Invertor cu jumătate de punte monofazat și cu punte completă folosind matlab

Alimentarea cu curent alternativ (AC) este utilizată pentru aproape toate nevoile rezidențiale, comerciale și industriale. Dar cea mai mare problemă cu AC este că nu poate fi stocată pentru o utilizare viitoare. Deci AC este transformat în DC și apoi DC este stocat în baterii și ultra-condensatori. Și acum, ori de câte ori este nevoie de curent alternativ, DC este din nou convertit în curent alternativ pentru a rula aparatele pe bază de curent alternativ. Deci, dispozitivul care convertește DC în curent alternativ se numește invertor.

Pentru aplicații monofazate se folosește invertor monofazat. Există în principal două tipuri de invertoare monofazate: invertor cu jumătate de pod și invertor cu punte completă. Aici vom studia modul în care aceste invertoare pot fi construite și vom simula circuitele din MATLAB.

Invertor pe jumătate de pod

Acest tip de invertor necesită două comutatoare electronice de putere (MOSFET). MOSFET sau IGBT este utilizat pentru schimbarea scopului. Diagrama circuitului invertorului cu jumătate de punte este așa cum se arată în figura de mai jos.

Așa cum se arată în diagrama circuitului, tensiunea DC de intrare este Vdc = 100 V. Această sursă este împărțită în două părți egale. Acum impulsurile de poartă sunt date la MOSFET așa cum se arată în figura de mai jos.

În funcție de frecvența de ieșire, timpul de pornire și timpul de oprire al MOSFET sunt stabilite și sunt generate impulsuri de poartă. Avem nevoie de 50Hz de curent alternativ, deci perioada de timp a unui ciclu (0 <t <2π) este de 20 msec. Așa cum se arată în diagramă, MOSFET-1 este declanșat pentru prima jumătate a ciclului (0 <t <π) și în această perioadă de timp MOSFET-2 nu este declanșat. În această perioadă de timp, curentul va curge în direcția săgeții așa cum se arată în figura de mai jos și jumătatea ciclului de ieșire AC este finalizată. Curentul din sarcină este de la dreapta la stânga, iar tensiunea de încărcare este egală cu + Vdc / 2.

În a doua jumătate a ciclului (π <t <2π), MOSFET-2 este declanșat și sursa de tensiune mai mică este conectată la sarcină. Curentul din sarcină este de la stânga la dreapta, iar tensiunea de sarcină este egală cu -Vdc / 2. În această perioadă de timp, curentul va curge așa cum se arată în figură, iar celălalt jumătate de ciclu de ieșire AC este finalizat.

Invertor Full Bridge

La acest tip de invertor, sunt utilizate patru comutatoare. Principala diferență între invertorul jumătate de punte și invertorul cu punte completă este valoarea maximă a tensiunii de ieșire. La invertorul cu jumătate de punte, tensiunea de vârf este jumătate din tensiunea de alimentare DC. În invertorul cu punte completă, tensiunea de vârf este aceeași cu tensiunea de alimentare DC. Schema circuitului invertorului cu punte completă este așa cum se arată în figura de mai jos.

Pulsul porții pentru MOSFET 1 și 2 este același. Ambele comutatoare funcționează în același timp. În mod similar, MOSFET 3 și 4 au aceleași impulsuri de poartă și funcționează în același timp. Dar, MOSFET 1 și 4 (braț vertical) nu funcționează niciodată în același timp. Dacă se întâmplă acest lucru, atunci sursa de tensiune continuă va fi scurtcircuitată.

Pentru jumătatea ciclului superior (0 <t <π), MOSFET 1 și 2 se declanșează și curentul va curge așa cum se arată în figura de mai jos. În această perioadă de timp, curentul curge de la stânga la dreapta.

Pentru jumătate de ciclu inferior (π <t <2π), MOSFET 3 și 4 se declanșează și curentul va curge așa cum se arată în figură. În această perioadă de timp, curentul curge de la dreapta la stânga. Tensiunea de sarcină de vârf este aceeași cu tensiunea de alimentare DC Vcc în ambele cazuri.

Simularea invertorului Half-Bridge în MATLAB

Pentru simulare adăugați elemente în fișierul model din biblioteca Simulink.

1) 2 surse DC - 50V fiecare

2) 2 MOSFET

3) Sarcină rezistivă

4) Generator de impulsuri

5) NU poarta

6) Powergui

7) Măsurarea tensiunii

8) GOTO și FROM

Conectați toate componentele conform schemei de circuit. Captura de ecran a fișierului model Half Bridge Inverter este prezentată în imaginea de mai jos.

Impulsul de poartă 1 și impulsul de poartă 2 sunt impulsuri de poartă pentru MOSFET1 și MOSFET2 care sunt generate de circuitul generatorului de poartă. Pulsul porții este generat de PULSE GENERATOR. În acest caz, MOSFET1 și MOSFET2 nu pot fi declanșate în același timp. Dacă se întâmplă acest lucru, atunci sursa de tensiune va fi scurtcircuitată. Când MOSFET1 este închis, MOSFET2 va fi deschis în acel moment, iar când MOSFET2 este închis, MOSFET1 este deschis în acel moment. Deci, dacă generăm impulsul porții pentru oricare MOSFET, atunci putem comuta acel impuls și îl putem folosi pentru alte MOSFET.

Generator de impulsuri de poartă

Imaginea de mai sus arată parametrul pentru blocul generatorului de impulsuri în MATLAB. Perioada este-2e 3 înseamnă 20 msec. Dacă aveți nevoie de ieșire de frecvență de 60Hz, atunci perioada va fi de 16,67 msec. Pulsul lățime este în ceea ce privește procentul perioadei. Înseamnă că pulsul porții este generat numai pentru această zonă. În acest caz, l-am setat la 50%, înseamnă că este generat 50% impuls de poartă de perioadă și 50% impuls de poartă de perioadă nu este generat. Defazajul este setat 0 sec, înseamnă că nu dau nici o întârziere la pulsul poarta. Dacă există o întârziere de fază, înseamnă că pulsul porții va fi generat după acest timp. De exemplu, dacă întârzierea fazei este 1e-3, atunci pulsul porții va fi generat după 10 msec.

În acest fel putem genera impulsul de poartă pentru MOSFET1 și acum vom comuta acest impuls de poartă și îl vom folosi pentru MOSFET2. În simulare, vom folosi poarta NU logică. Poarta NOT inversă ieșirea înseamnă că va converti de la 1 la 0 și de la 0 la 1. Acesta este modul în care putem obține exact impulsul opus al porții, astfel încât sursa de curent continuu să nu fie niciodată scurtcircuitată.

În practică, nu putem folosi 50% lățime a impulsului. MOSFET-ul sau orice întrerupător electric de alimentare necesită puțin timp pentru a se opri. Pentru a evita scurtcircuitul sursei, lățimea pulsului este setată în jur de 45% pentru a permite timpul de oprire a MOSFET-urilor. Această perioadă de timp este cunoscută sub numele de Dead Time. Dar, în scopul simulării, putem folosi 50% lățime a impulsului.

Forma de undă de ieșire pentru invertorul Half-Bridge

Această captură de ecran este pentru tensiunea de ieșire peste sarcină. În această imagine, putem vedea că, valoarea de vârf a tensiunii de sarcină este de 50V, care reprezintă jumătate din alimentarea DC și frecvența este de 50Hz. Pentru un ciclu complet, timpul necesar este de 20 msec.

Simularea invertorului Full Bridge în MATLAB

Dacă obțineți ieșirea invertorului cu jumătate de punte, atunci este ușor să implementați invertorul cu punte completă, deoarece majoritatea lucrurilor rămân aceleași. De asemenea, în invertorul cu punte completă, avem nevoie doar de două impulsuri de poartă, care sunt identice cu invertorul cu jumătate de punte. Un impuls de poartă este pentru MOSFET 1 și 2 și inversul acestui impuls de poartă este pentru MOSFET 3 și 4.

Elemente necesare

1) 4 - MOSFET

2) 1 sursă DC

3) Sarcină rezistivă

4) Măsurarea tensiunii

5) Generator de impulsuri

6) GOTO și FROM

7) powergui

Conectați toate componentele așa cum se arată în captura de ecran de mai jos.

Formă de undă de ieșire pentru invertorul Full Bridge

Această captură de ecran este pentru tensiunea de ieșire peste sarcină. Aici putem vedea că, valoarea de vârf a tensiunii de sarcină este egală cu tensiunea de alimentare DC, care este de 100V.

Puteți verifica plimbarea completă prin intermediul videoclipului despre cum să construiți și să simulați invertorul Half Bridge și Full Bridge în MATLAB de mai jos.