काही ठिकाणी विद्युत ऊर्जा एकदिश प्रवाहात उपलब्ध असते. एकदिश प्रवाहाची वारंवारता शून्य असते. परंतु काही विद्युत क्षेत्रातील उपकरणांना ५० वारंवारतेची आवश्यकता असते, त्यामुळे आपल्याला परिवर्तकाची गरज भासते. इलेक्ट्रॉनिकी तंत्रज्ञानाच्या प्रगतीमुळे एकदिश प्रवाहाचे (DC) प्रत्यावर्ती प्रवाहामध्ये (AC) रूपांतर (Conversion) करणे सोपे झाले आहे. इलेक्ट्रॉनिक शक्तीचा उपयोग करून ऊर्जेचे (Energy) वहन व नियमन करणे सोपे होऊन शक्तिऱ्हास (Power Loss) कमी झाला आहे. प्रामुख्याने परिवर्तक (Inverters) औद्योगिक क्षेत्रात (UPS, heating etc.) तसेच सौर ऊर्जा, विद्युत घट (Battery) इत्यादींमध्ये वापरले जातात.
एकदिश विद्युत ऊर्जेचे प्रत्यावर्ती विद्युत ऊर्जेत रूपांतर परिवर्तक (Inverter) मंडलाच्या साहाय्याने करता येते. परिवर्तक मंडल एकदिश दाबाचे (Voltage) रूपांतर अपेक्षित प्रत्यावर्ती मूल्य व वारंवारतेला करते. रूपांतराचे नियमन (Control) करण्यासाठी इलेक्ट्रॉनिक कळ (Switch) वापरता येतात. एकदिश प्रवाहाचे प्रत्यावर्ती प्रवाहात रूपांतर अनेक कार्यपद्धतीद्वारे करता येते.
एक-प्रावस्था अर्धसेतू परिवर्तक (Single Phase Half Bridge Inverter) : या परिवर्तकामध्ये स्विच म्हणून थायरिस्टर (Thyristor) वापरतात. स्विच चालू(ON) व बंद(OFF) होण्याच्या क्रियेमुळे चौरसाकृती तरंगाची (Square Wave) निर्मिती होते. अर्धसेतू मंडलामध्ये डीसी-दाब (V) दोन समान भागांत विभागला जातो. या विद्युत दाबाला विभागण्यासाठी धारित्रकाचा (Capacitor C1,C2) उपयोग केला जातो. त्यामुळे या मंडलाला ३-वाहक (3-Wire) म्हणतात. विद्युत प्रवाह द्विदिशा होण्यासाठी समांतर परंतु विरोधी दिशेला डायोड (Feedback Diode) जोडला जातो. मंडलामध्ये एक प्रावस्थेतील (Single Phase) भार (Load) हा धारित्र (C1,C2) व दोन स्विचच्या संधिस्थानी (Junction) जोडतात. आ. (अ) मध्ये A व B यादरम्यान जोडला आहे. स्विच (SW1 व SW2) चालू व बंद करून चौरसाकृती तरंगाची निर्मिती करतात. साधारणपणे T (Total Period) च्या ५० % कालावधीनंतर (Period) चालू व बंद केले जातात. स्विच SW1 आणि SW2 एकाच वेळी चालू वा बंद करता येत नाहीत, कारण त्यामुळे मंडलामधून मोठ्या प्रमाणात विद्युत प्रवाह जाऊन उपकरणाची मोठी हानी होण्याची शक्यता असते.
(१) जेव्हा SW1 चालू व SW2 बंद असेल तेव्हा विद्युत प्रवाहाची (I1) दिशा आ. (ब) मध्ये दाखवल्याप्रमाणे असेल. भाराच्या (रोध) दरम्यान ०.५ व्होल्ट दाब मिळतो. यावेळी D1 व D2 बंद स्थितीमध्ये असतात. (२) वरीलप्रमाणे जेव्हा SW2 चालू व SW1 बंद असेल तेव्हा प्रवाहाची (I2) दिशा आ. (ब) मध्ये दाखवल्याप्रमाणे असेल. भाराच्या (रोध) दरम्यान -०.५ व्होल्ट दाब मिळतो. यावेळी D1 व D2 बंद स्थितीमध्ये असतात.
अशा प्रकारे रोधक भाराच्या दरम्यान चौरसाकृती दाबाची (V) निर्मिती होते, परंतु तरंगाचे मूल्य – ०.५ व्होल्ट व +०.५ व्होल्ट दरम्यान असते.
एक-प्रावस्था पूर्णसेतू परिवर्तक (Single Phase Full Bridge Inverter) : तरंगाचे मूल्य +V व -V मिळण्यासाठी पूर्णसेतू मंडलाचा उपयोग केला जातो. पूर्णसेतू मंडलामध्ये डीसी दाब (V) दोन समान भागांत विभागला जातो. या विद्युत दाबाला विभागण्यासाठी धारित्रकाचा (Capacitor C1, C2) उपयोग केला जातो. मंडलामध्ये एक प्रावस्थेतील भार, दोन स्विचच्या (SW1-SW4 आणि SW3-SW2) संधिस्थानी म्हणजेच आ. १ – अ व ब यांच्या दरम्यान जोडला आहे. स्विच (SW1,SW2,SW3,SW4) पीडब्ल्यूएमच्या साहाय्याने चालू व बंद करून चौरसाकृती तरंगाची निर्मिती करतात. साधारणपणे T(Total Period) च्या ५०% कालावधीनंतर चालू व बंद केले जातात.
(१) जेव्हा SW1-SW2 चालू व SW3- SW4 बंद असेल तेव्हा विद्युत प्रवाहाचा मार्ग SW1-भार-SW2 असेल. भाराच्या (रोध) दरम्यान V दाब (+V) मिळतो.
(२) वरीलप्रमाणे जेव्हा SW3- SW4 चालू व SW1-SW2 बंद असेल तेव्हा विद्युत प्रवाहाचा मार्ग SW3-भार-SW4 असेल. रोधीय भाराच्या दरम्यान (-V) दाब मिळतो.
अशा प्रकारे रोधक भाराच्या दरम्यान चौरसाकृती दाबाची (V) निर्मिती होते, परंतु तरंगाचे मूल्य -V व +V दरम्यान असते.
अर्धसेतू परिवर्तकामधे ३-वाहक कार्यपद्धती वापरावी लागते परंतु पूर्णसेतू परिवर्तकामधे याची आवश्यकता नसते. तसेच पूर्णसेतू मंडलाची कार्यक्षमता अर्धसेतू परिवर्तकापेक्षा जास्त असते. परंतु पूर्णसेतू परिवर्तकामधे जास्त स्विच लागतात. जास्त विद्युत ऊर्जेची गरज असल्यास पूर्णसेतू परिवर्तकाचा उपयोग केला जातो. अशा प्रकारे पूर्णसेतू व अर्धसेतू परिवर्तक भाराच्या आवश्यकतेनुसार वापरले जातात.
संदर्भ :
- Rashid, M. H. POWER ELECTRONICS : Circuits, Devices And Applications (Third Edition), Pearson Publications.
समीक्षक – अमृता मुजुमदार
