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单相逆变器

Overview

资料来源: Bazzi, 康涅狄格州大学电气工程系, 斯托斯, CT。

直流电源是单向的, 在一个方向上流动, 而交流电流交替方向的频率为50-60 赫兹。大多数常见的电子设备都是设计用于交流电源;因此, 输入直流电源必须倒置到 ac. 逆变器通过开关动作将直流电压转换为 ac, 在开关周期的输出端或负载侧反复翻转输入直流电源的极性。典型的电源逆变器需要稳定的直流电源输入, 然后使用机械或电磁开关反复切换。输出可以是方波、正弦波或正弦波的变化, 这取决于电路设计和用户需求。

本实验的目的是建立和分析直流/交流半桥逆变器的运行情况。半桥逆变器是一种最简单的直流/交流变流器形式, 但是 H 桥、三相、多电平逆变器的基石。本文对方波开关进行了简单的研究, 但正弦脉宽调制 (SPWM) 和其它调制和交换方案通常用于直流/交流逆变器。

Principles

逆变器由开关设备 (一、二、四、六或更多) 组成, 它们以转换直流输入电压的方式切换到 AC。交换机通常是 mosfet、igbt、中心或其他开关。

半桥逆变器提供的交流输出电压在/2 的最大值为 v, 而全桥逆变器在可实现最大的 v。半桥式逆变器需要两个与 DC 输入并联的电容器将输入分成两半, 每一个在V/2 中以类似于电压分配器的方式, 而全桥没有这个要求。半桥整流器使用两个开关, 而全桥使用四开关。

许多先进的逆变器拓扑、交换方案和控制器存在于电力电子文献中, 但半桥是其中最基本的构造块。在半桥逆变器中, 使用两个相同电容的相同电容器将输入直流电源分成两半。然后, 当上逆变器开关打开时, 逆变器可以将输出与+ vdc/2 绑定在一起, 并在较低的逆变器开关打开时, 将vdc/2。两个开关不应该在同一时间, 和死的时间时, 都应该添加使用硬件或软件电路。

Procedure

1. 切换源设置

  1. 设置两个函数发生器的输出为方波的10赫频率和48% 的占空比。
    1. 函数生成器应同步, 以使其输出信号的180°脱离相位。
    2. 2% 死时间被使用作为1% 在正方形波浪的每边输出。死时间防止了一个拍摄的情况下, 无论是上下开关进行, 从而做空输入直流电源。
  2. 通过在示波器屏幕上观察函数发生器的输出结果。
    1. 捕获范围屏幕。
  3. 关闭函数生成器输出, 但让生成程序自己打开。
  4. 将直流电源设置为15伏, 并使其与任何电路断开连接。
    1. 设置后将其关闭。

2. 半桥逆变器

  1. 对半桥逆变器进行了上、下 mosfet 独立切换的测试。
  2. 构建图1所示的电路。
    1. 使用51Ω电阻作为负载。
  3. 将输入Vdc 连接到 + 15 v
    1. 保持直流电源关闭。
  4. 将普通探头连接到高出 (HO) 和地面之间。
    1. 通过负载连接一个差分探头, 以测量V
      1. 确保示波器的缩放范围为 10X, 探头缩放比例为20X。
      2. 不要忘记相应地缩放所有测量。
  5. 将一个函数发生器输出连接到高 in (欣), 用于控制上部 MOSFET 开关。
    1. 将地面连接到电路的共同地面。
    2. 将其他函数发生器输出连接到低中 (LIN), 用于控制低 MOSFET 开关。
  6. 捕获波形并测量输出电压峰值和频率。
  7. 记录直流电源上的输入电流和电压读数。
  8. 关闭直流电源并断开功能发生器输出电路。

Figure 1
图 1: 半桥安装

Results

这是预计从建设这个半桥逆变器, 输出电压波形是一个方波, 最大的Vdc/2 和最小的-Vdc/2, 某些死区会导致输出电压为零, 大约4%切换周期。

方波逆变器具有较高的总谐波失真, 在实际应用中很少使用, 但是, 它们是许多更先进的逆变器的构造块, 具有更好的开关方案, 如 SPWM, 可以提供更多的正弦输出电压.这不仅改善了谐波, 而且降低了输出电压中不需要的谐波的滤波要求, 除了基波谐波, 如50或60赫兹。

Application and Summary

逆变器是非常常见的接口清洁能源, e, g, 太阳能光伏, 燃料电池, 风力涡轮机, 以及与能源存储系统, 如电池, 与电网。它们在间断电源 (UPS 系统)、具有清洁能源渗透的微网格系统以及混合和电力运输系统中至关重要。在变频器的主要应用之一是在电机驱动器, 可以通过调整逆变开关模式来提供马达控制, 以达到预期的速度和/或扭矩。

Tags

Single Phase InverterElectrical DeviceDC To AC ConversionSolar CellsElectrical GridUninterruptible Power SuppliesBatteryPulse Width Modulation

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0:06

Overview

1:12

Principles of the Single Phase Inverter

4:14

Switching Source Setup

5:50

Half-Bridge Inverter

7:34

Results

8:23

Applications

9:29

Summary

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