Der Wechselrichter ist ein leistungselektronischer Wandler, der direkte Leistung in Wechselleistung umwandelt. Mit diesem Wechselrichter können wir festen Gleichstrom in eine variable Wechselstromleistung umwandeln, die als variable Frequenz und Spannung gilt. Zweitens können wir von diesem Wechselrichter aus die Frequenz variieren, d. H. Wir können die Frequenzen 40 Hz, 50 Hz, 60 Hz gemäß unserer Anforderung erzeugen. Wenn der Gleichstromeingang eine Spannungsquelle ist, wird der Wechselrichter als VSI (Voltage Source Inverter) bezeichnet. Die Wechselrichter benötigen vier Schaltgeräte, während der Halbbrückenwechselrichter zwei Schaltgeräte benötigt. Es gibt zwei Arten von Brückenwechselrichtern: Halbbrücken Wandler und Vollbrückenwechselrichter. Dieser Artikel beschreibt den Halbbrückenwechselrichter.
Was ist ein Halbbrückenwechselrichter?
Der Wechselrichter ist ein Gerät, das eine Gleichspannung in Wechselspannung umwandelt und aus vier Schaltern besteht, während der Halbbrückenwechselrichter zwei Dioden und zwei Schalter benötigt, die antiparallel geschaltet sind. Die beiden Schalter sind komplementäre Schalter, dh wenn der erste Schalter eingeschaltet ist, ist der zweite Schalter ausgeschaltet. Wenn der zweite Schalter eingeschaltet ist, ist der erste Schalter ausgeschaltet.
Einphasiger Halbbrückenwechselrichter mit ohmscher Last
Das Schaltbild eines einphasigen Halbbrückenwechselrichters mit ohmscher Last ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Halbbrückenwechselrichter
Wobei RL die ohmsche Last ist, V.s/ 2 ist die Spannungsquelle S.1und S.zweisind die zwei Schalter, ich0ist der Strom. Wo jeder Schalter mit Dioden D verbunden ist1und D.zweiparallel. In der obigen Abbildung sind die Schalter S.1und S.zweisind die selbstkommutierenden Schalter. Der Schalter S.1leitet, wenn die Spannung positiv und der Strom negativ ist, Schalter S.zweileitet, wenn die Spannung negativ und der Strom negativ ist. Das Diode D.1leitet, wenn die Spannung positiv und der Strom negativ ist, Diode D.zweileitet, wenn die Spannung negativ und der Strom positiv ist.
Fall 1 (wenn Schalter S.1ist EIN und S.zweiist aus): Beim Schalter S.1Ist von einer Zeitspanne von 0 bis T / 2 eingeschaltet, ist die Diode D.1und D.zweisind in umgekehrter Vorspannungsbedingung und S.zweiSchalter ist auf OFF.
Anwendung von KVL (Kirchhoffs Spannungsgesetz)
V.s/ 2-V0= 0
Wo Ausgangsspannung V.0= V.s/zwei
Wo Ausgangsstrom i0= V.0/ R = V.s/ 2r
Bei Versorgungsstrom oder Schaltstrom ist der Strom iS1= i0 = Vs / 2R, iS2= 0 und der Diodenstrom iD1= iD2= 0.
Fall 2 (wenn Schalter S.zweiist EIN und S.1ist aus) : Beim Schalter S.zweiIst von einer Zeitspanne von T / 2 bis T eingeschaltet, ist die Diode D.1und D.zweisind in umgekehrter Vorspannungsbedingung und S.1Schalter ist auf OFF.
Anwendung von KVL (Kirchhoffs Spannungsgesetz)
V.s/ 2 + V.0= 0
Wo Ausgangsspannung V.0= -Vs/zwei
Wo Ausgangsstrom i0= V.0/ R = -Vs/ 2r
Bei Versorgungsstrom oder Schaltstrom ist der Strom iS1= 0, iS2= i0= -Vs/ 2R und der Diodenstrom iD1= iD2= 0.
Die Wellenform der Ausgangsspannung des einphasigen Halbbrückenwechselrichters ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Ausgangsspannungswellenform des Halbbrückenwechselrichters
Der Durchschnittswert der Ausgangsspannung beträgt
Die Ausgangsspannungswellenform von der Wandlungszeit 'T' zur 'ωt' -Achse ist in der folgenden Abbildung dargestellt
Zeitachse der Ausgangsspannungswellenform konvertieren
Wenn mit Null multipliziert wird, ist es Null. Wenn mit T / 2 multipliziert wird, ist es T / 2 = π. Wenn mit T multipliziert wird, ist es T = 2π. Wenn mit 3T / 2 multipliziert wird, ist es T. / 2 = 3π und so weiter. Auf diese Weise können wir diese Zeitachse in die ωt-Achse umwandeln.
Der Durchschnittswert von Ausgangsspannung und Ausgangsstrom beträgt
V.0 (Durchschnitt)= 0
ich0 (Durchschnitt)= 0
Der Effektivwert der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms beträgt
V.0 (RMS)= V.S./zwei
ich0 (RMS)= V.0 (RMS)/ R = V.S./ 2r
Die Ausgangsspannung, die wir in einem Wechselrichter erhalten, ist keine reine Sinuswelle, d. H. Eine Rechteckwelle. Die Ausgangsspannung mit der Grundkomponente ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Ausgangsspannungswellenform mit grundlegender Komponente
Verwenden der Fourier-Reihe
Wo Cnzunund Bnsind
bn= V.S./ nᴨ (1-cosnᴨ)
Das Bn= 0 beim Ersetzen von geraden Zahlen (n = 2,4,6… ..) und bn= 2 Vs / nπ beim Ersetzen ungerader Zahlen (n = 1,3,5 ……). Ersatz bn= 2 Vs / nπ und an= 0 in C.nwird C bekommenn= 2 Vs / nπ.
ϕn= so-1(zun/ bn) = 0
V.01 ( ωt) = 2 V.S./ ᴨ * (ohne ωt )
Ersatz V.0 (Durchschnitt)= 0 in wird bekommen
Die Gleichung (1) kann auch geschrieben werden als
V.0 ( ωt) = 2 V.S./ ᴨ * (ohne ωt ) + zwei V.S./ 3ᴨ * (Sin3 ωt ) + zwei V.S./ 5ᴨ * (Sin5 ωt ) + …… .. + ∞
V.0 ( ωt) = V.01 ( ωt) + V.03 ( ωt) + V.05 ( ωt)
Der obige Ausdruck ist die Ausgangsspannung, die aus Grundspannung und ungeraden Harmonischen besteht. Es gibt zwei Methoden, um diese harmonischen Komponenten zu entfernen: die Filterschaltung und die Pulsweitenmodulationstechnik.
Die Grundspannung kann geschrieben werden als
V.01 ( ωt) = 2VS./ ᴨ * (ohne ωt )
Der Maximalwert der Grundspannung
V.01 (max)= 2VS./ ᴨ
Der Effektivwert der Grundspannung beträgt
V.01 (RMS)= 2VS./ √2ᴨ = √2VS./ ᴨ
Die Grundkomponente des Effektivausgangsstroms ist
ich01 (RMS)= V.01 (RMS)/ R.
Wir müssen den Verzerrungsfaktor erhalten, der Verzerrungsfaktor wird mit g bezeichnet.
g = V.01 (RMS)/ V.0 (RMS) = Effektivwert der Grundspannung / Gesamt-Effektivwert der Ausgangsspannung
Durch Ersetzen der V.01 (RMS) und V.0 (RMS) Werte in g werden erhalten
g = 2√2 / ᴨ
Die Summe harmonische Verzerrung wird ausgedrückt als
In der Ausgangsspannung beträgt die gesamte harmonische Verzerrung THD = 48,43%, aber gemäß IEEE sollte die gesamte harmonische Verzerrung 5% betragen.
Die Grundleistung des einphasigen Brückenwechselrichters beträgt
P.01= (V.01 (rms))zwei/ R = I.zwei01 (rms)R.
Mit der obigen Formel können wir die Grundleistung berechnen.
Auf diese Weise können wir die verschiedenen Parameter des einphasigen Halbbrückenwechselrichters berechnen.
Einphasen-Halbbrückenwechselrichter mit R-L-Last
Das Schaltbild der R-L-Last ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Einphasen-Halbbrückenwechselrichter mit R-L-Last
Der Schaltplan des einphasigen Halbbrückenwechselrichters mit R-L-Last besteht aus zwei Schaltern, zwei Dioden und einer Spannungsversorgung. Die R-L-Last ist zwischen A-Punkt und O-Punkt verbunden, Punkt A wird immer als positiv und Punkt O als negativ betrachtet. Wenn der Strom von Punkt A nach O fließt, wird der Strom als positiv betrachtet. Wenn der Strom von Punkt nach A fließt, wird der Strom als negativ betrachtet.
Im Fall von R-L-Last ist der Ausgangsstrom eine Exponentialfunktion zur Zeit und liegt um einen Winkel hinter der Ausgangsspannung zurück.
ϕ = so-1(( ω L / R)
Betrieb eines einphasigen Halbbrückenwechselrichters mit R-Last
Der Arbeitsvorgang basiert auf den folgenden Zeitintervallen
(i) Intervall I (0
Durch Anwenden von KVL auf dieses Zeitintervall wird
Die Ausgangsspannung V.0> 0 Der Ausgangsstrom fließt in umgekehrter Richtung, daher i0<0 switch current iS1= 0 und Diodenstrom iD1= -i0
(ii) Intervall II (t1
Das Anwenden von KVL wird erhalten
Die Ausgangsspannung V.0> 0 Der Ausgangsstrom fließt in Vorwärtsrichtung, d.h.0> 0 Schaltstrom iS1= i0und Diodenstrom iD1= 0
(iii) Intervall III (T / 2
Das Anwenden von KVL wird erhalten
Die Ausgangsspannung V.0<0 The output current flows in the forward direction, therefore, i0> 0 Schaltstrom iS1= 0 und Diodenstrom iD1= 0
(iv) Intervall IV (t2
Das Anwenden von KVL wird erhalten
Die Ausgangsspannung V.0<0 The output current flows in the opposite/reverse direction therefore i0<0 switch current iS1= 0 und Diodenstrom iD1= 0
Betriebsarten des Halbbrückenwechselrichters
Die Zusammenfassung der Zeitintervalle ist in der folgenden Tabelle dargestellt
| S.NO. | Zeitintervall | Gerät führt | Ausgangsspannung (V.0 ) | Ausgabe Strom (( ich0 ) | Schaltstrom (iS1 ) | Schaltdiode (iD1 ) |
| 1 | 0 | D.1 | V.0> 0 | ich0<0 | 0 | - ICH0 |
| zwei | t1 | S.1 | V.0> 0 | ich0> 0 | ich0 | 0 |
| 3 | T / 2 | D.zwei | V.0<0 | ich0> 0 | 0 | 0 |
| 4 | tzwei | S.zwei | V.0<0 | ich0<0 | 0 | 0 |
Die Ausgangsspannungswellenform eines einphasigen Halbbrückenwechselrichters mit RL-Last ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Ausgangsspannungswellenform eines einphasigen Halbbrückenwechselrichters mit R-L-Last
Halbbrückenwechselrichter gegen Vollbrückenwechselrichter
Der Unterschied zwischen Halbbrückenwechselrichter und Vollbrückenwechselrichter ist in der folgenden Tabelle dargestellt.
| S.NO. | Halbbrückenwechselrichter | Vollbrückenwechselrichter |
1 | Der Wirkungsgrad ist bei Halbbrückenwechselrichtern hoch | Im Vollbrückenwechselrichterebenfalls,Der Wirkungsgrad ist hoch |
zwei | In Halbbrückenwechselrichtern sind die Ausgangsspannungswellenformen quadratisch, quasi quadratisch oder PWM | Im Vollbrückenwechselrichter sind die Ausgangsspannungswellenformen quadratisch, quasi quadratisch oder PWM |
3 | Die Spitzenspannung im Halbbrückenwechselrichter beträgt die Hälfte der DC-Versorgungsspannung | Die Spitzenspannung im Vollbrückenwechselrichter entspricht der DC-Versorgungsspannung |
4 | Der Halbbrückenwechselrichter enthält zwei Schalter | Der Vollbrückenwechselrichter enthält vier Schalter |
5 | Die Ausgangsspannung beträgt E.0= E.DC/zwei | Die Ausgangsspannung beträgt E.0= E.DC |
6 | Die grundlegende Ausgangsspannung ist E.1= 0,45 E.DC | Die grundlegende Ausgangsspannung ist E.1= 0,9 E.DC |
7 | Dieser Wechselrichtertyp erzeugt bipolare Spannungen | Dieser Wechselrichtertyp erzeugt monopolare Spannungen |
Vorteile
Die Vorteile des einphasigen Halbbrückenwechselrichters sind
- Schaltung ist einfach
- Die Kosten sind niedrig
Nachteile
Die Nachteile des einphasigen Halbbrückenwechselrichters sind
- Der TUF (Transformer Utilization Factor) ist niedrig
- Der Wirkungsgrad ist gering
Das ist also alles über eine Übersicht über den Halbbrückenwechselrichter , der Unterschied zwischen Halbbrückenwechselrichter und Vollbrückenwechselrichter, Vor- und Nachteile, einphasiger Halbbrückenwechselrichter mit ohmscher Last wird diskutiert. Hier ist eine Frage an Sie, welche Anwendungen hat der Halbbrückenwechselrichter?
