De omvormer is een vermogenselektronische omzetter die direct vermogen omzet in wisselstroom. Door dit inverterapparaat te gebruiken, kunnen we vaste gelijkstroom omzetten in variabele wisselstroom die als een variabele frequentie en spanning kan worden gebruikt. Ten tweede kunnen we met deze omvormer de frequentie variëren, dat wil zeggen dat we de frequenties van 40Hz, 50Hz en 60Hz kunnen genereren vanaf onze behoefte. Als de DC-ingang een spanningsbron is, staat de omvormer bekend als VSI (Voltage Source Inverter). De omvormers hebben vier schakelapparaten nodig, terwijl de halfbrug-omvormer twee schakelapparaten nodig heeft. De brugomvormers zijn van twee typen, ze zijn halfbrug omvormer en volledige brugomvormer. In dit artikel wordt de halfbrug-omvormer besproken.
Wat is een halfbrug-omvormer?
De omvormer is een apparaat dat een gelijkspanning omzet in wisselspanning en het bestaat uit vier schakelaars, terwijl een halfbrugomvormer twee diodes en twee schakelaars nodig heeft die antiparallel zijn aangesloten. De twee schakelaars zijn complementaire schakelaars, wat betekent dat wanneer de eerste schakelaar AAN is, de tweede schakelaar UIT zal zijn. Evenzo, wanneer de tweede schakelaar AAN is, zal de eerste schakelaar UIT zijn.
Eenfasige halfbrug-omvormer met resistieve belasting
Het schakelschema van een enkelfasige halfbrug-omvormer met resistieve belasting wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding.
Half Bridge-omvormer
Waar RL de resistieve belasting is, Vs/ 2 is de spanningsbron, S.1en Stweezijn de twee schakelaars, i0is de stroom. Waar elke schakelaar is verbonden met diodes D1en Dtweeparallel. In de bovenstaande afbeelding zijn de schakelaars S1en Stweezijn de zelfcommuterende schakelaars. De schakelaar S1zal geleiden wanneer de spanning positief is en de stroom negatief is, schakelaar S.tweezal geleiden wanneer de spanning negatief is en de stroom negatief. De diode D1zal geleiden wanneer de spanning positief is en de stroom negatief, diode Dtweezal geleiden wanneer de spanning negatief is en de stroom positief.
Geval 1 (wanneer schakelaar S1is AAN en Stweeis uit): Wanneer schakelaar S1is AAN van een tijdsperiode van 0 tot T / 2, de diode D1en Dtweezijn in omgekeerde bias-toestand en Stweeschakelaar is UIT.
KVL toepassen (de spanningswet van Kirchhoff)
Vs/ 2-V0= 0
Waar uitgangsspanning V0= Vs/twee
Waar uitgangsstroom i0= V0/ R = Vs/ 2r
In het geval van voedingsstroom of schakelstroom, de stroom iS1= i0 = Vs / 2R, ikS2= 0 en de diodestroom iD1= ikD2= 0.
Geval 2 (wanneer schakelaar Stweeis AAN en S1is uit) : Wanneer schakelaar Stweeis AAN van een tijdsperiode van T / 2 tot T, de diode D1en Dtweezijn in omgekeerde bias-toestand en S1schakelaar is UIT.
KVL toepassen (de spanningswet van Kirchhoff)
Vs/ 2 + V0= 0
Waar uitgangsspanning V0= -Vs/twee
Waar uitgangsstroom i0= V0/ R = -Vs/ 2r
In het geval van voedingsstroom of schakelstroom, de stroom iS1= 0, ikS2= ik0= -Vs/ 2R en de diodestroom iD1= ikD2= 0.
De golfvorm van de enkelfasige uitgangsspanning van de halfbrug-omvormer wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding.
Golfvorm uitgangsspanning halve brug omvormer
De gemiddelde waarde van de uitgangsspanning is
Dus de golfvorm van de uitgangsspanning van het omzetten van de tijd ‘T’ naar de as ‘‘ ωt 'wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding
Tijdas van de uitgangsspanningsgolfvorm converteren
Wanneer wordt vermenigvuldigd met nul, is het nul Wanneer wordt vermenigvuldigd met T / 2, is dit T / 2 = π Wanneer wordt vermenigvuldigd met T, is dit T = 2π Wanneer wordt vermenigvuldigd met 3T / 2, is dit T / 2 = 3π enzovoort. Op deze manier kunnen we deze tijdas omzetten in de ‘ωt’ -as.
De gemiddelde waarde van uitgangsspanning en uitgangsstroom is
V0 (gem.)= 0
ik0 (gem.)= 0
De RMS-waarde van uitgangsspanning en uitgangsstroom is
V0 (RMS)= VS/twee
ik0 (RMS)= V0 (RMS)/ R = VS/ 2r
De uitgangsspanning die we in een omvormer krijgen, is geen pure sinusgolf, dat wil zeggen een blokgolf. De uitgangsspanning met de fundamentele component wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding.
Uitgangsspanningsgolfvorm met fundamentele component
Fourier-serie gebruiken
Waar Cn, naarnen Bnzijn
bn= VS/ nᴨ (1-cosnᴨ)
De bn= 0 bij het vervangen van even getallen (n = 2,4,6… ..) en bn= 2Vs / nπ bij het vervangen van oneven getallen (n = 1,3,5 ……). Plaatsvervanger bn= 2Vs / nπ en eenn= 0 in Cnkrijgt Cn= 2Vs / nπ.
ϕn= zo-1(naarn/ bn) = 0
V01 ( ωt) = 2 VS/ ᴨ * (zonder ωt
Wissel V0 (gem.)= 0 in krijgt
De vergelijking (1) kan ook worden geschreven als
V0 ( ωt) = 2 VS/ ᴨ * (zonder ωt twee VS/ 3ᴨ * (Sin3 ωt twee VS/ 5ᴨ * (zonde5 ωt ) + …… .. +
V0 ( ωt) V01 ( ωt) V03 ( ωt) V05 ( ωt)
De bovenstaande uitdrukking is de uitgangsspanning die bestaat uit fundamentele spanning en oneven harmonischen. Er zijn twee methoden om deze harmonische componenten te verwijderen: het filtercircuit gebruiken en de pulsbreedtemodulatietechniek.
De fundamentele spanning kan worden geschreven als
V01 ( ωt) = 2VS/ ᴨ * (zonder ωt
De maximale waarde van fundamentele spanning
V01 (maximaal)= 2VS/ ᴨ
De RMS-waarde van de fundamentele spanning is
V01 (RMS)= 2VS/ √2ᴨ = √2VS/ ᴨ
De fundamentele component van de RMS-uitgangsstroom is
ik01 (RMS)= V01 (RMS)/ R
We moeten de vervormingsfactor verkrijgen, de vervormingsfactor wordt aangegeven met g.
g = V01 (RMS)/ V0 (RMS) = effectieve waarde van fundamentele spanning / totale RMS-waarde van uitgangsspanning
Door de V01 (RMS) en V0 (RMS) waarden in g krijgen
g = 2√2 / ᴨ
Het totaal harmonische vervorming wordt uitgedrukt als
In de uitgangsspanning is de totale harmonische vervorming THD = 48,43%, maar volgens IEEE moet de totale harmonische vervorming 5% zijn.
Het fundamentele vermogen van eenfasige brugomvormer is
P.01= (V01 (rms)twee/ R = Itwee01 (rms)R
Door de bovenstaande formule te gebruiken, kunnen we het fundamentele vermogen berekenen.
Op deze manier kunnen we de verschillende parameters van de enkelfasige halfbrug-omvormer berekenen.
Eenfase halfbrug-omvormer met R-L-belasting
Het schakelschema van de R-L-belasting wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding.
Eenfase halfbrug-omvormer met R-L-belasting
Het schakelschema van de enkelfasige halfbrug-omvormer met R-L-belasting bestaat uit twee schakelaars, twee diodes en voedingsspanning. De R-L-belasting is verbonden tussen A-punt en O-punt, punt A wordt altijd als positief beschouwd en punt O als negatief. Als de stroom van punt A naar O vloeit, wordt de stroom als positief beschouwd, evenzo als de stroom van punt naar A vloeit, wordt de stroom als negatief beschouwd.
In het geval van R-L Load, zal de uitgangsstroom een exponentiële functie zijn voor de tijd en de uitgangsspanning met een hoek vertragen.
ϕ = zo-1 ω L / R)
Werking van eenfase halfbrug-omvormer met R-belasting
De werking is gebaseerd op de volgende tijdsintervallen
(i) Interval I (0
Door KVL toe te passen op dit tijdsinterval krijg je
De uitgangsspanning V0> 0 De uitgangsstroom loopt in omgekeerde richting, daarom i0<0 switch current iS1= 0 en diodestroom iD1= -i0
(ii) Interval II (t1
KVL toepassen krijgt
De uitgangsspanning V0> 0 De uitgangsstroom vloeit in voorwaartse richting, daarom i0> 0 schakelstroom iS1= ik0en diodestroom iD1= 0
(iii) Interval III (T / 2
KVL toepassen krijgt
De uitgangsspanning V0<0 The output current flows in the forward direction, therefore, i0> 0 schakelstroom iS1= 0 en diodestroom iD1= 0
(iv) Interval IV (t2
KVL toepassen krijgt
De uitgangsspanning V0<0 The output current flows in the opposite/reverse direction therefore i0<0 switch current iS1= 0 en diodestroom iD1= 0
Bedrijfsmodi van Half Bridge-omvormer
Een samenvatting van de tijdsintervallen wordt getoond in een onderstaande tabel
| S.NO | Tijdsinterval | Apparaat gedraagt zich | Uitgangsspanning (V.0 | Uitvoer Actueel ik0 | Schakelstroom (iS1 | Schakeldiode (iD1 |
| 1 | 0 | D1 | V0> 0 | ik0<0 | 0 | - ik0 |
| twee | t1 | S1 | V0> 0 | ik0> 0 | ik0 | 0 |
| 3 | T / 2 | Dtwee | V0<0 | ik0> 0 | 0 | 0 |
| 4 | ttwee | Stwee | V0<0 | ik0<0 | 0 | 0 |
De golfvorm van de uitgangsspanning van een enkelfasige halfbrug-omvormer met RL-belasting wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding.
Uitgangsspanningsgolfvorm van enkelfasige halfbrug-omvormer met R-L-belasting
Half Bridge Inverter Vs Full Bridge Inverter
Het verschil tussen half-bridge-omvormer en full-bridge-omvormer wordt weergegeven in de onderstaande tabel.
| S.NO | Half Bridge-omvormer | Full Bridge-omvormer |
1 | Het rendement is hoog in halfbrug-omvormers | In omvormer met volledige brugook,de efficiëntie is hoog |
twee | In halfbrug-omvormer zijn de golfvormen van de uitgangsspanning vierkant, quasi-vierkant of PWM | In omvormer met volledige brug zijn de golfvormen van de uitgangsspanning vierkant, quasi-vierkant of PWM |
3 | De piekspanning in de halfbrug-omvormer is de helft van de DC-voedingsspanning | De piekspanning in de full-bridge omvormer is gelijk aan de DC voedingsspanning |
4 | De halfbrug-omvormer bevat twee schakelaars | De full-bridge-omvormer bevat vier schakelaars |
5 | De uitgangsspanning is E0= EDC/twee | De uitgangsspanning is E0= EDC |
6 | De fundamentele uitgangsspanning is E1= 0,45 EDC | De fundamentele uitgangsspanning is E1= 0,9 EDC |
7 | Dit type omvormer genereert bipolaire spanningen | Dit type omvormer genereert monopolaire spanningen |
Voordelen
De voordelen van de enkelfasige halfbrug-omvormer zijn
- Circuit is eenvoudig
- De kosten zijn laag
Nadelen
De nadelen van de enkelfasige halfbrug-omvormer zijn
- De TUF (Transformer Utilization Factor) is laag
- De efficiëntie is laag
Dit gaat dus allemaal over een overzicht van de halfbrug-omvormer , het verschil tussen half-bridge inverter en full-bridge inverter, voordelen, nadelen, enkelfasige half-bridge inverter met resistieve belasting wordt besproken. Hier is een vraag voor u, wat zijn de toepassingen van de halfbrug-omvormer?
