Какво е Half Bridge Inverter: Електрическа схема и неговата работа

Инверторът е силов електронен преобразувател, който преобразува директна мощност в променлива мощност. Използвайки това инверторно устройство, ние можем да преобразуваме постоянен постоянен ток в променлива променлива мощност, която като променлива честота и напрежение. Второ, от този инвертор можем да променяме честотата, т.е. ще можем да генерираме честотите 40 HZ, 50 HZ, 60 HZ според нашето изискване. Ако постояннотоковият вход е източник на напрежение, тогава инверторът е известен като VSI (Voltage Source Inverter). Инверторите се нуждаят от четири комутационни устройства, докато полумостовият инвертор се нуждае от две комутационни устройства. Мостовите инвертори са два вида, те са полумостови инвертор и инвертор с пълен мост. Тази статия разглежда полумостовия инвертор.

Какво представлява полумостовият инвертор?

Инверторът е устройство, което преобразува постояннотоково напрежение в променливо напрежение и се състои от четири превключвателя, докато полумостовият инвертор изисква два диода и два превключвателя, които са свързани в паралелен режим. Двата превключвателя са допълващи превключватели, което означава, че когато първият превключвател е ВКЛЮЧЕН, вторият превключвател ще бъде ИЗКЛЮЧЕН По същия начин, когато вторият превключвател е ВКЛЮЧЕН, първият превключвател ще бъде изключен.

Еднофазен полумостов инвертор с резистивно натоварване

Схемата на еднофазен полумостов инвертор с резистивен товар е показана на фигурата по-долу.

Инвертор с половин мост

Където RL е резистивното натоварване, V_с/ 2 е източникът на напрежение, S₁и S_двеса двата превключвателя, т.е.₀е токът. Където всеки превключвател е свързан към диоди D₁и D_двепаралелно. На горната фигура превключвателите S₁и S_двеса самокомутиращите се превключватели. Превключвателят S₁ще провежда, когато напрежението е положително и токът е отрицателен, превключете S_двеще проведе, когато напрежението е отрицателно, а токът е отрицателен. The диод д₁ще проведе, когато напрежението е положително и токът е отрицателен, диод D_двеще проведе, когато напрежението е отрицателно, а токът е положителен.

Случай 1 (когато превключвател S₁е ON и S_двее изключен): Когато превключвателят S₁е включен от период от време до 0 до T / 2, диодът D₁и D_двеса в състояние на обратна пристрастност и S_двепревключвателят е ИЗКЛЮЧЕН.

Прилагане на KVL (Закон за напрежението на Kirchhoff)

V_с/ 2-V₀= 0

Където изходно напрежение V₀= V_с/ две

Където изходният ток i₀= V₀/R= V_с/ 2р

В случай на захранващ или превключващ ток, токът i_S1= i0 = Vs / 2R, i_S2= 0 и тока на диода i_D1= i_D2= 0.

Случай 2 (когато превключвател S_двее ON и S₁е изключен) : Когато превключвате S_двее включен от период от време T / 2 до T, диодът D₁и D_двеса в състояние на обратна пристрастност и S₁превключвателят е ИЗКЛЮЧЕН.

Прилагане на KVL (Закон за напрежението на Kirchhoff)

V_с/ 2 + V₀= 0

Където изходно напрежение V₀= -V_с/ две

Където изходният ток i₀= V₀/R= -V_с/ 2р

В случай на захранващ или превключващ ток, токът i_S1= 0, т.е._S2= i₀= -V_с/ 2R и тока на диода i_D1= i_D2= 0.

Формата на вълната на изходното напрежение на еднофазния полумостов инвертор е показана на фигурата по-долу.

Форма на вълната на изходното напрежение на полумостовия инвертор

Средната стойност на изходното напрежение е

Така че формата на вълната на изходното напрежение от времето за преобразуване на времето „T“ в оста „‘ ωt “е показана на фигурата по-долу

Преобразуване на оста на времето на вълната на изходното напрежение

Когато се умножава по нула, ще бъде нула Когато се умножава по T / 2, ще бъде T / 2 = π Когато се умножава по T, ще бъде T = 2π Когато се умножава по 3T / 2, ще бъде T / 2 = 3π и т.н. По този начин можем да преобразуваме тази времева ос в оста ωt.

Средната стойност на изходното напрежение и изходния ток е

V_{0 (средно)}= 0

Аз_{0 (средно)}= 0

RMS стойността на изходното напрежение и изходния ток е

V_{0 (RMS)}= V_С/ две

Аз_{0 (RMS)}= V_{0 (RMS)}/R =V_С/ 2р

Изходното напрежение, което получаваме в инвертора, не е чиста синусоида, т.е. квадратна вълна. Изходното напрежение с основния компонент е показано на фигурата по-долу.

Форма на вълната на изходното напрежение с основен компонент

Използване на серия на Фурие

Където C_н, да се_ни б_нса

б_н= V_С/ nᴨ (1-cosnᴨ)

B_н= 0 при заместване на четни числа (n = 2,4,6 ... ..) и b_н= 2Vs / nπ при заместване на нечетни числа (n = 1,3,5 ……). Заместник b_н= 2Vs / nπ и a_н= 0 в С_нще получи C_н= 2Vs / nπ.

ϕ_н= така^-1(да се_н/ б_н) = 0

V_{01 ( ωt)} = 2 V_С/ ᴨ * (Без ωt )

Заместител V_{0 (средно)}= 0 in ще получи

Уравнението (1) може да се запише и като

V_{0 ( ωt)} = 2 V_С/ ᴨ * (Без ωt ) + две V_С/ 3ᴨ * (Sin3 ωt ) + две V_С/ 5ᴨ * (Sin5 ωt ) + …… .. + ∞

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

Горният израз е изходното напрежение, което се състои от основно напрежение и нечетни хармоници. Има два метода за премахване на тези хармонични компоненти, които са: да се използва филтърната схема и да се използва техниката на модулация на широчината на импулса.

Основното напрежение може да бъде записано като

V_{01 ( ωt)} = 2V_С/ ᴨ * (Без ωt )

Максималната стойност на основното напрежение

V_{01 (макс.)}= 2V_С/ ᴨ

RMS стойността на основното напрежение е

V_{01 (RMS)}= 2V_С/ √2ᴨ = √2V_С/ ᴨ

Основният компонент на RMS изходния ток е

Аз_{01 (RMS)}= V_{01 (RMS)}/ R

Трябва да получим коефициента на изкривяване, коефициентът на изкривяване се обозначава с g.

g = V_{01 (RMS)}/ V_{0 (RMS)} = rms стойност на основното напрежение / обща RMS стойност на изходното напрежение

Чрез заместване на V_{01 (RMS)} и V_{0 (RMS)} стойности в g ще получат

g = 2√2 / ᴨ

Общата хармонично изкривяване се изразява като

В изходното напрежение общото хармонично изкривяване THD = 48,43%, но според IEEE общото хармонично изкривяване трябва да бъде 5%.

Основната изходна мощност на еднофазния мостов инвертор е

P₀₁= (V_{01 (rms)})^две/ R = I^две_{01 (rms)}R

Използвайки горната формула, можем да изчислим основната изходна мощност.

По този начин можем да изчислим различните параметри на еднофазния полумостов инвертор.

Еднофазен полумостов инвертор с R-L товар

Схемата на R-L товара е показана на фигурата по-долу.

Еднофазен полумостов инвертор с R-L товар

Схемата на еднофазния полумостов инвертор с R-L натоварване се състои от два превключвателя, два диода и захранване с напрежение. R-L натоварването е свързано между точка A и точка O, точка A винаги се счита за положителна, а точка O - като отрицателна. Ако текущият поток от точка А до О, токът ще се счита за положителен, по същия начин, ако текущият поток от точка до А, токът ще се счита за отрицателен.

В случай на натоварване R-L, изходният ток ще бъде експоненциална функция във времето и изостава изходното напрежение с ъгъл.

ϕ = така^-1( ω L / R)

Работа на еднофазен полумостов инвертор с R-натоварване

Работната операция се основава на следните интервали от време

(i) Интервал I (0 В тази продължителност и двата превключвателя са изключени, а диодът D2 е в състояние на обратно пристрастие. В този интервал индукторът освобождава енергията си чрез диод D1 и изходният ток намалява експоненциално от отрицателната си максимална стойност (-Imax) до нула.

Чрез прилагане на KVL към този интервал от време ще получите

Изходното напрежение V₀> 0 Изходният ток протича в обратна посока, следователно, т.е.₀<0 switch current i_S1= 0 и диоден ток i_D1= -i0

(ii) Интервал II (t1 В тази продължителност превключвателят S₁и S_двеса затворени и S2 е изключени и двата диода са в състояние на обратно пристрастие. В този интервал индукторът започва да съхранява енергията и изходният ток се увеличава от нула до положителната му максимална стойност (Imax).

Прилагането на KVL ще получи

Изходното напрежение V₀> 0 Изходният ток протича в посока напред, следователно, т.е.₀> 0 превключващ ток i_S1= i₀и диоден ток i_D1= 0

(iii) Интервал III (T / 2 В тази продължителност и двата превключвателя S₁и S_двеса изключени и диодът D₁е в обратна пристрастност и D_двее при пренасочване пристрастия са в състояние на обратен пристрастие. В този интервал индукторът освобождава своята енергия чрез диод D_две. Изходният ток намалява експоненциално от положителната си максимална стойност (I_макс) до нула.

Прилагането на KVL ще получи

Изходното напрежение V₀<0 The output current flows in the forward direction, therefore, i₀> 0 превключващ ток i_S1= 0 и диоден ток i_D1= 0

(iv) Интервал IV (t2 В тази продължителност превключвателят S₁е OFF и S_двеса затворени и диодите D₁и D_двеса в обратна пристрастност. В този интервал индукторът се зарежда до отрицателна максимална стойност (-I_макс) до нула.

Прилагането на KVL ще получи

Изходното напрежение V₀<0 The output current flows in the opposite/reverse direction therefore i₀<0 switch current i_S1= 0 и диоден ток i_D1= 0

Режими на работа на полумостов инвертор

Обобщение на интервалите от време е показано в таблица по-долу

S.NO	Времеви интервал	Поведение на устройството	Изходно напрежение (V0 )	Изход Текущ ( Аз0 )	Превключване на тока (iS1 )	Превключващ диод (т.е.D1 )
1	01	д1	V0> 0	Аз0<0	0	- Аз0
две	т1	С1	V0> 0	Аз0> 0	Аз0	0
3	Т / 2две	ддве	V0<0	Аз0> 0	0	0
4	тдве	Сдве	V0<0	Аз0<0	0	0

Формата на вълната на изходното напрежение на еднофазен полумостов инвертор с RL натоварване е показана на фигурата по-долу.

Форма на вълната на изходното напрежение на еднофазен полумостов инвертор с R-L натоварване

Инвертор с половин мост срещу пълен мостов инвертор

Разликата между полумостовия инвертор и инвертора с пълен мост е показана в таблицата по-долу.

S.NO	Инвертор с половин мост “програма за аналогово -цифров конвертор ”	Пълен мостов инвертор
1	Ефективността е висока при полумостовия инвертор	В инвертор с пълен мостсъщо,ефективността е висока
две	В полумостовия инвертор формите на вълната на изходното напрежение са квадратни, квази квадратни или ШИМ	При пълен мостов инвертор формите на вълната на изходното напрежение са квадратни, квази квадратни или ШИМ
3	Пиковото напрежение в полумостовия инвертор е половината от постояннотоковото напрежение	Пиковото напрежение в инвертора с пълен мост е същото като DC захранващото напрежение
4	Полумостовият инвертор съдържа два превключвателя	Пълномостовият инвертор съдържа четири превключвателя
5	Изходното напрежение е E0= ЕDC/ две	Изходното напрежение е E0= ЕDC
6	Основното изходно напрежение е E1= 0,45 ЕDC	Основното изходно напрежение е E1= 0,9 ЕDC
7	Този тип инвертор генерира биполярно напрежение	Този тип инвертор генерира монополярни напрежения

Предимства

Предимствата на еднофазния полумостов инвертор са

• Веригата е проста
• Цената е ниска

Недостатъци

Недостатъците на еднофазния полумостов инвертор са

• TUF (коефициент на използване на трансформатора) е нисък
• Ефективността е ниска

По този начин става въпрос за всичко преглед на полумостовия инвертор , обсъжда се разликата между полумостовия инвертор и инвертора с пълен мост, предимства, недостатъци, еднофазен полумостов инвертор с резистивно натоварване. Ето един въпрос към вас, какви са приложенията на полумостовия инвертор?