Pretvornik je močnostni elektronski pretvornik, ki pretvori neposredno moč v izmenično moč. Z uporabo te pretvorniške naprave lahko pretvorimo fiksni enosmerni tok v spremenljivo izmenično moč, ki je spremenljiva frekvenca in napetost. Drugič, iz tega pretvornika lahko spreminjamo frekvenco, tj. Po potrebi bomo lahko generirali frekvence 40 HZ, 50 HZ, 60 HZ. Če je enosmerni vhod vir napetosti, je pretvornik znan kot VSI (Voltage Source Inverter). Pretvorniki potrebujejo štiri preklopne naprave, medtem ko pretvornik na pol mosta potrebuje dve preklopni napravi. Pretvorniki mostov so dveh vrst in so polmostni pretvornik in polno mostni pretvornik. Ta članek obravnava pretvornik s pol mostom.
Kaj je pretvornik Half-Bridge?
Pretvornik je naprava, ki pretvori enosmerno napetost v izmenično napetost in je sestavljena iz štirih stikal, medtem ko pretvornik pol mosta zahteva dve diodi in dve stikali, ki sta povezani vzporedno. Obe stikali sta komplementarni, kar pomeni, da ko je prvo stikalo vklopljeno, bo drugo stikalo IZKLOPLJENO. Podobno, ko bo drugo stikalo vklopljeno, bo prvo stikalo IZKLOPLJENO.
Enofazni pol mostni pretvornik z uporovno obremenitvijo
Shema vezja enofaznega polmostnega pretvornika z uporovno obremenitvijo je prikazana na spodnji sliki.
Pretvornik Half Bridge
Kjer je RL uporovna obremenitev, Vs/ 2 je vir napetosti, S1.in Sdvasta dve stikali, tj0je tok. Kjer je vsako stikalo priključeno na diode D1.in Ddvavzporedno. Na zgornji sliki so stikala S1.in Sdvaso samokontinuirana stikala. Stikalo S1.bo vodil, ko bo napetost pozitivna in tok negativen, stikalo Sdvabo vodil, ko bo napetost negativna, tok pa negativen. The dioda D1.bo vodil, ko bo napetost pozitivna in tok negativen, dioda Ddvabo vodil, ko bo napetost negativna, tok pa pozitiven.
Primer 1 (ko je stikalo S1.je ON in Sdvaje izklopljeno): Ko stikalo S1.je vklopljen od časovnega obdobja od 0 do T / 2, dioda D1.in Ddvaso v stanju vzvratne pristranskosti in Sdvastikalo je IZKLOPLJENO.
Uporaba KVL (Kirchhoffov napetostni zakon)
Vs/ 2-V0= 0
Kjer je izhodna napetost V0= Vs/ dva
Kjer je izhodni tok i0= V0/ R = Vs/ 2r
V primeru napajalnega toka ali stikalnega toka je tok iS1= i0 = Vs / 2R, tjS2= 0 in tok diode iD1= iD2= 0.
Primer 2 (ko stikalo Sdvaje ON in S1.je izklopljeno) : Ko stikalo Sdvaje vklopljen od časovnega obdobja T / 2 do T, dioda D1.in Ddvaso v stanju vzvratne pristranskosti in S1.stikalo je IZKLOPLJENO.
Uporaba KVL (Kirchhoffov napetostni zakon)
Vs/ 2 + V0= 0
Kjer je izhodna napetost V0= -Vs/ dva
Kjer je izhodni tok i0= V0/ R = -Vs/ 2r
V primeru napajalnega toka ali stikalnega toka je tok iS1= 0, tjS2= i0= -Vs/ 2R in diodni tok iD1= iD2= 0.
Na spodnji sliki je prikazana izhodna napetost izhodne napetosti enofaznega pretvornika.
Izhodna napetost vala polprevodniškega pretvornika
Povprečna vrednost izhodne napetosti je
Tako je na spodnji sliki prikazana valovna oblika izhodne napetosti iz pretvorbe osi časa 'T' v os 'ωt'
Pretvorba časovne osi valovne oblike izhodne napetosti
Ko se pomnoži z nič, bo nič Ko se pomnoži s T / 2, bo T / 2 = π Ko se pomnoži s T, bo T = 2π Ko se pomnoži s 3T / 2, bo T / 2 = 3π in tako naprej. Na ta način lahko to časovno os pretvorimo v os ωt.
Povprečna vrednost izhodne napetosti in izhodnega toka je
V0 (povprečno)= 0
jaz0 (povprečno)= 0
RMS vrednost izhodne napetosti in izhodnega toka je
V0 (RMS)= VS/ dva
jaz0 (RMS)= V0 (RMS)/ R = VS/ 2r
Izhodna napetost, ki jo dobimo v pretvorniku, ni čisti sinusni val, torej kvadratni val. Izhodna napetost s temeljno komponento je prikazana na spodnji sliki.
Valovna oblika izhodne napetosti s temeljno komponento
Uporaba Fourierjeve serije
Kjer je Cn, donin bnso
bn= VS/ nᴨ (1-cosnᴨ)
Bn= 0 pri zamenjavi parnih števil (n = 2,4,6… ..) in bn= 2Vs / nπ pri zamenjavi neparnih števil (n = 1,3,5 ……). Nadomestni bn= 2Vs / nπ in an= 0 v Cnbo dobil Cn= 2Vs / nπ.
ϕn= tako-1(don/ bn) = 0
V01 ( ωt) = 2 VS/ ᴨ * (Brez ωt )
Namestnik V0 (povprečno)= 0 in bo dobil
Enačbo (1) lahko zapišemo tudi kot
V0 ( ωt) = 2 VS/ ᴨ * (Brez ωt ) + dva VS/ 3ᴨ * (Sin3 ωt ) + dva VS/ 5ᴨ * (Sin5 ωt ) + …… .. + ∞
V0 ( ωt) = V01 ( ωt) + V03 ( ωt) + V05 ( ωt)
Zgornji izraz je izhodna napetost, ki je sestavljena iz osnovne napetosti in nenavadnih harmonikov. Obstajata dve metodi za odstranitev teh harmoničnih komponent: uporaba filtrirnega vezja in tehnika modulacije širine impulza.
Osnovno napetost lahko zapišemo kot
V01 ( ωt) = 2VS/ ᴨ * (Brez ωt )
Največja vrednost osnovne napetosti
V01 (največ)= 2VS/ ᴨ
RMS vrednost osnovne napetosti je
V01 (RMS)= 2VS/ √2ᴨ = √2VS/ ᴨ
Temeljna komponenta efektivnega izhodnega toka je
jaz01 (RMS)= V01 (RMS)/ R
Dobiti moramo faktor izkrivljanja, faktor izkrivljanja je označen z g.
g = V01 (RMS)/ V0 (RMS) = efektivna vrednost osnovne napetosti / skupna efektivna vrednost izhodne napetosti
Z nadomestitvijo V01 (RMS) in V0 (RMS) vrednosti v g bodo dobile
g = 2√2 / ᴨ
Skupaj harmonično popačenje je izraženo kot
V izhodni napetosti je skupno harmonsko popačenje THD = 48,43%, po IEEE pa mora biti skupno harmonsko popačenje 5%.
Temeljna izhodna moč enofaznega pretvornika mostu je
P01= (V01 (rms))dva/ R = Idva01 (rms)R
Z uporabo zgornje formule lahko izračunamo osnovno izhodno moč.
Na ta način lahko izračunamo različne parametre enofaznega polmostnega pretvornika.
Enofazni pol mostni pretvornik z R-L obremenitvijo
Shema vezja obremenitve R-L je prikazana na spodnji sliki.
Enofazni pol mostni pretvornik z R-L obremenitvijo
Shema vezja enofaznega polmostnega pretvornika z R-L obremenitvijo je sestavljena iz dveh stikal, dveh diod in napetosti. Obremenitev R-L je povezana med točko A in točko O, točka A je vedno pozitivna, točka O pa negativna. Če tok teče od točke A do O, se tok šteje za pozitiven, podobno če tok teče od točke do A, se tok šteje za negativen.
V primeru obremenitve R-L bo izhodni tok eksponentna funkcija času in zaostaja za kotom izhodne napetosti.
ϕ = torej-1( ω L / R)
Delovanje enofaznega pol mostnega pretvornika z R-obremenitvijo
Delovna operacija temelji na naslednjih časovnih intervalih
(i) Interval I (0
Z uporabo KVL za ta časovni interval dobimo
Izhodna napetost V0> 0 Izhodni tok teče v obratni smeri, torej i0<0 switch current iS1= 0 in tok diode iD1= -i0
(ii) Interval II (t1
Uporaba KVL bo dobila
Izhodna napetost V0> 0 Izhodni tok teče naprej, torej i0> 0 preklopni tok iS1= i0in diodni tok iD1= 0
(iii) Interval III (T / 2
Uporaba KVL bo dobila
Izhodna napetost V0<0 The output current flows in the forward direction, therefore, i0> 0 preklopni tok iS1= 0 in tok diode iD1= 0
(iv) Interval IV (t2
Uporaba KVL bo dobila
Izhodna napetost V0<0 The output current flows in the opposite/reverse direction therefore i0<0 switch current iS1= 0 in tok diode iD1= 0
Načini delovanja pretvornika Half Bridge
Povzetek časovnih intervalov je prikazan v spodnji tabeli
S.NO | Časovni interval | Obnašanje naprave | Izhodna napetost (V0 ) | Izhod Trenutni ( jaz0 ) | Preklopni tok (iS1 ) | Stikalna dioda (iD1 ) |
1. | 0 | D1. | V0> 0 | jaz0<0 | 0 | - JAZ0 |
dva | t1. | S1. | V0> 0 | jaz0> 0 | jaz0 | 0 |
3. | T / 2 | Ddva | V0<0 | jaz0> 0 | 0 | 0 |
4. | tdva | Sdva | V0<0 | jaz0<0 | 0 | 0 |
Valovna oblika izhodne napetosti enofaznega pretvornika s pol mostom z RL obremenitvijo je prikazana na spodnji sliki.
Valovna oblika izhodne napetosti enofaznega pol mostnega pretvornika z R-L obremenitvijo
Half Bridge Inverter vs Full Bridge Inverter
Razlika med pretvornikom s pol mostom in pretvornikom s pol mostom je prikazana v spodnji tabeli.
S.NO | Pretvornik Half Bridge | Pretvornik s polnim mostom |
1. | Učinkovitost pretvornika s pol mostom je velika | V pretvorniku s polnim mostomtudi,učinkovitost je velika |
dva | V pretvorniku s pol mostom so valovne oblike izhodne napetosti kvadratne, kvazi kvadratne ali PWM | V pretvorniku s polnim mostom so valovne oblike izhodne napetosti kvadratne, kvazi kvadratne ali PWM |
3. | Najvišja napetost v pretvorniku s pol mostom je polovica enosmerne napajalne napetosti | Najvišja napetost v pretvorniku s polnim mostom je enaka enosmerni napajalni napetosti |
4. | Pretvornik s pol mostom vsebuje dva stikala | Pretvornik s polnim mostom vsebuje štiri stikala |
5. | Izhodna napetost je E0= E.DC/ dva | Izhodna napetost je E0= E.DC |
6. | Temeljna izhodna napetost je E1.= 0,45 E.DC | Temeljna izhodna napetost je E1.= 0,9 E.DC |
7. | Ta vrsta pretvornika ustvarja bipolarne napetosti | Ta vrsta pretvornika ustvarja monopolarne napetosti |
Prednosti
Prednosti enofaznega polmostnega pretvornika so
- Vezje je preprosto
- Stroški so nizki
Slabosti
Slabosti enofaznega pretvornika s polmosti so
- TUF (faktor izkoriščanja transformatorja) je nizek
- Učinkovitost je nizka
Tu gre torej za to pregled pretvornika s pol mostom , obravnavana je razlika med polmostnim pretvornikom in polno mostnim pretvornikom, prednosti, slabosti, enofazni polmostni pretvornik z uporovno obremenitvijo. Tukaj je vprašanje za vas, kakšne aplikacije ima polmostni pretvornik?