بر روی قطعات الکترونیکی، می تواند عمر مفید تجهیزات را افزایش دهد. در نتیجه، استفاده از اینورترهای چند سطحی در سیستم های قدرت، مزایای بسیاری از جمله افزایش بازدهی و کاهش تلفات انرژی را به همراه دارد.

ویژگی‌های اینورتر چند سطحی

اینورترهای چند سطحی ویژگی‌های بسیار قابل‌توجه و جالبی دارند که مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:

１. نرخ کم تغییر در ولتاژ و اعوجاج بسیار کم ایجادشده است. ینورترهای چند سطحی قادر به تولید ولتاژ خروجی با نرخ تغییر کم و اعوجاج بسیار کم هستند که باعث کاهش هارمونیک‌ها و بهبود کیفیت ولتاژ خروجی می‌شود.

２. به‌طور طبیعی تغییرات ولتاژ بزرگ را اصلاح می‌کند. اینورترهای چند سطحی قادر به اصلاح تغییرات ولتاژ بزرگ هستند که باعث می‌شود ولتاژ خروجی پایدارتر و با کیفیت بهتر باشد.

３. آن‌ها می‌توانند جریان ورودی بسیار کم تحریف‌شده تولید کنند. اینورترهای چند سطحی قادر به تولید جریان ورودی با تحریف کم هستند که باعث می‌شود تجهیزات الکتریکی کارآمدتر و پایدارتر باشند.

４. می‌توانند با فرکانس سوئیچینگ بسیار پایین کار کنند. اینورترهای چند سطحی قادر به کار کردن با فرکانس سوئیچینگ بسیار پایین هستند که باعث می‌شود تلفات انرژی کاهش یابد و راندمان سیستم افزایش یابد.

          بیشتر بخوانید: تفاوت اینورتر سینوسی و شبه سینوسی

فرق بین اینورترهای معمولی و چند سطحی چیست؟

۱- ساختار ولتاژ خروجی:

اینورتر معمولی یا دو سطحی، ولتاژ خروجی را به صورت دو سطحی (یعنی مثبت و منفی) تولید می‌کند که باعث تولید هارمونیک‌های بالا در خروجی می‌شود. این هارمونیک‌ها می‌توانند باعث بوجود آمدن مشکلاتی در سیستم‌های الکتریکی شوند، مانند افزایش تلفات انرژی، گرم شدن تجهیزات و کاهش عمر آنها.

اینورترهای چند سطحی قادر به تولید ولتاژهای خروجی با چندین سطح مختلف هستند که منجر به کاهش هارمونیک‌ها و بهبود کیفیت ولتاژ خروجی می‌شود. این امر باعث می‌شود که ولتاژ خروجی سینوسی‌تر و با کیفیت بهتر باشد که برای بسیاری از کاربردها مورد نیاز است.

۲- کاربرد:

 اینورتر معمولی یا دو سطحی به دلیل ساختار ساده و هزینه پایین‌تر، بیشتر در کاربردهای ساده و کم‌هزینه مانند درایوهای موتورها و سیستم‌های UPS (Uninterruptible Power Supply) استفاده می‌شود. این نوع اینورترها برای کاربردهای که نیاز به کیفیت توان بالا ندارند، مناسب هستند.

 اینورترهای چند سطحی به دلیل کیفیت بالای ولتاژ خروجی، در سیستم‌های پیچیده‌تر و با نیاز به کیفیت توان بالاتر مانند نیروگاه‌های خورشیدی و بادی، کاربردهای صنعتی سنگین و سیستم‌های توزیع برق کاربری دارند. اینورترهای چند سطحی برای کاربردهای که نیاز به ولتاژ خروجی سینوسی و با کیفیت بالا دارند، مناسب تلقی می‌شوند.

۳- راندمان:

اینورتر معمولی به خاطر تولید هارمونیک‌های بالا و تلفات توان در سطح پایین‌تری قرار دارد.

اینورتر چند سطحی راندمان بالاتری دارد که به دلیل کم شدن هارمونیک‌ها و تلفات کاهشی،است.

۴- استرس الکتریکی بر قطعات:

در اینورتر معمولی استرس الکتریکی بیشتری بر قطعات وارد شده که در نهایت عمر مفید دستگاه را کاهش می‌دهد.

اینورتر چند سطحی به خاطر توزیع مناسب ولتاژ،بر قطعات استرس کمتری وارد می‌کند که منجر به افزایش عمر دستگاه می‌شود.

انواع اینورتر چند سطحی

• اینورتر چند سطحی گیره دار دیودی (DMLI) یا اینورتر چندسطحی با نقطه خنثی (NPC):

اینورترهای چند سطحی برای ایجاد سطوح مختلف ولتاژ دیودها را بکار میگیرند. به همین دلیل تعداد زیاد قطعات، پیچیدگی بالایی دارد.  این نوع اینورترها اکثرا در کاربردهای صنعتی سنگین استفاده می‌شوند که نیاز به ولتاژ بالا دارند.

• اینورتر چند سطحی خازنی (CCMLI):

از خازن‌ها و سوئیچ‌ها استفاده می‌کنند تا ولتاژهای مختلف را تولید کرده و ساختار ساده‌ای نسبت به DMLI دارد. اینورترهای خازنی با کاربری مناسب برای کاربردهای با ولتاژ متوسط و هزینه پایین‌تر هستند.

• اینورتر چند سطحی مدولار چند سلولی (MCMLI):

از واحدهای مدولار تشکیل شده‌اند که می‌توانند به صورت سری یا موازی به هم وصل شوند. این نوع اینورترها انعطاف‌پذیری زیادی دارند و برای کاربردهای مختلف از جمله سیستم‌های توزیع انرژی استفاده می‌شوند.

• اینورتر چند سطحی هیبریدی (HMLI):

این اینورتر ترکیبی از تکنیک‌های گوناکون مانند دیودی، خازنی و مدولار برای بهینه‌سازی عملکرد و کم شدن هزینه‌ها است. اینورترهای هیبریدی معمولاً در سیستم‌هایی که نیاز به عملکرد بالا و بازدهی زیاد دارند، به کار می‌روند.

• اینورتر چندسطحی خازن های پرنده (FCMLI):

اینورتر‌های چند سطحی FCMLI یا Flying Capacitor به جای دیود از یک خازن استفاده می‌کنند که ولتاژ را محدود می‌کند تا تنش ولتاژ را در دستگاه‌های الکتریکی قابل کنترل باشد. در این نوع از اینورتر‌ها، تعداد خازن‌ها متناسب با سطوح اینورتر متغییر است؛ مانند اینورتر‌های ۳ سطحی دارای ۳ خازن و اینورتر‌های ۵ سطحی دارای ۵ خازن هستند.

• اینورتر چندسطحی پل H آبشاری (CHB-MLI):

اینورتر‌های چند سطحی CHB-MLI یا Cascaded بدون نیاز به هیچ خازن متعادل کننده یا دیودی بسیار در مصرف متداول هستند.
این نوع از اینورتر‌ها سه سطح گوناگون ولتاژ صفر، DC مثبت و DC منفی را ارائه می‌دهند که به صورت ستاره مثلث به هم وصل خواهند شد. این سیستم هارمونیک کمتر را با فرکانس سوئیچینگ حداکثر ایجاد می‌کنند. از این نوع اینورتر‌ها در ارتباط با منابع تجدیدپذیر، زیست توده، فتوولتائیک و … قابل استفاده است.

          بیشتر بخوانید: اینورتر چیست و انواع آن

مزایا و معایب اینورتر چند سطحی

از جمله مزایا و معایب اینورتر چند سطحی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

عملیات تحمل خطای Multi-level Inverters

با استفاده از نظارت بر سیستم، تشخیص خطا و عملیات تحمل خطا، می‌توان زمان توقف را کاهش داد و در دسترس بودن سیستم را افزایش داد. این امر می‌تواند به افزایش بهره‌وری، کاهش هزینه و بهبود ایمنی کمک کند.همچنین، در مبدل‌ها یا اینورترها، خرابی می‌تواند به دلیل اتصال کوتاه DC به زمین، اتصال کوتاه بانک خازن، خرابی کلیدها و سایر عوامل باشد. همه این نوع خرابی‌ها به دلیل نیمه‌هادی‌های قدرت می‌افتد. بنابراین، شناسایی و تشخیص به موقع این خرابی‌ها و اتخاذ اقدامات مناسب برای رفع آنها بسیار مهم است. با استفاده از سیستم‌های نظارت و تشخیص خطا، می‌توان این خرابی‌ها را شناسایی کرد و اقدامات لازم را برای رفع آنها انجام داد.

روش‌های مدولاسیون اینورتر چند سطحی چیست؟

بخاطر ساختار اینورتر‌های چند سطحی در مقایسه با اینورتر‌های معمولی پیچیده‌تر بوده، الگوریتم‌های مدولاسیون مخگوناگونی تلفی هم در این دستگاه‌ها کاربرد دارند.  الگوریتم‌های زیر نسبت به میانگین فرکانس سوئیچینگ تقسیم شده  و عبارتند از:

• مدولاسیون تغییر فاز عرض پالس
• مدولاسیون اغییر سطح عرض پالس
• مدولاسیون هیبریدی عرض پالس
• مدولاسیون برداری فضا

مقایسه اینورتر دوسطحی و چند سطحی

اینورترهای چند سطحی نسبت به اینورترهای دوسطحی دارای مزایای زیادی هستند. اولاً، شکل موج ولتاژ خروجی آنها سینوسی‌تر است که باعث کاهش THD می‌شود. ثانیاً، بازده کل آنها بهتر است زیرا تلفات یکسو کننده در اینورترهای چند سطحی کمتر است. در نتیجه، اینورترهای چند سطحی راندمان بهتر، جذب انرژی کارآمدتر و قابلیت اطمینان بیشتری دارند. علاوه بر این، اینورترهای چند سطحی می‌توانند در سیستم‌های قدرت و سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر استفاده شوند. با این حال، باید توجه داشت که اینورترهای چند سطحی پیچیده‌تر و گران‌تر از اینورترهای دوسطحی هستند.

          بیشتر بخوانید: کدهای خطای اینورتر دلتا

سخن پایانی اینورترهای چند سطحی  

اینورترهای چند سطحی با ارائه مزایای قابل توجهی مانند کم کردن هارمونیک‌ها، بهبود کیفیت توان، و افزایش راندمان،  در پیشرفت فناوری های الکترونیک نقش مهمی دارند. اینورترهای چند سطحی به خاطر توانایی در کار با ولتاژهای بالا و استرس کمتر بر روی تجهیزات، انتخاب مناسبی برای کاربردهای صنعتی و تجدیدپذیر هستند. اما  پیچیدگی و هزینه‌های بالا برای ساخت،نسبت به مزایای بلند مدت و بهبود عملکرد سیستم های قدرت، سرمایه گذاری در اینورترهای چند سطحی به صرفه است. برای اطلاعات بیشتر راجب انواع اینورتر سطحی با کارشناسان مارش شاپ تماس بگیرید.

سوالات متداول درباره اینورتر چندسطحی

اینورترهای چندسطحی چه ویژگی هایی دارند؟
اینورتر‌های چند سطحی دارای امکان اصلاح تغییرات بزرگ ولتاژ، تولید جریان ورودی دقیق، کار با فرکانس سوئیچینگ کم و تغییرات بسیار کم در ولتاژ هستند. این امکانات به دلیل ساختار پیچیده اینورتر‌های چند سطحی و استفاده از الگوریتم‌های کنترل پیشرفته است.

کاربرد اینورترهای چند سطی چیست؟
اینورتر‌های چند سطحی در سیستم‌های انتقال قدرت، کانوایر‌ها و سیستم‌های حمل و نقل به دلیل نیاز به کنترل و مدیریت دقیق ولتاژ و جریان استفاده می‌شوند. اینورتر‌های چند سطحی قادر به کنترل دقیق ولتاژ و جریان در زمان انتقال قدرت و حمل و نقل هستند و به همین دلیل در سیستم‌های انتقال قدرت، کانوایر‌ها و سیستم‌های حمل و نقل کاربرد گسترده‌ای دارند.

اینورترهای چندسطحی چه معایبی به همراه دارند؟
اینورتر‌های چند سطحی به دلیل ساختار پیچیده خود و نیاز به کنترل و مدیریت متعدد از منابع ورودی بیشتری برخوردار هستند. این امر به دلیل وجود چندین سطح کنترل و تبدیل ولتاژ و جریان در اینورتر‌ها است که نیاز به منابع ورودی بیشتر برای تأمین انرژی و کنترل دارند.

کاربران محتواهای زیر را نیز خوانده اند...

منظور از اینورتر تک فاز چیست؟ معرفی بهترین برندهای مطرح اینورتر در بازار ایران علت بوق زدن اینورتر یا سر و صدا کردن آن چیست؟ اینورتر سه فاز چیست و چه فرقی با اینورتر تک فاز دارد؟ اینورتر صنعتی چیست؟| همه چیز در مورد اینورتر راهنمای جامع نصب و راه اندازی اینورتر درایو مراحل راه اندازی بوستر پمپ با اینورتر تفاوت اینورتر سینوسی و شبه سینوسی