Yarım Köprü İnvertörü Nedir: Devre Şeması ve Çalışması

İnvertör, doğrudan gücü alternatif güce dönüştüren bir güç elektroniği dönüştürücüsüdür. Bu invertör cihazını kullanarak, sabit dc'yi değişken frekans ve voltaj olarak değişken ac gücüne dönüştürebiliriz. İkincisi, bu invertörden frekansı değiştirebiliriz, yani ihtiyacımız doğrultusunda 40HZ, 50HZ, 60HZ frekanslarını üretebileceğiz. DC girişi bir voltaj kaynağı ise, inverter VSI (Voltaj Kaynak İnvertörü) olarak bilinir. İnverterler dört anahtarlama cihazına ihtiyaç duyarken yarım köprü inverter iki anahtarlama cihazına ihtiyaç duyar. Köprü inverterleri iki tiptedir, yarım köprüdür çevirici ve tam köprü invertör. Bu makale yarım köprü invertörünü tartışmaktadır.

Yarım Köprü Çevirici nedir?

İnvertör, bir dc voltajını ac voltajına dönüştüren bir cihazdır ve dört anahtardan oluşurken, yarım köprü invertörü, anti-paralel bağlanmış iki diyot ve iki anahtar gerektirir. İki anahtar birbirini tamamlayan anahtarlardır, yani birinci anahtar AÇIK olduğunda ikinci anahtar KAPALI olacaktır Benzer şekilde, ikinci anahtar AÇIK olduğunda birinci anahtar KAPALI olacaktır.

Dirençli Yüklü Tek Fazlı Yarım Köprü İnvertör

Dirençli yüke sahip tek fazlı yarım köprü inverterin devre şeması aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.

Yarım Köprü İnvertör

RL'nin dirençli yük olduğu yerde, V_s/ 2 voltaj kaynağı, S₁ve S_ikiiki anahtar, ben₀akımdır. Her anahtarın diyotlara D bağlandığı yer₁ve D_ikiparalel olarak. Yukarıdaki şekilde, S anahtarları₁ve S_ikikendiliğinden yön değiştiren anahtarlardır. S anahtarı₁gerilim pozitif ve akım negatif olduğunda iletir, S anahtarı_ikigerilim negatif ve akım negatif olduğunda iletecektir. diyot D₁gerilim pozitif ve akım negatif olduğunda iletir, diyot D_ikigerilim negatif olduğunda ve akım pozitif olduğunda iletir.

Durum 1 (S anahtarı₁AÇIK ve S_ikikapalı): S değiştirildiğinde₁0'dan T / 2'ye kadar bir zaman periyodundan AÇIK, diyot D₁ve D_ikiters önyargı koşulunda ve S_ikianahtar KAPALI.

KVL'yi (Kirchhoff'un Gerilim Yasası) Uygulama

V_s/ 2-V₀= 0

Nerede çıkış voltajı V₀= V_s/iki

Çıkış akımı nerede i₀= V₀/ R = V_s/ 2r

Besleme akımı veya anahtar akımı olması durumunda, akım i_S1= i0 = Vs / 2R, i_S2= 0 ve diyot akımı i_D1= i_D2= 0.

Durum 2 (S anahtarı_ikiAÇIK ve S₁kapalı) : S değiştirildiğinde_ikiT / 2'den T'ye kadar bir zaman periyodundan AÇIK, diyot D₁ve D_ikiters önyargı koşulunda ve S₁anahtar KAPALI.

KVL'yi (Kirchhoff'un Gerilim Yasası) Uygulama

V_s/ 2 + V₀= 0

Nerede çıkış voltajı V₀= -V_s/iki

Çıkış akımı nerede i₀= V₀/ R = -V_s/ 2r

Besleme akımı veya anahtar akımı olması durumunda, akım i_S1= 0, i_S2= i₀= -V_s/ 2R ve diyot akımı i_D1= i_D2= 0.

Tek fazlı yarım köprü inverter çıkış voltajı dalga formu aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.

Yarım Köprü İnvertör Çıkış Gerilimi Dalga Biçimi

Ortalama çıkış voltajı değeri

Dolayısıyla, 'T' süresinin '' ωt 'eksenine dönüştürülmesinden çıkış voltajı dalga formu aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.

Çıkış Gerilimi Dalga Biçiminin Zaman Eksenini Dönüştürme

Sıfırla çarpıldığında sıfır olur T / 2 ile çarpıldığında T / 2 = π T ile çarpıldığında T = 2 olur π 3T / 2 ile çarpıldığında T olur / 2 = 3π vb. Bu şekilde, bu zaman eksenini 'ωt' eksenine dönüştürebiliriz.

Çıkış voltajının ve çıkış akımının ortalama değeri

V_{0 (ort.)}= 0

ben_{0 (ort.)}= 0

Çıkış voltajının ve çıkış akımının RMS değeri

V_{0 (RMS)}= V_S/iki

ben_{0 (RMS)}= V_{0 (RMS)}/ R = V_S/ 2r

Bir invertörde aldığımız çıkış voltajı, saf sinüs dalgası, yani kare dalga değildir. Temel bileşen ile çıkış voltajı aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

Temel Bileşenli Çıkış Gerilimi Dalga Biçimi

Fourier serisini kullanma

Nerede C_n, için_nve B_nvardır

b_n= V_S/ nᴨ (1-cosnᴨ)

B_n= 0 çift sayıları değiştirirken (n = 2,4,6… ..) ve b_n= Tek sayıları ikame ederken 2Vs / nπ (n = 1,3,5 ……). İkame b_n= 2Vs / nπ ve a_nC = 0_nC alacak_n= 2Vs / nπ.

ϕ_n= çok^-1(için_n/ b_n) = 0

V_{01 ( ωt)} = 2 V_S/ ᴨ * (Olmadan ωt )

Yedek V_{0 (ortalama)}= 0 girecek

Denklem (1) şu şekilde de yazılabilir:

V_{0 ( ωt)} = 2 V_S/ ᴨ * (Olmadan ωt ) + iki V_S/ 3ᴨ * (Sin3 ωt ) + iki V_S/ 5ᴨ * (Sin5 ωt ) + …… .. + ∞

V_{0 ( ωt)} = V_{01 ( ωt)} + V_{03 ( ωt)} + V_{05 ( ωt)}

Yukarıdaki ifade, temel voltaj ve tek harmoniklerden oluşan çıkış voltajıdır. Bu harmonik bileşenleri çıkarmak için iki yöntem vardır: filtre devresini kullanmak ve darbe genişliği modülasyon tekniğini kullanmak.

Temel voltaj şu şekilde yazılabilir:

V_{01 ( ωt)} = 2V_S/ ᴨ * (Olmadan ωt )

Temel voltajın maksimum değeri

V_{01 (en fazla)}= 2V_S/ ᴨ

Temel voltajın RMS değeri

V_{01 (RMS)}= 2V_S/ √2ᴨ = √2V_S/ ᴨ

RMS çıkış akımının temel bileşeni,

ben_{01 (RMS)}= V_{01 (RMS)}/ R

Distorsiyon faktörünü elde etmeliyiz, distorsiyon faktörü g ile gösterilir.

g = V_{01 (RMS)}/ V_{0 (RMS)} = temel gerilimin rms değeri / çıkış geriliminin toplam RMS değeri

Yerine koyarak V_{01 (RMS)} ve V_{0 (RMS)} g cinsinden değerler alacak

g = 2√2 / ᴨ

Toplam harmonik bozulma olarak ifade edilir

Çıkış geriliminde toplam harmonik bozulma THD =% 48.43, ancak IEEE'ye göre toplam harmonik bozulma% 5 olmalıdır.

Tek fazlı köprü invertörünün temel güç çıkışı

P₀₁= (V_{01 (rms)})^iki/ R = I^iki_{01 (rms)}R

Yukarıdaki formülü kullanarak temel güç çıkışını hesaplayabiliriz.

Bu şekilde, tek fazlı yarım köprü invertörün çeşitli parametrelerini hesaplayabiliriz.

R-L Yüklü Tek Fazlı Yarım Köprü İnvertör

R-L yükünün devre şeması aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

R-L Yüklü Tek Fazlı Yarım Köprü İnvertör

R-L yüklü tek fazlı yarım köprü eviricinin devre şeması iki anahtar, iki diyot ve gerilim beslemesinden oluşur. R-L yükü A noktası ile O noktası arasına bağlanır, A noktası her zaman pozitif ve O noktası negatif olarak kabul edilir. A noktasından O noktasına akım akışı varsa, o zaman akım pozitif olarak kabul edilecektir, benzer şekilde noktadan A'ya akım akışı varsa, o zaman akım negatif olarak kabul edilecektir.

R-L Yükü durumunda, çıkış akımı zamana göre üstel bir fonksiyon olacaktır ve çıkış voltajını bir açıyla geride bırakır.

ϕ = yani^-1( ω L / R)

Tek Fazlı Yarım Köprü İnvertörün R-Load ile Çalışması

Çalışma operasyonu aşağıdaki zaman aralıklarına dayanmaktadır

(i) Aralık I (0 Bu süre içinde, her iki anahtar da KAPALI ve diyot D2 ters önyargı durumundadır. Bu aralıkta, indüktör enerjisini D1 diyotu üzerinden serbest bırakır ve çıkış akımı üssel olarak negatif maksimum değerinden (-Imax) sıfıra düşer.

KVL'yi bu zaman aralığına uygulayarak

Çıkış voltajı V₀> 0 Çıkış akımı ters yönde akar, bu nedenle i₀<0 switch current i_S1= 0 ve diyot akımı i_D1= -i0

(ii) Aralık II (t1 Bu süre içinde, S anahtarı₁ve S_ikikapalı ve S2 KAPALI ve her iki diyot ters önyargı durumunda. Bu aralıkta, indüktör enerjiyi depolamaya başlar ve çıkış akımı sıfırdan pozitif maksimum değerine (Imax) yükselir.

KVL uygulamak,

Çıkış voltajı V₀> 0 Çıkış akımı ileri yönde akar, bu nedenle i₀> 0 akımı değiştir i_S1= i₀ve diyot akımı ben_D1= 0

(iii) Aralık III (T / 2 Bu süre içinde hem anahtar S₁ve S_ikiKAPALI ve diyot D₁ters önyargılı ve D_ikiyönlendirme önyargısı ters önyargı durumundadır. Bu aralıkta, indüktör enerjisini diyot D aracılığıyla serbest bırakır._iki. Çıkış akımı, pozitif maksimum değerinden (I_max) sıfıra.

KVL uygulamak,

Çıkış voltajı V₀<0 The output current flows in the forward direction, therefore, i₀> 0 akımı değiştir i_S1= 0 ve diyot akımı i_D1= 0

(iv) Aralık IV (t2 Bu süre içinde, S anahtarı₁KAPALI ve S_ikikapalı ve diyotlar D₁ve D_ikiters önyargılı. Bu aralıkta, indüktör negatif maksimum değere (-I_max) sıfıra.

KVL uygulamak,

Çıkış voltajı V₀<0 The output current flows in the opposite/reverse direction therefore i₀<0 switch current i_S1= 0 ve diyot akımı i_D1= 0

Yarım Köprü İnvertörün Çalışma Modları

Zaman aralıklarının özeti aşağıdaki tabloda gösterilmiştir.

S.NO	Zaman aralığı	Cihaz Davranışları	Çıkış Voltajı (V0 )	Çıktı Güncel ( ben0 )	Akımı Değiştir (iS1 )	Anahtar Diyot (iD1 )
1	01	D1	V0> 0	ben0<0	0	- BEN0
iki	t1	S1	V0> 0	ben0> 0	ben0	0
3	T / 2iki	Diki	V0<0	ben0> 0	0	0
4	tiki	Siki	V0<0	ben0<0	0	0

RL yüklü tek fazlı yarım köprü inverterin çıkış voltajı dalga formu aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.

R-L yük ile Tek Fazlı Yarım Köprü İnvertörün Çıkış Gerilimi Dalga Formu

Yarım Köprü İnvertör Vs Tam Köprü İnvertör

Yarım köprü invertör ile tam köprü invertör arasındaki fark aşağıdaki tabloda gösterilmektedir.

S.NO	Yarım Köprü İnvertör “transistörün görevi nedir ”	Tam Köprü Çevirici
1	Yarım köprü invertörde verimlilik yüksektir	Tam köprü inverterdeAyrıca,verimlilik yüksek
iki	Yarım köprü invertörde çıkış voltajı dalga biçimleri kare, yarı kare veya PWM'dir.	Tam köprülü invertörde çıkış voltajı dalga biçimleri kare, yarı kare veya PWM'dir.
3	Yarım köprü invertöründeki tepe voltajı, DC besleme voltajının yarısıdır	Tam köprü invertöründeki tepe voltajı, DC besleme voltajı ile aynıdır
4	Yarım köprü invertör iki anahtar içerir	Tam köprü invertörü dört anahtar içerir
5	Çıkış voltajı E0= EDC/iki	Çıkış voltajı E0= EDC
6	Temel çıkış voltajı E'dir1= 0.45 EDC	Temel çıkış voltajı E'dir1= 0,9 EDC
7	Bu tür invertör, iki kutuplu voltaj üretir	Bu tür invertör, monopolar voltajlar üretir

Avantajları

Tek fazlı yarım köprü inverterin avantajları şunlardır:

• Devre basittir
• Maliyet düşük

Dezavantajları

Tek fazlı yarım köprü inverterin dezavantajları şunlardır:

• TUF (Trafo Kullanım Faktörü) düşük
• Verimlilik düşük

Böylece, bu tamamen yarım köprü inverterine genel bakış Yarım köprü invertör ile tam köprü invertör arasındaki fark, avantajlar, dezavantajlar, dirençli yük ile tek fazlı yarım köprü invertör tartışılmaktadır. İşte size bir soru, yarım köprü invertörünün uygulamaları nelerdir?