Bagaimana peningkatan frekuensi operasi menghasilkan penurunan ukuran rangkaian inverter?
9
Saya sedang membaca tentang inverter di buku teks di mana penulis mengatakan itu
Ukuran dan biaya rangkaian dapat dikurangi sampai batas tertentu jika frekuensi operasi ditingkatkan tetapi kemudian thyristor tingkat inverter harus digunakan yang mahal.
Bagaimana peningkatan frekuensi berdampak pada ukuran sirkuit inverter (atau apakah itu mempengaruhi sisa sirkuit juga?) .Apakah ada beberapa fisika yang terlibat yang menyebabkan ini?
Faktor tunggal terbesar biasanya ukuran induktor. Jika Anda misalnya frekuensi ganda, Anda biasanya dapat membagi dua induktansi (karena impedansi induktor murni sebanding dengan frekuensi). Dalam praktiknya sejumlah faktor berlaku sehingga itu bukan hubungan linear langsung, tetapi cukup baik.
Jika Anda memerlukan arus puncak katakanlah 1A maka waktu yang dibutuhkan untuk meningkatkan dari 0 ke 1A terkait terutama dengan induktansi dan tegangan yang diberikan. Jika induktor mengatakan 10 x lebih kecil landai saat ini di ~ 10x laju. Waktu pengosongan juga sama dipercepat dan siklus keseluruhan lebih cepat sehingga frekuensi operasi lebih tinggi. Anda dapat melihat ini sebagai induktor yang lebih kecil menyebabkan operasi frekuensi yang lebih tinggi atau frekuensi yang lebih tinggi memungkinkan induktor yang lebih kecil.
Jika teks menyebutkan thyristor dalam konteks itu mungkin salah satu yang lama atau berhadapan dengan tingkat kekuatan yang sangat tinggi. Saat ini, untuk sebagian besar tujuan, inverter biasanya menggunakan MOSFET atau IGBT. Inverter yang sangat besar mungkin masih menggunakan katup Thyratron - seperti banyak unit MegaWatt yang digunakan untuk konversi daya DC ke AC untuk kabel bawah laut DC.
Dalam aplikasi modern portabel tipikal, sebuah inverter yang mungkin telah beroperasi pada 100 kHz atau kurang dari 10 tahun lalu sekarang dapat beroperasi pada 500 kHz hingga 2 MHz dan beberapa beroperasi pada tingkat yang lebih tinggi lagi. Pada 1 MHz + dan tingkat daya katakan beberapa Watt ukuran induktor mungkin 10% -20% dari ukuran 100 kHz dan induktor masih dapat mendominasi ukuran keseluruhan.
Perhatikan bahwa daya dukung saat ini ~ sebanding dengan area kawat tetapi induktansi sebanding dengan putaran kuadrat. Ini tidak berarti bahwa ukuran inti hanya berubah dengan frekuensi sqrt karena Anda memiliki masalah penampang inti, panjang lintasan inti, ukuran jendela berliku dan lainnya untuk menambah kesenangan.
Bukankah ? Bagaimana impedansi berbanding terbalik dengan frekuensi? ZL.= 2 πfL.
Vineet Kaushik
@VineetKaushik - Aduh - otak dan mulut saya (tangan) tidak sinkron :-). -> proporsional. yaitu saya mencoba menyampaikan bahwa ketika frekuensi naik ukuran fisik induktor jatuh untuk mencapai pekerjaan yang sama. Juga seperti yang disarankan oleh Brian Drummond (jawaban yang dihapus) ketika daya disimpan dalam induktor sebagai bagian dari proses sebanding dengan L x I ^ 2 x f. Ketika f bertambah, Anda dapat menggunakan induktor yang lebih kecil secara proporsional - misalnya analogi air: lebih banyak ember yang ditransfer lebih cepat di sepanjang garis bucket menghasilkan aliran yang sama.
Russell McMahon
@Brian Drummonds jawaban yang dia hapus pada dasarnya benar dan bermanfaat. Dia berkata: Pada dasarnya inverter memindahkan paket energi dari satu rangkaian ke sirkuit lain. Karena itu, perlu menyimpan atau mentransfer sejumlah energi dalam siklus switching. Jaga agar kekuatan yang diinginkan konstan dan Anda mengurangi energi yang ditransfer per siklus, memungkinkan komponen yang lebih kecil untuk menyimpan atau memprosesnya.
Russell McMahon
3
Penggunaan frekuensi yang lebih tinggi membutuhkan kapasitor yang lebih kecil, induktor / transformator yang lebih kecil secara fisik dan inti mereka, dan karenanya mengurangi ukuran keseluruhan desain.
Reaktansi kapasitif , jadi untuk setiap reaktansi yang diinginkan (penyaringan dll) frekuensi yang lebih tinggi memungkinkan kapasitansi yang lebih rendah .XC=12 πfCfC
Reaktansi induktif jadi sekali lagi, untuk reaktansi tertentu, frekuensi yang lebih tinggi memungkinkan untuk induktansi yang lebih kecil .XL.= 2 πfL.fL
Di sisi lain, tergantung pada tujuan yang dimaksudkan, inverter frekuensi tinggi mungkin tidak sesuai dengan tujuan: Untuk inverter daya domestik, output setidaknya mendekati frekuensi frekuensi utama diperlukan untuk sebagian besar peralatan.
Cara beberapa inverter sinewave mengatasi ini, adalah dengan beroperasi pada frekuensi yang jauh lebih tinggi, kilohertz ke megahertz, dan menghasilkan bentuk gelombang sinus melalui PWM. Jadi, sebagian besar transmisi daya terjadi pada frekuensi yang lebih tinggi, dengan filter low-pass tahap akhir untuk menghilangkan harmonik yang lebih tinggi dari sinyal PWM, dan meninggalkan gelombang sinus halus pada 50/60 Hz yang diinginkan.
Pak, apakah Anda yakin akan hal ini. Karena banyak inverter tidak memiliki gelombang sinus. Itu memang memiliki gelombang sinus yang dimodifikasi.
Standard Sandun
@sandundhammika Setuju bahwa banyak inverter bukanlah gelombang sinus murni. Yang merupakan gelombang sinus sejati, adalah jawaban yang saya rujuk.
Anindo Ghosh
1
Saya mengalami masalah yang sama dan inilah yang saya temukan:
XL = 2πfL
Z = (R2 + XL) 1/2
I = V / Z
Ketika f meningkatkan XL meningkat.
Ketika XL meningkatkan Z meningkat.
Saya berbanding terbalik dengan Z karena itu ketika Z meningkat saya berkurang.
Oleh karena itu peningkatan frekuensi mengakibatkan penurunan arus.
Penggunaan frekuensi yang lebih tinggi membutuhkan kapasitor yang lebih kecil, induktor / transformator yang lebih kecil secara fisik dan inti mereka, dan karenanya mengurangi ukuran keseluruhan desain.
fCfLDi sisi lain, tergantung pada tujuan yang dimaksudkan, inverter frekuensi tinggi mungkin tidak sesuai dengan tujuan: Untuk inverter daya domestik, output setidaknya mendekati frekuensi frekuensi utama diperlukan untuk sebagian besar peralatan.
Cara beberapa inverter sinewave mengatasi ini, adalah dengan beroperasi pada frekuensi yang jauh lebih tinggi, kilohertz ke megahertz, dan menghasilkan bentuk gelombang sinus melalui PWM. Jadi, sebagian besar transmisi daya terjadi pada frekuensi yang lebih tinggi, dengan filter low-pass tahap akhir untuk menghilangkan harmonik yang lebih tinggi dari sinyal PWM, dan meninggalkan gelombang sinus halus pada 50/60 Hz yang diinginkan.
sumber
Saya mengalami masalah yang sama dan inilah yang saya temukan:
XL = 2πfL
Z = (R2 + XL) 1/2
I = V / Z
Ketika f meningkatkan XL meningkat.
Ketika XL meningkatkan Z meningkat.
Saya berbanding terbalik dengan Z karena itu ketika Z meningkat saya berkurang.
Oleh karena itu peningkatan frekuensi mengakibatkan penurunan arus.
sumber