L’inversor és un convertidor electrònic de potència que converteix la potència directa en potència alterna. Mitjançant l'ús d'aquest dispositiu inversor, podem convertir la corrent continu en potència alterna que, com a freqüència i tensió variables. En segon lloc, a partir d’aquest inversor, podem variar la freqüència, és a dir, serem capaços de generar les freqüències de 40HZ, 50HZ, 60HZ a partir del nostre requisit. Si l'entrada de corrent continu és una font de tensió, el convertidor es coneix com a VSI (Voltage Source Inverter). Els inversors necessiten quatre dispositius de commutació, mentre que l’inversor de mig pont necessita dos dispositius de commutació. Els inversors de pont són de dos tipus, són de mig pont inversor i inversor de pont complet. En aquest article es parla de l’inversor de mig pont.
Què és l’inversor Half-Bridge?
L’inversor és un dispositiu que converteix una tensió de corrent continu en tensió de corrent altern i consta de quatre interruptors, mentre que l’inversor de mig pont requereix dos díodes i dos interruptors connectats en paral·lel. Els dos commutadors són interruptors complementaris, cosa que significa que quan el primer interruptor està ACTIVAT, el segon interruptor estarà DESACTIVAT De la mateixa manera, quan el segon interruptor estigui ON el primer interruptor estarà OFF.
Inversor de mig pont monofàsic amb càrrega resistiva
El diagrama de circuits d’un inversor de mig pont monofàsic amb càrrega resistiva es mostra a la figura següent.
Inversor de mig pont
On RL és la càrrega resistiva, Vs/ 2 és la font de tensió, S1i S2són els dos commutadors, i0és l’actual. On cada commutador està connectat als díodes D1i D2paral·lelament. A la figura anterior, els commutadors S1i S2són els commutadors automàtics. El commutador S1es conduirà quan el voltatge sigui positiu i el corrent sigui negatiu, canvieu S2es conduirà quan el voltatge sigui negatiu i el corrent sigui negatiu. El díode D1es conduirà quan el voltatge sigui positiu i el corrent sigui negatiu, el díode D.2es conduirà quan el voltatge sigui negatiu i el corrent sigui positiu.
Cas 1 (quan es commuta S1està activat i S2està DESACTIVAT): Quan canvieu S1està activat des d'un període de temps de 0 a T / 2, el díode D1i D2estan en condició de biaix invers i S2l'interruptor està DESACTIVAT.
Aplicació de KVL (Kirchhoff’s Voltage Law)
Vs/ 2-V0= 0
On tensió de sortida V0= Vs/ 2
On el corrent de sortida i0= V0/ R = Vs/ 2r
En cas de corrent de subministrament o corrent de commutació, el corrent iS1= i0 = Vs / 2R, iS2= 0 i el corrent del díode iD1= joD2= 0.
Cas 2 (quan es commuta S2està activat i S1està DESACTIVAT) : Quan canvieu S2està activat des d’un període de temps de T / 2 a T, el díode D1i D2estan en condició de biaix invers i S1l'interruptor està DESACTIVAT.
Aplicació de KVL (Kirchhoff’s Voltage Law)
Vs/ 2 + V0= 0
On tensió de sortida V0= -Vs/ 2
On el corrent de sortida i0= V0/ R = -Vs/ 2r
En cas de corrent de subministrament o corrent de commutació, el corrent iS1= 0, iS2= jo0= -Vs/ 2R i el corrent de díode iD1= joD2= 0.
La forma d'ona de tensió de sortida de l'inversor de mig pont monofàsic es mostra a la figura següent.
Volta de sortida del convertidor de mig pont Forma d'ona
El valor mitjà de la tensió de sortida és
Així doncs, la forma d’ona de la tensió de sortida del temps de conversió ‘T’ a l’eix ‘‘ ωt ”es mostra a la figura següent
Conversió de l'eix temporal de la forma d'ona de la tensió de sortida
Quan es multipliqui per zero, serà zero Quan es multipliqui per T / 2, serà T / 2 = π Quan es multipliqui per T, serà T = 2π Quan es multipliqui per 3T / 2, serà T / 2 = 3π i així successivament. D’aquesta manera, podem convertir aquest eix temporal en l’eix ‘ωt’.
El valor mitjà de la tensió de sortida i el corrent de sortida és de
V0 (mitjana)= 0
Jo0 (mitjana)= 0
El valor RMS de la tensió de sortida i el corrent de sortida és
V0 (RMS)= VS/ 2
Jo0 (RMS)= V0 (RMS)/ R = VS/ 2r
La tensió de sortida que obtenim en un inversor no és d’ona sinusoïdal pura, és a dir, una ona quadrada. La tensió de sortida amb el component fonamental es mostra a la figura següent.
Forma d'ona de tensió de sortida amb component fonamental
Utilitzant sèries de Fourier
On Cn, ani bnsón
bn= VS/ nᴨ (1-cosnᴨ)
El bn= 0 en substituir nombres parells (n = 2,4,6 ... ..) i bn= 2Vs / nπ en substituir els números senars (n = 1,3,5 ……). Suplent bn= 2Vs / nπ i an= 0 en C.nobtindrà Cn= 2Vs / nπ.
ϕn= tan-1(an/ bn) = 0
V01 ( ωt) = 2 VS/ ᴨ * (Sense ωt )
Suplent V0 (mitjana)= 0 in obtindrà
L'equació (1) també es pot escriure com
V0 ( ωt) = 2 VS/ ᴨ * (Sense ωt ) + 2 VS/ 3ᴨ * (Sin3 ωt ) + 2 VS/ 5ᴨ * (Sin5 ωt ) + ...... .. + ∞
V0 ( ωt) = V01 ( ωt) + V03 ( ωt) + V05 ( ωt)
L’expressió anterior és la tensió de sortida que consisteix en tensió fonamental i harmònics senars. Hi ha dos mètodes per eliminar aquests components harmònics que són: utilitzar el circuit de filtre i utilitzar la tècnica de modulació d’amplada de pols.
El voltatge fonamental es pot escriure com
V01 ( ωt) = 2VS/ ᴨ * (Sense ωt )
El valor màxim de la tensió fonamental
V01 (màxim)= 2VS/ ᴨ
El valor RMS de la tensió fonamental és
V01 (RMS)= 2VS/ √2ᴨ = √2VS/ ᴨ
El component fonamental del corrent de sortida RMS és
Jo01 (RMS)= V01 (RMS)/ R
Hem d’obtenir el factor de distorsió, el factor de distorsió es denota per g.
g = V01 (RMS)/ V0 (RMS) = valor RMS de la tensió fonamental / valor RMS total de la tensió de sortida
En substituir el fitxer V01 (RMS) i V0 (RMS) obtindran els valors en g
g = 2√2 / ᴨ
El total distorsió harmònica s'expressa com
En el voltatge de sortida, la distorsió harmònica total THD = 48,43%, però segons IEEE, la distorsió harmònica total hauria de ser del 5%.
La potència de sortida fonamental del convertidor de pont monofàsic és
Pàg01= (V01 (RMS))2/ R = jo201 (RMS)R
Mitjançant la fórmula anterior podem calcular la potència de sortida fonamental.
D’aquesta manera, podem calcular els diversos paràmetres del convertidor de mig pont monofàsic.
Inversor de mig pont monofàsic amb càrrega R-L
El diagrama de circuits de la càrrega R-L es mostra a la figura següent.
Inversor de mig pont monofàsic amb càrrega R-L
El diagrama de circuits de l’inversor de mig pont monofàsic amb càrrega R-L consta de dos interruptors, dos díodes i alimentació de tensió. La càrrega R-L està connectada entre el punt A i el punt O, el punt A sempre es considera positiu i el punt O es considera negatiu. Si el flux de corrent del punt A a O, el corrent es considerarà positiu, de manera similar si el flux de corrent del punt a A, el corrent es considerarà negatiu.
En el cas de la càrrega R-L, el corrent de sortida serà una funció exponencial al temps i retarda la tensió de sortida en un angle.
ϕ = tan-1( ω L / R)
Funcionament d’un inversor de mig pont monofàsic amb càrrega R
L'operació de treball es basa en els següents intervals de temps
(i) Interval I (0
En aplicar KVL a aquest interval de temps s’obtindrà
La tensió de sortida V0> 0 El corrent de sortida flueix en sentit invers, per tant, i0<0 switch current iS1= 0 i corrent de díode iD1= -i0
(ii) Interval II (t1
Si s’aplica KVL, s’obtindrà
La tensió de sortida V0> 0 El corrent de sortida flueix en direcció cap endavant, per tant, i0> 0 commutador de corrent iS1= jo0i corrent de díode iD1= 0
(iii) Interval III (T / 2
Si s’aplica KVL s’obtindrà
La tensió de sortida V0<0 The output current flows in the forward direction, therefore, i0> 0 commutador de corrent iS1= 0 i corrent de díode iD1= 0
(iv) Interval IV (t2
Si s’aplica KVL, s’obtindrà
La tensió de sortida V0<0 The output current flows in the opposite/reverse direction therefore i0<0 switch current iS1= 0 i corrent de díode iD1= 0
Modes de funcionament de l’inversor Half Bridge
El resum dels intervals de temps es mostra a la taula següent
| S.NO | Interval de temps | Conductes del dispositiu | Voltatge de sortida (V0 ) | Sortida Actual ( Jo0 ) | Canvi de corrent (iS1 ) | Interruptor de díode (iD1 ) |
| 1 | 0 | D1 | V0> 0 | Jo0<0 | 0 | - Jo0 |
| 2 | t1 | S1 | V0> 0 | Jo0> 0 | Jo0 | 0 |
| 3 | T / 2 | D2 | V0<0 | Jo0> 0 | 0 | 0 |
| 4 | t2 | S2 | V0<0 | Jo0<0 | 0 | 0 |
La forma d'ona de voltatge de sortida d'un inversor de mig pont monofàsic amb càrrega RL es mostra a la figura següent.
Forma d'ona de tensió de sortida d'un inversor de mig pont monofàsic amb càrrega R-L
Inversor de mig pont contra inversor de pont complet
La diferència entre inversor de mig pont i inversor de pont complet es mostra a la taula següent.
| S.NO | Inversor de mig pont | Inversor de pont complet |
1 | L'eficiència és alta en inversors de mig pont | En inversor de pont complettambé,l'eficiència és alta |
2 | En els inversors de mig pont les formes d'ona de tensió de sortida són quadrades, quasi quadrades o PWM | En els inversors de pont complet, les formes d'ona de tensió de sortida són quadrades, quasi quadrades o PWM |
3 | La tensió màxima del convertidor de mig pont és la meitat de la tensió d'alimentació de CC | El voltatge màxim a l’inversor de pont complet és el mateix que el voltatge d’alimentació de CC |
4 | L’inversor de mig pont conté dos interruptors | L’inversor de pont complet conté quatre interruptors |
5 | La tensió de sortida és E0= EDC/ 2 | La tensió de sortida és E0= EDC |
6 | La tensió de sortida fonamental és E1= 0,45 EDC | La tensió de sortida fonamental és E1= 0,9 EDC |
7 | Aquest tipus d’inversors genera tensions bipolars | Aquest tipus d’inversors genera tensions monopolars |
Avantatges
Els avantatges del convertidor de mig pont monofàsic són
- El circuit és senzill
- El cost és baix
Desavantatges
Els desavantatges de l’inversor de mig pont monofàsic són
- El TUF (Transformer Utilization Factor) és baix
- L’eficiència és baixa
Per tant, tot es tracta una visió general del convertidor de mig pont , es discuteix la diferència entre inversor de mig pont i inversor de pont complet, avantatges, desavantatges, inversor de mig pont monofàsic amb càrrega resistiva. Aquí teniu una pregunta, quines són les aplicacions del convertidor de mig pont?
