- Halvbro inverter
- Fuld Bridge inverter
- Simulation af Half-Bridge Inverter i MATLAB
- Gate Pulse generator
- Outputbølgeform til Half-Bridge Inverter
- Simulation af Full Bridge Inverter i MATLAB
- Udgangsbølgeform til Full Bridge Inverter
Vekselstrømsforsyning bruges til næsten alle boligbehov, kommercielle og industrielle behov. Men det største problem med AC er, at det ikke kan gemmes til fremtidig brug. Så AC konverteres til DC, og derefter lagres DC i batterier og ultra-kondensatorer. Og nu, når der er behov for AC, omdannes DC igen til AC for at køre de AC-baserede apparater. Så enheden, der konverterer DC til AC, kaldes Inverter.
Til enfasede applikationer anvendes enfaset inverter. Der er hovedsageligt to typer enfaset inverter: Half Bridge Inverter og Full Bridge Inverter. Her vil vi undersøge, hvordan disse invertere kan bygges og vil simulere kredsløbene i MATLAB.
Halvbro inverter
Denne type inverter kræver to effektelektronikafbrydere (MOSFET). MOSFET eller IGBT bruges til skifteformål. Kredsløbsdiagram for halvbroinverteren er som vist i nedenstående figur.
Som vist i kredsløbsdiagrammet er indgangsspændingen Vdc = 100 V. Denne kilde er opdelt i to lige store dele. Nu gives portimpulser til MOSFET som vist i nedenstående figur.
I henhold til udgangsfrekvensen bestemmes ON-tid og OFF-tid for MOSFET, og gate-impulser genereres. Vi har brug for 50Hz vekselstrøm, så tidsperioden for en cyklus (0 <t <2π) er 20 msek. Som vist i diagrammet udløses MOSFET-1 for første halvcyklus (0 <t <π), og i løbet af denne tidsperiode udløses MOSFET-2 ikke. I denne tidsperiode strømmer strømmen i pilens retning som vist i nedenstående figur, og den halve cyklus af AC-udgangen er afsluttet. Strømmen fra belastningen er højre mod venstre, og belastningsspændingen er lig med + Vdc / 2.
I anden halvcyklus (π <t <2π) udløses MOSFET-2, og lavere spændingskilde er forbundet med belastningen. Strømmen fra belastningen er fra venstre mod højre retning, og belastningsspændingen er lig med -Vdc / 2. I denne tidsperiode vil strømmen strømme som vist i figuren, og den anden halvdel af AC-output er afsluttet.
Fuld Bridge inverter
I denne type inverter anvendes fire afbrydere. Den største forskel mellem halvbro og fuldbroinverter er den maksimale udgangsspændingsværdi. I halvbro-inverter er spænding halvdelen af jævnstrømsforsyningsspændingen. I fuldbroinverter er topspænding den samme som DC-forsyningsspænding. Den kredsløbsdiagram af fuld bro inverter er som vist i figuren nedenfor.
Portpulsen for MOSFET 1 og 2 er den samme. Begge kontakter fungerer samtidigt. Tilsvarende har MOSFET 3 og 4 samme portimpulser og fungerer på samme tid. Men MOSFET 1 og 4 (lodret arm) fungerer aldrig på samme tid. Hvis dette sker, vil DC-spændingskilden kortsluttes.
I den øvre halvcyklus (0 <t <π) udløses MOSFET 1 og 2, og strømmen strømmer som vist i figuren nedenfor. I denne tidsperiode strømmer strømmen fra venstre mod højre retning.
For lavere halvcyklus (π <t <2π) bliver MOSFET 3 og 4 udløst, og strømmen flyder som vist i figuren. I denne tidsperiode strømmer strømmen fra højre mod venstre retning. Spidsbelastningsspændingen er den samme som DC-forsyningsspænding Vdc i begge tilfælde.
Simulation af Half-Bridge Inverter i MATLAB
Til simulering tilføj elementer i modelfilen fra Simulink-biblioteket.
1) 2 jævnstrømskilde - hver 50V
2) 2 MOSFET
3) Resistiv belastning
4) Pulsgenerator
5) IKKE port
6) Powergui
7) Spændingsmåling
8) GOTO og FROM
Forbind alle komponenterne i henhold til kredsløbsdiagrammet. Skærmbilledet af modelfilen Half Bridge Inverter vises i nedenstående billede.
Portpuls 1 og portimpuls 2 er portimpulser til MOSFET1 og MOSFET2, der genereres fra gate-generator kredsløb. Portpulsen genereres af PULSE GENERATOR. I dette tilfælde kan MOSFET1 og MOSFET2 ikke udløses samtidigt. Hvis dette sker, vil spændingskilden kortsluttes. Når MOSFET1 er lukket, vil MOSFET2 være åben på det tidspunkt, og når MOSFET2 er lukket, er MOSFET1 åben på det tidspunkt. Så hvis vi genererer gate-puls for en hvilken som helst MOSFET, kan vi skifte den puls og bruge den til anden MOSFET.
Gate Pulse generator
Ovenstående billede viser parameteren for pulsgeneratorblok i MATLAB. Den periode er 2e-3 organ 20 msek. Hvis du har brug for 60Hz frekvensoutput, vil perioden være 16,67 msek. Den impulsbredden er i procent af perioden. Det betyder, at portpulsen kun genereres til dette område. I dette tilfælde sætter vi dette til 50%, det betyder, at der genereres 50% periodepuls, og 50% periodepuls ikke genereres. Den fase forsinkelse indstilles 0 sek, betyder, at vi ikke give nogen forsinkelse til gaten puls. Hvis der er nogen faseforsinkelse, betyder det, at portpulsen genereres efter dette tidspunkt. For eksempel, hvis faseforsinkelse er 1e-3, genereres portpuls efter 10 msek.
På denne måde kan vi generere portpulsen til MOSFET1, og nu skifter vi denne portimpuls til og bruger den til MOSFET2. I simulering bruger vi logisk NOT gate. IKKE-porten omvendt output betyder, at den vil konvertere 1 til 0 og 0 til 1. Det er sådan, vi kan nøjagtigt få modsat portpuls, så DC-kilden aldrig bliver kortsluttet.
I praksis kan vi ikke bruge 50% pulsbredde. Det tager kort tid at slukke for MOSFET eller en hvilken som helst strømafbryder. For at undgå kortslutning af kilden er pulsbredden indstillet til cirka 45% for at give MOSFET'erne tid til at slukke. Denne tidsperiode er kendt som død tid. Men til simuleringsformål kan vi bruge 50% pulsbredde.
Outputbølgeform til Half-Bridge Inverter
Dette skærmbillede er beregnet til udgangsspændingen over belastningen. I dette billede kan vi se, at topværdien af belastningsspænding er 50V, hvilket er halvdelen af jævnstrømsforsyningen, og frekvensen er 50Hz. For komplet en cyklus er den krævede tid 20 msek.
Simulation af Full Bridge Inverter i MATLAB
Hvis du får output fra halvbroinverter, er det let at implementere den fulde broinverter, fordi de fleste af tingene forbliver de samme. I fuld broinverter har vi kun brug for to portimpulser, hvilket er det samme som halvbroinverter. En portpuls er for MOSFET 1 og 2, og omvendt af denne portimpuls er for MOSFET 3 og 4.
Elementer påkrævet
1) 4 - MOSFET
2) 1 jævnstrømskilde
3) Resistiv belastning
4) Spændingsmåling
5) Pulsgenerator
6) GOTO og FROM
7) powergui
Tilslut alle komponenterne som vist i nedenstående skærmbillede.
Udgangsbølgeform til Full Bridge Inverter
Dette skærmbillede er beregnet til udgangsspænding over belastningen. Her kan vi se, at spidsværdien af belastningsspænding er lig med DC-forsyningsspændingen, der er 100V.
Du kan tjekke den komplette gennemgang af video om, hvordan man bygger og simulerer Half Bridge og Full Bridge Inverter i MATLAB nedenfor.