Enfaset halvbro og fullbroinverter ved bruk av matlab

Vekselstrøm (AC) brukes til nesten alle bolig-, kommersielle og industrielle behov. Men det største problemet med AC er at det ikke kan lagres for fremtidig bruk. Så AC konverteres til DC, og deretter lagres DC i batterier og ultrakondensatorer. Og nå når AC er nødvendig, blir DC igjen konvertert til AC for å kjøre AC-baserte apparater. Så enheten som konverterer DC til AC kalles Inverter.

For enfasede applikasjoner brukes enfaset inverter. Det er hovedsakelig to typer enfaset inverter: Half Bridge Inverter og Full Bridge Inverter. Her vil vi studere hvordan disse omformerne kan bygges og vil simulere kretsene i MATLAB.

Half Bridge Inverter

Denne typen inverter krever to strømelektroniske brytere (MOSFET). MOSFET eller IGBT brukes til å bytte formål. Kretsskjema for halvbroomformeren er som vist i figuren nedenfor.

Som vist i kretsskjemaet, er inngangs DC-spenning Vdc = 100 V. Denne kilden er delt i to like deler. Nå blir portpulser gitt til MOSFET som vist i figuren nedenfor.

I henhold til utgangsfrekvensen bestemmes PÅ-tid og AV-tid for MOSFET og portpulser genereres. Vi trenger 50 Hz vekselstrøm, så tidsperioden for en syklus (0 <t <2π) er 20 ms. Som vist i diagrammet, utløses MOSFET-1 for første halvdel av syklusen (0 <t <π), og i løpet av denne tidsperioden utløses ikke MOSFET-2. I denne tidsperioden vil strømmen strømme i pilens retning som vist i figuren nedenfor, og halv syklus av vekselstrømutgangen er fullført. Strømmen fra lasten er fra høyre mot venstre og belastningsspenningen er lik + Vdc / 2.

I andre halvdel av syklusen (π <t <2π) utløses MOSFET-2 og kilden til lavere spenning kobles til belastningen. Strømmen fra lasten er fra venstre til høyre retning og belastningsspenningen er lik -Vdc / 2. I denne tidsperioden vil strømmen strømme som vist i figuren, og den andre halvsyklusen for vekselstrøm er fullført.

Full Bridge inverter

I denne typen inverter brukes fire brytere. Hovedforskjellen mellom halvbro og fullbroinverter er den maksimale verdien av utgangsspenningen. I halvbroinverter er toppspenning halvparten av DC-forsyningsspenningen. I fullbroinverter er toppspenning den samme som DC-forsyningsspenningen. Den kretsdiagram av fullbro-omformeren er som vist i figuren nedenfor.

Portpulsen for MOSFET 1 og 2 er den samme. Begge bryterne fungerer samtidig. Tilsvarende har MOSFET 3 og 4 samme portpulser og fungerer samtidig. Men MOSFET 1 og 4 (vertikal arm) fungerer aldri samtidig. Hvis dette skjer, vil likestrømskilden kortsluttes.

For øvre halv syklus (0 <t <π) blir MOSFET 1 og 2 utløst, og strømmen vil strømme som vist i figuren nedenfor. I denne tidsperioden strømmer strømmen fra venstre til høyre retning.

For nedre halv syklus (π <t <2π) blir MOSFET 3 og 4 utløst, og strømmen vil strømme som vist i figuren. I denne tidsperioden strømmer strømmen fra høyre til venstre retning. Toppbelastningsspenningen er den samme som DC-forsyningsspenningen Vdc i begge tilfeller.

Simulering av Half-Bridge Inverter i MATLAB

For simulering legg til elementer i modellfilen fra Simulink-biblioteket.

1) 2 DC-kilde - 50V hver

2) 2 MOSFET

3) Resistiv belastning

4) Pulsgenerator

5) IKKE port

6) Powergui

7) Spenningsmåling

8) GOTO og FRA

Koble til alle komponentene i henhold til kretsskjemaet. Skjermbildet av Half Bridge Inverter-modellfilen vises i bildet nedenfor.

Portpuls 1 og portpuls 2 er portpulser for MOSFET1 og MOSFET2 som genereres fra portgeneratorkrets. Portpulsen genereres av PULSE GENERATOR. I dette tilfellet kan ikke MOSFET1 og MOSFET2 utløses samtidig. Hvis dette skjer, vil spenningskilden kortsluttes. Når MOSFET1 er stengt, vil MOSFET2 være åpen på det tidspunktet, og når MOSFET2 er stengt, er MOSFET1 åpen på det tidspunktet. Så hvis vi genererer portpuls for en hvilken som helst MOSFET, kan vi bytte den pulsen og bruke den til annen MOSFET.

Gate Pulse generator

Over bildet viser parameteren for pulsgeneratorblokk i MATLAB. Den periode er 2e-3 betyr 20 msek. Hvis du trenger 60Hz frekvensutgang, vil perioden være 16,67 msek. Den pulsbredde er i form av prosent av perioden. Det betyr at portpulsen bare genereres for dette området. I dette tilfellet setter vi dette til 50%, det betyr at 50% period gate-puls genereres og 50% period gate-puls ikke genereres. Den faseforsinkelse er satt 0 s, betyr at vi ikke å gi noen forsinkelse til den portpuls. Hvis det er noen faseforsinkelse, betyr det at portpulsen vil genereres etter denne tiden. For eksempel, hvis faseforsinkelse er 1e-3, vil portpuls genereres etter 10 ms.

På denne måten kan vi generere portpulsen for MOSFET1, og nå vil vi bytte denne portpulsen for og bruke den til MOSFET2. I simulering vil vi bruke logisk NOT gate. IKKE-porten invers utgangen betyr at den vil konvertere 1 til 0 og 0 til 1. Dette er hvordan vi kan få nøyaktig motsatt portpuls slik at likestrømskilden aldri blir kortsluttet.

I praksis kan vi ikke bruke 50% pulsbredde. Det tar liten tid å slå av MOSFET eller en hvilken som helst strømbryter. For å unngå kortslutning, er pulsbredden innstilt på rundt 45% for å la tiden for MOSFETs slå seg av. Denne tidsperioden er kjent som død tid. Men for simuleringsformål kan vi bruke 50% pulsbredde.

Utgangsbølgeform for Half-Bridge Inverter

Dette skjermbildet er for utgangsspenningen over belastningen. I dette bildet kan vi se at toppverdien for belastningsspenning er 50V, som er halvparten av DC-forsyningen og frekvensen er 50Hz. For fullført en syklus er nødvendig tid 20 msek.

Simulering av Full Bridge Inverter i MATLAB

Hvis du får utgang fra halvbroinverter, er det enkelt å implementere den fullstendige broomformeren, fordi de fleste ting forblir de samme. I full broinverter trenger vi bare to portpulser som er det samme som halvbroinverter. En portpuls er for MOSFET 1 og 2, og omvendt av denne portpulsen er for MOSFET 3 og 4.

Elementer som kreves

1) 4 - MOSFET

2) 1 likestrømskilde

3) Resistiv belastning

4) Spenningsmåling

5) Pulsgenerator

6) GOTO og FRA

7) powergui

Koble til alle komponentene som vist på skjermbildet nedenfor.

Utgangsbølgeform for Full Bridge Inverter

Dette skjermbildet er for utgangsspenning over belastningen. Her kan vi se at toppverdien av belastningsspenning er lik DC-forsyningsspenningen som er 100V.

Du kan sjekke hele turen gjennom video om hvordan du bygger og simulerer Half Bridge og Full Bridge Inverter i MATLAB nedenfor.