- Fél híd inverter
- Teljes híd inverter
- A Half Bridge inverter szimulációja a MATLAB-ban
- Gate Pulse generátor
- Kimeneti hullámforma a félhíd inverterhez
- A Full Bridge Inverter szimulációja a MATLAB-ban
- Kimeneti hullám űrlap a teljes híd inverterhez
A váltakozó áramú (AC) tápegységet szinte az összes lakossági, kereskedelmi és ipari igényre kielégítik. De az AC legnagyobb problémája, hogy nem tárolható későbbi felhasználásra. Tehát az AC átalakul DC-vé, majd az egyenáramot akkumulátorokban és ultrakondenzátorokban tárolják. És most, amikor váltóáramra van szükség, a váltakozó áramú áramot ismét átalakítják váltóáramúvá az AC alapú készülékek működtetésére. Tehát az egyenáramot váltóárammá alakító eszközt inverternek hívják.
Egyfázisú alkalmazásokhoz egyfázisú invertert használnak. Elsősorban kétféle egyfázisú inverter létezik: Half Bridge Inverter és Full Bridge Inverter. Itt tanulmányozzuk, hogyan lehet ezeket az invertereket felépíteni, és szimuláljuk az áramköröket a MATLAB-ban.
Fél híd inverter
Ehhez a típusú inverterhez két teljesítmény-elektronikai kapcsolóra van szükség (MOSFET). A MOSFET vagy az IGBT kapcsolási célra szolgál. A félhíd inverter kapcsolási rajza az alábbi ábrán látható.
Amint azt az áramköri ábra mutatja, a bemeneti egyenfeszültség Vdc = 100 V. Ez a forrás két egyenlő részre oszlik. Most kapuimpulzusokat kap a MOSFET, az alábbi ábra szerint.
A kimeneti frekvencia szerint a MOSFET ON és OFF ideje eldől, és kapuimpulzusok keletkeznek. 50 Hz-es váltakozó áramra van szükségünk, ezért egy ciklus időtartama (0 <t <2π) 20 ms. Amint az a diagramon látható, a MOSFET-1 az első féléves ciklusra vált (0 <t <π), és ebben az időszakban a MOSFET-2 nem vált ki. Ebben az időszakban az áram a nyíl irányába áramlik, amint az az alábbi ábrán látható, és az AC kimenet fél ciklusa befejeződött. A terhelés árama jobbról balra, a terhelési feszültség pedig egyenlő + Vdc / 2-vel.
A második féléves ciklusban (π <t <2π) a MOSFET-2 aktiválódik, és alacsonyabb feszültségforrás kapcsolódik a terheléshez. A terhelés árama balra jobbra és a terhelési feszültség egyenlő -Vdc / 2. Ebben az időszakban az áram az ábrán látható módon fog áramlani, és az AC kimenet másik fél ciklusa befejeződik.
Teljes híd inverter
Ebben a típusú inverterben négy kapcsolót használnak. A félhíd és a teljes híd inverter közötti fő különbség a kimeneti feszültség maximális értéke. A félhíd-inverter csúcsfeszültsége a DC tápfeszültség fele. Teljes híd inverterben a csúcsfeszültség megegyezik az egyenáramú tápfeszültséggel. A teljes híd inverter kapcsolási rajza az alábbi ábrán látható.
A MOSFET 1 és 2 kapuimpulzusa megegyezik. Mindkét kapcsoló egyszerre működik. Hasonlóképpen, a MOSFET 3 és 4 azonos kapuimpulzusokkal rendelkezik, és egyidejűleg működik. De a MOSFET 1 és 4 (függőleges kar) soha nem működnek egyszerre. Ha ez megtörténik, akkor az egyenáramú feszültségforrás rövidzárlatos lesz.
A felső fél ciklus (0 <t <π) esetén az 1. és 2. MOSFET aktiválódik, és az áram az alábbi ábra szerint áramlik. Ebben az időszakban az áram balról jobbra halad.
Az alsó félciklus (π <t <2π) esetén a MOSFET 3 és 4 kivált, és az áram áramlik az ábrán látható módon. Ebben az időszakban az áram jobbról balra halad. A csúcsterhelési feszültség mindkét esetben megegyezik a DC egyenfeszültséggel.
A Half Bridge inverter szimulációja a MATLAB-ban
Szimulációhoz adjon elemeket a modellfájlba a Simulink könyvtárból.
1) 2 egyenáramú forrás - egyenként 50 V
2) 2 MOSFET
3) Ellenálló terhelés
4) impulzusgenerátor
5) NEM kapu
6) Powergui
7) Feszültségmérés
8) GOTO és FROM
Csatlakoztassa az összes alkatrészt a kapcsolási rajz szerint. A Half Bridge Inverter modellfájl képernyőképe az alábbi képen látható.
Az 1. kapu impulzus és a 2. kapu impulzus a MOSFET1 és MOSFET2 kapuimpulzusok, amelyeket a kapugenerátor áramkör generál. A kapu impulzust a PULSE GENERATOR generálja. Ebben az esetben a MOSFET1 és a MOSFET2 nem indítható egyszerre. Ha ez megtörténik, akkor a feszültségforrás rövidzárlatos lesz. Amikor a MOSFET1 zárva van, akkor a MOSFET2 nyitva lesz, és amikor a MOSFET2 zárva van, akkor a MOSFET1 nyitva van. Tehát, ha bármelyik MOSFET számára létrehozunk kapuimpulzust, akkor ezt az impulzust átkapcsolhatjuk és felhasználhatjuk más MOSFET-hez.
Gate Pulse generátor
A fenti kép a pulzusgenerátor blokk paraméterét mutatja a MATLAB-ban. A periódus 2e-3 jelentése 20 ms. Ha 60Hz-es frekvenciakimenetre van szüksége, akkor az időtartam 16,67 msec lesz. Az impulzus szélessége az időszak százalékában kifejezve. Ez azt jelenti, hogy a kapu impulzus csak erre a területre jön létre. Ebben az esetben ezt 50% -ra állítjuk be, ez azt jelenti, hogy 50% periódus kapu impulzus jön létre, és 50% periódus kapu impulzus nem jön létre. A fázis késleltetés értéke 0 sec, ami azt jelenti, hogy nem adunk késleltetést a kapu impulzusának. Ha van valamilyen fáziskésés, akkor ez azt jelenti, hogy a kapu impulzus generálódik ezen idő után. Például, ha a fázis késleltetés 1e-3, akkor a kapu impulzus 10 ms után jön létre.
Ily módon generálhatjuk a kapu impulzust a MOSFET1 számára, és most ezt a kapu impulzust kapcsoljuk és használjuk a MOSFET2 számára. A szimulációban a logikai NOT kaput fogjuk használni. A NOT kapu inverz a kimenetre azt jelenti, hogy 1-et 0-ra és 0-t 1-re alakít át. Így pontosan megkapjuk az ellentétes kapu impulzust, hogy az egyenáramú forrás soha ne legyen rövidzárlatos.
A gyakorlatban nem használhatunk 50% -os impulzusszélességet. A MOSFET vagy bármely elektromos kapcsoló kikapcsolása kis időt vesz igénybe. A forrás rövidzárlatának elkerülése érdekében az impulzusszélességet 45% körüli értékre állítják be, hogy a MOSFET-ek kikapcsolódási ideje legyen. Ezt az időszakot Dead Time néven ismerjük. De szimulációs célokra 50% -os impulzusszélességet használhatunk.
Kimeneti hullámforma a félhíd inverterhez
Ez a képernyőkép a terhelés teljes kimeneti feszültségére vonatkozik. Ezen a képen láthatjuk, hogy a terhelési feszültség csúcsértéke 50 V, amely a DC tápfele fele, a frekvencia pedig 50Hz. Egy teljes ciklushoz a szükséges idő 20 msec.
A Full Bridge Inverter szimulációja a MATLAB-ban
Ha a félhíd inverter kimenetét kapja, akkor a teljes híd invertert könnyű megvalósítani, mert mindenekelőtt ugyanaz marad. A teljes híd inverterben is csak két kapu impulzusra van szükségünk, ami megegyezik a fél híd inverterével. Az egyik kapuimpulzus az 1. és 2. MOSFET-hez, és ennek a kapu-impulzusnak az inverze a 3. és 4. MOSFET-hez.
Szükséges elemek
1) 4 - MOSFET
2) 1 DC forrás
3) Ellenálló terhelés
4) Feszültségmérés
5) impulzusgenerátor
6) GOTO és FROM
7) powergui
Csatlakoztassa az összes alkatrészt az alábbi képernyőképen látható módon.
Kimeneti hullám űrlap a teljes híd inverterhez
Ez a képernyőkép a terhelés teljes kimeneti feszültségére vonatkozik. Itt láthatjuk, hogy a terhelési feszültség csúcsértéke megegyezik az egyenáramú tápfeszültséggel, amely 100 V.
Az alábbiakban ellenőrizheti a Videón keresztüli teljes leírást arról, hogyan lehet felépíteni és szimulálni a Half Bridge és a Full Bridge Invertert a MATLAB-ban.