เฟสเดียวครึ่งสะพานและอินเวอร์เตอร์สะพานเต็มโดยใช้ matlab

กระแสสลับ (AC) แหล่งจ่ายไฟที่ใช้สำหรับเกือบทุกความต้องการที่อยู่อาศัยเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรม แต่ปัญหาใหญ่ที่สุดของ AC คือไม่สามารถเก็บไว้ใช้ในอนาคตได้ ดังนั้น AC จะถูกแปลงเป็น DC จากนั้น DC จะถูกเก็บไว้ในแบตเตอรี่และตัวเก็บประจุพิเศษ และเมื่อใดก็ตามที่จำเป็นต้องใช้ AC DC จะถูกแปลงเป็น AC อีกครั้งเพื่อเรียกใช้อุปกรณ์ที่ใช้ AC ดังนั้น อุปกรณ์ที่แปลง DC AC เข้าที่เรียกว่าอินเวอร์เตอร์

สำหรับการใช้งานเฟสเดียวจะใช้อินเวอร์เตอร์เฟสเดียว ส่วนใหญ่มีสองประเภทของอินเวอร์เตอร์เฟสเดียว: ครึ่งสะพานอินเวอร์เตอร์และอินเวอร์เตอร์แบบเต็มสะพานที่นี่เราจะศึกษาวิธีการสร้างอินเวอร์เตอร์เหล่านี้และจะจำลองวงจรใน MATLAB

อินเวอร์เตอร์ Half Bridge

อินเวอร์เตอร์ประเภทนี้ต้องใช้สวิตช์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสองตัว (MOSFET) MOSFET หรือ IGBT ใช้สำหรับการเปลี่ยนวัตถุประสงค์ แผนภาพวงจรของอินเวอร์เตอร์ครึ่งสะพานดังแสดงในรูปด้านล่าง

ดังแสดงในแผนภาพวงจรแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงอินพุตคือ Vdc = 100 V แหล่งนี้แบ่งออกเป็นสองส่วนเท่า ๆ กัน ตอนนี้เกตพัลส์จะถูกมอบให้กับมอสเฟตดังแสดงในรูปด้านล่าง

ตามความถี่เอาท์พุทเวลา ON และเวลาปิดของ MOSFET จะถูกกำหนดและสร้างเกตพัลส์ เราต้องการไฟ AC 50Hzดังนั้นช่วงเวลาหนึ่งรอบ (0 <t <2π) คือ 20msec ดังที่แสดงในแผนภาพ MOSFET-1 จะถูกทริกเกอร์สำหรับครึ่งรอบแรก (0 <t <π) และในช่วงเวลานี้ MOSFET-2 จะไม่ถูกทริกเกอร์ ในช่วงเวลานี้กระแสจะไหลตามทิศทางของลูกศรดังแสดงในรูปด้านล่างและครึ่งรอบของเอาต์พุต AC เสร็จสมบูรณ์ กระแสจากโหลดขวาไปซ้ายและแรงดันไฟฟ้าเท่ากับ + Vdc / 2

ในครึ่งรอบหลัง (π <t <2π) MOSFET-2 จะถูกกระตุ้นและแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าจะเชื่อมต่อกับโหลด กระแสจากโหลดอยู่ในทิศทางซ้ายไปขวาและแรงดันไฟฟ้าเท่ากับ -Vdc / 2 ในช่วงเวลานี้กระแสจะไหลดังแสดงในรูปและอีกครึ่งรอบของเอาต์พุต AC จะเสร็จสมบูรณ์

อินเวอร์เตอร์แบบ Full Bridge

ในอินเวอร์เตอร์ประเภทนี้จะใช้สวิตช์สี่ตัว ความแตกต่างที่สำคัญระหว่าง half bridge และ full bridge inverter คือค่าสูงสุดของแรงดันขาออก ในอินเวอร์เตอร์แบบ half bridge แรงดันไฟฟ้าสูงสุดคือครึ่งหนึ่งของแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง ในอินเวอร์เตอร์แบบเต็มสะพานแรงดันไฟฟ้าสูงสุดจะเหมือนกับแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง วงจรแผนภาพของสะพานเต็มรูปแบบอินเวอร์เตอร์จะดังแสดงในรูปด้านล่าง

เกตพัลส์สำหรับ MOSFET 1 และ 2 เหมือนกัน สวิตช์ทั้งสองทำงานพร้อมกัน ในทำนองเดียวกัน MOSFET 3 และ 4 มีเกตพัลส์เดียวกันและทำงานในเวลาเดียวกัน แต่ MOSFET 1 และ 4 (แขนแนวตั้ง) จะไม่ทำงานในเวลาเดียวกัน หากสิ่งนี้เกิดขึ้นแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงจะลัดวงจร

สำหรับรอบครึ่งบน (0 <t <π) MOSFET 1 และ 2 จะถูกทริกเกอร์และกระแสจะไหลดังแสดงในรูปด้านล่าง ในช่วงเวลานี้กระแสจะไหลจากทิศทางซ้ายไปขวา

สำหรับรอบครึ่งล่าง (π <t <2π) MOSFET 3 และ 4 จะถูกทริกเกอร์และกระแสจะไหลดังแสดงในรูป ในช่วงเวลานี้กระแสจะไหลจากทิศทางขวาไปซ้าย แรงดันไฟฟ้าสูงสุดจะเหมือนกับแรงดันไฟฟ้า DC Vdc ในทั้งสองกรณี

การจำลอง Half-Bridge Inverter ใน MATLAB

สำหรับการจำลองเพิ่มองค์ประกอบในไฟล์โมเดลจากไลบรารี Simulink

1) แหล่งจ่ายไฟ DC 2 แหล่ง - 50V ต่อตัว

2) 2 มอสเฟต

3) โหลดตัวต้านทาน

4) เครื่องกำเนิดพัลส์

5) ไม่ใช่ประตู

6) Powergui

7) การวัดแรงดันไฟฟ้า

8) GOTO และ FROM

เชื่อมต่อส่วนประกอบทั้งหมดตามแผนภาพวงจร ภาพหน้าจอของไฟล์โมเดล Half Bridge Inverter แสดงอยู่ในภาพด้านล่าง

เกตพัลส์ 1 และเกตพัลส์ 2 เป็นเกตพัลส์สำหรับ MOSFET1 และ MOSFET2 ซึ่งสร้างจากวงจรเกตกำเนิด เกตพัลส์ถูกสร้างขึ้นโดย PULSE GENERATOR ในกรณีนี้ไม่สามารถทริกเกอร์ MOSFET1 และ MOSFET2 พร้อมกันได้ หากสิ่งนี้เกิดขึ้นแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าจะลัดวงจร เมื่อ MOSFET1 ปิด MOSFET2 จะเปิดในเวลานั้นและเมื่อ MOSFET2 ปิด MOSFET1 จะเปิดในเวลานั้น ดังนั้นหากเราสร้างเกตพัลส์สำหรับมอสเฟตตัวใดตัวหนึ่งเราสามารถสลับพัลส์นั้นและใช้กับมอสเฟตอื่นได้

เครื่องกำเนิดไฟฟ้า Gate Pulse

แสดงให้เห็นภาพด้านบนพารามิเตอร์สำหรับบล็อกกำเนิดการเต้นของชีพจรใน MATLAB ระยะเวลาเป็น 2e-3 หมายถึง 20 มิลลิวินาที หากคุณต้องการเอาท์พุทความถี่ 60Hz ระยะเวลาจะเป็น 16.67 มิลลิวินาทีกว้างพัลส์เป็นในแง่ของอัตราร้อยละของระยะเวลา หมายความว่าชีพจรประตูถูกสร้างขึ้นสำหรับพื้นที่นี้เท่านั้น ในกรณีนี้เราตั้งค่านี้ไว้ที่ 50% หมายความว่ามีการสร้างพัลส์เกตระยะเวลา 50% และไม่สร้างพัลส์เกตระยะเวลา 50% ล่าช้าขั้นตอนการตั้งค่า 0 วินาทีหมายความว่าเราจะไม่ให้เกิดความล่าช้าใด ๆ ในการเต้นของชีพจรประตู หากมีการหน่วงของเฟสใด ๆ หมายความว่าเกตพัลส์จะถูกสร้างขึ้นหลังจากเวลานี้ ตัวอย่างเช่นถ้าเฟสดีเลย์คือ 1e-3 เกทพัลส์จะถูกสร้างขึ้นหลังจาก 10 มิลลิวินาที

ด้วยวิธีนี้เราสามารถสร้างเกตพัลส์สำหรับ MOSFET1 และตอนนี้เราจะสลับเกทพัลส์นี้และใช้สำหรับ MOSFET2 ในการจำลองเราจะใช้ logical NOT gate ประตูไม่ผกผันเอาท์พุทหมายความว่ามันจะแปลง 1 เป็น 0 และ 0 เป็น 1 นี่คือวิธีที่เราสามารถรับพัลส์ประตูตรงข้ามได้อย่างแน่นอนเพื่อที่แหล่งจ่ายไฟ DC จะไม่ลัดวงจร

ในทางปฏิบัติเราไม่สามารถใช้ความกว้างของพัลส์ 50% ได้ MOSFET หรือสวิตช์ไฟฟ้าใด ๆ ใช้เวลาเพียงเล็กน้อยในการปิด เพื่อหลีกเลี่ยงการลัดวงจรของแหล่งกำเนิดความกว้างของพัลส์จะถูกตั้งค่าไว้ประมาณ 45% เพื่อให้เวลา MOSFET ปิดลง ช่วงเวลานี้เป็นที่รู้จักกันเป็นเวลาตายแต่เพื่อวัตถุประสงค์ในการจำลองเราสามารถใช้ความกว้างของพัลส์ 50%

รูปคลื่นเอาต์พุตสำหรับ Half-Bridge Inverter

ภาพหน้าจอนี้ใช้สำหรับแรงดันขาออกตลอดโหลด ในภาพนี้เราจะเห็นว่าค่าสูงสุดของแรงดันไฟฟ้าคือ 50V ซึ่งเป็นครึ่งหนึ่งของแหล่งจ่ายไฟ DC และความถี่คือ 50Hz เพื่อให้ครบหนึ่งรอบเวลาที่ต้องการคือ 20 มิลลิวินาที

การจำลอง Full Bridge Inverter ใน MATLAB

หากคุณได้รับเอาต์พุตของอินเวอร์เตอร์แบบ half bridge การติดตั้งอินเวอร์เตอร์แบบ full bridge นั้นทำได้ง่ายเพราะส่วนใหญ่ยังคงเหมือนเดิม ในอินเวอร์เตอร์สะพานแบบเต็มเราต้องการพัลส์เกตเพียงสองตัวซึ่งเหมือนกับอินเวอร์เตอร์แบบฮาล์ฟบริดจ์ พัลส์ประตูเดียวใช้สำหรับ MOSFET 1 และ 2 และผกผันของพัลส์ประตูนี้ใช้สำหรับ MOSFET 3 และ 4

จำเป็นต้องมีองค์ประกอบ

1) 4 - มอสเฟต

2) 1 แหล่ง DC

3) โหลดตัวต้านทาน

4) การวัดแรงดันไฟฟ้า

5) เครื่องกำเนิดพัลส์

6) GOTO และ FROM

7) powergui

เชื่อมต่อส่วนประกอบทั้งหมดตามที่แสดงในภาพหน้าจอด้านล่าง

รูปคลื่นเอาต์พุตสำหรับ Full Bridge Inverter

ภาพหน้าจอนี้ใช้สำหรับแรงดันเอาต์พุตทั่วทั้งโหลด ที่นี่เราจะเห็นว่าค่าสูงสุดของแรงดันไฟฟ้าเท่ากับแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่ 100V

คุณสามารถตรวจสอบคำแนะนำทั้งหมดผ่านวิดีโอเกี่ยวกับวิธีการสร้างและจำลอง Half Bridge และ Full Bridge Inverter ใน MATLABด้านล่าง