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단상 인버터

Overview

출처: 알리 바지, 코네티컷 대학교 전기 공학학과, 스토스, CT.

DC 전력은 단방향이며 한 방향으로 흐르지만 AC 전류는 50-60 Hz의 주파수로 방향을 번갈아 가며 방향을 대체합니다. 대부분의 일반적인 전자 장치는 AC 전원이 실행되도록 설계되었습니다. 따라서 입력 DC 소스는 AC로 반전되어야 합니다. 인버터는 스위칭 기간의 일부에 대한 출력 또는 부하 측에서 입력 DC 소스의 극성을 반복적으로 뒤집는 스위칭 동작을 통해 DC 전압을 AC로 변환합니다. 일반적인 전원 인버터는 안정적인 DC 전원 입력이 필요하며, 기계 또는 전자기 스위치를 사용하여 반복적으로 전환됩니다. 출력은 회로 설계 및 사용자 요구에 따라 사파, 사네파 또는 사내파의 변형일 수 있습니다.

이 실험의 목적은 DC/AC 하프 브리지 인버터의 작동을 구축하고 분석하는 것입니다. 하프 브리지 인버터는 DC/AC 인버터의 가장 간단한 형태이지만 H-브리지, 3상 및 다단계 인버터의 빌딩 블록입니다. 스퀘어 웨이브 스위칭은 단순하게 여기에서 연구되지만 부비동 펄스 폭 변조 (SPWM) 및 기타 변조 및 스위칭 방식은 일반적으로 DC / AC 인버터에 사용됩니다.

Principles

인버터는 DC 입력 전압을 AC로 변환하는 방식으로 전환되는 스위칭 장치(1개, 2개, 4개, 6개 이상)로 구성됩니다. 스위치는 일반적으로 MOSFET, IGBT, SC 또는 다른 사람입니다.

하프 브리지 인버터는 AC 출력 전압을 /2에서최대 V로 제공하며 전체 브리지 인버터는 최대 V를 달성할 수 있습니다. 하프 브리지 인버터는 DC 입력과 병행하여 두 개의 커패시터가 필요하며, 각 V에서 /2에서전압 칸막이와 유사한 방식으로 전체 브리지에는 이러한 요구 사항이 없습니다. 하프 브리지 정류기는 두 개의 스위치를 사용하며, 풀 브리지는 4개의 스위치를 사용합니다.

많은 고급 인버터 토폴로지, 스위칭 방식 및 컨트롤러가 전력 전자 제품 문헌에 존재하지만, 하프 브리지는 대부분의 가장 기본적인 빌딩 블록입니다. 하프 브리지 인버터에서 입력 DC 소스는 동일한 커패시터 두 개를 사용하여 두 개의 반쪽으로 분할됩니다. 그런 다음 인버터는 상부 인버터 스위치가 켜지면 출력을 +Vdc/2에묶고 아래 인버터 스위치가 켜지면 -Vdc/2에연결될 수 있습니다. 두 스위치가 동시에 켜져서는 안 되며 하드웨어 또는 소프트웨어 회로를 사용하여 두 스위치가 모두 꺼져 있는 데드 타임이 추가되어야 합니다.

Procedure

1. 소스 설정 전환

  1. 출력이 10kHz 주파수와 48%의 관세 비율로 출력된 두 개의 기능 발생기를 설정합니다.
    1. 함수 생성기는 출력 신호가 위상에서 180° 되도록 동기화되어야 합니다.
    2. 2% 데드 타임은 사파 출력의 각 측면에 1%로 사용됩니다. 데드 타임은 상부 및 하부 스위치가 모두 수행되므로 입력 DC 공급이 단락되는 촬영 스루 상태를 방지합니다.
  2. 기능 생성기의 출력이 오실로스코프 화면에서 관찰하여 예상대로 작동하는지 테스트합니다.
    1. 범위 화면을 캡처합니다.
  3. 함수 생성기 출력을 끄지만 발전기를 켜십시오.
  4. DC 전원 공급 장치를 15 V로 설정하고 회로에서 분리해제된 상태로 둡니다.
    1. 설정되면 끄십시오.

2. 하프 브리지 인버터

  1. 하프 브리지 인버터는 상하 MOSFET가 독립적으로 전환되어 테스트됩니다.
  2. 도 1에 표시된 회로를 빌드합니다.
    1. 51 Ω 저항기를 하중으로 사용합니다.
  3. 입력 VDC를 +15V에 연결합니다.
    1. DC 전원 공급 장치를 끄십시오.
  4. 일반 프로브를 하이아웃(HO)과 접지 간에 연결합니다.
    1. 부하에 분산 프로브를 연결하여 V를 측정합니다.
      1. 범위 배율이 10배이고 프로브 배율이 20배인지 확인합니다.
      2. 그에 따라 모든 측정을 확장하는 것을 잊지 마십시오.
  5. 하나의 함수 생성기 출력을 상위 MOSFET 스위칭을 제어하는 데 사용되는 하이인(HIN)에 연결합니다.
    1. 회로의 공통점에 접지를 연결합니다.
    2. 다른 함수 생성기 출력을 낮은 MOSFET 스위칭을 제어하는 데 사용되는 낮은 인(LIN)에 연결합니다.
  6. 파형을 캡처하고 출력 전압 피크 및 주파수를 측정합니다.
  7. DC 전원 공급 장치에 입력 전류 및 전압 판독값을 기록합니다.
  8. DC 전원 공급 장치를 끄고 회로에서 기능 발생기 출력을 분리합니다.

Figure 1
그림 1: 하프 브리지 설정

Results

이 하프 브리지 인버터를 구축하여 출력 전압 파형이 최대 V dc/2의 정사각형 파동과 최소 -Vdc/2의정사각형 파형으로 인해 출력 전압이 스위칭 기간의 약 4%에 대해 0이 될 것으로 예상됩니다.

스퀘어 웨이브 인버터는 총 고조파 왜곡(THD)을 가지고 있으며 실제 응용 분야에서는 거의 사용되지 않습니다. 이는 THD를 개선할 뿐만 아니라 50Hz 또는 60Hz와 같은 기본 고조파를 제외한 출력 전압에서 원치 않는 고조파에 대한 필터링 요구 사항을 줄입니다.

Application and Summary

인버터는 청정 에너지원(예: 태양광전지, 연료전지, 풍력 터빈) 및 에너지 저장 시스템(예: 배터리)과 그리드를 상호 결합하는 데 매우 일반적입니다. 이는 무정전 전원 공급 장치(UPS 시스템), 청정 에너지 침투가 가능한 마이크로 그리드, 하이브리드 및 전기 운송 시스템에 필수적입니다. 인버터의 주요 응용 분야 중 원하는 속도 및 / 또는 토크를 달성하기 위해 인버터 스위칭 패턴을 조정하여 모터 컨트롤을 제공 할 수있는 모터 드라이브에 있습니다.

Tags

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

건너뛰기...

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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