Что такое полумостовой инвертор: принципиальная схема и его работа

Инвертор - это силовой электронный преобразователь, который преобразует постоянную мощность в переменную. Используя это инверторное устройство, мы можем преобразовать постоянный постоянный ток в переменную мощность переменного тока, то есть переменную частоту и напряжение. Во-вторых, с помощью этого инвертора мы можем изменять частоту, то есть мы сможем генерировать частоты 40 Гц, 50 Гц, 60 Гц по нашему требованию. Если вход постоянного тока является источником напряжения, то инвертор известен как VSI (инвертор источника напряжения). Инверторам требуется четыре коммутационных устройства, тогда как полумостовому инвертору требуется два коммутационных устройства. Мостовые инверторы бывают двух типов: полумостовые. инвертор и мостовой инвертор. В этой статье рассматривается полумостовой инвертор.

Что такое полумостовой инвертор?

Инвертор - это устройство, которое преобразует постоянное напряжение в переменное, и оно состоит из четырех переключателей, тогда как полумостовой инвертор требует двух диодов и двух переключателей, которые соединены встречно параллельно. Два переключателя являются дополнительными переключателями, что означает, что когда первый переключатель включен, второй переключатель будет в положении ВЫКЛ. Аналогично, когда второй переключатель включен, первый переключатель будет в положении ВЫКЛ.

Однофазный полумостовой инвертор с резистивной нагрузкой

Принципиальная схема однофазного полумостового инвертора с резистивной нагрузкой показана на рисунке ниже.

Полумостовой инвертор

Где RL - резистивная нагрузка, В_s/ 2 - источник напряжения, S₁и S_двадва переключателя, я₀это текущий. Где каждый переключатель подключен к диодам D₁и D_двапараллельно. На рисунке выше переключатели S₁и S_двасамокоммутирующиеся переключатели. Переключатель S₁будет проводить, когда напряжение положительное, а ток отрицательный, переключатель S_двабудет проводить, когда напряжение отрицательное, а ток отрицательный. В диод D₁будет проводить, когда напряжение положительное, а ток отрицательный, диод D_двабудет проводить, когда напряжение отрицательное, а ток положительный.

Случай 1 (когда переключатель S₁включен и S_двавыключен): Когда переключатель S₁включен с периода от 0 до T / 2, диод D₁и D_дванаходятся в состоянии обратного смещения и S_двавыключатель выключен.

Применение KVL (закона напряжения Кирхгофа)

V_s/2-V₀= 0

Где выходное напряжение V₀= V_s/два

Где выходной ток i₀= V₀/ R = V_s/ 2r

В случае тока питания или тока переключения, ток i_S1= i0 = Vs / 2R, i_S2= 0 и ток диода i_D1= я_D2= 0.

Случай 2 (когда переключатель S_двавключен и S₁выключен) : При переключении S_двавключен с периода времени от T / 2 до T, диод D₁и D_дванаходятся в состоянии обратного смещения и S₁выключатель выключен.

Применение KVL (закона напряжения Кирхгофа)

V_s/2+V₀= 0

Где выходное напряжение V₀= -V_s/два

Где выходной ток i₀= V₀/ R = -V_s/ 2r

В случае тока питания или тока переключения, ток i_S1= 0, я_S2= я₀= -V_s/ 2R и ток диода i_D1= я_D2= 0.

Форма выходного напряжения однофазного полумостового инвертора показана на рисунке ниже.

Форма волны выходного напряжения полумостового инвертора

Среднее значение выходного напряжения составляет

Итак, форма волны выходного напряжения от преобразования времени «T» в ось «ωt» показана на рисунке ниже.

Преобразование оси времени формы волны выходного напряжения

Когда умножается на ноль, оно будет равно нулю Когда умножено на T / 2, это будет T / 2 = π Когда умножено на T, это будет T = 2π Когда умножено на 3T / 2, это будет T / 2 = 3π и так далее. Таким образом, мы можем преобразовать эту временную ось в ось «ωt».

Среднее значение выходного напряжения и выходного тока составляет

V_{0 (в среднем)}= 0

я_{0 (в среднем)}= 0

Среднеквадратичное значение выходного напряжения и выходного тока составляет

V_{0 (RMS)}= V_S/два

я_{0 (RMS)}= V_{0 (RMS)}/ R = V_S/ 2r

Выходное напряжение, которое мы получаем в инверторе, не является чисто синусоидальным, то есть прямоугольным. Выходное напряжение с основной составляющей показано на рисунке ниже.

Форма волны выходного напряжения с основной составляющей

Использование рядов Фурье

Где C_п, к_пи б_пнаходятся

б_п=V_S/ nᴨ (1-cosnᴨ)

Б_п= 0 при замене четных чисел (n = 2,4,6… ..) и b_п= 2Vs / nπ при замене нечетных чисел (n = 1,3,5 ……). Заменить b_п= 2Vs / nπ и a_п= 0 в C_пполучит C_п= 2Vs / nπ.

ϕ_п= так^-1(чтобы_п/ b_п) = 0

V_{01 ( ωt)} = 2 V_S/ ᴨ * (Без ωt )

Заменить V_{0 (в среднем)}= 0 в получит

Уравнение (1) также можно записать в виде

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

V_{0 ( ωt)} знак равно V_{01 ( ωt)} + V_{03 ( ωt)} + V_{05 ( ωt)}

Вышеприведенное выражение представляет собой выходное напряжение, состоящее из основной гармоники и нечетных гармоник. Есть два метода удаления этих гармонических составляющих: использование схемы фильтра и использование метода широтно-импульсной модуляции.

Основное напряжение можно записать как

V_{01 ( ωt)} = 2 В_S/ ᴨ * (Без ωt )

Максимальное значение основного напряжения

V_{01 (макс.)}= 2 В_S/ ᴨ

Среднеквадратичное значение основного напряжения составляет

V_{01 (RMS)}= 2 В_S/ √2ᴨ = √2V_S/ ᴨ

Основная составляющая выходного тока RMS равна

я_{01 (RMS)}= V_{01 (RMS)}/Р

Нам нужно получить коэффициент искажения, коэффициент искажения обозначается g.

g = V_{01 (RMS)}/ V_{0 (RMS)} = действующее значение основного напряжения / общее среднеквадратичное значение выходного напряжения

Подставив V_{01 (RMS)} и V_{0 (RMS)} значения в g получат

г = 2√2 / ᴨ

Общая гармоническое искажение выражается как

В выходном напряжении полное гармоническое искажение THD = 48,43%, но согласно IEEE общее гармоническое искажение должно быть 5%.

Основная выходная мощность однофазного мостового инвертора составляет

п₀₁= (V_{01 (среднеквадратичное значение)})^два/ R = I^два_{01 (среднеквадратичное значение)}р

Используя приведенную выше формулу, мы можем рассчитать основную выходную мощность.

Таким образом, мы можем рассчитать различные параметры однофазного полумостового инвертора.

Однофазный полумостовой инвертор с нагрузкой R-L

Принципиальная схема нагрузки R-L показана на рисунке ниже.

Однофазный полумостовой инвертор с нагрузкой R-L

Принципиальная схема однофазного полумостового инвертора с нагрузкой R-L состоит из двух ключей, двух диодов и источника питания. Нагрузка R-L подключается между точкой A и точкой O, точка A всегда считается положительной, а точка O - отрицательной. Если ток течет из точки A в O, тогда ток будет считаться положительным, аналогично, если ток течет из точки в A, тогда ток будет считаться отрицательным.

В случае нагрузки R-L выходной ток будет экспоненциальной функцией времени и отстает от выходного напряжения на угол.

ϕ = так^-1( ω L / R)

Работа однофазного полумостового инвертора с R-нагрузкой

Рабочая операция основана на следующих временных интервалах

(i) Интервал I (0 В это время оба переключателя выключены, а диод D2 находится в состоянии обратного смещения. В этом интервале индуктор высвобождает свою энергию через диод D1, и выходной ток экспоненциально уменьшается от своего отрицательного максимального значения (-Imax) до нуля.

Применяя КВЛ к этому временному интервалу, получим

Выходное напряжение V₀> 0 Выходной ток течет в обратном направлении, поэтому i₀<0 switch current i_S1= 0 и ток диода i_D1= -i0

(ii) Интервал II (t1 За это время переключатель S₁и S_двазамкнуты, S2 выключен, и оба диода находятся в состоянии обратного смещения. В этом интервале катушка индуктивности начинает накапливать энергию, и выходной ток увеличивается от нуля до своего положительного максимального значения (Imax).

Применяя КВЛ, вы получите

Выходное напряжение V₀> 0 Выходной ток течет в прямом направлении, поэтому i₀> 0 ток переключения i_S1= я₀и ток диода i_D1= 0

(iii) Интервал III (T / 2 За это время оба переключателя S₁и S_двавыключены, а диод D₁обратное смещение и D_дванаходится в режиме прямого смещения, находятся в состоянии обратного смещения. В этом интервале индуктор отдает свою энергию через диод D_два. Выходной ток экспоненциально уменьшается от своего положительного максимального значения (I_{Максимум}) до нуля.

Применяя КВЛ, вы получите

Выходное напряжение V₀<0 The output current flows in the forward direction, therefore, i₀> 0 ток переключения i_S1= 0 и ток диода i_D1= 0

(iv) Интервал IV (t2 За это время переключатель S₁выключен и S_двазакрыты, а диоды D₁и D_дваимеют обратный уклон. В этом интервале индуктор заряжается до отрицательного максимального значения (-I_{Максимум}) до нуля.

Применяя КВЛ, вы получите

Выходное напряжение V₀<0 The output current flows in the opposite/reverse direction therefore i₀<0 switch current i_S1= 0 и ток диода i_D1= 0

Режимы работы полумостового инвертора

Обобщение временных интервалов показано в таблице ниже.

S.NO	Временной интервал	Поведение устройства	Выходное напряжение (В0 )	Выход Текущий ( я0 )	Ток переключения (яS1 )	Переключающий диод (iD1 )
1	01	D1	V0> 0	я0<0	0	- я0
два	т1	S1	V0> 0	я0> 0	я0	0
3	Т / 2два	Dдва	V0<0	я0> 0	0	0
4	тдва	Sдва	V0<0	я0<0	0	0

Форма выходного напряжения однофазного полумостового инвертора с нагрузкой RL показана на рисунке ниже.

Форма волны выходного напряжения однофазного полумостового инвертора с нагрузкой R-L

Полумостовой инвертор против полумостового инвертора

Разница между полумостовым инвертором и полумостовым инвертором показана в таблице ниже.

S.NO	Полумостовой инвертор “схемотехника для чайников pdf ”	Полный мостовой инвертор
1	Эффективность полумостового инвертора высокая	В полномостовом инверторетакже,эффективность высокая
два	В полумостовом инверторе формы выходного напряжения имеют квадратный, квазиквадратный или ШИМ-формат.	В полномостовом инверторе формы выходного напряжения квадратные, квазиквадратные или ШИМ.
3	Пиковое напряжение в полумостовом инверторе составляет половину напряжения питания постоянного тока.	Пиковое напряжение в полномостовом инверторе такое же, как и напряжение питания постоянного тока.
4	Полумостовой инвертор содержит два переключателя	Полномостовой инвертор содержит четыре переключателя
5	Выходное напряжение E0= EОКРУГ КОЛУМБИЯ/два	Выходное напряжение E0= EОКРУГ КОЛУМБИЯ
6	Основное выходное напряжение E1= 0,45 EОКРУГ КОЛУМБИЯ	Основное выходное напряжение E1= 0,9 EОКРУГ КОЛУМБИЯ
7	Этот тип инвертора генерирует биполярное напряжение.	Этот тип инвертора генерирует монополярное напряжение.

Преимущества

Преимущества однофазного полумостового инвертора:

• Схема простая
• Стоимость низкая

Недостатки

Недостатками однофазного полумостового инвертора являются:

• TUF (коэффициент использования трансформатора) низкий
• КПД низкая

Таким образом, это все о обзор полумостового инвертора , обсуждается различие между полумостовым инвертором и полумостовым инвертором, преимущества, недостатки, однофазный полумостовой инвертор с резистивной нагрузкой. Вот вам вопрос, каковы применения полумостового инвертора?