Kas yra pusės tilto keitiklis: grandinės schema ir jos veikimas

Inverteris yra galios elektroninis keitiklis, kuris tiesioginę galią paverčia kintamąja. Naudodami šį keitiklio įrenginį, mes galime konvertuoti nuolatinį nuolatinį kintamą kintamosios srovės galią, kuri yra kintama dažnio ir įtampos. Antra, iš šio keitiklio galime keisti dažnį, t. Y. Mes galėsime generuoti 40Hz, 50Hz, 60Hz dažnius, kaip reikalaujama. Jei nuolatinės srovės įvestis yra įtampos šaltinis, keitiklis yra žinomas kaip VSI (įtampos šaltinio keitiklis). Inverteriams reikia keturių perjungimo įtaisų, o pusiau tilto keitikliams - dviejų perjungimo įtaisų. Tilto keitikliai yra dviejų tipų, jie yra pusiau tiltiniai inverteris ir viso tilto keitiklis. Šiame straipsnyje aptariamas pusiau tilto keitiklis.

Kas yra „Half Bridge Inverter“?

Inverteris yra įtaisas, kuris nuolatinę įtampą paverčia kintamąja įtampa. Jį sudaro keturi jungikliai, o pusiau tilto keitikliui reikalingi du diodai ir du jungikliai, kurie yra sujungti lygiagrečiai. Du jungikliai yra papildomi jungikliai, o tai reiškia, kad kai pirmasis jungiklis įjungtas, antrasis jungiklis bus išjungtas. Panašiai, kai įjungtas antrasis jungiklis, pirmasis jungiklis bus išjungtas.

Vienfazis pusės tilto keitiklis su varžine apkrova

Vienfazio pusiau tilto keitiklio su varžine apkrova schema parodyta žemiau esančiame paveikslėlyje.

Pusės tilto keitiklis

Kur RL yra varžinė apkrova, V_s/ 2 yra įtampos šaltinis, S₁ir S_duyra du jungikliai, t₀yra srovė. Kur kiekvienas jungiklis yra prijungtas prie diodų D₁ir D_dulygiagrečiai. Aukščiau pateiktame paveikslėlyje jungikliai S₁ir S_duyra savaime komutuojami jungikliai. Jungiklis S₁dirbs, kai įtampa teigiama, o srovė neigiama, perjunkite S_dudirbs, kai įtampa yra neigiama, o srovė yra neigiama. The diodas D₁dirbs, kai įtampa teigiama, o srovė neigiama, diodas D_dudirbs, kai įtampa bus neigiama, o srovė bus teigiama.

1 atvejis (kai jungiklis S₁yra įjungtas ir S_duyra išjungtas): Kai jungiklis S₁yra įjungtas nuo 0 iki T / 2 laikotarpio, diodas D₁ir D_duyra atvirkštinio šališkumo būsenos ir S_dujungiklis yra IŠJUNGTAS.

Taikant KVL (Kirchhoffo įtampos įstatymą)

V_s/ 2-V₀= 0

Kur išėjimo įtampa V₀= V_s/ du

Kur išėjimo srovė i₀= V₀/ R = V_s/ 2r

Esant maitinimo srovei arba jungiklio srovei, srovė i_S1= i0 = Vs / 2R, t_S2= 0 ir diodo srovė i_D1= i_D2= 0.

2 atvejis (kai jungiklis S_duyra įjungtas ir S₁yra išjungtas) : Kai jungiklis S_duyra įjungtas nuo T / 2 iki T laikotarpio, diodas D₁ir D_duyra atvirkštinio šališkumo būsenos ir S₁jungiklis yra IŠJUNGTAS.

Taikant KVL (Kirchhoffo įtampos įstatymą)

V_s/ 2 + V.₀= 0

Kur išėjimo įtampa V₀= -V_s/ du

Kur išėjimo srovė i₀= V₀/ R = -V_s/ 2r

Esant maitinimo srovei arba jungiklio srovei, srovė i_S1= 0, t_S2= i₀= -V_s/ 2R ir diodo srovė i_D1= i_D2= 0.

Vienfazis pusės tiltelio keitiklio išėjimo įtampos bangos forma parodyta žemiau esančiame paveikslėlyje.

Pusės tilto keitiklio išėjimo įtampos bangos forma

Vidutinė išėjimo įtampos vertė yra

Taigi išėjimo įtampos bangos forma nuo laiko „T“ perskaičiavimo į „ωt“ ašį parodyta žemiau esančiame paveiksle

Konvertuojant išėjimo įtampos bangos formos laiko ašį

Kai padauginta iš nulio, tai bus nulis Kai padauginta iš T / 2, tai bus T / 2 = π Kai padauginta iš T, tai bus T = 2π Kai padauginta iš 3T / 2, tai bus T / 2 = 3π ir pan. Tokiu būdu šią laiko ašį galime paversti ašimi „ωt“.

Vidutinė išėjimo įtampos ir išėjimo srovės vertė yra

V_{0 (vid.)}= 0

Aš_{0 (vid.)}= 0

Išėjimo įtampos ir išėjimo srovės RMS vertė yra

V_{0 (RMS)}= V_S/ du

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

Išėjimo įtampa, kurią gauname keitiklyje, nėra gryna sinusinė banga, ty kvadratinė banga. Išėjimo įtampa su pagrindiniu komponentu parodyta žemiau esančiame paveiksle.

Išėjimo įtampos bangos forma su pagrindiniu komponentu

Naudojant „Fourier“ serijas

Kur C_n, į_nir b_nyra

b_n= V_S/ nᴨ (1-cosnᴨ)

B_n= 0, kai keičiami lyginiai skaičiai (n = 2,4,6… ..) ir b_n= 2Vs / nπ, kai keičiami nelyginiai skaičiai (n = 1,3,5 ……). Pakaitalas b_n= 2Vs / nπ ir a_n= 0 C_ngaus C_n= 2 V / nπ.

ϕ_n= taip^-1(į_n/ b_n) = 0

V_{01 ( ωt)} = 2 V_S/ ᴨ * (be ωt )

V pakaitalas_{0 (vid.)}= 0 gaus

(1) lygtį taip pat galima parašyti taip

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

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

Minėta išraiška yra išėjimo įtampa, kurią sudaro pagrindinė įtampa ir nelyginės harmonikos. Yra du būdai pašalinti šiuos harmoninius komponentus, kurie jie yra: naudoti filtro grandinę ir naudoti impulsų pločio moduliavimo techniką.

Pagrindinę įtampą galima parašyti taip

V_{01 ( ωt)} = 2V_S/ ᴨ * (be ωt )

Didžiausia pagrindinės įtampos vertė

V_{01 (maks.)}= 2V_S/ ᴨ

Pagrindinės įtampos RMS vertė yra

V_{01 (RMS)}= 2V_S/ √2ᴨ = √2V_S/ ᴨ

Pagrindinis RMS išėjimo srovės komponentas yra

Aš_{01 (RMS)}= V_{01 (RMS)}/ R

Turime gauti iškraipymo koeficientą, iškraipymo faktorius žymimas g.

g = V_{01 (RMS)}/ V_{0 (RMS)} = pagrindinės įtampos faktinė vertė / bendra išėjimo įtampos efektinė vertė

Pakeisdami V_{01 (RMS)} ir V_{0 (RMS)} reikšmės g gaus

g = 2√2 / ᴨ

Iš viso harmoninis iškraipymas yra išreiškiamas kaip

Išėjimo įtampoje bendras harmoninis iškraipymas THD = 48,43%, tačiau pagal IEEE bendras harmoninis iškraipymas turėtų būti 5%.

Pagrindinė vienfazio tilto keitiklio galia yra

P₀₁= (V_{01 (rms)})^du/ R = Aš^du_{01 (rms)}R

Naudodami aukščiau pateiktą formulę galime apskaičiuoti pagrindinę galios galią.

Tokiu būdu galime apskaičiuoti įvairius vienfazio pusiau tilto keitiklio parametrus.

Vienfazis pusės tilto keitiklis su R-L apkrova

R-L apkrovos schema parodyta žemiau esančiame paveikslėlyje.

Vienfazis pusės tilto keitiklis su R-L apkrova

Vienfazio pusės tilto keitiklio, turinčio R-L apkrovą, grandinės schemą sudaro du jungikliai, du diodai ir įtampos maitinimas. R-L apkrova yra sujungta tarp taško A ir O taško, taškas A visada laikomas teigiamu, o taškas O - neigiamu. Jei srovės srautas iš taško A į O, srovė bus laikoma teigiama, panašiai, jei srovės srautas iš taško į A, srovė bus laikoma neigiama.

R-L apkrovos atveju išėjimo srovė bus eksponentinė laiko funkcija ir atsilieka išėjimo įtampa kampu.

ϕ = taip^-1( ω L / R)

Vienfazio pusės tilto keitiklio su R apkrova veikimas

Darbo operacija yra pagrįsta šiais laiko intervalais

i) I intervalas (0 Per šią trukmę abu jungikliai yra IŠJUNGTI, o diodas D2 yra atvirkštinio poslinkio būsenoje. Per šį intervalą induktorius išleidžia energiją per diodą D1, o išėjimo srovė eksponentiškai sumažėja nuo neigiamos maksimalios vertės (-Imax) iki nulio.

Taikydami KVL į šį laiko intervalą gausite

Išėjimo įtampa V₀> 0 Išėjimo srovė teka atvirkštine kryptimi, todėl, t₀<0 switch current i_S1= 0 ir diodo srovė i_D1= -i0

ii) II intervalas (t1 Per šią trukmę jungiklis S₁ir S_duyra uždaryti, o S2 yra išjungtas, o abu diodai yra atvirkštinio poslinkio būsenoje. Per šį intervalą induktorius pradeda kaupti energiją, o išėjimo srovė padidėja nuo nulio iki teigiamos maksimalios vertės (Imax).

Taikydami KVL gausite

Išėjimo įtampa V₀> 0 Išėjimo srovė teka į priekį, todėl, t₀> 0 jungiklio srovė_S1= i₀ir diodo srovė i_D1= 0

iii) III intervalas (T / 2 Per šią trukmę abu jungikliai S₁ir S_duyra išjungti, o diodas D₁yra atvirkštinis šališkumas ir D_duyra persiuntimo šališkumas yra atvirkštinio šališkumo būklė. Šiame intervale induktorius išleidžia savo energiją per diodą D_du. Išėjimo srovė eksponentiškai mažėja nuo teigiamos maksimalios vertės (I_maks) iki nulio.

Taikydami KVL gausite

Išėjimo įtampa V₀<0 The output current flows in the forward direction, therefore, i₀> 0 jungiklio srovė_S1= 0 ir diodo srovė i_D1= 0

iv) IV intervalas (t2 Per šią trukmę jungiklis S₁yra išjungtas ir S_duyra uždaryti ir diodai D₁ir D_duyra atvirkštinio šališkumo. Šiuo intervalu induktorius įkrautas iki neigiamos maksimalios vertės (-I_maks) iki nulio.

Taikydami KVL gausite

Išėjimo įtampa V₀<0 The output current flows in the opposite/reverse direction therefore i₀<0 switch current i_S1= 0 ir diodo srovė i_D1= 0

Pusinio tilto keitiklio darbo režimai

Laiko intervalų apibendrinimas pateiktas žemiau esančioje lentelėje

S.NO	Laiko intervalas	Prietaisas atlieka	Išėjimo įtampa (V.0 )	Rezultatas Dabartinis ( Aš0 )	Perjungti srovę (tS1 )	Perjungti diodą (tD1 )
1	01	D1	V0> 0	Aš0<0	0	- Aš0
du	t1	S1	V0> 0	Aš0> 0	Aš0	0
3	T / 2du	Ddu	V0<0	Aš0> 0	0	0
4	tdu	Sdu	V0<0	Aš0<0	0	0

Vienfazio pusiau tilto keitiklio su RL apkrova išėjimo įtampos bangos forma parodyta žemiau esančiame paveikslėlyje.

Vienfazio pusės tilto keitiklio su R-L apkrova išėjimo įtampos bangos forma

Half Bridge Inverter vs Full Bridge Inverter

Pusiau tilto keitiklio ir viso tilto keitiklio skirtumas parodytas žemiau esančioje lentelėje.

S.NO	Pusės tilto keitiklis “kas yra rezistoriaus viduje ”	Viso tilto keitiklis
1	Pusiau tilto keitiklio efektyvumas yra didelis	Viso tilto keitiklyjetaip pat,efektyvumas didelis
du	Pusiau tilto keitiklio išėjimo įtampos bangos formos yra kvadratinės, beveik kvadratinės arba PWM	Viso tilto keitiklio išėjimo įtampos bangos formos yra kvadratinės, beveik kvadratinės arba PWM
3	Pusiau tilto keitiklio didžiausia įtampa yra pusė nuolatinės srovės maitinimo įtampos	Didžiausia įtampa viso tilto keitiklio yra tokia pati kaip nuolatinės srovės maitinimo įtampa
4	Pusiau tilto keitiklyje yra du jungikliai	Viso tilto keitiklį sudaro keturi jungikliai
5	Išėjimo įtampa yra E0= EDC/ du	Išėjimo įtampa yra E0= EDC
6	Pagrindinė išėjimo įtampa yra E1= 0,45 EDC	Pagrindinė išėjimo įtampa yra E1= 0,9 EDC
7	Šio tipo keitikliai generuoja bipolines įtampas	Šio tipo keitikliai sukuria monopolines įtampas

Privalumai

Vienfazio pusės tilto keitiklio privalumai yra

• Grandinė yra paprasta
• Kaina yra maža

Trūkumai

Vienfazio pusės tilto keitiklio trūkumai yra

• TUF (transformatoriaus panaudojimo faktorius) yra mažas
• Efektyvumas yra mažas

Taigi, viskas apie tai pusės tilto keitiklio apžvalga , aptartas pusės tilto keitiklio ir viso tilto keitiklio skirtumas, pranašumai, trūkumai, vienfazis pusiau tilto keitiklis su varžine apkrova. Štai jums klausimas, kokios yra pusiau tilto keitiklio taikymo galimybės?