Co to jest falownik półmostkowy: schemat obwodu i jego działanie

Falownik jest konwerterem energoelektronicznym, który przekształca moc bezpośrednią w moc przemienną. Korzystając z tego falownika, możemy przekształcić stały prąd stały na zmienną moc prądu przemiennego, która ma zmienną częstotliwość i napięcie. Po drugie, z tego falownika możemy zmieniać częstotliwość, tj. Będziemy w stanie generować częstotliwości 40 Hz, 50 Hz, 60 Hz zgodnie z naszymi wymaganiami. Jeśli wejście DC jest źródłem napięcia, falownik jest znany jako VSI (Voltage Source Inverter). Falowniki wymagają czterech urządzeń przełączających, podczas gdy falownik półmostkowy wymaga dwóch urządzeń przełączających. Falowniki mostkowe są dwojakiego rodzaju, są półmostkowe falownik i falownik mostkowy. W tym artykule omówiono falownik półmostkowy.

Co to jest falownik półmostkowy?

Falownik jest urządzeniem, które przekształca napięcie stałe w napięcie przemienne i składa się z czterech przełączników, podczas gdy falownik półmostkowy wymaga dwóch diod i dwóch przełączników, które są połączone przeciwrównolegle. Dwa przełączniki są przełącznikami komplementarnymi, co oznacza, że ​​gdy pierwszy przełącznik jest włączony, drugi przełącznik będzie wyłączony. Podobnie, gdy drugi przełącznik jest włączony, pierwszy przełącznik będzie wyłączony.

Falownik jednofazowy półmostkowy z obciążeniem rezystancyjnym

Schemat obwodu jednofazowego falownika półmostkowego z obciążeniem rezystancyjnym pokazano na poniższym rysunku.

Falownik półmostkowy

Gdzie RL jest obciążeniem rezystancyjnym, V_s/ 2 to źródło napięcia, S₁i S._dwasą dwa przełączniki, ja₀jest obecny. Gdzie każdy przełącznik jest podłączony do diod D.₁i D._dwarównolegle. Na powyższym rysunku przełączniki S₁i S._dwato przełączniki samokomutujące. Przełącznik S₁będzie przewodzić, gdy napięcie jest dodatnie, a prąd jest ujemny, przełącznik S._dwabędzie przewodzić, gdy napięcie jest ujemne, a prąd jest ujemny. Plik dioda re₁będzie przewodzić, gdy napięcie jest dodatnie, a prąd jest ujemny, dioda D._dwabędzie przewodzić, gdy napięcie jest ujemne, a prąd jest dodatni.

Przypadek 1 (gdy przełącznik S₁jest włączony i S._dwajest wyłączony): Gdy przełącznik S₁świeci od czasu 0 do T / 2, dioda D.₁i D._dwasą w stanie odwrotnego nastawienia i S._dwaprzełącznik jest wyłączony.

Stosowanie KVL (prawo napięcia Kirchhoffa)

V_s/ 2-V₀= 0

Gdzie napięcie wyjściowe V.₀= V_s/dwa

Gdzie prąd wyjściowy i₀= V₀/ R = V_s/ 2r

W przypadku prądu zasilania lub prądu przełączania prąd i_S1= i0 = Vs / 2R, i_S2= 0 i prąd diody i_D1= ja_D2= 0.

Przypadek 2 (gdy przełącznik S_dwajest włączony i S.₁jest wyłączony) : Gdy przełącznik S_dwaświeci od czasu T / 2 do T, dioda D₁i D._dwasą w stanie odwrotnego nastawienia i S.₁przełącznik jest wyłączony.

Stosowanie KVL (prawo napięcia Kirchhoffa)

V_s/ 2 + V₀= 0

Gdzie napięcie wyjściowe V.₀= -V_s/dwa

Gdzie prąd wyjściowy i₀= V₀/ R = -V_s/ 2r

W przypadku prądu zasilania lub prądu przełączania prąd i_S1= 0, ja_S2= ja₀= -V_s/ 2R i prąd diody i_D1= ja_D2= 0.

Na poniższym rysunku pokazano przebieg napięcia wyjściowego falownika jednofazowego półmostkowego.

Przebieg napięcia wyjściowego falownika półmostkowego

Średnia wartość napięcia wyjściowego wynosi

Tak więc przebieg napięcia wyjściowego z konwersji czasu „T” na oś „ωt” pokazano na poniższym rysunku

Konwersja osi czasu przebiegu napięcia wyjściowego

Kiedy pomnożymy przez zero, będzie zero Kiedy zostanie pomnożone przez T / 2, będzie to T / 2 = π Kiedy pomnożymy przez T, będzie to T = 2π Kiedy zostanie pomnożone przez 3T / 2, będzie to T / 2 = 3π i tak dalej. W ten sposób możemy przekształcić tę oś czasu w oś „ωt”.

Średnia wartość napięcia wyjściowego i prądu wyjściowego wynosi

V_{0 (śr.)}= 0

ja_{0 (śr.)}= 0

Wartość skuteczna napięcia wyjściowego i prądu wyjściowego wynosi

V_{0 (RMS)}= V_S/dwa

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

Napięcie wyjściowe, które otrzymujemy w falowniku, nie jest czystą falą sinusoidalną, czyli prostokątną. Na poniższym rysunku pokazano napięcie wyjściowe ze składową podstawową.

Przebieg napięcia wyjściowego z podstawowym komponentem

Korzystanie z szeregu Fouriera

Gdzie C_n, do_noraz b_nsą

b_n= V_S/ nᴨ (1-cosnᴨ)

B_n= 0 przy podstawianiu liczb parzystych (n = 2,4,6… ..) i b_n= 2 Vs / nπ przy podstawianiu liczb nieparzystych (n = 1,3,5 ……). Zastępca b_n= 2 Vs / nπ i a_n= 0 w C._notrzyma C_n= 2 Vs / nπ.

ϕ_n= tak^-1(do_n/ b_n) = 0

V_{01 ( ωt)} = 2 V_S/ ᴨ * (bez ωt )

Zastępca V_{0 (średnio)}= 0 w dostanie

Równanie (1) można również zapisać jako

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

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

Powyższe wyrażenie to napięcie wyjściowe, które składa się z napięcia podstawowego i nieparzystych harmonicznych. Są dwie metody usuwania tych składowych harmonicznych, którymi są: użycie obwodu filtra i użycie techniki modulacji szerokości impulsu.

Napięcie podstawowe można zapisać jako

V_{01 ( ωt)} = 2V_S/ ᴨ * (bez ωt )

Maksymalna wartość napięcia podstawowego

V_{01 (maks.)}= 2V_S/ ᴨ

Wartość skuteczna napięcia podstawowego wynosi

V_{01 (RMS)}= 2V_S/ √2ᴨ = √2V_S/ ᴨ

Podstawową składową prądu wyjściowego RMS jest

ja_{01 (RMS)}= V_{01 (RMS)}/ R

Musimy uzyskać współczynnik zniekształcenia, współczynnik zniekształcenia oznaczamy przez g.

g = V_{01 (RMS)}/ V_{0 (RMS)} = wartość skuteczna napięcia podstawowego / całkowita wartość skuteczna napięcia wyjściowego

Zastępując V_{01 (RMS)} i V_{0 (RMS)} otrzymają wartości wg

g = 2√2 / ᴨ

Suma zniekształcenia harmoniczne jest wyrażona jako

W napięciu wyjściowym całkowite zniekształcenia harmoniczne THD = 48,43%, ale zgodnie z IEEE, całkowite zniekształcenia harmoniczne powinny wynosić 5%.

Podstawowa moc wyjściowa jednofazowego falownika mostkowego wynosi

P.₀₁= (V_{01 (skuteczna)})^dwa/ R = I^dwa_{01 (skuteczna)}R

Korzystając z powyższego wzoru, możemy obliczyć podstawową moc wyjściową.

W ten sposób możemy obliczyć różne parametry jednofazowego falownika półmostkowego.

Falownik jednofazowy półmostkowy z obciążeniem R-L

Schemat obwodu obciążenia R-L pokazano na poniższym rysunku.

Falownik jednofazowy półmostkowy z obciążeniem R-L

Schemat obwodu jednofazowego falownika półmostkowego z obciążeniem R-L składa się z dwóch przełączników, dwóch diod i zasilacza. Obciążenie R-L jest połączone między punktem A i punktem O, punkt A jest zawsze uważany za dodatni, a punkt O jest uważany za ujemny. Jeśli prąd płynie z punktu A do O, wówczas prąd zostanie uznany za dodatni, podobnie, jeśli prąd płynie z punktu do A, wówczas prąd zostanie uznany za ujemny.

W przypadku obciążenia R-L prąd wyjściowy będzie funkcją wykładniczą w czasie i opóźnia napięcie wyjściowe o pewien kąt.

ϕ = więc^-1( ω L / P)

Działanie jednofazowego falownika półmostkowego z obciążeniem R

Praca jest oparta na następujących przedziałach czasowych

(i) Przedział I (0 W tym czasie oba przełączniki są wyłączone, a dioda D2 jest w stanie odwrotnego polaryzacji. W tym okresie cewka indukcyjna uwalnia swoją energię przez diodę D1, a prąd wyjściowy spada wykładniczo od ujemnej wartości maksymalnej (-Imax) do zera.

Stosując KVL do tego przedziału czasowego otrzymasz

Napięcie wyjściowe V.₀> 0 Prąd wyjściowy płynie w odwrotnym kierunku, więc i₀<0 switch current i_S1= 0 i prąd diody i_D1= -i0

(ii) Przedział II (t1 W tym czasie przełącznik S₁i S._dwasą zamknięte i S2 jest wyłączone, a obie diody są w stanie odwrotnego polaryzacji. W tym okresie cewka zaczyna magazynować energię, a prąd wyjściowy rośnie od zera do dodatniej wartości maksymalnej (Imax).

Zastosowanie KVL dostanie

Napięcie wyjściowe V.₀> 0 Prąd wyjściowy płynie w kierunku do przodu, dlatego i₀> 0 prąd przełączania i_S1= ja₀i prąd diody i_D1= 0

(iii) Przedział III (T / 2 W tym czasie zarówno przełącznik S₁i S._dwasą wyłączone i dioda D.₁jest w odwrotnym nastawieniu i D._dwajest nastawiony na przekazywanie są w stanie odchylenia wstecznego. W tym przedziale cewka uwalnia swoją energię przez diodę D._dwa. Prąd wyjściowy spada wykładniczo od swojej dodatniej wartości maksymalnej (I_max) do zera.

Zastosowanie KVL dostanie

Napięcie wyjściowe V.₀<0 The output current flows in the forward direction, therefore, i₀> 0 prąd przełączania i_S1= 0 i prąd diody i_D1= 0

(iv) Przedział IV (t2 W tym czasie przełącznik S₁jest WYŁĄCZONY i S._dwasą zamknięte, a diody D.₁i D._dwasą w odwrotnym nastawieniu. W tym przedziale cewka indukcyjna naładowana do ujemnej wartości maksymalnej (-I_max) do zera.

Zastosowanie KVL dostanie

Napięcie wyjściowe V.₀<0 The output current flows in the opposite/reverse direction therefore i₀<0 switch current i_S1= 0 i prąd diody i_D1= 0

Tryby pracy falownika półmostkowego

Podsumowanie przedziałów czasowych przedstawiono w poniższej tabeli

S.NO	Przedział czasowy	Zachowanie urządzenia	Napięcie wyjściowe (V0 )	Wynik obecny ( ja0 )	Przełącz prąd (iS1 )	Dioda przełączająca (iD1 )
1	01	re1	V0> 0	ja0<0	0	- JA0
dwa	t1	S1	V0> 0	ja0> 0	ja0	0
3	T / 2dwa	redwa	V0<0	ja0> 0	0	0
4	tdwa	Sdwa	V0<0	ja0<0	0	0

Na poniższym rysunku pokazano przebieg napięcia wyjściowego jednofazowego falownika półmostkowego z obciążeniem RL.

Przebieg napięcia wyjściowego falownika jednofazowego półmostkowego z obciążeniem R-L

Falownik pół-mostkowy kontra falownik pełno-mostkowy

Różnica między falownikiem półmostkowym a falownikiem pełno-mostkowym jest pokazana w poniższej tabeli.

S.NO	Falownik półmostkowy “co to jest elektrofiltr i jak działa ”	Falownik z pełnym mostkiem
1	W falowniku półmostkowym wydajność jest wysoka	W falowniku z pełnym mostkiemrównież,wydajność jest wysoka
dwa	W falowniku półmostkowym przebiegi napięcia wyjściowego są kwadratowe, quasi-kwadratowe lub PWM	W falowniku z pełnym mostkiem przebiegi napięcia wyjściowego są kwadratowe, quasi-kwadratowe lub PWM
3	Szczytowe napięcie falownika półmostkowego jest równe połowie napięcia zasilania DC	Szczytowe napięcie w falowniku z pełnym mostkiem jest takie samo jak napięcie zasilania DC
4	Falownik półmostkowy zawiera dwa przełączniki	Falownik mostkowy zawiera cztery przełączniki
5	Napięcie wyjściowe to E.0= E.DC/dwa	Napięcie wyjściowe to E.0= E.DC
6	Podstawowe napięcie wyjściowe to E.1= 0,45 EDC	Podstawowe napięcie wyjściowe to E.1= 0,9 E.DC
7	Ten typ falownika generuje napięcia bipolarne	Ten typ falownika generuje napięcia monopolarne

Zalety

Zaletami jednofazowego falownika półmostkowego są

• Obwód jest prosty
• Koszt jest niski

Niedogodności

Wady jednofazowego falownika półmostkowego są

• TUF (współczynnik wykorzystania transformatora) jest niski
• Wydajność jest niska

A więc o to chodzi przegląd falownika półmostkowego Omówiono różnicę między falownikiem półmostkowym a falownikiem mostkowym, zalety, wady, falownik jednofazowy półmostkowy z obciążeniem rezystancyjnym. Oto pytanie do Ciebie, jakie są zastosowania falownika półmostkowego?