Čo je to Half Bridge Inverter: Schéma zapojenia a jeho fungovanie

Čo je to Half Bridge Inverter: Schéma zapojenia a jeho fungovanie

Invertor je výkonový elektronický prevodník, ktorý prevádza priamy výkon na striedavý. Použitím tohto invertorového zariadenia môžeme previesť pevný dc na premenlivý striedavý prúd, ktorý predstavuje premenlivú frekvenciu a napätie. Po druhé z tohto invertora môžeme meniť frekvenciu, tzn. Budeme schopní generovať frekvencie 40 Hz, 50 Hz, 60 Hz podľa našej požiadavky. Ak je jednosmerným vstupom zdroj napätia, potom je invertor známy ako VSI (Voltage Source Inverter). Meniče potrebujú štyri spínacie zariadenia, zatiaľ čo polovičný mostík vyžaduje dve spínacie zariadenia. Mostíkové invertory sú dvoch typov, sú polovičné invertor a invertor s úplným mostom. Tento článok pojednáva o polovodičovom striedači.

Čo je to Half-Bridge Inverter?

Invertor je zariadenie, ktoré prevádza jednosmerné napätie na striedavé napätie a skladá sa zo štyroch spínačov, zatiaľ čo polovičný mostík vyžaduje dve diódy a dva spínače, ktoré sú zapojené antiparalelne. Dva spínače sú doplnkové spínače, čo znamená, že keď je prvý spínač ZAPNUTÝ, druhý spínač bude VYPNUTÝ. Podobne, keď je druhý spínač ZAPNUTÝ, bude prvý spínač VYPNUTÝ.




Jednofázový polovičný mostový striedač s odporovým zaťažením

Schéma zapojenia jednofázového polovodičového invertora s odporovou záťažou je uvedená na nasledujúcom obrázku.



Invertor s polovičným mostom

Invertor s polovičným mostom

Kde RL je odporová záťaž, Vs/ 2 je zdroj napätia S1a Sdvasú dva spínače, t.j.0je prúd. Kde je každý prepínač pripojený k diódam D1a Ddvaparalelne. Na vyššie uvedenom obrázku sú prepínače S1a Sdvasú samočinne komutačné spínače. Prepínač S1bude viesť, keď je napätie kladné a prúd záporný, prepínač Sdvabude viesť, keď je napätie záporné a prúd je záporný. The dióda D1bude viesť, keď je napätie kladné a prúd záporný, dióda Ddvabude viesť, keď je napätie záporné a prúd je kladný.



Prípad 1 (pri prepínači S1je ON a Sdvaje vypnutý): Pri prepnutí S1je zapnutá od časového intervalu 0 do T / 2, dióda D1a Ddvasú v opačnom predpätí a Sdvaprepínač je VYPNUTÝ.

Uplatňovanie KVL (Kirchhoffov zákon o napätí)


V.s/ 2-V0= 0



Kde výstupné napätie V0= Vs/dva

Kde výstupný prúd i0= V0/ R = Vs/ 2r

V prípade napájacieho prúdu alebo spínacieho prúdu sa prúd iS1= i0 = Vs / 2R, t.j.S2= 0 a diódový prúd iD1= iD2= 0.

Prípad 2 (pri prepnutí Sdvaje ON a S1je vypnutý) : Pri prepnutí Sdvaje zapnutá od času T / 2 do T, dióda D1a Ddvasú v opačnom predpätí a S1prepínač je VYPNUTÝ.

Uplatňovanie KVL (Kirchhoffov zákon o napätí)

V.s/ 2 + V0= 0

Kde výstupné napätie V0= -Vs/dva

Kde výstupný prúd i0= V0/ R = -Vs/ 2r

V prípade napájacieho prúdu alebo spínacieho prúdu sa prúd iS1= 0, t.j.S2= i0= -Vs/ 2R a diódový prúd iD1= iD2= 0.

Na nasledujúcom obrázku je zobrazená krivka výstupného napätia jednofázového polovičného mostíka.

Krivka výstupného napätia polovičného mostíka invertora

Krivka výstupného napätia polovičného mostíka invertora

Priemerná hodnota výstupného napätia je

Na nasledujúcom obrázku je teda zobrazený priebeh výstupného napätia z konverzie času „T“ na os „„ ωt “

Prepočet časovej osi krivky výstupného napätia

Prepočet časovej osi krivky výstupného napätia

Keď sa vynásobí nulou, bude nula Keď sa vynásobí T / 2, bude to T / 2 = π Keď sa vynásobí T, bude to T = 2π Keď sa vynásobí 3T / 2, bude to T / 2 = 3π a tak ďalej. Týmto spôsobom môžeme previesť túto časovú os na os „ωt“.

Priemerná hodnota výstupného napätia a výstupného prúdu je

V.0 (priem.)= 0

Ja0 (priem.)= 0

RMS hodnota výstupného napätia a výstupného prúdu je

V.0 (RMS)= VS/dva

Ja0 (RMS)= V0 (RMS)/ R = VS/ 2r

Výstupné napätie, ktoré dostávame v invertore, nie je čistá sínusová vlna, tj. Obdĺžniková vlna. Výstupné napätie so základnou zložkou je znázornené na nasledujúcom obrázku.

Krivka výstupného napätia so základnou súčasťou

Krivka výstupného napätia so základnou súčasťou

Pomocou Fourierovej série

Kde Cn, dona bn

bn= VS/ nᴨ (1-cosnᴨ)

Bn= 0 pri dosadzovaní párnych čísel (n = 2,4,6… ..) abn= 2Vs / nπ pri nahradení nepárnych čísel (n = 1,3,5 ……). Náhradník bn= 2Vs / nπ a an= 0 v Cndostane Cn= 2Vs / nπ.

ϕn= tak-1(don/ bn) = 0

V.01 ( ωt) = 2 V.S/ ᴨ * (bez ωt )

Substitute V0 (priem.)= 0 v dostane

Rovnicu (1) možno tiež zapísať ako

V.0 ( ωt) = 2 V.S/ ᴨ * (bez ωt ) + dva V.S/ 3ᴨ * (Sin3 ωt ) + dva V.S/ 5ᴨ * (Sin5 ωt ) + …… .. + ∞

V.0 ( ωt) = V.01 ( ωt) + V.03 ( ωt) + V.05 ( ωt)

Vyššie uvedený výraz je výstupné napätie, ktoré sa skladá zo základného napätia a nepárnych harmonických. Existujú dve metódy na odstránenie týchto harmonických zložiek, ktorými sú: použitie filtračného obvodu a použitie techniky modulácie šírky impulzu.

Základné napätie možno zapísať ako

V.01 ( ωt) = 2VS/ ᴨ * (bez ωt )

Maximálna hodnota základného napätia

V.01 (max.)= 2VS/ ᴨ

RMS hodnota základného napätia je

V.01 (RMS)= 2VS/ √2ᴨ = √2VS/ ᴨ

Základná zložka výstupného prúdu RMS je

Ja01 (RMS)= V01 (RMS)/ R

Musíme získať faktor skreslenia, faktor skreslenia sa označuje ako g.

g = V.01 (RMS)/ V0 (RMS) = efektívna hodnota základného napätia / celková efektívna hodnota výstupného napätia

Nahradením V.01 (RMS) a V.0 (RMS) hodnoty v g dostanú

g = 2√2 / ᴨ

Celkom harmonické skreslenie je vyjadrený ako

Na výstupnom napätí je celkové harmonické skreslenie THD = 48,43%, ale podľa IEEE by celkové harmonické skreslenie malo byť 5%.

Základný výstupný výkon jednofázového mostového invertora je

P01= (V01 (rms))dva/ R = jadva01 (rms)R

Pomocou vyššie uvedeného vzorca môžeme vypočítať základný výstupný výkon.

Týmto spôsobom môžeme vypočítať rôzne parametre jednofázového polovodičového invertora.

Jednofázový polovičný mostový striedač so zaťažením R-L

Schéma zapojenia záťaže R-L je uvedená na nasledujúcom obrázku.

Jednofázový polovičný mostový striedač so zaťažením R-L

Jednofázový polovičný mostový striedač so zaťažením R-L

Schéma zapojenia jednofázového polomostového invertora so záťažou R-L pozostáva z dvoch spínačov, dvoch diód a napájacieho napätia. Zaťaženie R-L je spojené medzi bodom A a bodom O, bod A sa vždy považuje za kladný a bod O za záporný. Ak prúd prúdi z bodu A do O, potom sa prúd bude považovať za kladný, podobne ak prúd prúdi z bodu do A, bude sa prúd považovať za záporný.

V prípade zaťaženia R-L bude výstupný prúd časovo exponenciálna funkcia a oneskorí výstupné napätie o uhol.

ϕ = tak-1( ω Ľ / P)

Prevádzka jednofázového polovičného mostíka s R-záťažou

Pracovná operácia je založená na nasledujúcich časových intervaloch

(i) Interval I (0 Po túto dobu sú obidva spínače VYPNUTÉ a dióda D2 je v stave spätného skreslenia. V tomto intervale induktor uvoľňuje svoju energiu cez diódu D1 a výstupný prúd exponenciálne klesá zo svojej zápornej maximálnej hodnoty (-Imax) na nulu.

Aplikáciou KVL na tento časový interval sa dostaneme

Výstupné napätie V0> 0 Výstupný prúd preteká v opačnom smere, t.j.0<0 switch current iS1= 0 a diódový prúd iD1= -i0

ii) Interval II (t1 Po túto dobu bude prepínač S1a Sdvasú zatvorené a S2 je VYPNUTÉ a obe diódy sú v stave spätného skreslenia. V tomto intervale začne induktor ukladať energiu a výstupný prúd sa zvyšuje z nuly na svoju kladnú maximálnu hodnotu (Imax).

Uplatnenie KVL získa

Výstupné napätie V0> 0 Výstupný prúd preteká v doprednom smere, t.j.0> 0 spínací prúd iS1= i0a diódový prúd iD1= 0

(iii) Interval III (T / 2 V tomto trvaní bude spínač S1a Sdvasú vypnuté a dióda D1je v opačnom skreslení a Ddvaje v predpätí presmerovania sú v stave spätného predpätia. V tomto intervale induktor uvoľňuje svoju energiu cez diódu Ddva. Výstupný prúd exponenciálne klesá z jeho kladnej maximálnej hodnoty (Imax) na nulu.

Uplatnenie KVL získa

Výstupné napätie V0<0 The output current flows in the forward direction, therefore, i0> 0 spínací prúd iS1= 0 a diódový prúd iD1= 0

(iv) Interval IV (t2 Po túto dobu bude prepínač S1je VYPNUTÝ a Sdvasú zatvorené a diódy D1a Ddvasú v opačnom predpätí. V tomto intervale sa induktor nabíjal na zápornú maximálnu hodnotu (-Imax) na nulu.

Uplatnenie KVL získa

Výstupné napätie V0<0 The output current flows in the opposite/reverse direction therefore i0<0 switch current iS1= 0 a diódový prúd iD1= 0

Prevádzkové režimy polovodičového invertora

Prevádzkové režimy polovodičového invertora

Sumarizácia časových intervalov je uvedená v nasledujúcej tabuľke

S.NO Časový interval Správanie zariadenia Výstupné napätie (V0 ) Výkon Aktuálne ( Ja0 ) Spínací prúd (iS1 ) Prepínacia dióda (t.j.D1 )
1 01D1V.0> 0 Ja0<0 0 - Ja0
dva t1 S1V.0> 0 Ja0> 0 Ja00
3 T / 2dva DdvaV.0<0 Ja0> 0 0 0
4 tdva Sdva V.0<0 Ja0<0 0 0

Na nasledujúcom obrázku je znázornený priebeh výstupného napätia jednofázového polovodičového invertora so záťažou RL.

Priebeh výstupného napätia jednofázového polovičného mostíka so záťažou R-L

Priebeh výstupného napätia jednofázového polovičného mostíka so záťažou R-L

Polovičný mostný striedač Vs Celý mostný striedač

Rozdiel medzi polovičným mostíkom a invertorom s úplným mostíkom je uvedený v nasledujúcej tabuľke.

S.NO

Invertor s polovičným mostom

Celý mostný invertor

1

Účinnosť je u mostíka s polovičným mostíkom vysoká V invertore s úplným mostomtiež,účinnosť je vysoká

dva

V polovodičovom invertore sú krivky výstupného napätia štvorcové, kvázi štvorcové alebo PWM V invertore s úplným mostíkom sú krivky výstupného napätia štvorcové, kvázi štvorcové alebo PWM

3

Špičkové napätie v polovodičovom invertore je polovica napájacieho napätia DC Špičkové napätie v mostíku s úplným mostíkom je rovnaké ako napájacie napätie DC

4

Polovičný mostík obsahuje dva spínače Celý mostík obsahuje štyri prepínače

5

Výstupné napätie je E0= EDC/dva Výstupné napätie je E0= EDC

6

Základné výstupné napätie je E1= 0,45 EDC Základné výstupné napätie je E1= 0,9 EDC

7

Tento typ invertora generuje bipolárne napätie Tento typ invertora generuje monopolárne napätie

Výhody

Výhody jednofázového polovodičového invertora sú

  • Obvod je jednoduchý
  • Cena je nízka

Nevýhody

Nevýhody jednofázového polovodičového invertora sú

  • TUF (Transformer Utilization Factor) je nízky
  • Účinnosť je nízka

Toto je teda všetko o prehľad invertora polomosta , je diskutovaný rozdiel medzi polovodičovým invertorom a plnopremostovým invertorom, výhody, nevýhody, jednofázový polovodičový invertor s odporovou záťažou. Tu je otázka, aké sú použitia polovodičového invertora?