- Invertor s polovičným mostom
- Celý mostný invertor
- Simulácia invertora Half-Bridge v MATLABe
- Generátor impulzov brány
- Výstupný priebeh pre invertor Half-Bridge
- Simulácia Full Bridge Inverter v MATLABe
- Forma výstupnej vlny pre Full Bridge Inverter
Zdroj striedavého prúdu (AC) sa používa takmer pre všetky domáce, obchodné a priemyselné potreby. Ale najväčší problém s AC je, že ho nemožno uložiť pre budúce použitie. Takže AC sa prevedie na DC a potom sa DC uloží do batérií a ultrakondenzátorov. A teraz, kedykoľvek je potrebné striedavé napätie, sa jednosmerný prúd opäť prevedie na striedavý prúd, aby fungoval so striedavými prúdmi. Takže zariadenie, ktoré prevádza jednosmerný prúd na striedavý prúd, sa nazýva Inverter.
Pre jednofázové aplikácie sa používa jednofázový invertor. Existujú hlavne dva typy jednofázového striedača: Half Bridge Inverter a Full Bridge Inverter. Tu budeme študovať, ako je možné tieto invertory postaviť, a budeme simulovať obvody v MATLABe.
Invertor s polovičným mostom
Tento typ striedača vyžaduje dva výkonové spínače elektroniky (MOSFET). MOSFET alebo IGBT sa používa na účely prepínania. Schéma zapojenia polovodičového invertora je znázornená na nasledujúcom obrázku.
Ako je znázornené v schéme zapojenia, vstupné jednosmerné napätie je Vdc = 100 V. Tento zdroj je rozdelený na dve rovnaké časti. Teraz sú hradlové impulzy dané na MOSFET, ako je znázornené na nasledujúcom obrázku.
Podľa výstupnej frekvencie sa rozhoduje o čase ZAP a VYP MOSFETu a generujú sa impulzy hradla. Potrebujeme striedavé napájanie 50 Hz, takže doba jedného cyklu (0 <t <2π) je 20 ms. Ako je znázornené na diagrame, MOSFET-1 sa spúšťa počas prvého pol cyklu (0 <t <π) a počas tohto časového obdobia sa MOSFET-2 nespúšťa. V tomto časovom období bude prúd tiecť v smere šípky, ako je to znázornené na nasledujúcom obrázku, a je dokončený polovičný cyklus výstupu striedavého prúdu. Prúd zo záťaže je sprava doľava a záťažové napätie sa rovná + Vdc / 2.
V druhej polovici cyklu (π <t <2π) sa spustí MOSFET-2 a so záťažou je spojený zdroj nízkeho napätia. Prúd zo záťaže je zľava doprava a napätie záťaže sa rovná -Vdc / 2. V tomto časovom období bude prúdiť prúd, ako je znázornené na obrázku, a druhá polovica cyklu výstupu striedavého prúdu je dokončená.
Celý mostný invertor
V tomto type invertora sa používajú štyri spínače. Hlavným rozdielom medzi polovičným mostíkom a úplným mostíkovým invertorom je maximálna hodnota výstupného napätia. V polovičnom mostíkovom invertore je špičkové napätie polovica napájacieho napätia DC. V celom mostovom invertore je špičkové napätie rovnaké ako napájacie napätie DC. Schéma zapojenia úplného mostíka striedače je, ako je znázornené v nasledujúcom poradí.
Hradlový impulz pre MOSFET 1 a 2 sú rovnaké. Oba spínače pracujú súčasne. Podobne aj MOSFET 3 a 4 majú rovnaké hradlové impulzy a pracujú súčasne. MOSFET 1 a 4 (vertikálne rameno) však nikdy nepracujú súčasne. Ak k tomu dôjde, dôjde k skratu zdroja jednosmerného napätia.
Pre hornú polovicu cyklu (0 <t <π) sa aktivujú MOSFET 1 a 2 a bude prúdiť prúd, ako je znázornené na obrázku nižšie. V tomto časovom období preteká prúd zľava doprava.
Pre dolnú polovicu cyklu (π <t <2π) sa aktivujú MOSFET 3 a 4 a prúd bude prúdiť, ako je to znázornené na obrázku. V tomto časovom období preteká prúd z pravého do ľavého smeru. Špičkové zaťažovacie napätie je v obidvoch prípadoch rovnaké ako napájacie napätie DC Vdc.
Simulácia invertora Half-Bridge v MATLABe
Pre simuláciu pridajte prvky do súboru modelu z knižnice Simulink.
1) 2 zdroje jednosmerného prúdu - každý 50 V.
2) 2 MOSFET
3) Odporové zaťaženie
4) Generátor impulzov
5) NIE brána
6) Powergui
7) Meranie napätia
8) GOTO a OD
Pripojte všetky komponenty podľa schémy zapojenia. Screenshot súboru modelu Half Bridge Inverter je uvedený na obrázku nižšie.
Hradlový impulz 1 a hradlový impulz 2 sú hradlové impulzy pre MOSFET1 a MOSFET2, ktoré sa generujú z obvodu generátora hradla. Impulz brány je generovaný PULSE GENERATOROM. V takom prípade sa MOSFET1 a MOSFET2 nemôžu spustiť súčasne. Ak k tomu dôjde, dôjde k skratu zdroja napätia. Keď je MOSFET1 zatvorený, MOSFET2 bude v tom čase otvorený a keď je MOSFET2 zatvorený, MOSFET1 je v tom čase otvorený. Ak teda generujeme hradlový impulz pre akýkoľvek MOSFET, môžeme tento impulz prepnúť a použiť pre iný MOSFET.
Generátor impulzov brány
Obrázok vyššie zobrazuje parameter bloku generátora impulzov v MATLABe. Doba je 2e-3 znamená 20 ms. Ak potrebujete frekvenčný výstup 60 Hz, potom bude perióda 16,67 ms. Šírky impulzu je, pokiaľ ide o percento obdobie. To znamená, že hradlový impulz sa generuje iba pre túto oblasť. V tomto prípade nastavíme túto hodnotu na 50%, to znamená, že sa vygeneruje 50% perióda hradla periódy a 50% perióda hradla periódy sa negeneruje. Fázové oneskorenie je nastavený na 0 sekúnd, znamená, že nie sme udania meškanie brány impulzu. Ak dôjde k nejakému fázovému oneskoreniu, znamená to, že po tejto dobe sa vygeneruje hradlový impulz. Napríklad, ak je fázové oneskorenie 1e-3, bude hradlový impulz vygenerovaný po 10 ms.
Týmto spôsobom môžeme vygenerovať hradlový impulz pre MOSFET1 a teraz tento hradlový impulz prepneme a použijeme ho pre MOSFET2. V simulácii použijeme logickú NOT bránu. NOT brána inverzne voči výstupu znamená, že prevedie 1 na 0 a 0 na 1. Takto môžeme presne získať opačný hradlový impulz, takže zdroj DC nikdy nebude skratovaný.
V praxi nemôžeme použiť 50% šírku impulzu. MOSFET alebo akýkoľvek iný elektrický vypínač sa vypne dlho. Aby sa zabránilo skratu zdroja, je šírka impulzu nastavená okolo 45%, aby sa umožnil čas pre vypnutie MOSFETov. Toto časové obdobie je známe ako mŕtvy čas. Pre účely simulácie však môžeme použiť 50% šírku impulzu.
Výstupný priebeh pre invertor Half-Bridge
Táto snímka obrazovky slúži na výstupné napätie v celej záťaži. Na tomto obrázku vidíme, že špičková hodnota záťažového napätia je 50 V, čo je polovica napájania jednosmerným prúdom a frekvencia je 50 Hz. Na dokončenie jedného cyklu je požadovaný čas 20 ms.
Simulácia Full Bridge Inverter v MATLABe
Ak získate výstup z polovičného mostíka, potom je ľahké implementovať celý mostík, pretože väčšina vecí zostáva rovnaká. Aj v celom mostíkovom invertore potrebujeme iba dva impulzy brány, ktoré sú rovnaké ako polovičný mostíkový invertor. Jeden hradlový impulz je pre MOSFET 1 a 2 a inverzná hodnota tohto hradlového impulzu je pre MOSFET 3 a 4.
Vyžadované prvky
1) 4 - MOSFET
2) 1 zdroj jednosmerného prúdu
3) Odporové zaťaženie
4) Meranie napätia
5) Generátor impulzov
6) GOTO a OD
7) powergui
Pripojte všetky komponenty, ako je znázornené na obrázku nižšie.
Forma výstupnej vlny pre Full Bridge Inverter
Táto snímka obrazovky slúži na výstupné napätie naprieč záťažou. Tu vidíme, že špičková hodnota napätia záťaže sa rovná jednosmernému napájaciemu napätiu, ktoré je 100V.
Kompletný návod na video o tom, ako zostaviť a simulovať invertor s polovičným mostom a úplným mostom, si môžete skontrolovať v programe MATLAB nižšie.