O que é um inversor Full Bridge: Funcionando e sua aplicação

O inversor é um dispositivo elétrico que converte a alimentação de entrada CC em tensão CA simétrica de magnitude e frequência padrão no lado da saída. Também é denominado como Conversor DC para AC . Uma entrada e saída ideal do inversor pode ser representada em formas de onda senoidais e não senoidais. Se a fonte de entrada para o inversor é uma fonte de tensão, então o inversor é chamado de inversor de fonte de tensão (VSI) e se a fonte de entrada para o inversor é uma fonte de corrente, então é chamado de inversor de fonte de corrente (CSI) . Os inversores são classificados em 2 tipos de acordo com o tipo de carga sendo usada, ou seja, Fase única inversores e inversores trifásicos. Os inversores monofásicos são classificados em 2 tipos de inversor de meia ponte e inversor de ponte completa. Este artigo explica a construção detalhada e o funcionamento de um inversor de ponte completa.

O que é um Inversor Full Bridge Monofásico?

Definição: Um inversor monofásico de ponte completa é um dispositivo de comutação que gera uma tensão de saída CA de onda quadrada na aplicação de entrada CC, ajustando o interruptor LIGADO e DESLIGADO com base na sequência de comutação apropriada, onde a tensão de saída gerada é da forma + Vdc , -Vdc, Ou 0.

Classificação de inversores

Os inversores são classificados em 5 tipos, eles são

De acordo com as características de saída

• Inversor de onda quadrada
• Seu inversor de onda
• Inversor de onda senoidal modificado.

De acordo com a fonte do inversor

• Inversor de fonte de corrente
• Inversor de fonte de tensão

De acordo com o tipo de carga

Inversor monofásico

• Inversor meia ponte
• Inversor de ponte completa

Inversores trifásicos

• Modo de 180 graus
• Modo de 120 graus

De acordo com diferentes técnicas de PWM

• Simples modulação de largura de pulso (SPWM)
• Modulação de largura de pulso múltipla (MPWM)
• Modulação de largura de pulso sinusoidal (SPWM)
• Modulação de largura de pulso senoidal modificada (MSPWM)

De acordo com o número de níveis de produção.

• Inversores normais de 2 níveis
• Inversor multinível.

Construção

A construção do inversor full-bridge é, consiste em 4 choppers onde cada chopper consiste num par de transistor ou um tiristor e um diodo , par conectado que é

• T1 e D1 são conectados em paralelo,
• T4 e D2 são conectados em paralelo,
• T3 e D3 são conectados em paralelo, e
• T2 e D4 são conectados em paralelo.

Uma carga V0 é conectada entre o par de choppers em “AB” e os terminais finais de T1 e T4 são conectados à fonte de tensão VDC conforme mostrado abaixo.

Diagrama de circuito do inversor monofásico de ponte completa

Um circuito equivalente pode ser representado na forma de interruptor, conforme mostrado abaixo

Equação de corrente de diodo

Funcionamento do Inversor Monofásico Full Bridge

O funcionamento da ponte completa monofásica usando Carga RLC inversor pode ser explicado usando os seguintes cenários

Superamortecimento e subamortecimento

Do gráfico em 0 a T / 2, se aplicarmos a excitação DC à carga RLC. A corrente de carga de saída obtida está na forma de onda sinusoidal. Uma vez que a carga RLC está sendo usada, a reatância da carga RLC é representada em 2 condições como XL e XC

Codition1: Se XL> XC, ele atua como carga retardada e é chamado de sistema superamortecido e

Condição 2: Se XL

Forma de onda do inversor Full Bridge

Ângulo de Condução

Ângulo de condução de cada interruptor e cada diodo pode ser determinado usando a forma de onda de V0 e I0.

Na condição de carga retardada

Caso 1: De φ para π, V0> 0 e I0> 0 então muda S1, S2 conduz
Caso 2: De 0 a φ, V0> 0 e I0<0 then diodes D1, D2 conducts
Caso 3: De π + φ a 2 π, V0<0 and I0 < 0 then switches S3, S4 conducts
Caso 4: Forme π para π + φ, V0 0 então os diodos D3, D4 conduz.

Na condição de carga principal

Caso 1: De 0 a π - φ, V0> 0 e I0> 0 então muda S1, S2 conduz

Caso 2: De π - φ a π, V0> 0 e I0<0 then diodes D1, D2 conducts

Caso 3: De π a 2 π - φ, V0<0 and I0 < 0 then switches S3, S4 conducts

Caso 4: Forma 2 π - φ a 2 π, V0 0, em seguida, diodos D3, D4 conduz

Caso 5: Antes de φ a 0, D3 e D4 conduzem.

Portanto, o ângulo de condução de cada diodo é 'Phi' e o ângulo de condução de cada Tiristor ou transistor é “Π - φ”.

Comutação forçada e autocomutação

Situação de auto-comutação pode ser observada na condição de carga principal

No gráfico, podemos observar que “φ para π - φ”, S1 e S2 estão conduzindo e após “π - φ”, D1, D2 estão conduzindo, neste ponto, a queda de tensão direta entre D1 e D2 é de 1 Volt. Onde S1 e S2 estão enfrentando tensão negativa após “π - φ” e então S1 e S2 desligam. Portanto, a autocomutação é possível neste caso.

Forma de onda do inversor Full Bridge

Situação de comutação forçada pode ser observada na condição de carga retardada

No gráfico, podemos observar que “o para φ”, D1 e D2 estão conduzindo, e de π para φ, S1 e S2 estão conduzindo e estão em curto-circuito. Após “φ” D3 e D4 conduzem apenas se S1 e S2 estiverem desligados, mas esta condição pode ser satisfeita apenas forçando S1 e S2 a desligarem. Portanto, usamos o conceito de forçado trocando .

Fórmulas

1). O ângulo de condução de cada diodo é Phi

2). O ângulo de condução de cada tiristor é π - φ .

3). A auto-comutação é possível apenas na carga do fator de potência principal ou sistema subamortecido no tempo de desligamento do circuito t_c= φ / w_{0 .}Onde w0 é a frequência fundamental.

4). Séries de Fourier V₀(t) = ∑_{n = 1,3,5}^uma[4 V_DC/ nπ] Sin n w₀t

5). eu₀(t) = ∑_{n = 1,3,5}^uma[4 V_DC/ nπ l z_nl] Sin n w₀t + φ_n

6). V_01máx= 4 V_dc/ Pi

7). eu_01máx= 4 V_dc/ π Z₁

8). Mod Z_n= R^dois+ (n w₀L - 1 / n w₀C) onde n = 1,2,3,4 ... ..

9). Phi_n= então^-1[( / R]

10). Fator de deslocamento fundamental F_DF= cos Phi

11). Equação de corrente de diodo I_De a forma de onda é dada como segue

eu_{D01 (média)}= 1 / 2π [∫₀^Phieu_{01 max}Pecado (w₀t - φ₁)] dwt

eu_{D01 (rms)}= [1 / 2π [∫₀^Phieu₀₁^dois_maxSem^dois(v₀t - φ₁) dwt]]^1/2

Equação de corrente de diodo

12). Interruptor ou equação de corrente de tiristor I_Te a forma de onda é dada como segue

eu_{T01 (média)}= 1 / 2π [∫_Phi^Pieu_{01 max}Pecado (w₀t - φ₁)] dwt

eu_{T01 (rms)}= [1 / 2π [∫_Phi^Pieu₀₁^dois_maxSem^dois(v₀t - φ₁) dwt]]^1/2

Forma de onda do tiristor

Vantagens do Inversor Full Bridge Monofásico

A seguir estão as vantagens

• Ausência de flutuação de tensão no circuito
• Adequado para alta tensão de entrada
• Energia eficiente
• A classificação atual do dispositivos de energia é igual à corrente de carga.

Desvantagens do Inversor Full Bridge Monofásico

A seguir estão as desvantagens

• A eficiência do inversor de ponte completa (95%) é menos da metade do inversor de ponte (99%).
• As perdas são altas
• Muito barulho.

Aplicações do inversor monofásico Full Bridge

A seguir estão os aplicativos

• Aplicável em aplicações como onda quadrada de exemplo de baixa e média potência / onda quase quadrada Tensão
• Uma onda sinusoidal distorcida é usada como entrada em aplicações de alta potência
• Usando dispositivos semicondutores de potência de alta velocidade, o conteúdo harmônico na saída pode ser reduzido por PWM técnicas
• outros aplicativos como AC motor variável , aquecimento dispositivo de indução , espera fonte de energia
• Inversores Solares
• compressores, etc

Portanto, um inversor é um dispositivo elétrico que converte a alimentação de entrada CC em tensão CA assimétrica de magnitude e frequência padrão no lado da saída. De acordo com o tipo de carga, um inversor monofásico é classificado em 2 tipos, como inversor de meia ponte e inversor de ponte completa. Este artigo explica sobre o inversor monofásico de ponte completa. É composto por 4 tiristores e 4 diodos que, juntos, atuam como interruptores. Dependendo das posições da chave, o inversor em ponte completa opera. A principal vantagem da ponte completa sobre meia ponte é que a tensão de saída é 2 vezes a tensão de entrada e a potência de saída é 4 vezes comparada a um inversor de meia ponte.