Inversor de pont i mig pont monofàsic mitjançant matlab

La font d'alimentació de corrent altern (AC) s'utilitza per a gairebé totes les necessitats residencials, comercials i industrials. Però el problema més important amb AC és que no es pot emmagatzemar per a ús futur. Per tant, la CA es converteix en corrent continu i, a continuació, la corriente continua s’emmagatzema en bateries i ultracondensadors. I ara, sempre que es necessita corrent altern, es converteix de nou en corrent altern per executar els aparells basats en corrent altern. Per tant, el dispositiu que converteix CC en corrent altern s’anomena inversor.

Per a aplicacions monofàsiques, s’utilitza inversor monofàsic. Hi ha principalment dos tipus d’inversors monofàsics: l’inversor de mig pont i l’inversor de pont complet. Aquí estudiarem com es poden construir aquests inversors i simularem els circuits a MATLAB.

Inversor de mig pont

Aquest tipus d’inverter requereix dos commutadors electrònics de potència (MOSFET). El MOSFET o IGBT s’utilitza per canviar d’objectiu. El diagrama de circuits del convertidor de mig pont és el que es mostra a la figura següent.

Com es mostra al diagrama de circuits, la tensió CC d’entrada és Vdc = 100 V. Aquesta font es divideix en dues parts iguals. Ara els impulsos de porta es donen al MOSFET tal com es mostra a la figura següent.

Segons la freqüència de sortida, es decideix el temps ON i OFF del MOSFET i es generen polsos de porta. Necessitem una potència de 50Hz CA, de manera que el període d’un cicle (0 <t <2π) és de 20 ms. Com es mostra al diagrama, MOSFET-1 s’activa durant el primer semicicle (0 <t <π) i durant aquest període de temps no s’activa MOSFET-2. En aquest període de temps, el corrent fluirà en la direcció de la fletxa com es mostra a la figura següent i es completa el mig cicle de sortida de corrent altern. El corrent de la càrrega és de dreta a esquerra i el voltatge de càrrega és igual a + Vdc / 2.

Al segon semicicle (π <t <2π), s’activa el MOSFET-2 i es connecta la font de tensió inferior amb la càrrega. El corrent de la càrrega és d’esquerra a direcció correcta i el voltatge de càrrega és igual a -Vdc / 2. En aquest període de temps, el corrent fluirà tal com es mostra a la figura i es completa l’altre mig cicle de sortida de corrent altern.

Inversor de pont complet

En aquest tipus d’inversors s’utilitzen quatre interruptors. La principal diferència entre el pont invers i el pont complet és el valor màxim de la tensió de sortida. En un inversor de mig pont, la tensió màxima és la meitat de la tensió d'alimentació de CC. En un inversor de pont complet, la tensió màxima és la mateixa que la tensió d'alimentació de CC. El diagrama del circuit del convertidor de pont complet és el que es mostra a la figura següent.

El pols de la porta del MOSFET 1 i 2 és el mateix. Tots dos commutadors funcionen al mateix temps. De la mateixa manera, el MOSFET 3 i 4 té els mateixos impulsos de porta i funcionen al mateix temps. Però, MOSFET 1 i 4 (braç vertical) mai funcionen al mateix temps. Si això passa, la font de tensió de CC es curtcircuitarà.

Per a la meitat del cicle superior (0 <t <π), el MOSFET 1 i 2 s’activa i el corrent fluirà tal com es mostra a la figura següent. En aquest període de temps, el flux actual de direcció esquerra a dreta.

Per al mig cicle inferior (π <t <2π), MOSFET 3 i 4 es desencadenen i el corrent fluirà tal com es mostra a la figura. En aquest període de temps, el corrent flueix de direcció dreta a esquerra. La tensió de càrrega màxima és la mateixa que la tensió d'alimentació de CC Vc en tots dos casos.

Simulació de l’inversor Half-Bridge a MATLAB

Per a la simulació, afegiu elements al fitxer model de la biblioteca Simulink.

1) 2 fonts de CC - 50V cadascuna

2) 2 MOSFET

3) Càrrega resistiva

4) Generador de polsos

5) NO porta

6) Powergui

7) Mesura de la tensió

8) GOTO i FROM

Connecteu tots els components segons el diagrama del circuit. La captura de pantalla del fitxer del model Half Bridge Inverter es mostra a la imatge següent.

L'impuls de porta 1 i l'impuls de porta 2 són impulsos de porta per a MOSFET1 i MOSFET2 que es genera a partir del circuit generador de portes. El pols de la porta és generat per PULSE GENERATOR. En aquest cas, MOSFET1 i MOSFET2 no es poden activar al mateix temps. Si això passa, la font de tensió quedarà curtcircuitada. Quan MOSFET1 està tancat, MOSFET2 estarà obert en aquell moment i, quan MOSFET2 estigui tancat, MOSFET1 estarà obert en aquell moment. Per tant, si generem impuls de porta per a qualsevol MOSFET, podem canviar aquest impuls i utilitzar-lo per a altres MOSFET.

Generador de polsos de porta

La imatge superior mostra el paràmetre del bloc del generador d'impulsos a MATLAB. El període és 2e-3 significa 20 mseg. Si necessiteu una sortida de freqüència de 60Hz, el període serà de 16,67 msec. L' amplada del pols és en termes de percentatge de període. Vol dir que el pols de la porta només es genera per a aquesta àrea. En aquest cas, ho establim en un 50%, vol dir que es genera un 50% d’impulsos de porta de període i no es genera un 50% d’impulsos de porta de període. El retard de fase s'estableix 0 segons, vol dir que no donem cap retard al pols de la porta. Si hi ha un retard de fase, significa que es generarà un impuls de porta després d’aquest temps. Per exemple, si el retard de fase és 1e-3, es generarà un impuls de porta després de 10 ms.

D'aquesta manera, podem generar el pols de porta per a MOSFET1 i ara canviarem aquest impuls de porta i l'utilitzarem per a MOSFET2. A la simulació, utilitzarem la porta NO lògica. La porta NOT inversa la sortida significa que convertirà d'1 a 0 i de 0 a 1. Així és com podem obtenir exactament el pols de la porta oposada de manera que la font de CC mai no estigui curtcircuitada.

A la pràctica, no podem utilitzar un 50% d’amplada de pols. El MOSFET o qualsevol interruptor elèctric d’alimentació triga poc temps a apagar-se. Per evitar el curtcircuit de la font, l'amplada del pols s'estableix al voltant del 45% per permetre que els MOSFET es desactivin. Aquest període de temps es coneix com a Temps mort. Però, a efectes de simulació, podem utilitzar un 50% d'amplada de pols.

Forma d'ona de sortida per al convertidor de mig pont

Aquesta captura de pantalla és per al voltatge de sortida a través de la càrrega. En aquesta imatge, podem veure que el valor màxim de la tensió de càrrega és de 50 V, que és la meitat del subministrament de CC i la freqüència de 50 Hz. Per completar un cicle, el temps requerit és de 20 ms.

Simulació de Full Bridge Inverter a MATLAB

Si obteniu la sortida del convertidor de mig pont, és fàcil implementar el convertidor de pont complet, perquè la majoria de les coses segueixen sent les mateixes. A l’inversor de pont complet, només necessitem dos impulsos de porta, igual que l’inversor de mig pont. Un impuls de porta és per a MOSFET 1 i 2 i l'invers d'aquest impuls de porta és per a MOSFET 3 i 4.

Elements necessaris

1) 4 - MOSFET

2) 1 font de CC

3) Càrrega resistiva

4) Mesura de la tensió

5) Generador de polsos

6) GOTO i FROM

7) powergui

Connecteu tots els components tal com es mostra a la captura de pantalla següent.

Forma d'ona de sortida per a inversor de pont complet

Aquesta captura de pantalla és per al voltatge de sortida a través de la càrrega. Aquí podem veure que el valor màxim de la tensió de càrrega és igual a la tensió d'alimentació de CC que és 100V.

Podeu consultar el recorregut complet a través del vídeo de com construir i simular el convertidor Half Bridge i Full Bridge a MATLAB a continuació.