विभिन्न प्रकार के इनवर्टर का परिचय

अल्टरनेटिंग करंट (AC) बिजली की आपूर्ति का उपयोग लगभग सभी आवासीय, वाणिज्यिक और औद्योगिक जरूरतों के लिए किया जाता है। लेकिन एसी के साथ सबसे बड़ा मुद्दा यह है कि इसे भविष्य के उपयोग के लिए संग्रहीत नहीं किया जा सकता है। इसलिए AC को DC में बदला जाता है और फिर DC को बैटरी और अल्ट्रा कैपेसिटर में स्टोर किया जाता है। और अब जब भी एसी की जरूरत होती है, तो एसी आधारित उपकरणों को चलाने के लिए डीसी को फिर से एसी में बदल दिया जाता है। तो जो उपकरण DC को AC में परिवर्तित करता है उसे इन्वर्टर कहा जाता है । इन्वर्टर का उपयोग DC को वेरिएबल AC में बदलने के लिए किया जाता है। यह भिन्नता वोल्टेज की मात्रा, चरणों की संख्या, आवृत्ति या चरण अंतर में हो सकती है।

इन्वर्टर का वर्गीकरण

इन्वर्टर को आउटपुट, सोर्स, लोड के प्रकार आदि के आधार पर कई प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है। इन्वर्टर सर्किट का पूरा वर्गीकरण नीचे दिया गया है:

(I) आउटपुट विशेषता के अनुसार

1. स्क्वायर वेव इन्वर्टर
2. साइन वेव इन्वर्टर
3. संशोधित साइन वेव इन्वर्टर

(II) इन्वर्टर के स्रोत के अनुसार

1. वर्तमान स्रोत इन्वर्टर
2. वोल्टेज स्रोत इन्वर्टर

(III) लोड के प्रकार के अनुसार

1. एकल चरण इन्वर्टर
   1. आधा पुल इन्वर्टर
   2. पूर्ण ब्रिज इन्वर्टर
2. तीन चरण इन्वर्टर
   1. 180 डिग्री मोड
   2. 120 डिग्री मोड

(IV) अलग-अलग PWM तकनीक के अनुसार

1. सरल पल्स चौड़ाई मॉडुलन (SPWM)
2. मल्टीपल पल्स चौड़ाई मॉड्यूलेशन (MPWM)
3. साइनसोइडल पल्स चौड़ाई मॉडुलन (SPWM)
4. संशोधित साइनसोइडल पल्स चौड़ाई मॉडुलन (MSPWM)

(V) आउटपुट स्तर की संख्या के अनुसार

1. नियमित दो-स्तरीय इन्वर्टर
2. मल्टी-लेवल इन्वर्टर

अब हम एक-एक करके उन सभी पर चर्चा करेंगे। आप यहां 12 वी डीसी से 220 वी एसी इन्वर्टर सर्किट डिजाइन का नमूना देख सकते हैं।

(I) आउटपुट विशेषता के अनुसार

इन्वर्टर की आउटपुट विशेषता के अनुसार, तीन अलग-अलग प्रकार के इनवर्टर हो सकते हैं ।

• स्क्वायर वेव इन्वर्टर
• साइन वेव इन्वर्टर
• संशोधित साइन वेव इन्वर्टर

1) स्क्वायर वेव इन्वर्टर

इस पलटनेवाला के लिए वोल्टेज का आउटपुट तरंग एक वर्ग तरंग है। इस प्रकार के इन्वर्टर का उपयोग अन्य सभी प्रकार के इन्वर्टर के बीच कम से कम किया जाता है क्योंकि सभी उपकरण साइन वेव सप्लाई के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। यदि हम साइन वेव आधारित उपकरण को स्क्वायर वेव की आपूर्ति करते हैं, तो यह क्षतिग्रस्त हो सकता है या नुकसान बहुत अधिक है। इस पलटनेवाला की लागत बहुत कम है लेकिन आवेदन बहुत दुर्लभ है। यह एक सार्वभौमिक मोटर के साथ सरल उपकरणों में इस्तेमाल किया जा सकता है।

2) साइन लहर

वोल्टेज का आउटपुट तरंग एक साइन लहर है और यह हमें यूटिलिटी सप्लाई के समान आउटपुट देता है। इस इन्वर्टर का यह प्रमुख लाभ है क्योंकि हम जो सभी उपकरणों का उपयोग कर रहे हैं, वे साइन लहर के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। तो, यह एकदम सही आउटपुट है और यह गारंटी देता है कि उपकरण ठीक से काम करेंगे। इस प्रकार के इनवर्टर अधिक महंगे हैं लेकिन व्यापक रूप से आवासीय और वाणिज्यिक अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं।

3) संशोधित साइन लहर

इस प्रकार के इन्वर्टर का निर्माण सरल वर्ग तरंग इन्वर्टर की तुलना में जटिल है लेकिन शुद्ध साइन वेव इन्वर्टर की तुलना में आसान है। इस इन्वर्टर का आउटपुट न तो शुद्ध साइन वेव है और न ही स्क्वायर वेव। ऐसे इन्वर्टर का आउटपुट दो वर्ग तरंगों में से कुछ है। आउटपुट तरंग बिल्कुल साइन वेव नहीं है लेकिन यह साइन वेव के आकार जैसा होता है।

(II) इन्वर्टर के स्रोत के अनुसार

• वोल्टेज स्रोत इन्वर्टर
• वर्तमान स्रोत इन्वर्टर

1) वर्तमान स्रोत इन्वर्टर

CSI में, इनपुट एक वर्तमान स्रोत है। इस प्रकार के इनवर्टर का उपयोग मध्यम वोल्टेज औद्योगिक अनुप्रयोग में किया जाता है, जहां उच्च-गुणवत्ता वाले वर्तमान तरंग अनिवार्य हैं। लेकिन सीएसआई लोकप्रिय नहीं हैं।

2) वोल्टेज स्रोत इन्वर्टर

VSI में, इनपुट एक वोल्टेज स्रोत है। इस प्रकार के इन्वर्टर का उपयोग सभी अनुप्रयोगों में किया जाता है क्योंकि यह अधिक कुशल होता है और इसकी उच्च विश्वसनीयता और तेज गतिशील प्रतिक्रिया होती है। वीएसआई डी-रेटिंग के बिना मोटर्स चलाने में सक्षम है।

(III) लोड के प्रकार के अनुसार

• एकल-चरण इन्वर्टर
• तीन चरण का इन्वर्टर

1) एकल-चरण पलटनेवाला

आम तौर पर, आवासीय और वाणिज्यिक भार एकल चरण शक्ति का उपयोग करता है। इस प्रकार के अनुप्रयोग के लिए एकल-चरण इन्वर्टर का उपयोग किया जाता है। एकल-चरण पलटनेवाला आगे दो भागों में विभाजित है;

• सिंगल फेज हाफ-ब्रिज इन्वर्टर
• सिंगल फेज-ब्रिज इन्वर्टर

ए) सिंगल फेज हाफ ब्रिज इन्वर्टर

इस प्रकार के इन्वर्टर में दो थाइरिस्टर और दो डायोड होते हैं और कनेक्शन निम्न आकृति में दिखाया गया है।

इस मामले में, कुल डीसी वोल्टेज बनाम है और दो समान भागों बनाम / 2 में विभाजित है। एक चक्र का समय T सेकंड है।

0 के आधे चक्र के लिए

टी / 2 के दूसरे आधे चक्र के लिए

Vo = Vs / 2

इस ऑपरेशन के द्वारा, हम 1 / T Hz आवृत्ति और Vs / 2 चोटी के आयाम के साथ वैकल्पिक वोल्टेज तरंग प्राप्त कर सकते हैं। आउटपुट तरंग एक वर्ग तरंग है। यह फिल्टर के माध्यम से पारित हो जाएगा और अवांछित हार्मोनिक्स को हटा देगा जो हमें शुद्ध साइन तरंग प्रदान करते हैं। तरंग की आवृत्ति को thyristor के समय (टन) और बंद समय (टोफ) द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है।

आउटपुट वोल्टेज की भयावहता आपूर्ति वोल्टेज के आधे है और स्रोत उपयोग अवधि 50% है। यह आधे पुल इन्वर्टर का नुकसान है और इसका समाधान फुल ब्रिज इन्वर्टर है ।

बी) एकल चरण पूर्ण-पुल इन्वर्टर

इस प्रकार के इन्वर्टर में, चार थाइरिस्टर और चार डायोड का उपयोग किया जाता है। एकल-चरण पूर्ण पुल का सर्किट आरेख नीचे दिए गए आंकड़े में दिखाया गया है।

एक समय में दो थाइरिस्टर टी 1 और टी 2 पहले आधे चक्र के लिए आचरण करते हैं 0 <टी <टी / 2। इस अवधि के दौरान, लोड वोल्टेज बनाम है जो डीसी आपूर्ति वोल्टेज के समान है।

दूसरे आधे चक्र के लिए टी / 2 <टी <टी, दो थाइरिस्टर टी 3 और टी 4 का संचालन होता है। इस अवधि के दौरान लोड वोल्टेज -Vs है।

यहां हम एसी आउटपुट वोल्टेज को डीसी आपूर्ति वोल्टेज के समान प्राप्त कर सकते हैं और स्रोत उपयोग कारक 100% है। आउटपुट वोल्टेज वेवफॉर्म स्क्वायर वेवफॉर्म है और इसे साइन वेव में बदलने के लिए फिल्टर का उपयोग किया जाता है।

यदि सभी थाइरिस्टर एक ही समय में या (T1 और T3) या (T2 और T4) की जोड़ी में संचालित होते हैं, तो स्रोत छोटा-सा होगा। डायोड को सर्किट में फीडबैक डायोड के रूप में जोड़ा जाता है क्योंकि इसका उपयोग डीसी स्रोत में ऊर्जा प्रतिक्रिया के लिए किया जाता है।

यदि हम पूर्ण पुल इन्वर्टर की तुलना आधे ब्रिज इन्वर्टर से करते हैं, तो दिए गए डीसी सप्लाई वोल्टेज लोड के लिए, आउटपुट वोल्टेज दो गुना है और पावर फुल ब्रिज इन्वर्टर में चार गुना है।

2) तीन चरण पुल इन्वर्टर

औद्योगिक भार के मामले में, तीन चरण एसी आपूर्ति का उपयोग किया जाता है और इसके लिए हमें तीन-चरण इन्वर्टर का उपयोग करना होगा। इस प्रकार के इन्वर्टर में, छह थाइरिस्टर और छह डायोड का उपयोग किया जाता है और उन्हें नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है।

यह गेट दाल की डिग्री के अनुसार दो मोड में काम कर सकता है।

• 180 डिग्री मोड
• 120 डिग्री मोड

ए) 180 डिग्री मोड

ऑपरेशन के इस मोड में, थायरिस्टर के लिए चालन समय 180 डिग्री है। किसी भी अवधि में, तीन थाइरिस्टर (प्रत्येक चरण से एक thyristor) चालन मोड में हैं। चरण वोल्टेज का आकार तीन चरणित तरंग है और रेखा वोल्टेज का आकार एक अर्ध-चौकोर तरंग है जैसा कि चित्र में दिखाया गया है।

Vab = Va0 - Vb0 Vbc = Vb0 - Vc0 Vca = Vc0 - Va0

चरण ए	टी 1	टी -4	टी 1	टी -4
चरण बी	टी 6	टी 3	टी 6	टी 3	टी 6
चरण सी	टी 5	टी 2	टी 5	टी 2	टी 5
डिग्री	६०	120	180	240 है	300	360 है	६०	120	180	240 है	300	360 है
थाइरिस्टर संचालित करता है	१ ५ ६	६ १ २	१ २ ३	२ ३ ४	३ ४ ५	४ ५ ६	१ ५ ६	६ १ २	१ २ ३	२ ३ ४	३ ४ ५	४ ५ ६

इस ऑपरेशन में, आउटगोइंग थाइरिस्टर के आने और आने वाले थाइरिस्टर के चालन के बीच का अंतर शून्य है। तो आवक और जावक thyristor का एक साथ चालन संभव है। यह स्रोत के एक शॉर्ट सर्किट के परिणामस्वरूप होता है। इस कठिनाई से बचने के लिए, 120-डिग्री मोड का उपयोग किया जाता है।

बी) 120 डिग्री मोड

इस ऑपरेशन में, एक समय में केवल दो थायरिस्टर्स आचरण करते हैं। Thyristor के चरणों में से एक न तो सकारात्मक टर्मिनल से जुड़ा है और न ही नकारात्मक टर्मिनल से जुड़ा है। प्रत्येक thyristor के लिए चालन समय 120 डिग्री है। लाइन वोल्टेज का आकार तीन चरणीय तरंग है और चरण वोल्टेज का आकार अर्ध-चौकोर तरंग है।

चरण ए	टी 1		टी -4		टी 1		टी -4
चरण बी	टी 6		टी 3		टी 6		टी 3		टी 6
चरण सी		टी 2		टी 5		टी 2		टी 5
डिग्री	६०	120	180	240 है	300	360 है	६०	120	180	240 है	300	360 है
थाइरिस्टर संचालित करता है	१ ६	२ १	३ २	३ ४	४ ५	६ ५	१ ६	२ १	३ २	३ ४	४ ५	५ ६

Thyristor के लाइन वोल्टेज, चरण वोल्टेज और गेट पल्स की तरंग ऊपर की आकृति में दिखाया गया है।

किसी भी बिजली के इलेक्ट्रॉनिक स्विच में, दो प्रकार के नुकसान हैं; चालन हानि और स्विचिंग नुकसान । चालन हानि का अर्थ है स्विच में राज्य की हानि और स्विचिंग की हानि का अर्थ है स्विच में ऑफ स्टेट हानि। आमतौर पर, अधिकांश ऑपरेशन में स्विचिंग लॉस की तुलना में कंडक्शन लॉस अधिक होता है।

यदि हम एक 60-डिग्री ऑपरेशन के लिए 180-डिग्री मोड पर विचार करते हैं, तो तीन स्विच खुले हैं और तीन स्विच बंद हैं। कुल नुकसान चालन हानि के तीन गुना और स्विचिंग नुकसान के तीन गुना के बराबर है।

कुल नुकसान 180 डिग्री = 3 (चालन हानि) + 3 (स्विचिंग लॉस)

यदि हम एक 60-डिग्री ऑपरेशन के लिए 120-डिग्री मोड पर विचार करते हैं, तो दो स्विच खुले हैं और बाकी के चार स्विच बंद हैं। मतलब कुल नुकसान चालन हानि के दो गुना और स्विचिंग नुकसान के चार गुना के बराबर है।

120 डिग्री में कुल नुकसान = 2 (चालन हानि) + 4 (स्विचिंग लॉस)

(IV) नियंत्रण तकनीक के अनुसार वर्गीकरण

• एकल पल्स चौड़ाई मॉडुलन (एकल PWM)
• मल्टीपल पल्स चौड़ाई मॉड्यूलेशन (MPWM)
• साइनसोइडल पल्स चौड़ाई मॉडुलन (SPWM)
• संशोधित साइनसोइडल पल्स चौड़ाई मॉडुलन (MSPWM)

इन्वर्टर का आउटपुट स्क्वायर वेव सिग्नल है और इस सिग्नल का उपयोग लोड के लिए नहीं किया जाता है। पल्स चौड़ाई मॉड्यूलेशन (पीडब्लूएम) तकनीक का उपयोग एसी आउटपुट वोल्टेज को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। यह नियंत्रण स्विच की ऑन और ऑफ अवधि को नियंत्रित करके प्राप्त किया जाता है। PWM तकनीक में दो संकेतों का उपयोग किया जाता है; एक संदर्भ संकेत है और दूसरा त्रिकोणीय वाहक संकेत है। स्विच के लिए गेट पल्स इन दो संकेतों की तुलना करके उत्पन्न होता है। विभिन्न प्रकार की पीडब्लूएम तकनीकें हैं।

1) एकल पल्स चौड़ाई मॉडुलन (एकल PWM)

प्रत्येक आधे चक्र के लिए, इस नियंत्रण तकनीक में एकमात्र नाड़ी उपलब्ध है। संदर्भ संकेत वर्ग तरंग संकेत है और वाहक संकेत त्रिकोणीय लहर संकेत है। स्विच सिग्नल के लिए गेट पल्स संदर्भ सिग्नल और वाहक सिग्नल की तुलना करके उत्पन्न होता है। आउटपुट वोल्टेज की आवृत्ति संदर्भ सिग्नल की आवृत्ति द्वारा नियंत्रित की जाती है। संदर्भ संकेत का आयाम Ar है और वाहक संकेत का आयाम Ac है, फिर मॉड्यूलेशन इंडेक्स को Ar / Ac के रूप में परिभाषित किया जा सकता है। इस तकनीक का मुख्य दोष उच्च हार्मोनिक सामग्री है।

2) एकाधिक पल्स चौड़ाई मॉडुलन (MPWM)

एकल पल्स चौड़ाई मॉडुलन तकनीक का दोष कई PWM द्वारा हल किया जाता है। इस तकनीक में, एक पल्स के बजाय, आउटपुट वोल्टेज के प्रत्येक आधे चक्र में कई दालों का उपयोग किया जाता है। गेट को संदर्भ सिग्नल और वाहक सिग्नल की तुलना करके उत्पन्न किया जाता है। वाहक सिग्नल की आवृत्ति को नियंत्रित करके आउटपुट आवृत्ति को नियंत्रित किया जाता है। आउटपुट वोल्टेज को नियंत्रित करने के लिए मॉड्यूलेशन इंडेक्स का उपयोग किया जाता है।

आधा चक्र प्रति दालों की संख्या = fc / (2 * f0)

जहां एफसी = वाहक सिग्नल की आवृत्ति

f0 = आउटपुट सिग्नल की आवृत्ति

3) साइनसोइडल पल्स चौड़ाई मॉडुलन (SPWM)

यह नियंत्रण तकनीक व्यापक रूप से औद्योगिक अनुप्रयोगों में उपयोग की जाती है। उपरोक्त दोनों विधियों में, संदर्भ संकेत एक चौकोर तरंग संकेत है। लेकिन इस विधि में, संदर्भ संकेत साइन लहर संकेत है। स्विच के लिए गेट पल्स त्रिकोणीय वाहक लहर के साथ साइन लहर संदर्भ सिग्नल की तुलना करके उत्पन्न होता है। प्रत्येक नाड़ी की चौड़ाई साइन लहर के आयाम की भिन्नता के साथ भिन्न होती है। आउटपुट तरंग की आवृत्ति संदर्भ सिग्नल की आवृत्ति के समान होती है। आउटपुट वोल्टेज एक साइन लहर है और आरएमएस वोल्टेज को मॉड्यूलेशन इंडेक्स द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है। तरंग नीचे दिए गए आंकड़े के अनुसार दिखाए गए हैं।

4) संशोधित साइनसोइडल पल्स चौड़ाई मॉडुलन (MSPWM)

साइन वेव की विशेषता के कारण, एसपीडब्ल्यूएम तकनीक में मॉड्यूलेशन इंडेक्स में बदलाव के साथ लहर की पल्स चौड़ाई को नहीं बदला जा सकता है। यही कारण है कि, MSPWN तकनीक शुरू की गई है। इस तकनीक में, वाहक संकेत प्रत्येक आधे चक्र के पहले और अंतिम 60 डिग्री के अंतराल के दौरान लागू किया जाता है। इस तरह, इसकी हार्मोनिक विशेषता में सुधार होता है। इस तकनीक का मुख्य लाभ मौलिक घटक, स्विचिंग बिजली उपकरणों की संख्या में कमी और स्विचिंग नुकसान में कमी है। तरंग नीचे चित्र में दिखाया गया है।

(V) आउटपुट में स्तर की संख्या के अनुसार

• नियमित दो-स्तरीय इन्वर्टर
• बहु-स्तरीय इन्वर्टर

1) नियमित दो-स्तरीय इन्वर्टर

इन इनवर्टर के आउटपुट में केवल वोल्टेज का स्तर होता है जो पॉजिटिव पीक वोल्टेज और नेगेटिव पीक वोल्टेज होता है। कभी-कभी, शून्य-वोल्टेज स्तर होने को दो-स्तरीय पलटनेवाला के रूप में भी जाना जाता है।

2) मल्टीलेवल इनवर्टर

इन इनवर्टर के आउटपुट में कई वोल्टेज स्तर हो सकते हैं। मल्टी-लेवल इन्वर्टर को चार भागों में बांटा गया है।

- फ्लाइंग कैपेसिटर इन्वर्टर

- डायोड-क्लैम्प्ड इन्वर्टर

- हाइब्रिड इन्वर्टर

- कैस्केड एच-प्रकार इन्वर्टर

ऑपरेशन के लिए हर इन्वर्टर का अपना डिज़ाइन होता है, यहाँ हमने इन इन्वर्टर को उनके बारे में एक बुनियादी विचार प्राप्त करने के लिए संक्षेप में समझाया है।