Einphasen-Wechselrichter

Quelle: Ali Bazzi, Department of Electrical Engineering, University of Connecticut, Storrs, CT.

Gleichstrom ist unidirektional und fließt in eine Richtung, in der Erwägung, dass Wechselstrom wechselt Richtungen mit einer Frequenz von 50-60 Hz. Am häufigsten verwendete elektronische Geräten sind entworfen, um von Netzstrom aus ausgeführt werden; Daher muss eine Eingangsquelle DC AC Wechselrichter konvertieren DC Spannung AC invertiert werden, durch Schaltfunktion, die immer wieder die Polarität der DC-Eingangsquelle Ausgang oder Last seitlich zum Teil von einem Schaltzeitraum dreht. Ein typische Wechselrichter erfordert eine stabile DC Stromaufnahme, die dann wiederholt mit mechanischer oder elektromagnetischer Schalter ausgeschaltet ist. Die Ausgabe kann ein Rechtecksignal, Sinus-Welle oder eine Variation der Sinus, je nach Schaltungsdesign und die Bedürfnisse der Nutzer.

Das Ziel dieses Experiments ist zu bauen und den Betrieb von DC/AC Halbbrücken-Wechselrichter zu analysieren. Halbbrücken-Wechselrichter sind die einfachste Form der DC/AC Wechselrichter, aber sind die Bausteine für H-Brücke, Drehstrom- und Multi-level-Wechselrichter. Rechtecksignal umschalten ist studierte hier der Einfachheit halber, aber sinusförmigen Pulsweitenmodulation (SPWM) und andere Modulation und switching-Systeme dienen in der Regel im DC/AC Wechselrichter.

Wechselrichter bestehen von Schaltgeräten (ein, zwei, vier, sechs oder mehr), die in einer Art und Weise eingeschaltet sind, die eine DC-Eingangsspannung AC umwandelt. Die Schalter sind in der Regel MOSFETs, IGBTs, SCRs oder andere.

Der Halbbrücken-Wechselrichter bietet eine AC Ausgangsspannung mit einem Maximum von V_in2, während die Vollbrücke Wechselrichter maximal V_inerreichen kann. Der Halbbrücken-Wechselrichter benötigt zwei Kondensatoren parallel zu den DC-Eingang, teilen die Eingabe in zwei Hälften jeweils V_in2 in gewissem Sinne ähnlich eines Spannungsteilers, während die Vollbrücke nicht diese Anforderung. Der Gleichrichter Halbbrücke verwendet zwei Schalter, während die Vollbrücke vier Schalter verwendet.

Viele erweiterte Wechselrichter Topologien, Schemata, Wechsel und Controller gibt es in der macht-Elektronik-Literatur, aber der Halbbrücke ist der grundlegende Baustein von die meisten von ihnen. In einer Halbbrücke Wechselrichter gliedert sich in zwei Hälften mit zwei identischen Kondensatoren gleicher Kapazität DC-Eingangsquelle. Der Wechselrichter kann dann die Ausgabe + V_dc2 Wenn der oberen Wechselrichter-Schalter aktiviert ist, und -V_dc2 binden, wenn der untere Wechselrichter-Schalter eingeschaltet ist. Beide Schalter sollte nicht zur gleichen Zeit, und Totzeit, wenn beide Weg sind, sollte hinzugefügt mit Hardware oder Software-Schaltung.

1. Schalten Source Setup

1. Legen Sie zwei Funktion Generatoren mit einer Leistung als Quadrat-Wellen bei 10 kHz Frequenz und 48 % Tastverhältnis.
   1. Die Funktion Generatoren sollten synchronisiert werden, so dass deren Ausgangssignale 180° phasenverschoben sind.
   2. Die 2 % Totzeit wird als 1 % auf jeder Seite der Square-Wave-Ausgabe verwendet. Totzeit verhindert ein Shoot-through Zustand, wo die oberen und unteren Schalter führen somit Kurzschließen der DC-Eingangsspannung.
2. Test, der die Funktion Generatoren Ausgänge sind wie erwartet auf dem Oszilloskop Bildschirm zu beobachten.
   1. Erfassen Sie die Rahmen-Bildschirm.
3. Schalten Sie die Funktionsausgänge Generator ausgeschaltet lassen aber die Generatoren selbst.
4. Stellen Sie das DC-Netzteil 15 V und lassen Sie es alle Schaltungen getrennt ein
   1. Drehen Sie sie einmal davon festgelegt ist.

(2) Halbbrücken-Wechselrichter

1. Der Halbbrücken-Wechselrichter wird mit der oberen und unteren MOSFETs geschaltet unabhängig getestet.
2. Bauen Sie die Schaltung in Abb. 1 dargestellt.
   1. Verwenden Sie den 51 Ω Widerstand als die Last.
3. Schließen Sie die Eingabe V_dc bis + 15V.
   1. Halten Sie die DC-Versorgung ab.
4. Eine regelmäßige Sonde zwischen High-Out (HO) und Masse anschließen.
   1. Verbinden Sie ein Differenzialfühler über die Last, V_,zu messen.
      1. Achten Sie darauf, dass der Umfang Skalierung bei 10 X liegt und Sonde Skalierung bei 20 X ist.
      2. Vergessen Sie nicht, alle Messungen entsprechend zu skalieren.
5. Schließen Sie ein Funktion Generator Ausgang High-in (HIN) dient zum oberen MOSFET schalten steuern.
   1. Schließen Sie ihren Boden an die Gemeinsamkeiten der Schaltung.
   2. Schließen Sie das andere Funktionsgenerator Ausgang auf Low-in (LIN) dient zum unteren MOSFET schalten steuern.
6. Erfassen Sie die Wellenformen zu und Messen Sie die Ausgabe Spannungsspitze und Frequenz.
7. Erfassen der Eingangsstrom und Spannung Lesungen auf dem DC-Netzteil.
8. TURN OFF DC Netzteil und der Funktionsgenerator Ausgang vom Stromkreis trennen.

Abbildung 1 : Halbbrücken-Setup

Es ist zu erwarten von Gebäude dieser Halbbrücken-Inverter, die Ausgang Spannung Wellenform ist ein Rechtecksignal mit maximal V_dc2 und ein Minimum an -V_dc2 mit einigen verursacht der Ausgangsspannung Null für rund 4 % der Totzeit Schaltzeitraum.

Rechteck-Wechselrichter haben hohen Klirrfaktor (THD) und sind nur selten in realen Anwendungen verwendet, aber sie sind die Bausteine für viele fortgeschrittene Wechselrichter mit besseren Regelungen, z. B. SPWM umschalten, mehr sinusförmigen-ähnliche Leistung bieten können Spannungen. Dies verbessert nicht nur die THD, sondern verringert auch Filter für unerwünschte Oberwellen der Ausgangsspannung bis auf die grundlegende harmonische, z. B. bei 50 oder 60 Hz.

Wechselrichter sind sehr häufig in Anbindung saubere Energiequellen, e, g, solar Photovoltaik, Brennstoffzellen, Windkraftanlagen, sowie mit Energiespeichern, z. B. Batterien, mit dem Raster. Sie sind wesentlich in unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV-Anlagen), in Mikro-Netze mit sauberer Energie eindringen und in Hybrid und Elektro Transportation Systems. Zu die wichtigsten Anwendungen der Wechselrichter ist in Motorantriebe wo Motorsteuerung erbracht werden kann, durch eine Anpassung des Umrichters Umschaltung Muster um die gewünschte Geschwindigkeit und/oder Drehmoment zu erreichen.