Enfas halvbrygga och fullbroinverterare med matlab

Växelström (AC) används för nästan alla bostads-, kommersiella och industriella behov. Men det största problemet med AC är att det inte kan lagras för framtida bruk. Så AC omvandlas till DC och sedan lagras DC i batterier och ultrakondensatorer. Och nu när AC behövs, omvandlas DC igen till AC för att köra AC-baserade apparater. Så enheten som omvandlar likström till växelström kallas växelriktare.

För enfasapplikationer används enfasinverterare. Det finns huvudsakligen två typer av enfasinverterare: Half Bridge Inverter och Full Bridge Inverter. Här kommer vi att studera hur dessa växelriktare kan byggas och simulera kretsarna i MATLAB.

Half Bridge Inverter

Denna typ av växelriktare kräver två effektelektronikomkopplare (MOSFET). MOSFET eller IGBT används för att byta ändamål. Kretsschemat för halvbroomvandlaren är som visas i bilden nedan.

Som visas i kretsschemat är ingångsspänning Vdc = 100 V. Denna källa är uppdelad i två lika delar. Nu ges portpulser till MOSFET som visas i figuren nedan.

Enligt utgångsfrekvensen bestäms PÅ-tid och AV-tid för MOSFET och portpulser genereras. Vi behöver 50 Hz växelström, så tidsperioden för en cykel (0 <t <2π) är 20 ms. Som visas i diagrammet utlöses MOSFET-1 för första halvcykeln (0 <t <π) och under denna tidsperiod utlöses inte MOSFET-2. Under denna tidsperiod kommer strömmen att flyta i pilens riktning som visas i figuren nedan och halvcykeln för växelströmssignalen är klar. Strömmen från lasten är höger till vänster och belastningsspänningen är lika med + Vdc / 2.

I andra halvcykeln (π <t <2π) utlöses MOSFET-2 och lägre spänningskälla kopplas till belastningen. Strömmen från lasten vänster till höger och belastningsspänningen är lika med -Vdc / 2. Under denna tidsperiod kommer strömmen att strömma som visas i figuren och den andra halvan av AC-utgången är klar.

Full Bridge Inverter

I denna typ av växelriktare används fyra brytare. Huvudskillnaden mellan halvbrygga och helbryggare är det maximala värdet på utgångsspänningen. I halvbroomvandlare är toppspänningen hälften av likspänningen. I full bryggomformare är toppspänningen densamma som likspänningen. Den kretsschema för fullständig bryggväxelriktaren är såsom visas i nedanstående figur.

Portpulsen för MOSFET 1 och 2 är densamma. Båda omkopplarna fungerar samtidigt. På samma sätt har MOSFET 3 och 4 samma grindpulser och fungerar samtidigt. Men MOSFET 1 och 4 (vertikal arm) fungerar aldrig samtidigt. Om detta händer, kommer likspänningskällan att kortslutas.

För övre halva cykeln (0 <t <π), utlöses MOSFET 1 och 2 och strömmen kommer att strömma som visas i figuren nedan. Under denna tidsperiod flödar strömmen från vänster till höger riktning.

För nedre halvcykeln (π <t <2π), utlöses MOSFET 3 och 4 och strömmen kommer att strömma som visas i figuren. Under denna tidsperiod flödar strömmen från höger till vänster riktning. Toppbelastningsspänningen är densamma som likspänning Vdc i båda fallen.

Simulering av Half-Bridge Inverter i MATLAB

För simulering lägg till element i modellfilen från Simulink-biblioteket.

1) 2 likströmskällor - 50V vardera

2) 2 MOSFET

3) Resistiv belastning

4) Pulsgenerator

5) INTE grind

6) Powergui

7) Spänningsmätning

8) GOTO och FRÅN

Anslut alla komponenter enligt kretsschemat. Skärmdumpen av Half Bridge Inverter-modellfilen visas i bilden nedan.

Grindpuls 1 och grindpuls 2 är grindpulser för MOSFET1 och MOSFET2 som genereras från grindgenerator-kretsen. Portpulsen genereras av PULSE GENERATOR. I det här fallet kan inte MOSFET1 och MOSFET2 utlösas samtidigt. Om detta händer kommer spänningskällan att kortslutas. När MOSFET1 är stängd är MOSFET2 öppen vid den tiden och när MOSFET2 är stängd är MOSFET1 öppen vid den tiden. Så om vi genererar grindpuls för någon MOSFET kan vi växla den pulsen och använda den för annan MOSFET.

Gate Pulse generator

Bilden ovan visar parametern för pulsgeneratorblock i MATLAB. Den perioden är 2e-3 medel 20 msek. Om du behöver 60Hz frekvensutgång kommer perioden att vara 16,67 ms. Den pulsbredd är i termer av procent av perioden. Det betyder att portpulsen genereras endast för detta område. I det här fallet sätter vi detta till 50%, det betyder att 50% period grindpuls genereras och 50% period grindpuls genereras inte. Den fasfördröjning är inställd 0 sek, innebär att vi inte ger någon försening till gate-pulsen. Om det finns någon fasfördröjning betyder det att grindpulsen genereras efter denna tid. Till exempel, om fasfördröjningen är 1e-3, genereras grindpulsen efter 10 ms.

På det här sättet kan vi generera grindpulsen för MOSFET1 och nu växlar vi denna grindpuls för och använder den för MOSFET2. I simuleringen använder vi logisk NOT gate. INTE-grinden inverterar utgången betyder att den kommer att konvertera 1 till 0 och 0 till 1. Så här kan vi exakt få motsatt grindpuls så att likströmskällan aldrig kommer att kortslutas.

I praktiken kan vi inte använda 50% pulsbredd. Det tar kort tid att stänga av MOSFET eller någon elektrisk strömbrytare. För att undvika kortslutning är pulsbredden inställd på cirka 45% så att MOSFETs stängs av. Denna tidsperiod är känd som Dead Time. Men för simuleringsändamål kan vi använda 50% pulsbredd.

Utgångsvågform för Half-Bridge Inverter

Denna skärmdump är avsedd för utspänningen över belastningen. I den här bilden kan vi se att toppvärdet för belastningsspänningen är 50V, vilket är hälften av likströmsförsörjningen och frekvensen är 50Hz. För fullständig en cykel är den erforderliga tiden 20 ms.

Simulering av Full Bridge Inverter i MATLAB

Om du får utmatning från halvbroomvandlare är det enkelt att implementera hela bryggonverteraren, för det mesta förblir detsamma. I full broomvandlare behöver vi bara två grindpulser, vilket är samma som halvbroomvandlare. En grindpuls är för MOSFET 1 och 2 och omvänd av denna grindpuls är för MOSFET 3 och 4.

Element krävs

1) 4 - MOSFET

2) 1 likströmskälla

3) Resistiv belastning

4) Spänningsmätning

5) Pulsgenerator

6) GOTO och FRÅN

7) powergui

Anslut alla komponenter enligt bilden nedan.

Utgångsvågform för Full Bridge Inverter

Denna skärmdump är för utspänning över belastningen. Här kan vi se att toppvärdet för lastspänningen är lika med likspänningen som är 100V.

Du kan se hela genomgången av video om hur du bygger och simulerar Half Bridge och Full Bridge Inverter i MATLAB nedan.