Co je to Half Bridge Inverter: Schéma zapojení a jeho fungování

Střídač je výkonový elektronický převodník, který převádí přímý výkon na střídavý. Pomocí tohoto invertorového zařízení můžeme převést pevný stejnosměrný proud na proměnný střídavý výkon, který je proměnnou frekvencí a napětím. Zadruhé z tohoto střídače můžeme měnit frekvenci, tj. Budeme schopni generovat frekvence 40 Hz, 50 Hz, 60 Hz podle našeho požadavku. Pokud je stejnosměrný vstup zdrojem napětí, je střídač známý jako VSI (Voltage Source Inverter). Střídače potřebují čtyři spínací zařízení, zatímco střídač s polovičním můstkem potřebuje dvě spínací zařízení. Můstkové invertory jsou dvou typů, jsou to poloviční můstky střídač a měnič s plným můstkem. Tento článek pojednává o polovičním můstku.

Co je to Half-Bridge Inverter?

Střídač je zařízení, které převádí stejnosměrné napětí na střídavé napětí a skládá se ze čtyř spínačů, zatímco střídač s polovičním můstkem vyžaduje dvě diody a dva spínače, které jsou zapojeny antiparalelně. Dva spínače jsou doplňkové spínače, což znamená, že když je první spínač ZAPNUTÝ, druhý spínač bude VYPNUTÝ Podobně, když je druhý spínač ZAPNUTÝ, bude první spínač VYPNUTÝ.

Jednofázový poloviční můstek s odporovým zatížením

Schéma zapojení jednofázového polovodičového střídače s odporovou zátěží je uvedeno na následujícím obrázku.

Měnič polovičního mostu

Kde RL je odporová zátěž, V_s/ 2 je zdroj napětí, S₁a S._dvajsou dva přepínače, tj₀je aktuální. Kde je každý spínač připojen k diodám D₁a D._dvarovnoběžně. Na výše uvedeném obrázku jsou přepínače S₁a S._dvajsou samočinné komutační spínače. Přepínač S₁provede, když je napětí kladné a proud záporný, přepněte S_dvabude provádět, když je záporné napětí a proud je záporný. The dioda D₁bude provádět, když je napětí kladné a proud záporný, dioda D_dvabude provádět, když je napětí záporné a proud je kladný.

Případ 1 (při přepnutí S₁je ON a S._dvaje VYPNUTO): Při přepnutí S₁svítí od časového intervalu 0 do T / 2, dioda D₁a D._dvajsou ve stavu obráceného předpětí a S_dvaspínač je VYPNUTÝ.

Uplatnění KVL (Kirchhoffův zákon o napětí)

PROTI_s/ 2-V₀= 0

Kde výstupní napětí V₀= V_s/dva

Kde výstupní proud i₀= V₀/ R = V_s/ 2r

V případě napájecího proudu nebo spínacího proudu, proud i_S1= i0 = Vs / 2R, i_S2= 0 a diodový proud i_D1= i_D2= 0.

Případ 2 (při přepnutí S_dvaje ON a S.₁je VYPNUTO) : Při přepnutí S_dvaje zapnuto od časového období T / 2 do T, dioda D₁a D._dvajsou ve stavu obráceného předpětí a S₁spínač je VYPNUTÝ.

Uplatnění KVL (Kirchhoffův zákon o napětí)

PROTI_s/ 2 + V₀= 0

Kde výstupní napětí V₀= -V_s/dva

Kde výstupní proud i₀= V₀/ R = -V_s/ 2r

V případě napájecího proudu nebo spínacího proudu, proud i_S1= 0, tj_S2= i₀= -V_s/ 2R a diodový proud i_D1= i_D2= 0.

Jednofázový průběh výstupního napětí střídače s polovičním můstkem je zobrazen na následujícím obrázku.

Křivka výstupního napětí polovičního mostu střídače

Průměrná hodnota výstupního napětí je

Takže průběh výstupního napětí z převodu času „T“ na „„ ωt “osa je zobrazen na následujícím obrázku

Převod časové osy křivky výstupního napětí

Když se vynásobí nulou, bude nula Když se vynásobí T / 2, bude to T / 2 = π Když se vynásobí T, bude to T = 2π Když se vynásobí 3T / 2, bude to T / 2 = 3π a tak dále. Tímto způsobem můžeme převést tuto časovou osu na osu „ωt“.

Průměrná hodnota výstupního napětí a výstupního proudu je

PROTI_{0 (průměr)}= 0

Já_{0 (průměr)}= 0

Hodnota RMS výstupního napětí a výstupního proudu je

PROTI_{0 (RMS)}= V_S/dva

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

Výstupní napětí, které dostáváme v invertoru, není čistá sinusovka, tj. Obdélníková vlna. Výstupní napětí se základní složkou je uvedeno na následujícím obrázku.

Křivka výstupního napětí se základní komponentou

Použití Fourierovy řady

Kde C._n, do_na b_njsou

b_n= V_S/ nᴨ (1-cosnᴨ)

B_n= 0 při nahrazování sudých čísel (n = 2,4,6… ..) ab_n= 2Vs / nπ při nahrazování lichých čísel (n = 1,3,5 ……). Náhradník b_n= 2Vs / nπ a a_n= 0 v C_ndostane C._n= 2Vs / nπ.

ϕ_n= ano^-1(na_n/ b_n) = 0

PROTI_{01 ( ωt)} = 2 PROTI_S/ ᴨ * (bez ωt )

Substitute V_{0 (průměr)}= 0 v dostane

Rovnici (1) lze také napsat jako

PROTI_{0 ( ωt)} = 2 PROTI_S/ ᴨ * (bez ωt ) + dva PROTI_S/ 3ᴨ * (Sin3 ωt ) + dva PROTI_S/ 5ᴨ * (Sin5 ωt ) + …… .. + ∞

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

Výše uvedený výraz je výstupní napětí, které se skládá ze základního napětí a lichých harmonických. Existují dvě metody, jak tyto harmonické složky odstranit: použít filtrační obvod a použít techniku ​​modulace šířky pulzu.

Základní napětí lze zapsat jako

PROTI_{01 ( ωt)} = 2V_S/ ᴨ * (bez ωt )

Maximální hodnota základního napětí

PROTI_{01 (max.)}= 2V_S/ ᴨ

Hodnota RMS základního napětí je

PROTI_{01 (RMS)}= 2V_S/ √2ᴨ = √2V_S/ ᴨ

Základní složkou výstupního proudu RMS je

Já_{01 (RMS)}= V_{01 (RMS)}/ R.

Musíme získat faktor zkreslení, faktor zkreslení je označen g.

g = PROTI_{01 (RMS)}/ V_{0 (RMS)} = efektivní hodnota základního napětí / celková efektivní hodnota výstupního napětí

Nahrazením PROTI_{01 (RMS)} a PROTI_{0 (RMS)} hodnoty v g dostanou

g = 2√2 / ᴨ

Celkem harmonické zkreslení je vyjádřena jako

Ve výstupním napětí je celkové harmonické zkreslení THD = 48,43%, ale podle IEEE by celkové harmonické zkreslení mělo být 5%.

Základní výstupní výkon jednofázového mostového měniče je

P₀₁= (V_{01 (efektivní hodnota)})^dva/ R = já^dva_{01 (efektivní hodnota)}R

Pomocí výše uvedeného vzorce můžeme vypočítat základní výkon.

Tímto způsobem můžeme vypočítat různé parametry jednofázového polovodičového střídače.

Jednofázový poloviční můstek se zátěží R-L

Schéma zapojení zátěže R-L je uvedeno na následujícím obrázku.

Jednofázový poloviční můstek se zátěží R-L

Schéma zapojení jednofázového polovodičového střídače se zátěží R-L se skládá ze dvou spínačů, dvou diod a napájecího napětí. Zátěž R-L je spojena mezi bodem A a bodem O, bod A je vždy považován za kladný a bod O za záporný. Pokud bude proud proudit z bodu A do O, bude proud považován za kladný, podobně bude-li proud proudit z bodu do A, bude proud považován za záporný.

V případě R-L zátěže bude výstupní proud časově exponenciální funkcí a zpožďuje výstupní napětí o úhel.

ϕ = tak^-1( ω L / P)

Provoz jednofázového polovodičového střídače s R-zátěží

Pracovní operace je založena na následujících časových intervalech

(i) Interval I (0 Během této doby jsou oba spínače VYPNUTY a dioda D2 je ve stavu obráceného zkreslení. V tomto intervalu induktor uvolňuje svoji energii diodou D1 a výstupní proud exponenciálně klesá ze své záporné maximální hodnoty (-Imax) na nulu.

Použitím KVL v tomto časovém intervalu získáme

Výstupní napětí V₀> 0 Výstupní proud teče v opačném směru, tedy, tj₀<0 switch current i_S1= 0 a diodový proud i_D1= -i0

(ii) Interval II (t1 V této době bude spínač S₁a S._dvajsou sepnuty a S2 je VYPNUTO a obě diody jsou ve stavu obráceného předpětí. V tomto intervalu začne induktor ukládat energii a výstupní proud se zvyšuje z nuly na kladnou maximální hodnotu (Imax).

Uplatnění KVL získá

Výstupní napětí V₀> 0 Výstupní proud teče ve směru dopředu, tedy, tj₀> 0 spínací proud i_S1= i₀a diodový proud i_D1= 0

(iii) Interval III (T / 2 V této době bude spínač S₁a S._dvajsou vypnuty a dioda D₁je v obráceném předpětí a D._dvaje v předpětí předpětí jsou ve stavu předpětí předpětí. V tomto intervalu induktor uvolňuje svoji energii diodou D_dva. Výstupní proud exponenciálně klesá z jeho kladné maximální hodnoty (I._max) na nulu.

Uplatnění KVL získá

Výstupní napětí V₀<0 The output current flows in the forward direction, therefore, i₀> 0 spínací proud i_S1= 0 a diodový proud i_D1= 0

(iv) Interval IV (t2 V této době bude spínač S₁je VYPNUTO a S_dvajsou zavřeny a diody D₁a D._dvajsou v obráceném předpětí V tomto intervalu se induktor nabíjel na zápornou maximální hodnotu (-I_max) na nulu.

Uplatnění KVL získá

Výstupní napětí V₀<0 The output current flows in the opposite/reverse direction therefore i₀<0 switch current i_S1= 0 a diodový proud i_D1= 0

Provozní režimy střídače s polovičním mostem

Souhrn časových intervalů je uveden v tabulce níže

S.NO	Časový interval	Chování zařízení	Výstupní napětí (V0 )	Výstup Aktuální ( Já0 )	Spínací proud (iS1 )	Přepínací dioda (iD1 )
1	01	D1	PROTI0> 0	Já0<0	0	- Já0
dva	t1	S1	PROTI0> 0	Já0> 0	Já0	0
3	T / 2dva	Ddva	PROTI0<0	Já0> 0	0	0
4	tdva	Sdva	PROTI0<0	Já0<0	0	0

Tvar křivky výstupního napětí jednofázového polovodičového střídače se zátěží RL je uveden na následujícím obrázku.

Křivka výstupního napětí jednofázového polovodičového střídače se zátěží R-L

Half Bridge Inverter Vs Full Bridge Inverter

Rozdíl mezi střídačem s polovičním můstkem a střídačem s plným můstkem je uveden v následující tabulce.

S.NO	Měnič polovičního mostu “co dělá cdi box na atv ”	Full Bridge Inverter
1	Účinnost je u můstku s polovičním můstkem vysoká	V měniči s plným můstkemtaky,účinnost je vysoká
dva	V měniči s polovičním můstkem jsou křivky výstupního napětí čtvercové, kvazi čtvercové nebo PWM	V invertoru s plným můstkem jsou křivky výstupního napětí čtvercové, kvazi čtvercové nebo PWM
3	Špičkové napětí v polovodičovém střídači je polovina stejnosměrného napájecího napětí	Špičkové napětí v měniči s úplným můstkem je stejné jako stejnosměrné napájecí napětí
4	Poloviční můstek obsahuje dva přepínače	Full-bridge invertor obsahuje čtyři přepínače
5	Výstupní napětí je E0= EDC/dva	Výstupní napětí je E0= EDC
6	Základní výstupní napětí je E1= 0,45 EDC	Základní výstupní napětí je E1= 0,9 EDC
7	Tento typ střídače generuje bipolární napětí	Tento typ střídače generuje monopolární napětí

Výhody

Výhody jednofázového střídače s polovičním můstkem jsou

• Obvod je jednoduchý
• Cena je nízká

Nevýhody

Nevýhody jednofázového střídače s polovičním můstkem jsou

• TUF (Transformer Utilization Factor) je nízký
• Účinnost je nízká

O toto tedy jde přehled střídače s polovičním můstkem , pojednává o rozdílu mezi polovodičovým střídačem a plně přemostěným střídačem, výhody, nevýhody, jednofázový polovodičový střídač s odporovou zátěží. Zde je otázka, jaké jsou aplikace měniče polovičního můstku?