- Інвертор половинного мосту
- Повний мостовий інвертор
- Моделювання напівмостового інвертора в MATLAB
- Генератор імпульсних воріт
- Вихідна форма сигналу для напівмостового інвертора
- Моделювання повномостового інвертора в MATLAB
- Форма вихідної хвилі для повного мостового інвертора
Джерело змінного струму (змінного струму) використовується майже для всіх житлових, комерційних та промислових потреб. Але найбільша проблема AC є те, що її не можна зберігати для подальшого використання. Отже, змінний струм перетворюється в постійний, а потім постійний струм зберігається в батареях та ультраконденсаторах. І тепер, коли потрібен змінний струм, постійний струм знову перетворюється в змінний для запуску приладів на основі змінного струму. Тож пристрій, який перетворює постійний струм в змінний, називається інвертором.
Для однофазних застосувань використовується однофазний інвертор. В основному існує два типи однофазних інверторів: напівмостовий інвертор і повномостовий інвертор. Тут ми вивчимо, як ці інвертори можуть бути побудовані, і будемо моделювати схеми в MATLAB.
Інвертор половинного мосту
Для цього типу інвертора потрібні два вимикачі силової електроніки (MOSFET). MOSFET або IGBT використовується для комутації. Електрична схема напівмостового інвертора така, як показано на малюнку нижче.
Як показано на схемі, вхідна напруга постійного струму становить Vdc = 100 В. Це джерело ділиться на дві рівні частини. Тепер імпульси затвора подаються на MOSFET, як показано на малюнку нижче.
Відповідно до вихідної частоти визначається час включення та час вимкнення MOSFET і формуються імпульси затвора. Нам потрібна потужність змінного струму 50 Гц, тому проміжок часу одного циклу (0 <t <2π) становить 20 мсек. Як показано на схемі, MOSFET-1 спрацьовує протягом першого напівцикла (0 <t <π), і протягом цього періоду часу MOSFET-2 не спрацьовує. У цей проміжок часу струм буде текти у напрямку стрілки, як показано на малюнку нижче, і закінчується півцикл виходу змінного струму. Струм від навантаження направо наліво, а напруга навантаження дорівнює + Vdc / 2.
У другій половині циклу (π <t <2π) спрацьовує MOSFET-2 і джерело нижчої напруги підключається до навантаження. Струм від навантаження зліва направо, а напруга навантаження дорівнює -Vdc / 2. У цей проміжок часу струм буде текти, як показано на малюнку, і закінчується другий півцикл виходу змінного струму.
Повний мостовий інвертор
У цьому типі інвертора використовуються чотири перемикача. Основною відмінністю між напівмостом і повномостовим інвертором є максимальне значення вихідної напруги. У напівмостовому інверторі пікова напруга становить половину напруги живлення постійного струму. У повному мостовому інверторі пікова напруга така ж, як напруга живлення постійного струму. Принципова схема повного мостового інвертора така, як показано на малюнку нижче.
Імпульс затвора для MOSFET 1 і 2 однаковий. Обидва перемикача працюють одночасно. Аналогічним чином, MOSFET 3 і 4 мають однакові імпульси затвора і працюють одночасно. Але MOSFET 1 і 4 (вертикальний важель) ніколи не працюють одночасно. Якщо це станеться, тоді джерело постійної напруги буде замикатися.
Для верхнього півцикла (0 <t <π) спрацьовують MOSFET 1 і 2, і струм буде текти, як показано на малюнку нижче. У цей проміжок часу струм тече зліва направо.
Для нижнього напівцикла (π <t <2π) спрацьовують MOSFET 3 і 4, і струм буде текти, як показано на малюнку. У цей проміжок часу струм тече справа наліво. Пікова напруга навантаження однакова з напругою живлення постійного струму Vdc в обох випадках.
Моделювання напівмостового інвертора в MATLAB
Для моделювання додайте елементи у файл моделі з бібліотеки Simulink.
1) 2 джерела постійного струму - 50 В кожен
2) 2 МОП-транзистори
3) Резистивне навантаження
4) Генератор імпульсів
5) НЕ ворота
6) Powergui
7) Вимірювання напруги
8) GOTO та FROM
Підключіть усі компоненти відповідно до принципової схеми. Знімок екрана файлу моделі Half Bridge Inverter показано на малюнку нижче.
Імпульс затвора 1 і імпульс затвора 2 є імпульсами затвора для MOSFET1 і MOSFET2, який генерується із схеми генератора затвора. Імпульс затвора генерується Генератором імпульсів. У цьому випадку MOSFET1 та MOSFET2 не можуть запускатися одночасно. Якщо це трапиться, тоді джерело напруги буде замикатися. Коли MOSFET1 закритий, MOSFET2 буде відкритий у той час, а коли MOSFET2 закритий, MOSFET1 буде відкритий у цей час. Отже, якщо ми генеруємо імпульс затвора для будь-якого MOSFET, тоді ми можемо перемикати цей імпульс і використовувати для іншого MOSFET.
Генератор імпульсних воріт
Нагорі зображення показано параметр для блоку генератора імпульсів в MATLAB. Період є 2е-3 засіб 20 мс. Якщо вам потрібна вихідна частота 60 Гц, тоді період складе 16,67 мс. Ширина імпульсу в процентному відношенні періоду. Це означає, що імпульс затвора генерується лише для цієї області. У цьому випадку ми встановлюємо це значення на 50%, це означає, що генерується 50% імпульс періоду затвора і 50% імпульс періоду ворота не генерується. Фазової затримки встановлюється 0 сек, означає, що ми не даємо жодних - яких затримок до воріт імпульсу. Якщо є якась фазова затримка, це означає, що через цей час буде генеруватися імпульс затвора. Наприклад, якщо фазова затримка становить 1e-3, то імпульс затвора генерується через 10 мсек.
Таким чином, ми можемо генерувати імпульс затвора для MOSFET1, а тепер ми будемо перемикати цей імпульс затвора для та використовувати його для MOSFET2. У моделюванні ми будемо використовувати логічний NOT gate. НЕ затвор, зворотний до виходу, означає, що він перетворить 1 на 0 і 0 на 1. Ось як ми можемо точно отримати протилежний імпульс затвора, щоб джерело постійного струму ніколи не замикався.
На практиці ми не можемо використовувати 50% ширини імпульсу. MOSFET або будь-який електричний вимикач живлення потребує невеликого часу для вимкнення. Щоб уникнути короткого замикання джерела, ширина імпульсу встановлюється в районі 45%, щоб забезпечити час для відключення MOSFET. Цей період часу відомий як мертвий час. Але для цілей моделювання ми можемо використовувати 50% ширини імпульсу.
Вихідна форма сигналу для напівмостового інвертора
Цей знімок екрану призначений для вихідної напруги на навантаженні. На цьому зображенні ми можемо бачити, що пікове значення напруги навантаження становить 50 В, що становить половину подачі постійного струму, а частота - 50 Гц. Для повного одного циклу необхідний час становить 20 мс.
Моделювання повномостового інвертора в MATLAB
Якщо ви отримаєте вихід половинного мостового інвертора, то легко реалізувати повний мостовий інвертор, оскільки більшість речей залишаються незмінними. Також у повному мостовому інверторі нам потрібні лише два імпульси затвора, що збігається з напівмостовим інвертором. Один імпульс затвора призначений для MOSFET 1 і 2, а обернений імпульс затвора - для MOSFET 3 і 4.
Потрібні елементи
1) 4 - MOSFET
2) 1 джерело постійного струму
3) Резистивне навантаження
4) Вимірювання напруги
5) Генератор імпульсів
6) GOTO та FROM
7) powergui
Підключіть усі компоненти, як показано на знімку екрана.
Форма вихідної хвилі для повного мостового інвертора
Цей знімок екрану призначений для вихідної напруги на навантаженні. Тут ми бачимо, що пікове значення напруги навантаження дорівнює напрузі живлення постійного струму, що становить 100 В.
Ви можете перевірити повну прогулянку через Відео про те, як побудувати та імітувати Half Bridge та Full Bridge Inverter у MATLAB нижче.