Full Bridge Inverter คืออะไร: การทำงานและการใช้งาน

อินเวอร์เตอร์เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่แปลงแหล่งจ่ายอินพุต DC เป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับแบบสมมาตรของขนาดและความถี่มาตรฐานที่ด้านเอาต์พุต นอกจากนี้ยังมีชื่อเป็น ตัวแปลง DC เป็น AC . อินพุตและเอาต์พุตอินเวอร์เตอร์ในอุดมคติสามารถแสดงได้ทั้งในรูปคลื่นไซน์และไม่ใช่ไซน์ หากแหล่งอินพุตไปยังอินเวอร์เตอร์เป็นแหล่งจ่ายแรงดันอินเวอร์เตอร์จะเรียกว่าอินเวอร์เตอร์แหล่งแรงดันไฟฟ้า (VSI) และหากแหล่งอินพุตไปยังอินเวอร์เตอร์เป็นแหล่งกระแสจะเรียกว่าอินเวอร์เตอร์แหล่งกระแส (CSI) . อินเวอร์เตอร์แบ่งออกเป็น 2 ประเภทตามประเภทของโหลดที่ใช้เช่น เฟสเดียว อินเวอร์เตอร์และอินเวอร์เตอร์สามเฟส อินเวอร์เตอร์เฟสเดียวแบ่งออกเป็น 2 ประเภทคืออินเวอร์เตอร์แบบครึ่งบริดจ์และอินเวอร์เตอร์แบบฟูลบริดจ์ บทความนี้จะอธิบายรายละเอียดการสร้างและการทำงานของอินเวอร์เตอร์แบบฟูลบริดจ์

Single Phase Full Bridge Inverter คืออะไร?

คำจำกัดความ: อินเวอร์เตอร์เฟสเดียวแบบสะพานเต็มเป็นอุปกรณ์สวิตชิ่งที่สร้างแรงดันเอาท์พุต AC แบบคลื่นสี่เหลี่ยมบนแอปพลิเคชันอินพุต DC โดยการปรับสวิตช์เปิดและปิดตามลำดับการสลับที่เหมาะสมโดยที่แรงดันเอาต์พุตที่สร้างขึ้นจะอยู่ในรูปแบบ + Vdc , -Vdc, หรือ 0.

การจำแนกประเภทของอินเวอร์เตอร์

อินเวอร์เตอร์แบ่งออกเป็น 5 ประเภท ได้แก่

ตามลักษณะการส่งออก

• อินเวอร์เตอร์คลื่นสี่เหลี่ยม
• อินเวอร์เตอร์คลื่น
• อินเวอร์เตอร์คลื่นไซน์ดัดแปลง

ตามแหล่งที่มาของอินเวอร์เตอร์

• อินเวอร์เตอร์แหล่งที่มาปัจจุบัน
• อินเวอร์เตอร์แหล่งจ่ายแรงดัน

ตามประเภทของโหลด

อินเวอร์เตอร์เฟสเดียว

• อินเวอร์เตอร์ครึ่งสะพาน
• อินเวอร์เตอร์แบบเต็มสะพาน

อินเวอร์เตอร์สามเฟส

• โหมด 180 องศา
• โหมด 120 องศา

ตามเทคนิค PWM ที่แตกต่างกัน

• เรียบง่าย การมอดูเลตความกว้างของพัลส์ (SPWM)
• การมอดูเลตความกว้างพัลส์หลายแบบ (MPWM)
• การมอดูเลตความกว้างพัลส์ไซน์ (SPWM)
• การมอดูเลตความกว้างพัลส์ไซน์ที่ปรับเปลี่ยน (MSPWM)

ตามจำนวนระดับเอาต์พุต

• อินเวอร์เตอร์ 2 ระดับปกติ
• อินเวอร์เตอร์หลายระดับ.

การก่อสร้าง

การสร้างอินเวอร์เตอร์แบบเต็มสะพานประกอบด้วยตัวสับ 4 ตัวโดยที่สับแต่ละอันประกอบด้วยคู่ของ ทรานซิสเตอร์ หรือไทริสเตอร์และก ไดโอด , จับคู่เชื่อมต่อกันนั่นคือ

• T1 และ D1 เชื่อมต่อแบบขนาน
• T4 และ D2 เชื่อมต่อแบบขนาน
• T3 และ D3 เชื่อมต่อแบบขนานและ
• T2 และ D4 เชื่อมต่อแบบขนาน

โหลด V0 เชื่อมต่อระหว่างชอปเปอร์คู่ที่“ AB” และขั้วปลายของ T1 และ T4 เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายแรงดัน VDC ดังที่แสดงด้านล่าง

แผนภาพวงจรของอินเวอร์เตอร์เฟสเดียวแบบเต็มสะพาน

วงจรสมมูลสามารถแสดงในรูปแบบของสวิตช์ดังที่แสดงด้านล่าง

ไดโอดสมการปัจจุบัน

การทำงานของ Single Phase Full Bridge Inverter

การทำงานของเฟสเดียวแบบเต็มสะพานโดยใช้ โหลด RLC สามารถอธิบายอินเวอร์เตอร์ได้โดยใช้สถานการณ์ต่อไปนี้

Overdamping และ Underdamping

จากกราฟที่ 0 ถึง T / 2 ถ้าเราใช้แรงกระตุ้น DC กับโหลด RLC กระแสโหลดเอาต์พุตที่ได้รับอยู่ในรูปคลื่นไซน์ เนื่องจากกำลังใช้โหลด RLC รีแอคแตนซ์ของโหลด RLC จึงแสดงใน 2 เงื่อนไขเป็น XL และ XC

Codition1: ถ้า XL> XC จะทำหน้าที่เหมือนการโหลดที่ล้าหลังและถูกเรียกว่าเป็นระบบ overdamped และ

เงื่อนไข 2: ถ้า XL

แบบฟอร์มคลื่นอินเวอร์เตอร์แบบเต็มสะพาน

มุมการนำ

มุมการนำของแต่ละ สวิตซ์ และแต่ละไดโอดสามารถกำหนดได้โดยใช้รูปคลื่นของ V0 และ I0

ที่เงื่อนไขการโหลดล่าช้า

กรณีที่ 1: จากφถึงπ, V0> 0 และ I0> 0 จากนั้นสลับ S1, S2 conducts
กรณีที่ 2: จาก 0 ถึงφ, V0> 0 และ I0<0 then diodes D1, D2 conducts
กรณีที่ 3: จากπ + φถึง 2 π, V0<0 and I0 < 0 then switches S3, S4 conducts
กรณีที่ 4: รูปแบบπถึงπ + φ, V0 0 จากนั้นไดโอด D3, D4 ดำเนินการ

ที่เงื่อนไขการโหลดชั้นนำ

กรณีที่ 1: จาก 0 ถึงπ - φ, V0> 0 และ I0> 0 จากนั้นสลับ S1, S2 conducts

กรณีที่ 2: จากπ - φถึงπ, V0> 0 และ I0<0 then diodes D1, D2 conducts

กรณีที่ 3: จากπถึง 2 π - φ, V0<0 and I0 < 0 then switches S3, S4 conducts

กรณีที่ 4: รูปแบบ 2 π - φถึง 2 π, V0 0 จากนั้นไดโอด D3, D4 ดำเนินการ

กรณีที่ 5: ก่อนหน้าที่φถึง 0, D3 และ D4

ดังนั้นมุมการนำของแต่ละไดโอดจึงเป็น 'พี' และมุมการนำของแต่ละ ไทริสเตอร์ หรือทรานซิสเตอร์คือ “ Π - φ”.

การเปลี่ยนแบบบังคับและการเปลี่ยนตนเอง

สถานการณ์การเปลี่ยนตัวเองสามารถสังเกตได้ในเงื่อนไขการโหลดชั้นนำ

จากกราฟเราสามารถสังเกตได้ว่า“ φถึงπ - φ”, S1 และ S2 กำลังดำเนินการและหลังจาก“ π - φ”, D1, D2 กำลังดำเนินการ ณ จุดนี้แรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าตกคร่อม D1 และ D2 เท่ากับ 1 โวลต์ โดยที่ S1 และ S2 เผชิญกับแรงดันไฟฟ้าลบหลังจาก“ π - φ” ดังนั้น S1 และ S2 จึงดับลง ดังนั้นการแลกเปลี่ยนตนเองจึงเป็นไปได้ในกรณีนี้

แบบฟอร์มคลื่นอินเวอร์เตอร์แบบเต็มสะพาน

สถานการณ์การเปลี่ยนการบังคับสามารถสังเกตได้ในสภาพภาระที่ล้าหลัง

จากกราฟเราสามารถสังเกตได้ว่า“ o ถึงφ”, D1 และ D2 กำลังดำเนินการและจากπถึงφ, S1 และ S2 กำลังดำเนินการและมีการลัดวงจร หลังจาก“ φ” D3 และ D4 ดำเนินการก็ต่อเมื่อปิด S1 และ S2 แต่เงื่อนไขนี้สามารถทำได้โดยบังคับให้ปิด S1 และ S2 เท่านั้น ดังนั้นเราจึงใช้แนวคิดของการบังคับ การสลับ .

สูตร

1). มุมการนำของแต่ละไดโอดคือ พี

2). มุมการนำของไทริสเตอร์แต่ละตัวคือ π - φ .

3). การสับเปลี่ยนตัวเองเป็นไปได้เฉพาะในโหลดตัวประกอบกำลังชั้นนำหรือระบบที่มีไฟต่ำในเวลาปิดวงจร t_ค= φ / ว_{0 .}โดยที่ w0 เป็นความถี่พื้นฐาน

4). อนุกรมฟูริเยร์ วี₀(t) = ∑_{n = 1,3,5}^ก[4 โวลต์_{กระแสตรง}/ nπ] บาปน₀t

5). ผม₀(t) = ∑_{n = 1,3,5}^ก[4 โวลต์_{กระแสตรง}/ nπ l z_nล] น. บาปน₀t + φ_n

6). วี_{01 สูงสุด}= 4 โวลต์_{กระแสตรง}/ พี่

7). ผม_{01 สูงสุด}= 4 โวลต์_{กระแสตรง}/ π Z₁

8). Mod Z_n= ร^สอง+ (n ว₀L - 1 / n w₀C) โดยที่ n = 1,2,3,4 … ..

9). พี_n= ดังนั้น^-1[( / R]

10). ปัจจัยการกระจัดพื้นฐาน ฉ_DF= cos พี

11). สมการกระแสไดโอด I_งและรูปคลื่นจะได้รับดังนี้

ผม_{D01 (เฉลี่ย)}= 1 / 2π [∫₀^พีผม_{สูงสุด 01}บาป (ว₀เสื้อ - φ₁)] dwt

ผม_{D01 (rms)}= [1 / 2π [∫₀^พีผม₀₁^สอง_{สูงสุด}ไม่มี^สอง(v₀เสื้อ - φ₁) dwt]]^1/2

ไดโอดสมการปัจจุบัน

12). สลับหรือสมการกระแสไทริสเตอร์ I_ทีและรูปคลื่นจะได้รับดังนี้

ผม_{T01 (เฉลี่ย)}= 1 / 2π [∫_พี^พี่ผม_{สูงสุด 01}บาป (ว₀เสื้อ - φ₁)] dwt

ผม_{T01 (rms)}= [1 / 2π [∫_พี^พี่ผม₀₁^สอง_{สูงสุด}ไม่มี^สอง(v₀เสื้อ - φ₁) dwt]]^1/2

รูปคลื่นไทริสเตอร์

ข้อดีของ Single Phase Full Bridge Inverter

ต่อไปนี้เป็นข้อดี

• ไม่มีความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าในวงจร
• เหมาะสำหรับแรงดันไฟฟ้าขาเข้าสูง
• พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ
• คะแนนปัจจุบันของ อุปกรณ์ไฟฟ้า เท่ากับกระแสโหลด

ข้อเสียของ Single Phase Full Bridge Inverter

ต่อไปนี้เป็นข้อเสีย

• ประสิทธิภาพของอินเวอร์เตอร์แบบฟูลบริดจ์ (95%) น้อยกว่าครึ่งหนึ่งของอินเวอร์เตอร์บริดจ์ (99%)
• การสูญเสียสูง
• เสียงสูง

การใช้งานอินเวอร์เตอร์เฟสเดียวแบบเต็มสะพาน

ต่อไปนี้เป็นแอพพลิเคชั่น

• ใช้ได้กับแอพพลิเคชั่นเช่นคลื่นสี่เหลี่ยมตัวอย่างพลังงานต่ำและปานกลาง / คลื่นกึ่งสแควร์ แรงดันไฟฟ้า
• คลื่นไซน์ที่บิดเบี้ยวใช้เป็นอินพุตในการใช้งานพลังงานสูง
• การใช้อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์กำลังความเร็วสูงเนื้อหาฮาร์มอนิกที่เอาต์พุตสามารถลดลงได้ PWM เทคนิค
• แอปพลิเคชันอื่น ๆ เช่น AC มอเตอร์แปรผัน , เครื่องทำความร้อน อุปกรณ์เหนี่ยวนำ , รอ แหล่งจ่ายไฟ
• อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์
• คอมเพรสเซอร์ ฯลฯ

ด้วยประการฉะนี้ อินเวอร์เตอร์เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้า ที่แปลงแหล่งจ่ายอินพุต DC เป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับแบบไม่สมมาตรของขนาดและความถี่มาตรฐานที่ด้านเอาต์พุต ตามประเภทของโหลดอินเวอร์เตอร์เฟสเดียวแบ่งออกเป็น 2 ประเภทเช่นอินเวอร์เตอร์แบบครึ่งสะพานและอินเวอร์เตอร์แบบเต็มสะพาน บทความนี้อธิบายเกี่ยวกับอินเวอร์เตอร์เฟสเดียวแบบสะพานเต็ม ประกอบด้วยไทริสเตอร์ 4 ตัวและไดโอด 4 ตัวซึ่งทำหน้าที่เหมือนสวิตช์ ขึ้นอยู่กับตำแหน่งสวิตช์ที่อินเวอร์เตอร์แบบฟูลบริดจ์ทำงาน ข้อได้เปรียบหลักของสะพานแบบเต็มสะพานครึ่งสะพานคือแรงดันขาออกคือแรงดันไฟฟ้าขาเข้า 2 เท่าและกำลังไฟฟ้าขาออก 4 เท่าเมื่อเทียบกับอินเวอร์เตอร์แบบครึ่งสะพาน