Mikä on Half Bridge Inverter: piirikaavio ja sen toiminta

Invertteri on tehoelektroniikan muunnin, joka muuntaa suoran virran vaihtovirraksi. Käyttämällä tätä invertterilaitetta voimme muuntaa kiinteän DC: n vaihtuvaksi vaihtovirraksi, joka vaihtelevana taajuutena ja jännitteenä. Toiseksi tästä invertteristä voimme muuttaa taajuutta, ts. Pystymme tuottamaan 40 Hz: n, 50 Hz: n ja 60 Hz: n taajuudet vaatimuksemme mukaan. Jos DC-tulo on jännitelähde, taajuusmuuttaja tunnetaan nimellä VSI (Voltage Source Inverter). Taajuusmuuttajat tarvitsevat neljä kytkinlaitetta, kun taas puolisiltamuuntaja tarvitsee kaksi kytkinlaitetta. Siltamuuntajat ovat kahden tyyppisiä, ne ovat puolisiltoja invertteri ja täyssiltainen taajuusmuuttaja. Tässä artikkelissa käsitellään puolisillan invertteriä.

Mikä on Half-Bridge Inverter?

Taajuusmuuttaja on laite, joka muuntaa tasajännitteen vaihtojännitteeksi ja koostuu neljästä kytkimestä, kun taas puolisiltamuuntaja vaatii kaksi diodia ja kahta kytkintä, jotka on kytketty rinnakkain. Nämä kaksi kytkintä ovat täydentäviä kytkimiä, mikä tarkoittaa, että kun ensimmäinen kytkin on PÄÄLLÄ, toinen kytkin on POIS PÄÄLTÄ. Samoin kun toinen kytkin on PÄÄLLÄ, ensimmäinen kytkin on POIS PÄÄLTÄ.

Yksivaiheinen puolisiltamuuntaja resistiivisellä kuormalla

Yhden vaiheen puolisiltamuuntajan, jolla on resistiivinen kuormitus, kytkentäkaavio on esitetty alla olevassa kuvassa.

Half Bridge Inverter

Missä RL on resistiivinen kuorma, V_s/ 2 on jännitelähde, S₁ja S_kaksiovat kaksi kytkintä, so₀on nykyinen. Kuhunkin kytkimeen on kytketty diodit D₁ja D_kaksirinnakkain. Yllä olevassa kuvassa kytkimet S₁ja S_kaksiovat itsekytkeviä kytkimiä. Kytkin S₁kun jännite on positiivinen ja virta negatiivinen, kytkin S_kaksijohtaa, kun jännite on negatiivinen, ja virta on negatiivinen. diodi D₁johtaa kun jännite on positiivinen ja virta negatiivinen, diodi D_kaksijohtaa, kun jännite on negatiivinen, ja virta on positiivinen.

Tapaus 1 (kun kytkin S₁on päällä ja S_kaksiOn pois päältä): Kun kytkin S₁on PÄÄLLÄ ajanjaksolla 0 - T / 2, diodi D₁ja D_kaksiovat käänteisessä esijännitetilassa ja S_kaksikytkin on pois päältä.

KVL: n (Kirchhoffin jännitelaki) soveltaminen

V_s/ 2-V₀= 0

Missä lähtöjännite V₀= V_s/kaksi

Missä lähtövirta i₀= V₀/ R = V_s/ 2r

Syöttövirran tai kytkinvirran tapauksessa virta i_S1= i0 = Vs / 2R, i_S2= 0 ja diodivirta i_D1= i_D2= 0.

Tapaus 2 (kun kytkin S_kaksion päällä ja S₁On pois päältä) : Kun kytkin S_kaksion päällä ajanjaksolta T / 2 - T, diodi D₁ja D_kaksiovat käänteisessä esijännitetilassa ja S₁kytkin on POIS PÄÄLTÄ.

KVL: n (Kirchhoffin jännitelaki) soveltaminen

V_s/ 2 + V₀= 0

Missä lähtöjännite V₀= -V_s/kaksi

Missä lähtövirta i₀= V₀/ R = -V_s/ 2r

Syöttövirran tai kytkinvirran tapauksessa virta i_S1= 0, i_S2= i₀= -V_s/ 2R ja diodivirta i_D1= i_D2= 0.

Yksivaiheinen puolisillan taajuusmuuttajan lähtöjännitteen aaltomuoto on esitetty alla olevassa kuvassa.

Puolisillan vaihtosuuntaajan lähtöjännitteen aaltomuoto

Lähtöjännitteen keskiarvo on

Joten lähtöjännitteen aaltomuoto muuntamalla aika T-akselista akseliksi on esitetty alla olevassa kuvassa

Lähtöjännitteen aaltomuodon aikaakselin muuntaminen

Kun kerrotaan nollalla, se on nolla Kun kerrotaan T / 2: lla, on T / 2 = π Kun kerrotaan T: llä, on T = 2π Kun kerrotaan 3T / 2: lla, se on T / 2 = 3π ja niin edelleen. Tällä tavalla voimme muuntaa tämän aika-akselin ωt-akseliksi.

Lähtöjännitteen ja lähtövirran keskiarvo on

V_{0 (keskim.)}= 0

Minä_{0 (keskim.)}= 0

Lähtöjännitteen ja lähtövirran RMS-arvo on

V_{0 (RMS)}= V_S/kaksi

Minä_{0 (RMS)}= V_{0 (RMS)}/ R = V_S/ 2r

Taajuusmuuttajaan saamamme lähtöjännite ei ole puhdas siniaalto eli neliöaalto. Lähtöjännite peruskomponentin kanssa on esitetty alla olevassa kuvassa.

Lähtöjännitteen aaltomuoto perusosalla

Fourier-sarjan käyttö

Missä C_n,_nja b_novat

b_n= V_S/ nᴨ (1-cosnᴨ)

B_n= 0, kun korvataan parilliset luvut (n = 2,4,6… ..) ja b_n= 2Vs / nπ, kun korvataan parittomat luvut (n = 1,3,5 ……). Korvaava b_n= 2 Vs / nπ ja a_n= 0 C: ssä_nsaa C: n_n= 2 Vs / nπ.

ϕ_n= niin^-1(_n/ b_n) = 0

V_{01 ( ωt)} = 2 V_S/ ᴨ * (Ilman ωt )

Korvaava V_{0 (keskim.)}= 0 sisään tulee

Yhtälö (1) voidaan kirjoittaa myös muodossa

V_{0 ( ωt)} = 2 V_S/ ᴨ * (Ilman ωt ) + kaksi V_S/ 3ᴨ * (Sin3 ωt ) + kaksi V_S/ 5ᴨ * (Sin5 ωt ) + …… .. + ∞

V_{0 ( ωt)} = V_{01 ( ωt)} + V_{03 ( ωt)} + V_{05 ( ωt)}

Yllä oleva lauseke on lähtöjännite, joka koostuu perusjännitteestä ja parittomista harmonisista. Näiden harmonisten komponenttien poistamiseksi on kaksi tapaa: käyttää suodatinpiiriä ja käyttää pulssinleveyden modulointitekniikkaa.

Perusjännite voidaan kirjoittaa seuraavasti

V_{01 ( ωt)} = 2V_S/ ᴨ * (Ilman ωt )

Perusjännitteen maksimiarvo

V_{01 (enintään)}= 2V_S/ ᴨ

Perusjännitteen RMS-arvo on

V_{01 (RMS)}= 2V_S/ √2ᴨ = √2V_S/ ᴨ

RMS-lähtövirran peruskomponentti on

Minä_{01 (RMS)}= V_{01 (RMS)}/ R

Meidän on saatava vääristymäkerroin, vääristymäkerrointa merkitään g: llä.

g = V_{01 (RMS)}/ V_{0 (tehollisarvo)} = perusjännitteen tehollisarvo / lähtöjännitteen RMS-arvo

Korvaamalla V_{01 (RMS)} ja V_{0 (tehollisarvo)} arvot grammoina saavat

g = 2√2 / ᴨ

Yhteensä harmoninen vääristymä ilmaistaan

Lähtöjännitteessä harmonisen kokonais vääristymän THD = 48,43%, mutta IEEE: n mukaan harmonisen kokonais vääristymän tulisi olla 5%.

Yksivaiheisen silta-invertterin perusteho on

P₀₁= (V_{01 (rms)})^kaksi/ R = I^kaksi_{01 (rms)}R

Käyttämällä yllä olevaa kaavaa voimme laskea perustehon.

Tällä tavalla voimme laskea yksivaiheisen puolisillan invertterin eri parametrit.

Yksivaiheinen puolisiltamuuntaja R-L-kuormalla

R-L-kuorman kytkentäkaavio on esitetty alla olevassa kuvassa.

Yksivaiheinen puolisiltamuuntaja R-L-kuormalla

R-L-kuormalla varustetun yksivaiheisen puolisiltamuuntajan piirikaavio koostuu kahdesta kytkimestä, kahdesta diodista ja jännitesyötöstä. R-L-kuormitus on kytketty A-pisteen ja O-pisteen väliin, piste A katsotaan aina positiiviseksi ja piste O negatiiviseksi. Jos virta pisteestä A paikkaan O, virtaa pidetään positiivisena, samoin kuin virran virta pisteestä A, virtaa pidetään negatiivisena.

R-L-kuormituksen tapauksessa lähtövirta on eksponentiaalinen funktio ajalle ja viivästyttää lähtöjännitettä kulmalla.

ϕ = niin^-1( ω L / R)

Yksivaiheisen puolisillan vaihtosuuntaajan käyttö R-kuormalla

Toiminta perustuu seuraaviin aikaväleihin

(i) Intervalli I (0 Tänä aikana molemmat kytkimet ovat POIS PÄÄLTÄ ja diodi D2 on päinvastaisessa esijännitetilassa. Tässä aikavälissä induktori vapauttaa energiansa diodin D1 kautta, ja lähtövirta pienenee eksponentiaalisesti negatiivisesta maksimiarvostaan ​​(-Imax) nollaan.

Soveltamalla KVL tähän aikaväli saa

Lähtöjännite V₀> 0 Lähtövirta kulkee päinvastaisessa suunnassa, ts₀<0 switch current i_S1= 0 ja diodivirta i_D1= -i0

(ii) Intervalli II (t1 Tänä aikana kytkin S₁ja S_kaksiovat kiinni ja S2 on pois päältä ja molemmat diodit ovat päinvastaisessa esijännitetilassa. Tässä välissä induktori alkaa varastoida energiaa, ja lähtövirta kasvaa nollasta positiiviseen maksimiarvoonsa (Imax).

KVL: n käyttäminen saa

Lähtöjännite V₀> 0 Lähtövirta virtaa eteenpäin, siis i₀> 0 kytkinvirta i_S1= i₀ja diodivirta i_D1= 0

(iii) Intervalli III (T / 2 Tänä aikana molemmat kytkimet S₁ja S_kaksiovat pois päältä ja diodi D₁on päinvastaisessa suunnassa ja D_kaksion edelleenlähetysvirheitä ovat päinvastaisessa ennakko-tilassa. Tässä välissä induktori vapauttaa energiansa diodin D kautta_kaksi. Lähtövirta pienenee eksponentiaalisesti positiivisesta maksimiarvostaan ​​(I_enint) nollaan.

KVL: n käyttäminen saa

Lähtöjännite V₀<0 The output current flows in the forward direction, therefore, i₀> 0 kytkinvirta i_S1= 0 ja diodivirta i_D1= 0

(iv) Intervalli IV (t2 Tänä aikana kytkin S₁on pois päältä ja S_kaksiovat kiinni ja diodit D₁ja D_kaksiovat päinvastaisessa suunnassa. Tällä aikavälillä induktori latautuu negatiiviseen maksimiarvoon (-I_enint) nollaan.

KVL: n käyttäminen saa

Lähtöjännite V₀<0 The output current flows in the opposite/reverse direction therefore i₀<0 switch current i_S1= 0 ja diodivirta i_D1= 0

Half Bridge Inverterin käyttötilat

Aikavälien yhteenveto on esitetty alla olevassa taulukossa

S.NO	Aikaväli	Laite suorittaa	Lähtöjännite (V0 )	Tuotos Nykyinen ( Minä0 )	Kytkinvirta (iS1 )	Vaihda diodi (iD1 )
1	01	D1	V0> 0	Minä0<0	0	- Minä0
kaksi	t1	S1	V0> 0	Minä0> 0	Minä0	0
3	T / 2kaksi	Dkaksi	V0<0	Minä0> 0	0	0
4	tkaksi	Skaksi	V0<0	Minä0<0	0	0

RL-kuormalla olevan yksivaiheisen puolisiltamuuntajan lähtöjännitteen aaltomuoto on esitetty alla olevassa kuvassa.

R-L-kuorman yksivaiheisen puolisillan vaihtosuuntaajan lähtöjännitteen aaltomuoto

Half Bridge Inverter vs Full Bridge Inverter

Puolisillan invertterin ja täyssillan invertterin ero on esitetty alla olevassa taulukossa.

S.NO	Half Bridge Inverter “diodin kuormituslinja -analyysi ”	Täyssilta-invertteri
1	Puolisillan taajuusmuuttajan hyötysuhde on korkea	Täyssiltataajuusmuuttajassamyös,hyötysuhde on korkea
kaksi	Puolisillan vaihtosuuntaajassa lähtöjännitteen aaltomuodot ovat neliö, lähes neliö tai PWM	Täissiltamuuntajassa lähtöjännitteen aaltomuodot ovat neliö, lähes neliö tai PWM
3	Puolisillan invertterin huippujännite on puolet tasavirtalähteen jännitteestä	Huippujännite täyssillan taajuusmuuttajassa on sama kuin DC-syöttöjännite
4	Puolisillan invertteri sisältää kaksi kytkintä	Täyssiltainen taajuusmuuttaja sisältää neljä kytkintä
5	Lähtöjännite on E0= EDC/kaksi	Lähtöjännite on E0= EDC
6	Peruslähtöjännite on E1= 0,45 EDC	Peruslähtöjännite on E1= 0,9 EDC
7	Tämän tyyppinen invertteri tuottaa kaksisuuntaiset jännitteet	Tämän tyyppinen taajuusmuuttaja tuottaa monopolaarisia jännitteitä

Edut

Yksivaiheisen puolisillan invertterin edut ovat

• Piiri on yksinkertainen
• Kustannukset ovat alhaiset

Haitat

Yksivaiheisen puolisillan invertterin haitat ovat

• TUF (Transformer Utilization Factor) on alhainen
• Tehokkuus on heikko

Näin ollen kyse on kaikesta puolisillan invertterin yleiskatsaus , puolisillan taajuusmuuttajan ja täyssillan vaihtosuuntaajan ero, edut, haitat, yksivaiheinen puolisiltamuuntaja, jossa on resistiivinen kuorma. Tässä on kysymys sinulle, mitkä ovat puolisillan invertterin sovellukset?