Hvad er Half Bridge Inverter: Circuit Diagram & Its Working

Inverteren er en effektelektronisk konverter, der konverterer direkte strøm til skiftevis effekt. Ved at bruge denne inverterenhed kan vi konvertere fast DC til variabel vekselstrøm, som som en variabel frekvens og spænding. For det andet fra denne inverter kan vi variere frekvensen, dvs. vi vil være i stand til at generere 40Hz, 50Hz, 60Hz frekvenser efter vores krav. Hvis jævnstrømsindgangen er en spændingskilde, er inverteren kendt som VSI (Voltage Source Inverter). Omformerne har brug for fire koblingsenheder, hvorimod halvbro-inverter har brug for to koblingsenheder. Broomformerne er af to typer, de er halvbroer inverter og inverter til fuldbro. Denne artikel diskuterer halvbro-inverteren.

Hvad er Half-Bridge inverter?

Inverteren er en enhed, der konverterer en jævnspænding til vekselspænding, og den består af fire kontakter, mens halvbroinverter kræver to dioder og to kontakter, der er forbundet parallelt. De to kontakter er komplementære kontakter, hvilket betyder, at når den første kontakt er TIL, vil den anden kontakt være FRA På samme måde, når den anden kontakt er TIL, vil den første kontakt være FRA.

Enfaset halvbroinverter med resistent belastning

Kredsløbsdiagrammet for en enfaset halvbro-inverter med resistiv belastning er vist i nedenstående figur.

Halvbro inverter

Hvor RL er den resistive belastning, V_s/ 2 er spændingskilden, S₁og S_toer de to kontakter, i₀er den aktuelle. Hvor hver switch er tilsluttet dioder D₁og D_toparallelt. I ovenstående figur afbryderne S₁og S_toer de selvkommuterende kontakter. Afbryderen S₁vil lede, når spændingen er positiv, og strømmen er negativ, skift S_tovil lede, når spændingen er negativ, og strømmen er negativ. Det diode D₁vil lede, når spændingen er positiv, og strømmen er negativ, diode D._tovil lede, når spændingen er negativ, og strømmen er positiv.

Sag 1 (når kontakt S₁er ON og S_toer OFF): Når kontakten S₁er TIL fra en tidsperiode på 0 til T / 2, dioden D.₁og D_toer i omvendt forspændingstilstand og S_tokontakten er FRA.

Anvendelse af KVL (Kirchhoffs spændingslov)

V_s/ 2-V₀= 0

Hvor udgangsspænding V₀= V_s/to

Hvor udgangsstrøm i₀= V₀/ R = V_s/ 2r

I tilfælde af forsyningsstrøm eller omskifterstrøm skal strømmen i_S1= i0 = Vs / 2R, i_S2= 0 og diodestrømmen i_D1= i_D2= 0.

Sag 2 (når kontakt S_toer ON og S₁er FRA) : Når kontakten S_toer TIL fra en tidsperiode på T / 2 til T, dioden D.₁og D_toer i omvendt forspændingstilstand og S₁kontakten er FRA.

Anvendelse af KVL (Kirchhoffs spændingslov)

V_s/ 2 + V.₀= 0

Hvor udgangsspænding V₀= -V_s/to

Hvor udgangsstrøm i₀= V₀/ R = -V_s/ 2r

I tilfælde af forsyningsstrøm eller omskifterstrøm skal strømmen i_S1= 0, i_S2= i₀= -V_s/ 2R og diodestrømmen i_D1= i_D2= 0.

Enfaset halvbro-inverter-udgangsspændingsbølgeform er vist i nedenstående figur.

Halvbro inverter udgangsspænding bølgeform

Den gennemsnitlige værdi af udgangsspændingen er

Så udgangsspændingsbølgeform fra konverteringstid 'T' til '' ωt 'akse er vist i nedenstående figur

Konvertering af tidsakse for udgangsspændingsbølgeformen

Når multipliceres med nul, vil det være nul Når multipliceres med T / 2, vil det være T / 2 = π Når multipliceres med T, bliver det T = 2π Når multipliceres med 3T / 2, vil det være T / 2 = 3π og så videre. På denne måde kan vi konvertere denne tidsakse til 'ωt' aksen.

Den gennemsnitlige værdi af udgangsspænding og udgangsstrøm er

V_{0 (gennemsnit)}= 0

jeg_{0 (gennemsnit)}= 0

RMS-værdien for udgangsspænding og udgangsstrøm er

V_{0 (RMS)}= V_S/to

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

Den udgangsspænding, vi får i en inverter, er ikke ren sinusbølge, dvs. en firkantbølge. Udgangsspændingen med den grundlæggende komponent er vist i nedenstående figur.

Udgangsspændingsbølgeform med grundlæggende komponent

Brug af Fourier-serien

Hvor C_n, til_nog b_ner

b_n= V_S/ nᴨ (1-cosnᴨ)

B_n= 0 ved udskiftning af lige tal (n = 2,4,6… ..) og b_n= 2Vs / nπ ved udskiftning af ulige tal (n = 1,3,5 ……). Stedfortræder b_n= 2Vs / nπ og a_n= 0 i C_nfår C_n= 2Vs / nπ.

ϕ_n= så^-1(til_n/ b_n) = 0

V_{01 ( ωt)} = 2 V_S/ ᴨ * (Uden .t )

Stedfortræder V_{0 (gennemsnit)}= 0 in får

Ligningen (1) kan også skrives som

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

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

Ovenstående udtryk er udgangsspændingen, som består af grundlæggende spænding og ulige harmoniske. Der er to metoder til at fjerne disse harmoniske komponenter, de er: at bruge filterkredsløbet og at bruge pulsbreddemodulationsteknikken.

Den grundlæggende spænding kan skrives som

V_{01 ( ωt)} = 2V_S/ ᴨ * (Uden .t )

Den maksimale værdi af grundspænding

V_{01 (maks.)}= 2V_S/ ᴨ

RMS-værdien for den grundlæggende spænding er

V_{01 (RMS)}= 2V_S/ √2ᴨ = √2V_S/ ᴨ

Den grundlæggende komponent i RMS-udgangsstrømmen er

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

Vi er nødt til at opnå forvrængningsfaktoren, forvrængningsfaktoren betegnes med g.

g = V_{01 (RMS)}/ V_{0 (RMS)} = rms værdi af grundspænding / total RMS værdi af udgangsspænding

Ved at erstatte V_{01 (RMS)} og V_{0 (RMS)} værdier i g får

g = 2√2 / ᴨ

Det samlede antal harmonisk forvrængning udtrykkes som

I udgangsspændingen skal den samlede harmoniske forvrængning THD = 48,43%, men ifølge IEEE skal den samlede harmoniske forvrængning være 5%.

Den grundlæggende effekt fra enfaset broomformer er

P₀₁= (V_{01 (rms)})^to/ R = I^to_{01 (rms)}R

Ved at bruge ovenstående formel kan vi beregne den grundlæggende effekt.

På denne måde kan vi beregne de forskellige parametre for enfaset halvbro-inverter.

Enfaset halvbroinverter med RL-belastning

Kredsløbsdiagrammet for R-L-belastningen er vist i nedenstående figur.

Enfaset halvbroinverter med RL-belastning

Kredsløbsdiagrammet for enfaset halvbro-inverter med RL-belastning består af to kontakter, to dioder og spændingsforsyning. R-L-belastningen er forbundet mellem A-punkt og O-punkt, punkt A betragtes altid som positivt og punkt O betragtes som negativt. Hvis strømmen fra punkt A til O, betragtes strømmen som positiv, ligesom hvis strømmen fra punkt til A, vil strømmen blive betragtet som negativ.

I tilfælde af RL-belastning vil udgangsstrømmen være en eksponentiel funktion til tiden og halter udgangsspændingen i en vinkel.

ϕ = så^-1( ω L / R)

Betjening af enfaset halvbroinverter med R-belastning

Arbejdsoperationen er baseret på de følgende tidsintervaller

(i) Interval I (0 I denne varighed er begge kontakter OFF og diode D2 er i omvendt forspændingstilstand. I dette interval frigiver induktoren sin energi gennem dioden D1, og udgangsstrømmen falder eksponentielt fra dens negative maksimale værdi (-Imax) til nul.

Ved at anvende KVL til dette tidsinterval vil blive

Udgangsspændingen V.₀> 0 Udgangsstrømmen flyder i omvendt retning, dvs.₀<0 switch current i_S1= 0 og diodestrøm i_D1= -i0

(ii) Interval II (t1 I denne varighed skal kontakten S₁og S_toer lukket, og S2 er slået fra, og begge dioder er i omvendt forspændingstilstand. I dette interval begynder induktoren at lagre energien, og udgangsstrømmen stiger fra nul til sin positive maksimale værdi (Imax).

Anvendelse af KVL får

Udgangsspændingen V.₀> 0 Udgangsstrømmen flyder i fremadgående retning, dvs.₀> 0 skift strøm i_S1= i₀og diodestrøm i_D1= 0

(iii) Interval III (T / 2 I denne varighed både kontakten S₁og S_toer slukket, og dioden D₁er i omvendt bias og D_toer i videresendingsbias er i omvendt bias-tilstand. I dette interval frigiver induktoren sin energi gennem diode D._to. Udgangsstrømmen falder eksponentielt fra sin positive maksimale værdi (I_maks) til nul.

Anvendelse af KVL får

Udgangsspændingen V.₀<0 The output current flows in the forward direction, therefore, i₀> 0 skift strøm i_S1= 0 og diodestrøm i_D1= 0

(iv) Interval IV (t2 I denne varighed skal kontakten S₁er OFF og S_toer lukket, og dioderne D₁og D_toer i omvendt bias. I dette interval oplades induktoren til den negative maksimale værdi (-I_maks) til nul.

Anvendelse af KVL får

Udgangsspændingen V.₀<0 The output current flows in the opposite/reverse direction therefore i₀<0 switch current i_S1= 0 og diodestrøm i_D1= 0

Driftstilstande for Half Bridge Inverter

Sammenfatning af tidsintervallerne er vist i nedenstående tabel

S.NO	Tids interval	Enhedsledninger	Udgangsspænding (V.0 )	Produktion Nuværende ( jeg0 )	Skift strøm (iS1 )	Skift diode (iD1 )
1	01	D1	V0> 0	jeg0<0	0	- Jeg0
to	t1	S1	V0> 0	jeg0> 0	jeg0	0
3	T / 2to	Dto	V0<0	jeg0> 0	0	0
4	tto	Sto	V0<0	jeg0<0	0	0

Udgangsspændingsbølgeformen for en enfaset halvbro-inverter med RL-belastning er vist i nedenstående figur.

Udgangsspændingsbølgeform af enfaset halvbroinverter med R-belastning

Half Bridge Inverter Vs Full Bridge Inverter

Forskellen mellem halvbro-inverter og full-bridge-inverter er vist i nedenstående tabel.

S.NO	Halvbro inverter “hex til binær konverteringstabel ”	Fuld Bridge inverter
1	Effektiviteten er høj i inverter med halvbro	I inverter med fuld broogså,effektiviteten er høj
to	I halvbro-inverter er udgangsspændingens bølgeformer firkantede, kvasi firkantede eller PWM	I fuldbro-inverter er udgangsspændingens bølgeformer firkantede, kvasi firkantede eller PWM
3	Topspændingen i halvbro-inverteren er halvdelen af ​​jævnstrømsforsyningsspændingen	Spidsen i topbro-inverteren er den samme som DC-forsyningsspændingen
4	Halvbro-inverteren indeholder to kontakter	Hele broomformeren indeholder fire kontakter
5	Udgangsspændingen er E.0= EDC/to	Udgangsspændingen er E.0= EDC
6	Den grundlæggende udgangsspænding er E1= 0,45 EDC	Den grundlæggende udgangsspænding er E1= 0,9 EDC
7	Denne type inverter genererer bipolære spændinger	Denne type inverter genererer monopolære spændinger

Fordele

Fordelene ved enfaset halvbro-inverter er

• Kredsløb er simpelt
• Omkostningerne er lave

Ulemper

Ulemperne ved enfaset halvbro-inverter er

• TUF (Transformer Utilization Factor) er lav
• Effektiviteten er lav

Således handler det hele om en oversigt over halvbro-inverteren , diskuteres forskellen mellem halvbroinverter og fuldbroinverter, fordele, ulemper, enfaset halvbroinverter med resistiv belastning. Her er et spørgsmål til dig, hvad er anvendelserne af halvbro-inverteren?