انورٹر کنٹرولر

انورٹر کنٹرول کا نظام دو فنکشن سرکٹریز پر مشتمل ہے۔ ان میں سے ایک AC وولٹیج کے لیے "Origin Wave Generator" ہے، اور دوسرا "AC جنریٹر" ہے جو ٹارگٹ AC وولٹیج کی لہر پیدا کرتا ہے۔ اوریجن ویو جنریٹر دالوں کی ایک سیریز بناتا ہے جن کی اونچائی ایک جیسی ہوتی ہے لیکن چوڑائی جنریٹر کے ذریعہ منتخب کی جاتی ہے۔ دالوں کی سیریز ہدف AC لہر کے لیے "Origin Wave" ہے۔ ہر نبض کی چوڑائی کا فیصلہ ایک خاص حساب سے کیا جاتا ہے جس کی وضاحت بعد میں کی جائے گی۔
اور AC جنریٹر Origin Wave کو AC لہر میں تبدیل کرتا ہے۔ اس سرکٹ کے اندر کئی جوڑے سوئچ ہوتے ہیں۔ سادہ وضاحت کے لیے، اس صورت پر غور کریں جس میں فنکشن سرکٹ میں دو سوئچز کا صرف ایک جوڑا موجود ہے۔ ایک سوئچ کا ایک ٹرمینل ڈی سی وولٹیج سورس (V+) اور دوسرا سوئچ گراؤنڈ لیول سے جڑا ہوا ہے۔ دونوں سوئچز کے دیگر ٹرمینلز ایک دوسرے سے جڑے ہوئے ہیں، جو AC جنریٹر کا آؤٹ پٹ ٹرمینل بناتا ہے۔ ہر سوئچ کو اوریجن ویو کی ترمیمی لہروں کے ذریعے کنٹرول کیا جاتا ہے۔ یہ کنفیگریشن DC وولٹیج لیول (V+)، گراؤنڈ لیول، اور V+ اور گراؤنڈ کے درمیان درمیانی سطح کے طور پر تین وولٹیج لیول پیدا کر سکتی ہے۔
یہ وضاحت صرف دو سوئچز کے لیے وقف ہے، لیکن یہ واضح ہے کہ زیادہ سوئچز اور جدید ترین سوئچ کنٹرول سادہ DC اور GND سطحوں سے زیادہ پیچیدہ AC لہریں پیدا کریں گے۔

سائن وکر
بہت سے معاملات میں ہدف AC لہریں سائن کروز ہوں گی۔ مثال کے طور پر، ایک موٹر کنٹرول سسٹم کو موٹر چلانے کے لیے سائن ویو کی ضرورت ہوگی کیونکہ ایک مثالی سائن کے منحنی خطوط کو سب سے زیادہ پرسکون گردش یا کم سے کم بجلی کی کھپت کرنی چاہیے۔ ایک اور مثال پاور کنڈیشنر ہے جو کمرشل استعمال کی پاور لائنوں پر 60Hz سائن ویو پیدا کرے گا۔
سائن وکر کی اصل لہر مندرجہ ذیل طور پر تیار کی گئی ہے۔
سب سے پہلے، کچھ تعریف کی جانی چاہئے. زیادہ سے زیادہ آؤٹ پٹ لیول اور کم از کم ایک AC جنریٹر بالترتیب +V اور -V ہیں۔ اور آؤٹ پٹ کے طور پر سائن وکر کا طول و عرض قدر 2 x V سے چھوٹا ہے۔
اگلا، ایک آئسوسیلس مثلث تیار کیا جاتا ہے. مثلث کی اونچائی 2 x V ہے اور یہ افقی محور (وقت محور) کے ساتھ دہراتی ہے اور بنیاد ایک مقررہ وقت کا وقفہ ہے۔ سائن وکر کو چارٹ پر مثلث بیک گراؤنڈ کے ساتھ رکھا جاتا ہے۔
مثلث کی قدروں کا سائن وکر سے موازنہ کرتے ہوئے، 'ایک' کی وضاحت کریں اگر سائن وکر مثلث سے بڑا ہے اور 'صفر' اگر، نہیں ہے۔ اس سے یونٹ کی اونچائی والی دالوں کا ایک ترتیب ملے گا، جو سائن وکر کی اصل لہر ہے۔
اوریجن ویو (سگنل ایس) کی خصوصیات یہ ہیں کہ سائین وکر میں وسیع پلس بڑی قدر پر ظاہر ہوتی ہے۔ بہتر تفہیم کے لیے اگر نبض کے رقبے کو تبدیل کیے بغیر پڑوسی جگہ کو بھرنے کے لیے دالوں کو تبدیل کیا جائے گا، تو سائن کریو کی شکل نکلتی ہے (سگنل Sa)۔ جیسا کہ آسانی سے تصور کیا جاتا ہے، شکل ایک سائن وکر کے قریب ہوتی ہے جب اسوسیلس مثلث زیادہ تیز ہو جاتا ہے (بیس چھوٹا ہوتا ہے)۔ نوٹ کریں کہ سگنل Sa ایک حقیقی لہر نہیں بلکہ ایک تصوراتی لہر ہے۔
اوریجن ویو جیسی لہر پیدا کرنے کی ٹیکنالوجی، جو مستقل اونچائی اور متغیر چوڑائی کی دالوں پر مشتمل ہوتی ہے، اسے PWM (Pulse Width Modulation) کہا جاتا ہے۔ انورٹر کنٹرول PWM ٹیکنالوجی کے ساتھ محسوس کیا جاتا ہے.

فیڈ بیک کنٹرول
انورٹر کنٹرول کا بنیادی کام یہ ہے کہ اوریجن ویو جنریٹر PWM اوریجن ویو پیدا کرتا ہے اور AC جنریٹر اوریجن ویو سے تبدیل شدہ سائن ویو پیدا کرے گا۔ یہ سب کچھ حقیقی نفاذ میں نہیں ہے۔ کنٹرول سسٹم کے اندر ایک موٹر یا کوئی دوسرا آلہ ہوتا ہے جسے برقی دنیا میں "لوڈ" کہا جاتا ہے۔ جب بوجھ کام کر رہا ہوتا ہے، تو یہ AC جنریٹر کے آؤٹ پٹ کی سائن ویو کو بگاڑ دیتا ہے۔ سائن ویو کا طول و عرض کم ہو سکتا ہے، مرحلہ قدرے تبدیل ہو سکتا ہے، یا فریکوئنسی غیر مستحکم ہو سکتی ہے، وغیرہ۔
سائن ویو کے مثالی وکر کو حاصل کرنے کے لیے سسٹم میں مزید کئی فنکشنز ہونے چاہئیں۔ AC جنریٹر کی آؤٹ پٹ لہر کا مانیٹر فنکشن (یہ لوڈ کا ان پٹ ہے)۔ اگلا، مانیٹر شدہ سگنل کا موازنہ مثالی ویوفارم سے کیا جانا چاہیے۔ نتیجے کے طور پر، اگر مانیٹر کیے گئے سگنل کا طول و عرض چھوٹا ہے، تو اوریجن ویو جنریٹر، پی ڈبلیو ایم پلسز کا آؤٹ پٹ لمبا ہونا چاہیے، اور اس کے برعکس۔ اس عمل کو دہرانے کے بعد آؤٹ پٹ ویو مثالی لہر کے بالکل قریب ہے اور ویوفارم کو اسی شکل میں رکھنے کی کوشش کریں۔
اس طرح کے لوپ جیسا کہ اوپر بیان کیا گیا ہے، عام طور پر، "فیڈ بیک کنٹرول" سسٹم کے نام سے جانا جاتا ہے۔ فیڈ بیک کنٹرول کی وجہ سے انورٹر کنٹرول کو مختلف لوڈ ویلیوز پر لاگو کیا جا سکتا ہے۔

انورٹر کنٹرول کے لیے ضروری سرکٹس
AC جنریٹر کے آؤٹ پٹ کی نگرانی کے لیے ایک مانیٹر سرکٹ، ایک isosceles triangle جنریٹر، مانیٹر کیے گئے سگنل اور isosceles triangle کا موازنہ کرنے والا سرکٹ (سگنل S کا ایک جنریٹر)، مانیٹر کیے گئے سگنل کے سگنل S کا موازنہ کرنے والا اور مثالی سگنل S کا موازنہ کرنے والا۔ سائن ویو، مثالی سگنل S کا ذخیرہ، PWM پلس جنریٹر، اور یقیناً، خود AC جنریٹر۔
AC جنریٹر آؤٹ پٹ کے لیے مانیٹر سرکٹ ایک AD کنورٹر ہوگا جو مانیٹر شدہ اینالاگ سگنل کو ڈیجیٹل ویلیوز میں تبدیل کرتا ہے۔ اس تبدیلی سے تبادلوں کی قدروں اور آئوسیلس مثلث کی قدروں (ڈیجیٹل اقدار) کے درمیان طول و عرض کا موازنہ کرنا آسان ہوجاتا ہے۔
ایک کاؤنٹر سرکٹ کا استعمال isosceles مثلث بنانے کے لیے کیا جاتا ہے۔ کاؤنٹر کو تیز رفتار فریکوئنسی گھڑی کے ساتھ دالیں گننی چاہئیں، اور یہ اس وقت تک بڑھ جاتی ہے جب تک کہ شمار کی قدر کو مارنے کے بعد کچھ پہلے سے طے شدہ کاؤنٹ ویلیو اور کمی نہ ہو جائے۔ جو آئوسیلس مثلث پیدا کرتا ہے۔
موازنہ ڈیجیٹل کیلکولیٹر سرکٹ کے ذریعہ کیا جائے گا۔
مثالی سائن وکر کا سگنل S اسٹوریج میموری میں محفوظ کیا جاتا ہے۔
اور PWM دالیں ایک خاص سرکٹ کے ذریعے تیار کی جائیں گی جو PWM دالوں کی ایک سیریز کو کنٹرول کرنے کے لیے وقف ہے۔

کنٹرول کے مقاصد
پاور الیکٹرانک انورٹر کنٹرول کے بنیادی مقاصد آؤٹ پٹ وولٹیج یا کرنٹ کو ریگولیٹ کرنا، گرڈ یا لوڈ کے ساتھ ہم آہنگ کرنا، ہارمونک بگاڑ اور سوئچنگ کے نقصانات کو کم سے کم کرنا، اور سسٹم کے استحکام اور وشوسنییتا کو یقینی بنانا ہیں۔ درخواست اور آپریٹنگ حالات پر منحصر ہے، ان مقاصد کو حاصل کرنے کے لیے مختلف کنٹرول کی حکمت عملیوں اور تکنیکوں کا اطلاق کیا جا سکتا ہے۔ کچھ عام ہیں نبض کی چوڑائی ماڈیولیشن (PWM)، ہسٹریسس کنٹرول، اسپیس ویکٹر ماڈیولیشن (SVM)، اور ڈراپ کنٹرول۔

کنٹرول کے طریقے
پاور الیکٹرانک انورٹرز کے کنٹرول کے طریقوں کو دو قسموں میں درجہ بندی کیا جا سکتا ہے: لکیری اور نان لائنر۔ لکیری کنٹرول کے طریقے آؤٹ پٹ وولٹیج یا کرنٹ کو ریگولیٹ کرنے کے لیے لکیری فیڈ بیک کنٹرولرز، جیسے کہ متناسب-انٹیگرل (PI) یا متناسب-انٹیگرل ڈیریویٹیو (PID) کنٹرولرز کا استعمال کرتے ہیں۔ وہ سادہ اور لاگو کرنے میں آسان ہیں، لیکن مضبوطی، بینڈوتھ، اور متحرک کارکردگی کے لحاظ سے ان کی حدود ہیں۔ نان لائنر کنٹرول کے طریقے آؤٹ پٹ وولٹیج یا کرنٹ کو ریگولیٹ کرنے کے لیے نان لائنر فیڈ بیک کنٹرولرز، جیسے سلائیڈنگ موڈ کنٹرول (SMC) یا فزی لاجک کنٹرول (FLC) کا استعمال کرتے ہیں۔

کنٹرول لوپس
پاور الیکٹرانک انورٹرز کے کنٹرول لوپس کو دو سطحوں میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: اندرونی اور بیرونی۔ اندرونی کنٹرول لوپ ریفرنس اور فیڈ بیک سگنلز کی بنیاد پر انورٹر سوئچز کے لیے سوئچنگ سگنلز پیدا کرنے کا ذمہ دار ہے۔ بیرونی کنٹرول لوپ مطلوبہ آؤٹ پٹ وولٹیج یا کرنٹ کی بنیاد پر اندرونی کنٹرول لوپ کے لیے حوالہ سگنل پیدا کرنے کے لیے ذمہ دار ہے۔ تیز اور درست جواب کو یقینی بنانے کے لیے اندرونی کنٹرول لوپ عام طور پر بیرونی کنٹرول لوپ سے زیادہ فریکوئنسی پر کام کرتا ہے۔

چیلنجز کو کنٹرول کریں۔
پاور الیکٹرانک انورٹرز کے کنٹرول کو کئی چیلنجز کا سامنا ہے، جیسے پیرامیٹر کی مختلف حالتیں، غیر خطوطی، غیر یقینی صورتحال، خلل، اور رکاوٹیں۔ یہ عوامل نظام کی کارکردگی اور استحکام کو متاثر کر سکتے ہیں، اور ان کے لیے انکولی اور مضبوط کنٹرول تکنیک کی ضرورت ہوتی ہے۔ مزید برآں، پاور الیکٹرونک انورٹرز کے کنٹرول میں متضاد مقاصد، جیسے کارکردگی، معیار اور وشوسنییتا کے درمیان تجارت کا تبادلہ بھی شامل ہے۔ ان تجارتی معاہدوں کے لیے اصلاح اور کثیر مقصدی کنٹرول تکنیک کی ضرورت ہوتی ہے۔

یہ سمجھنے کا ایک آسان طریقہ کہ ایک انورٹر DC کو AC پاور میں کیسے بدلتا ہے یہ ہے کہ انورٹر سرکٹ کو مجموعی طور پر چار سوئچز کے لیے 2 سوئچ کے 2 جوڑے کے طور پر دیکھیں۔ سوئچز کو جوڑا بنایا گیا ہے تاکہ جب سوئچ 1 اور 3 بند ہو جائیں، سوئچ 2 اور 4 کھلے ہوں۔ پھر، جب 1 اور 3 کھلے ہوتے ہیں، 2 اور 4 بند ہوتے ہیں۔ سوئچ کا ہر جوڑا بند ہونے پر کرنٹ کو سمت بدلنے کا سبب بنے گا۔

سوئچ دراصل انورٹر سرکٹ میں استعمال نہیں ہوتے ہیں۔ سوئچ کے بجائے، ٹرانزسٹرز جیسے انسولیٹڈ گیٹ بائی پولر ٹرانزسٹرز (IGBP) یا میٹل آکسائیڈ سیمی کنڈکٹر فیلڈ ایفیکٹ ٹرانزسٹرز (MOSFET) سوئچ کے طور پر کام کرتے ہیں۔

وہ ٹرانزسٹر بھی کرنٹ کو بڑھنے اور گرنے کے قابل بناتے ہیں جیسے ہی وہ کھلتے اور بند ہوتے ہیں۔ موجودہ پیداوار کے لیے یہ ضروری ہے کہ سائن ویو کی شکل میں ہو۔ اگر ٹرانزسٹرز فوری طور پر کھولے اور بند ہو جائیں، تو انورٹر سے آؤٹ پٹ ایک مربع لہر ہو گی، جو بہت سے آلات کے لیے AC کرنٹ کے طور پر محفوظ طریقے سے کام نہیں کرے گی۔

آخر میں، انورٹر کو وولٹیج کی سطح کو 120 VAC تک بڑھانے کی ضرورت ہوگی۔ ایک انورٹر اس کو پورا کرنے کے لیے اسٹیپ اپ ٹرانسفارمر کا استعمال کرتا ہے۔