Matlab kullanarak tek fazlı yarım köprü ve tam köprü invertör

Alternatif Akım (AC) güç kaynağı, neredeyse tüm konut, ticari ve endüstriyel ihtiyaçlar için kullanılır. Ancak AC ile ilgili en büyük sorun, ileride kullanılmak üzere saklanamamasıdır. Böylece AC, DC'ye dönüştürülür ve ardından DC, pillerde ve ultra kapasitörlerde depolanır. Ve şimdi AC'ye ihtiyaç duyulduğunda, DC, AC tabanlı cihazları çalıştırmak için tekrar AC'ye dönüştürülür. Dolayısıyla DC'yi AC'ye çeviren cihaza İnvertör denir.

Tek fazlı uygulamalar için tek fazlı invertör kullanılır. Başlıca iki tür tek fazlı evirici vardır: Yarım Köprü Çevirici ve Tam Köprü Çevirici. Burada bu invertörlerin nasıl inşa edilebileceğini inceleyeceğiz ve MATLAB'daki devreleri simüle edeceğiz.

Yarım Köprü Çevirici

Bu tip İnvertör, iki güç elektroniği anahtarı (MOSFET) gerektirir. MOSFET veya IGBT, anahtarlama amacıyla kullanılır. Yarım köprü inverterin devre şeması aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir.

Devre şemasında gösterildiği gibi, giriş DC voltajı Vdc = 100 V. Bu kaynak iki eşit parçaya bölünmüştür. Şimdi kapı darbeleri, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi MOSFET'e verilir.

Çıkış frekansına göre, MOSFET'in ON ve OFF zamanlarına karar verilir ve kapı darbeleri oluşturulur. 50 Hz AC gücüne ihtiyacımız var, bu nedenle bir döngünün süresi (0 <t <2π) 20 msn'dir. Şemada gösterildiği gibi, MOSFET-1 ilk yarı döngü (0 <t <π) için tetiklenir ve bu süre zarfında MOSFET-2 tetiklenmez. Bu zaman diliminde akım aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi ok yönünde akar ve AC çıkışının yarım çevrimi tamamlanır. Yükten gelen akım sağdan sola doğrudur ve yük voltajı + Vdc / 2'ye eşittir.

İkinci yarı çevrimde (π <t <2π), MOSFET-2 tetiklenir ve yüke daha düşük voltaj kaynağı bağlanır. Yükten gelen akım soldan sağa yöndedir ve yük voltajı -Vdc / 2'ye eşittir. Bu zaman diliminde akım şekilde gösterildiği gibi akacak ve AC çıkışının diğer yarı döngüsü tamamlanmış olacaktır.

Tam Köprü Çevirici

Bu tür invertörde dört anahtar kullanılır. Yarım köprü ile tam köprü invertörü arasındaki temel fark, çıkış voltajının maksimum değeridir. Yarım köprü invertörde, tepe voltajı DC besleme voltajının yarısıdır. Tam köprü inverterinde, tepe voltajı DC besleme voltajı ile aynıdır. Tam köprü çeviricinin devre diyagramı olarak şeklin altında gösterilmiştir.

MOSFET 1 ve 2 için geçit darbesi aynıdır. Her iki anahtar da aynı anda çalışıyor. Benzer şekilde, MOSFET 3 ve 4 aynı kapı darbelerine sahiptir ve aynı anda çalışır. Ancak, MOSFET 1 ve 4 (dikey kol) asla aynı anda çalışmaz. Bu olursa, DC voltaj kaynağı kısa devre yapacaktır.

Üst yarı döngü için (0 <t <π), MOSFET 1 ve 2 tetiklenir ve akım aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi akar. Bu zaman diliminde, akım soldan sağa doğru akar.

Daha düşük yarı döngü için (π <t <2π), MOSFET 3 ve 4 tetiklenir ve akım şekilde gösterildiği gibi akar. Bu zaman diliminde, akım sağdan sola doğru akar. Pik yük voltajı her iki durumda da DC besleme voltajı Vdc ile aynıdır.

MATLAB'da Yarım Köprü İnvertör Simülasyonu

Simülasyon için Simulink kitaplığından model dosyasına elemanlar ekleyin.

1) 2 DC kaynağı - her biri 50V

2) 2 MOSFET

3) Dirençli yük

4) Darbe üreteci

5) DEĞİL kapısı

6) Powergui

7) Gerilim ölçümü

8) GOTO ve FROM

Tüm bileşenleri devre şemasına göre bağlayın. Half Bridge Inverter model dosyasının ekran görüntüsü aşağıdaki resimde gösterilmektedir.

Kapı darbesi 1 ve kapı darbesi 2, kapı jeneratör devresinden üretilen MOSFET1 ve MOSFET2 için kapı darbeleridir. Kapı darbesi PULSE GENERATOR tarafından üretilir. Bu durumda, MOSFET1 ve MOSFET2 aynı anda tetiklenemez. Bu olursa, voltaj kaynağı kısa devre yapacaktır. MOSFET1 kapatıldığında, MOSFET2 o anda açık olacak ve MOSFET2 kapatıldığında MOSFET1 o anda açık olacaktır. Yani, herhangi bir MOSFET için geçit darbesi üretirsek, bu darbeyi değiştirebilir ve diğer MOSFET'ler için kullanabiliriz.

Gate Darbe jeneratörü

Yukarıdaki görüntü, MATLAB'daki darbe üreteci bloğu için parametreyi göstermektedir. Süresi 2e-3 aracı 20 milisaniyedir. 60Hz frekans çıkışına ihtiyacınız varsa, bu süre 16.67 milisaniye olacaktır. Genişliği atım süresinin yüzdesi cinsinden olup. Bu, geçit darbesinin yalnızca bu alan için üretildiği anlamına gelir. Bu durumda, bunu% 50 olarak ayarlıyoruz, bu% 50 dönem kapısı darbesinin üretildiği ve% 50 dönem kapısı darbesinin üretilmediği anlamına gelir. Faz gecikmesi, 0 saniye ayarlamak Biz kapı darbesine herhangi bir gecikme vermek değildir araçla gerçekleştirilir. Herhangi bir faz gecikmesi varsa, bu süreden sonra kapı darbesinin üretileceği anlamına gelir. Örneğin, faz gecikmesi 1e-3 ise, 10 ms sonra kapı darbesi üretilecektir.

Bu yolla MOSFET1 için geçit darbesini oluşturabiliriz ve şimdi bu geçit darbesini MOSFET2 için değiştirip onu kullanacağız. Simülasyonda, mantıksal NOT geçidi kullanacağız. NOT geçidi çıkışın tersi, 1'den 0'a ve 0'dan 1'e dönüşeceği anlamına gelir. Bu, tam olarak zıt geçit darbesi elde edebiliriz, böylece DC kaynağı asla kısa devre olmaz.

Pratikte% 50 darbe genişliğini kullanamayız. MOSFET veya herhangi bir elektrik anahtarının kapanması kısa sürer. Kaynağın kısa devresini önlemek için, MOSFET'lerin kapanması için zaman tanımak için darbe genişliği yaklaşık% 45 olarak ayarlanmıştır. Bu zaman periyodu Ölü Zaman olarak bilinir. Ancak simülasyon amacıyla% 50 darbe genişliği kullanabiliriz.

Yarım Köprü Çevirici için çıkış dalga biçimi

Bu ekran görüntüsü, yük boyunca çıkış voltajı içindir. Bu görüntüde yük voltajının tepe değerinin 50V, DC beslemenin yarısı olan ve frekansın 50Hz olduğunu görebiliriz. Bir döngünün tamamı için gerekli süre 20 milisaniyedir.

MATLAB'da Tam Köprü İnvertör Simülasyonu

Yarım köprü invertörünün çıkışını alırsanız, tam köprü invertörünü uygulamak kolaydır, çünkü her şeyin çoğu aynı kalır. Gelen tam köprü invertör da, yarım köprü invertör aynıdır sadece iki kapı darbeleri gerekir. Bir geçit darbesi MOSFET 1 ve 2 içindir ve bu geçit darbesinin tersi MOSFET 3 ve 4 içindir.

Gerekli öğeler

1) 4 - MOSFET

2) 1 DC kaynağı

3) Dirençli yük

4) Gerilim ölçümü

5) Darbe üreteci

6) GOTO ve FROM

7) güç

Tüm bileşenleri aşağıdaki ekran görüntüsünde gösterildiği gibi bağlayın.

Tam Köprü İnvertörü için çıkış dalga formu

Bu ekran görüntüsü, yük boyunca çıkış voltajı içindir. Burada yük geriliminin tepe değerinin 100V olan DC besleme gerilimine eşit olduğunu görebiliriz.

Aşağıdaki MATLAB'da Yarım Köprü ve Tam Köprü İnvertörünün nasıl oluşturulacağı ve simüle edileceğini gösteren Video ile tam bir yürüyüşe bakabilirsiniz.