Che cos'è un inverter a ponte completo: funzionamento e applicazione

L'inverter è un dispositivo elettrico che converte l'alimentazione CC in ingresso in una tensione CA simmetrica di ampiezza e frequenza standard sul lato di uscita. È anche chiamato come Convertitore da CC a CA. . Un ingresso e un'uscita ideali dell'inverter possono essere rappresentati in forme d'onda sinusoidali e non sinusoidali. Se la sorgente di ingresso dell'inverter è una sorgente di tensione, si dice che l'inverter sia chiamato inverter di sorgente di tensione (VSI) e se la sorgente di ingresso dell'inverter è una sorgente di corrente, allora viene chiamato inverter sorgente di corrente (CSI) . Gli inverter sono classificati in 2 tipi in base al tipo di carico utilizzato, ovvero monofase inverter e inverter trifase. Gli inverter monofase sono ulteriormente classificati in 2 tipi di inverter a semiponte e inverter a ponte intero. Questo articolo spiega in dettaglio la costruzione e il funzionamento di un inverter full-bridge.

Cos'è un inverter monofase full bridge?

Definizione: Un inverter monofase a ponte intero è un dispositivo di commutazione che genera una tensione di uscita AC a onda quadra sull'applicazione dell'ingresso DC regolando l'accensione e lo spegnimento dell'interruttore in base alla sequenza di commutazione appropriata, dove la tensione di uscita generata è della forma + Vdc , -Vdc o 0.

Classificazione degli inverter

Gli inverter sono classificati in 5 tipi

Secondo le caratteristiche dell'uscita

• Inverter ad onda quadra
• Il suo invertitore d'onda
• Inverter sinusoidale modificato.

Secondo la fonte dell'inverter

• Inverter sorgente di corrente
• Inverter sorgente di tensione

Secondo il tipo di carico

Inverter monofase

• Inverter a mezzo ponte
• Inverter a ponte intero

Inverter trifase

• Modalità a 180 gradi
• Modalità a 120 gradi

Secondo diversa tecnica PWM

• Semplice modulazione della larghezza di impulso (SPWM)
• Modulazione di larghezza di impulso multipla (MPWM)
• Modulazione sinusoidale della larghezza di impulso (SPWM)
• Modulazione di larghezza di impulso sinusoidale modificata (MSPWM)

Secondo il numero di livelli di output.

• Inverter a 2 livelli regolari
• Inverter multilivello.

Costruzione

La costruzione dell'inverter a ponte intero è costituita da 4 chopper in cui ogni chopper è costituito da una coppia di a transistor o un tiristore e a diodo , coppia connessa insieme cioè

• T1 e D1 sono collegati in parallelo,
• T4 e D2 sono collegati in parallelo,
• T3 e D3 sono collegati in parallelo e
• T2 e D4 sono collegati in parallelo.

Un carico V0 è collegato tra la coppia di chopper in 'AB' ei terminali di estremità di T1 e T4 sono collegati alla sorgente di tensione VDC come mostrato di seguito.

Schema del circuito di inverter monofase a ponte intero

Un circuito equivalente può essere rappresentato sotto forma di interruttore come mostrato di seguito

Equazione della corrente del diodo

Funzionamento Inverter Full Bridge Monofase

Il funzionamento del ponte intero monofase utilizzando Carico RLC l'inverter può essere spiegato utilizzando i seguenti scenari

Overdamping e Underdamping

Dal grafico da 0 a T / 2 se applichiamo l'eccitazione CC al carico RLC. La corrente di carico in uscita ottenuta è nella forma d'onda sinusoidale. Poiché viene utilizzato il carico RLC, la reattanza del carico RLC è rappresentata in 2 condizioni come XL e XC

Codizione1: Se XL> XC, si comporta come un carico in ritardo e si dice che sia chiamato come un sistema overdamped e

Condizione2: Se XL

Forma d'onda inverter a ponte intero

Angolo di conduzione

Angolo di conduzione di ciascuno interruttore e ciascun diodo può essere determinato utilizzando la forma d'onda di V0 e I0.

In condizioni di carico ritardato

Caso 1: Da φ a π, V0> 0 e I0> 0 quindi commuta S1, S2 conduce
Caso 2: Da 0 a φ, V0> 0 e I0<0 then diodes D1, D2 conducts
Caso 3: Da π + φ a 2 π, V0<0 and I0 < 0 then switches S3, S4 conducts
Caso4: Da π a π + φ, V0 0 quindi i diodi D3, D4 conducono.

Alla condizione di carico iniziale

Caso 1: Da 0 a π - φ, V0> 0 e I0> 0 quindi commuta S1, S2 conduce

Caso 2: Da π - φ a π, V0> 0 e I0<0 then diodes D1, D2 conducts

Caso 3: Da π a 2 π - φ, V0<0 and I0 < 0 then switches S3, S4 conducts

Caso4: Forma 2 π - φ a 2 π, V0 0 quindi i diodi D3, D4 conducono

Caso 5: Prima di φ a 0, D3 e D4 conducono.

Pertanto l'angolo di conduzione di ciascun diodo è 'Phi' e l'angolo di conduzione di ciascuno Tiristore o Transistor è 'Π - φ'.

Commutazione forzata e auto commutazione

La situazione di auto commutazione può essere osservata in condizioni di carico iniziale

Dal grafico, possiamo osservare che “φ a π - φ”, S1 e S2 sono in conduzione e dopo che “π - φ”, D1, D2 stanno conducendo, a questo punto, la caduta di tensione diretta tra D1 e D2 è di 1 Volt. Dove S1 e S2 stanno affrontando una tensione negativa dopo 'π - φ' e quindi S1 ​​e S2 si spengono. Quindi l'auto commutazione è possibile in questo caso.

Forma d'onda inverter a ponte intero

La situazione di commutazione forzata può essere osservata in condizioni di carico ritardato

Dal grafico, possiamo osservare che 'o to φ', D1 e D2 sono in conduzione, e da π a φ, S1 e S2 sono in conduzione e sono in corto circuito. Dopo “φ” D3 e D4 conducono solo se S1 e S2 sono spenti, ma questa condizione può essere soddisfatta solo forzando lo spegnimento di S1 ​​e S2. Quindi, usiamo il concetto di forzato commutazione .

Formule

1). L'angolo di conduzione di ciascun diodo è Phi

2). L'angolo di conduzione di ogni tiristore è π - φ .

3). L'auto-commutazione è possibile solo con un carico del fattore di potenza principale o un sistema smorzato al momento dello spegnimento del circuito t_c= φ / w_{0 .}Dove w0 è la frequenza fondamentale.

4). serie di Fourier V₀(t) = ∑_{n = 1,3,5}^un[4 V_DC/ nπ] Sin n w₀t

5). io₀(t) = ∑_{n = 1,3,5}^un[4 V_DC/ nπ l z_nl] Sin n w₀t + φ_n

6). V_01max= 4 V_dc/ Pi

7). io_01max= 4 V_dc/ π Z₁

8). Mod Z_n= R^Due+ (n w₀L - 1 / n w₀C) dove n = 1,2,3,4… ..

9). Phi_n= così^-1[( / R]

10). Fattore di spostamento fondamentale F_DF= cos Phi

11). Equazione della corrente di diodo I_De la forma d'onda viene fornita come segue

io_{D01 (media)}= 1 / 2π [∫₀^Phiio_{01 max}Peccato (w₀t - φ₁)] dwt

io_{D01 (rms)}= [1 / 2π [∫₀^Phiio₀₁^Due_maxSenza^Due(v₀t - φ₁) dwt]]^1/2

Equazione della corrente del diodo

12). Equazione corrente interruttore o tiristore I_Te la forma d'onda viene fornita come segue

io_{T01 (media)}= 1 / 2π [∫_Phi^Piio_{01 max}Peccato (w₀t - φ₁)] dwt

io_{T01 (rms)}= [1 / 2π [∫_Phi^Piio₀₁^Due_maxSenza^Due(v₀t - φ₁) dwt]]^1/2

Forma d'onda del tiristore

Vantaggi dell'inverter monofase a ponte intero

I seguenti sono i vantaggi

• Assenza di fluttuazioni di tensione nel circuito
• Adatto per alta tensione di ingresso
• Energia efficiente
• L'attuale valutazione di dispositivi di alimentazione è uguale alla corrente di carico.

Svantaggi dell'inverter monofase a ponte intero

I seguenti sono gli svantaggi

• L'efficienza dell'inverter a ponte intero (95%) è inferiore alla metà dell'inverter a ponte (99%).
• Le perdite sono elevate
• Alto rumore.

Applicazioni di inverter monofase full bridge

Le seguenti sono le applicazioni

• Applicabile in applicazioni come onda quadra di esempio a bassa e media potenza / onda quasi quadra voltaggio
• Un'onda sinusoidale distorta viene utilizzata come ingresso nelle applicazioni ad alta potenza
• Utilizzando dispositivi semiconduttori di potenza ad alta velocità, il contenuto armonico in uscita può essere ridotto di PWM tecniche
• altre applicazioni come AC motore variabile , riscaldamento dispositivo di induzione , stand-by Alimentazione elettrica
• Inverter solari
• compressori, ecc

Quindi, un inverter è un dispositivo elettrico che converte l'alimentazione di ingresso CC in tensione CA asimmetrica di ampiezza e frequenza standard sul lato di uscita. A seconda del tipo di carico un inverter monofase è classificato in 2 tipologie, come inverter half-bridge e inverter full-bridge. Questo articolo spiega gli inverter monofase a ponte intero. Consiste di 4 tiristori e 4 diodi che insieme agiscono come interruttori. A seconda delle posizioni dell'interruttore, l'inverter a ponte intero funziona. Il vantaggio principale del ponte intero su mezzo ponte è che la tensione di uscita è 2 volte la tensione di ingresso e la potenza di uscita è 4 volte rispetto a un inverter a mezzo ponte.