L'inverter è un convertitore elettronico di potenza che converte la potenza diretta in potenza alternata. Utilizzando questo dispositivo inverter, possiamo convertire CC fissa in potenza CA variabile che come frequenza e tensione variabili. In secondo luogo, da questo inverter, possiamo variare la frequenza, ovvero saremo in grado di generare le frequenze 40HZ, 50HZ, 60HZ secondo le nostre esigenze. Se l'ingresso CC è una sorgente di tensione, l'inverter è noto come VSI (Voltage Source Inverter). Gli inverter necessitano di quattro dispositivi di commutazione mentre gli inverter a mezzo ponte necessitano di due dispositivi di commutazione. Gli inverter a ponte sono di due tipi sono semiponte inverter e inverter a ponte intero. Questo articolo discute l'inverter a mezzo ponte.
Cos'è l'inverter a mezzo ponte?
L'inverter è un dispositivo che converte una tensione continua in tensione alternata ed è composto da quattro interruttori mentre l'inverter a mezzo ponte richiede due diodi e due interruttori collegati in antiparallelo. I due interruttori sono interruttori complementari, il che significa che quando il primo interruttore è su ON il secondo interruttore sarà su OFF. Analogamente, quando il secondo interruttore è su ON il primo interruttore sarà su OFF.
Inverter monofase a mezzo ponte con carico resistivo
Lo schema elettrico di un inverter a semiponte monofase con carico resistivo è mostrato nella figura seguente.
Inverter a mezzo ponte
Dove RL è il carico resistivo, VS/ 2 è la sorgente di tensione, S1e SDuesono i due interruttori, i0è la corrente. Dove ogni interruttore è collegato ai diodi D1e DDueparallelamente. Nella figura sopra, gli interruttori S1e SDuesono gli interruttori a commutazione automatica. L'interruttore S1condurrà quando la tensione è positiva e la corrente è negativa, interruttore S.Duecondurrà quando la tensione è negativa e la corrente è negativa. Il diodo D1condurrà quando la tensione è positiva e la corrente è negativa, diodo D.Duecondurrà quando la tensione è negativa e la corrente è positiva.
Caso 1 (quando l'interruttore S1è ON e SDueè spento): Quando l'interruttore S1è acceso da un periodo di tempo da 0 a T / 2, il diodo D1e DDuesono in condizione di polarizzazione inversa e SDuel'interruttore è spento.
Applicazione della KVL (legge sulla tensione di Kirchhoff)
VS/ 2-V0= 0
Dove la tensione di uscita V0= VS/Due
Dove la corrente di uscita i0= V0/ R = VS/ 2r
In caso di corrente di alimentazione o corrente di commutazione, la corrente iS1= i0 = Vs / 2R, iS2= 0 e la corrente del diodo iD1= iD2= 0.
Caso 2 (quando l'interruttore SDueè ON e S1è spento) : Quando l'interruttore SDueè acceso da un periodo di tempo da T / 2 a T, il diodo D1e DDuesono in condizione di polarizzazione inversa e S1l'interruttore è spento.
Applicazione della KVL (legge sulla tensione di Kirchhoff)
VS/ 2 + V0= 0
Dove la tensione di uscita V0= -VS/Due
Dove la corrente di uscita i0= V0/ R = -VS/ 2r
In caso di corrente di alimentazione o corrente di commutazione, la corrente iS1= 0, iS2= i0= -VS/ 2R e la corrente del diodo iD1= iD2= 0.
La forma d'onda della tensione di uscita dell'inverter a semiponte monofase è mostrata nella figura seguente.
Forma d'onda della tensione di uscita dell'inverter a mezzo ponte
Il valore medio della tensione di uscita è
Quindi la forma d'onda della tensione di uscita dalla conversione del tempo 'T' all'asse '' ωt 'è mostrata nella figura sottostante
Conversione dell'asse del tempo della forma d'onda della tensione di uscita
Quando si moltiplica per zero, sarà zero Quando si moltiplica per T / 2, sarà T / 2 = π Quando si moltiplica per T, sarà T = 2π Quando si moltiplica per 3T / 2, sarà T / 2 = 3π e così via. In questo modo, possiamo convertire questo asse temporale nell'asse 'ωt'.
Il valore medio della tensione di uscita e della corrente di uscita è
V0 (media)= 0
io0 (media)= 0
Il valore RMS della tensione di uscita e della corrente di uscita è
V0 (RMS)= VS/Due
io0 (RMS)= V0 (RMS)/ R = VS/ 2r
La tensione di uscita che stiamo ottenendo in un inverter non è un'onda sinusoidale pura, ovvero un'onda quadra. La tensione di uscita con la componente fondamentale è mostrata nella figura sottostante.
Forma d'onda della tensione di uscita con componente fondamentale
Utilizzando la serie di Fourier
Dove Cn, perne Bnsiamo
bn= VS/ nᴨ (1-cosnᴨ)
Il bn= 0 quando si sostituiscono numeri pari (n = 2,4,6… ..) e bn= 2Vs / nπ quando si sostituiscono numeri dispari (n = 1,3,5 ……). Sostituto bn= 2Vs / nπ e an= 0 in Cnotterrà Cn= 2Vs / nπ.
ϕn= così-1(pern/ bn) = 0
V01 ( ωt) = 2 VS/ ᴨ * (senza ωt )
Sostituto V0 (media)= 0 in otterrà
L'equazione (1) può anche essere scritta come
V0 ( ωt) = 2 VS/ ᴨ * (senza ωt ) + Due VS/ 3ᴨ * (Sin3 ωt ) + Due VS/ 5ᴨ * (Sin5 ωt ) + …… .. + ∞
V0 ( ωt) = V01 ( ωt) + V03 ( ωt) + V05 ( ωt)
L'espressione sopra è la tensione di uscita che consiste di tensione fondamentale e armoniche dispari. Esistono due metodi per rimuovere queste componenti armoniche: utilizzare il circuito del filtro e utilizzare la tecnica di modulazione della larghezza di impulso.
La tensione fondamentale può essere scritta come
V01 ( ωt) = 2VS/ ᴨ * (senza ωt )
Il valore massimo della tensione fondamentale
V01 (massimo)= 2VS/ ᴨ
Il valore RMS della tensione fondamentale è
V01 (RMS)= 2VS/ √2ᴨ = √2VS/ ᴨ
La componente fondamentale della corrente di uscita RMS è
io01 (RMS)= V01 (RMS)/ R
Dobbiamo ottenere il fattore di distorsione, il fattore di distorsione è indicato con g.
g = V01 (RMS)/ V0 (RMS) = valore efficace della tensione fondamentale / valore efficace totale della tensione di uscita
Sostituendo il file V01 (RMS) e V0 (RMS) i valori in g otterranno
g = 2√2 / ᴨ
Il totale distorsione armonica è espresso come
Nella tensione di uscita la distorsione armonica totale THD = 48,43%, ma secondo IEEE, la distorsione armonica totale dovrebbe essere del 5%.
La potenza di uscita fondamentale dell'inverter a ponte monofase è
P01= (V01 (rms))Due/ R = IDue01 (rms)R
Usando la formula sopra possiamo calcolare la potenza di uscita fondamentale.
In questo modo possiamo calcolare i vari parametri dell'inverter monofase a semiponte.
Inverter monofase a mezzo ponte con carico R-L
Lo schema del circuito del carico R-L è mostrato nella figura seguente.
Inverter monofase a mezzo ponte con carico R-L
Lo schema elettrico dell'inverter a semiponte monofase con carico R-L è costituito da due interruttori, due diodi e alimentazione di tensione. Il carico R-L è collegato tra il punto A e il punto O, il punto A è sempre considerato positivo e il punto O è considerato negativo. Se il flusso di corrente dal punto A a O, la corrente sarà considerata positiva, analogamente se il flusso di corrente dal punto a A, la corrente sarà considerata negativa.
Nel caso di carico R-L, la corrente di uscita sarà una funzione esponenziale nel tempo e ritarda la tensione di uscita di un angolo.
ϕ = così-1( ω L / R)
Funzionamento dell'inverter monofase a mezzo ponte con carico R.
L'operazione di lavoro si basa sui seguenti intervalli di tempo
(i) Intervallo I (0
Applicando KVL a questo intervallo di tempo si otterrà
La tensione di uscita V0> 0 La corrente di uscita scorre in direzione inversa, quindi i0<0 switch current iS1= 0 e corrente diodo iD1= -i0
(ii) Intervallo II (t1
L'applicazione di KVL otterrà
La tensione di uscita V0> 0 La corrente di uscita scorre in avanti, quindi, i0> 0 corrente di commutazione iS1= i0e corrente di diodo iD1= 0
(iii) Intervallo III (T / 2
L'applicazione di KVL otterrà
La tensione di uscita V0<0 The output current flows in the forward direction, therefore, i0> 0 corrente di commutazione iS1= 0 e corrente diodo iD1= 0
(iv) Intervallo IV (t2
L'applicazione di KVL otterrà
La tensione di uscita V0<0 The output current flows in the opposite/reverse direction therefore i0<0 switch current iS1= 0 e corrente diodo iD1= 0
Modalità operative dell'inverter a mezzo ponte
Il riepilogo degli intervalli di tempo è mostrato in una tabella sottostante
| S.NO | Intervallo di tempo | Condotte del dispositivo | Tensione di uscita (V0 ) | Produzione attuale ( io0 ) | Corrente di commutazione (iS1 ) | Interruttore diodo (iD1 ) |
| 1 | 0 | D1 | V0> 0 | io0<0 | 0 | - IO0 |
| Due | t1 | S1 | V0> 0 | io0> 0 | io0 | 0 |
| 3 | T / 2 | DDue | V0<0 | io0> 0 | 0 | 0 |
| 4 | tDue | SDue | V0<0 | io0<0 | 0 | 0 |
La forma d'onda della tensione di uscita di un inverter a semiponte monofase con carico RL è mostrata nella figura sottostante.
Forma d'onda della tensione di uscita dell'inverter monofase a mezzo ponte con carico R-L
Inverter a mezzo ponte vs inverter a ponte intero
La differenza tra inverter half-bridge e inverter full-bridge è mostrata nella tabella sottostante.
| S.NO | Inverter a mezzo ponte | Inverter a ponte intero |
1 | L'efficienza è elevata negli inverter a mezzo ponte | In inverter a ponte interoanche,l'efficienza è alta |
Due | Negli inverter a mezzo ponte le forme d'onda della tensione di uscita sono quadrate, quasi quadrate o PWM | Nell'inverter a ponte intero le forme d'onda della tensione di uscita sono quadrate, quasi quadrate o PWM |
3 | La tensione di picco nell'inverter a semiponte è la metà della tensione di alimentazione CC | La tensione di picco nell'inverter a ponte intero è la stessa della tensione di alimentazione CC |
4 | L'inverter a mezzo ponte contiene due interruttori | L'inverter a ponte intero contiene quattro interruttori |
5 | La tensione di uscita è E.0= EDC/Due | La tensione di uscita è E.0= EDC |
6 | La tensione di uscita fondamentale è E.1= 0.45 EDC | La tensione di uscita fondamentale è E.1= 0.9 EDC |
7 | Questo tipo di inverter genera tensioni bipolari | Questo tipo di inverter genera tensioni monopolari |
Vantaggi
I vantaggi dell'inverter monofase a semiponte sono
- Il circuito è semplice
- Il costo è basso
Svantaggi
Gli svantaggi dell'inverter a semiponte monofase sono
- Il TUF (Transformer Utilization Factor) è basso
- L'efficienza è bassa
Quindi, questo è tutto una panoramica dell'inverter a mezzo ponte , viene discussa la differenza tra inverter a semiponte e inverter a ponte intero, vantaggi, svantaggi, inverter a semiponte monofase con carico resistivo. Ecco una domanda per te, quali sono le applicazioni dell'inverter a mezzo ponte?
