O inversor é um conversor eletrônico de potência que converte energia direta em energia alternada. Ao usar este dispositivo inversor, podemos converter CC fixa em energia CA variável que tem uma frequência e tensão variáveis. Em segundo lugar, a partir deste inversor, podemos variar a frequência, ou seja, seremos capazes de gerar as frequências de 40HZ, 50HZ, 60HZ conforme nossa exigência. Se a entrada CC for uma fonte de tensão, o inversor é conhecido como VSI (Voltage Source Inverter). Os inversores precisam de quatro dispositivos de comutação, enquanto o inversor de meia ponte precisa de dois dispositivos de comutação. Os inversores de ponte são de dois tipos, eles são meia ponte inversor e inversor de ponte completa. Este artigo discute o inversor de meia ponte.
O que é o inversor de meia ponte?
O inversor é um dispositivo que converte uma tensão CC em tensão CA e consiste em quatro chaves, enquanto o inversor meia ponte requer dois diodos e duas chaves que são conectadas em antiparalelo. Os dois interruptores são interruptores complementares, o que significa que quando o primeiro interruptor está LIGADO, o segundo interruptor estará DESLIGADO. Similarmente, quando o segundo interruptor está LIGADO, o primeiro interruptor estará DESLIGADO.
Inversor de meia ponte monofásico com carga resistiva
O diagrama do circuito de um inversor meia ponte monofásico com carga resistiva é mostrado na figura abaixo.
Inversor de meia ponte
Onde RL é a carga resistiva, Vs/ 2 é a fonte de tensão, S1e Sdoissão os dois interruptores, eu0é a corrente. Onde cada interruptor é conectado aos diodos D1e Ddoisparalelamente. Na figura acima, os interruptores S1e Sdoissão os interruptores comutáveis. O switch S1conduzirá quando a tensão for positiva e a corrente for negativa, interruptor Sdoisirá conduzir quando a tensão for negativa e a corrente for negativa. O diodo D1conduzirá quando a tensão for positiva e a corrente for negativa, diodo Ddoisconduzirá quando a tensão for negativa e a corrente for positiva.
Caso 1 (quando mudar S1está ON e Sdoisestá fora): Quando mudar S1está LIGADO de um período de tempo de 0 a T / 2, o diodo D1e Ddoisestão em condição de polarização reversa e Sdoisinterruptor está DESLIGADO.
Aplicando KVL (Lei de Tensão de Kirchhoff)
Vs/ 2-V0= 0
Onde a tensão de saída V0= Vs/dois
Onde a corrente de saída i0= V0/ R = Vs/ 2r
No caso de corrente de alimentação ou corrente de comutação, a corrente iS1= i0 = Vs / 2R, iS2= 0 e a corrente do diodo iD1= iD2= 0.
Caso 2 (quando mudar Sdoisestá ON e S1está fora) : Quando mudar Sdoisestá LIGADO de um período de tempo de T / 2 a T, o diodo D1e Ddoisestão em condição de polarização reversa e S1interruptor está DESLIGADO.
Aplicando KVL (Lei de Tensão de Kirchhoff)
Vs/ 2 + V0= 0
Onde a tensão de saída V0= -Vs/dois
Onde a corrente de saída i0= V0/ R = -Vs/ 2r
No caso de corrente de alimentação ou corrente de comutação, a corrente iS1= 0, iS2= i0= -Vs/ 2R e a corrente do diodo iD1= iD2= 0.
A forma de onda da tensão de saída do inversor meia-ponte monofásica é mostrada na figura abaixo.
Forma de onda de tensão de saída do inversor de meia ponte
O valor médio da tensão de saída é
Assim, a forma de onda da tensão de saída da conversão do eixo de tempo ‘T’ em ‘‘ ωt ”é mostrada na figura abaixo
Convertendo o eixo de tempo da forma de onda da tensão de saída
Quando é multiplicado por zero, será zero Quando for multiplicado por T / 2, será T / 2 = π Quando for multiplicado por T, será T = 2π Quando for multiplicado por 3T / 2, será T / 2 = 3π e assim por diante. Desta forma, podemos converter este eixo do tempo no eixo ‘ωt’.
O valor médio da tensão de saída e da corrente de saída é
V0 (média)= 0
eu0 (média)= 0
O valor RMS da tensão de saída e da corrente de saída é
V0 (RMS)= VS/dois
eu0 (RMS)= V0 (RMS)/ R = VS/ 2r
A tensão de saída que obtemos em um inversor não é uma onda senoidal pura, ou seja, uma onda quadrada. A tensão de saída com o componente fundamental é mostrada na figura abaixo.
Forma de onda de tensão de saída com componente fundamental
Usando a série Fourier
Onde Cn, parane Bnestá
bn= VS/ nᴨ (1-cosnᴨ)
O bn= 0 ao substituir números pares (n = 2,4,6… ..) e bn= 2Vs / nπ ao substituir números ímpares (n = 1,3,5 ……). Substituto bn= 2Vs / nπ e an= 0 em Cnvai pegar Cn= 2Vs / nπ.
ϕn= então-1(paran/ bn) = 0
V01 ( ωt) = 2 VS/ ᴨ * (sem ωt )
Substituto V0 (média)= 0 dentro obterá
A equação (1) também pode ser escrita como
V0 ( ωt) = 2 VS/ ᴨ * (sem ωt ) + dois VS/ 3ᴨ * (Sin3 ωt ) + dois VS/ 5ᴨ * (Sin5 ωt ) + …… .. + ∞
V0 ( ωt) = V01 ( ωt) + V03 ( ωt) + V05 ( ωt)
A expressão acima é a tensão de saída, que consiste em tensão fundamental e harmônicos ímpares. Existem dois métodos para remover esses componentes harmônicos: usar o circuito de filtro e usar a técnica de modulação por largura de pulso.
A tensão fundamental pode ser escrita como
V01 ( ωt) = 2VS/ ᴨ * (sem ωt )
O valor máximo da tensão fundamental
V01 (max)= 2VS/ ᴨ
O valor RMS da tensão fundamental é
V01 (RMS)= 2VS/ √2ᴨ = √2VS/ ᴨ
O componente fundamental da corrente de saída RMS é
eu01 (RMS)= V01 (RMS)/ R
Temos que obter o fator de distorção, o fator de distorção é denotado por g.
g = V01 (RMS)/ V0 (RMS) = valor rms da tensão fundamental / valor RMS total da tensão de saída
Substituindo o V01 (RMS) e V0 (RMS) valores em g obterão
g = 2√2 / ᴨ
O total distorção harmônica é expresso como
Na tensão de saída a distorção harmônica total THD = 48,43%, mas de acordo com IEEE, a distorção harmônica total deve ser 5%.
A saída de energia fundamental do inversor de ponte monofásica é
P01= (V01 (rms))dois/ R = Idois01 (rms)R
Usando a fórmula acima, podemos calcular a saída de potência fundamental.
Desta forma, podemos calcular os vários parâmetros do inversor meia-ponte monofásico.
Inversor de meia ponte monofásico com carga R-L
O diagrama do circuito da carga R-L é mostrado na figura abaixo.
Inversor de meia ponte monofásico com carga R-L
O diagrama de circuito do inversor meia ponte monofásico com carga R-L consiste em duas chaves, dois diodos e fonte de tensão. A carga R-L é conectada entre o ponto A e o ponto O, o ponto A é sempre considerado positivo e o ponto O é considerado negativo. Se a corrente flui do ponto A para O, então a corrente será considerada positiva, da mesma forma se a corrente flui do ponto A, então a corrente será considerada negativa.
No caso de carga R-L, a corrente de saída será uma função exponencial ao tempo e atrasa a tensão de saída em um ângulo.
ϕ = então-1( ω L / R)
Operação do inversor de meia ponte monofásico com carga R
A operação de trabalho é baseada nos seguintes intervalos de tempo
(i) Intervalo I (0
Ao aplicar KVL a este intervalo de tempo obteremos
A tensão de saída V0> 0 A corrente de saída flui na direção reversa, portanto, i0<0 switch current iS1= 0 e corrente de diodo iD1= -i0
(ii) Intervalo II (t1
Aplicar KVL obterá
A tensão de saída V0> 0 A corrente de saída flui na direção para frente, portanto, i0> 0 interruptor de corrente iS1= i0e corrente de diodo iD1= 0
(iii) Intervalo III (T / 2
Aplicar KVL obterá
A tensão de saída V0<0 The output current flows in the forward direction, therefore, i0> 0 interruptor de corrente iS1= 0 e corrente de diodo iD1= 0
(iv) Intervalo IV (t2
Aplicar KVL obterá
A tensão de saída V0<0 The output current flows in the opposite/reverse direction therefore i0<0 switch current iS1= 0 e corrente de diodo iD1= 0
Modos operacionais do inversor de meia ponte
O resumo dos intervalos de tempo é mostrado na tabela abaixo
| S.NO | Intervalo de tempo | Condutas do dispositivo | Tensão de saída (V0 ) | Resultado Atual ( eu0 ) | Mudar de corrente (iS1 ) | Trocar diodo (iD1 ) |
| 1 | 0 | D1 | V0> 0 | eu0<0 | 0 | - EU0 |
| dois | t1 | S1 | V0> 0 | eu0> 0 | eu0 | 0 |
| 3 | T / 2 | Ddois | V0<0 | eu0> 0 | 0 | 0 |
| 4 | tdois | Sdois | V0<0 | eu0<0 | 0 | 0 |
A forma de onda da tensão de saída de um inversor meia-ponte monofásico com carga RL é mostrada na figura abaixo.
Forma de onda da tensão de saída do inversor de meia ponte monofásico com carga R-L
Inversor Half Bridge Vs Inversor Full Bridge
A diferença entre inversor de meia ponte e inversor de ponte completa é mostrada na tabela abaixo.
| S.NO | Inversor de meia ponte | Inversor Full Bridge |
1 | A eficiência é alta no inversor meia ponte | Em inversor de ponte completaAlém disso,a eficiência é alta |
dois | No inversor de meia ponte, as formas de onda da tensão de saída são quadradas, quase quadradas ou PWM | No inversor de ponte completa, as formas de onda da tensão de saída são quadradas, quase quadradas ou PWM |
3 | A tensão de pico no inversor de meia ponte é a metade da tensão de alimentação DC | A tensão de pico no inversor de ponte completa é a mesma que a tensão de alimentação DC |
4 | O inversor de meia ponte contém dois interruptores | O inversor de ponte completa contém quatro interruptores |
5 | A tensão de saída é E0= EDC/dois | A tensão de saída é E0= EDC |
6 | A tensão de saída fundamental é E1= 0,45 EDC | A tensão de saída fundamental é E1= 0,9 EDC |
7 | Este tipo de inversor gera tensões bipolares | Este tipo de inversor gera tensões monopolares |
Vantagens
As vantagens do inversor meia-ponte monofásico são
- Circuito é simples
- O custo é baixo
Desvantagens
As desvantagens do inversor meia-ponte monofásico são
- O TUF (Fator de Utilização do Transformador) é baixo
- A eficiência é baixa
Portanto, isso é tudo sobre uma visão geral do inversor meia-ponte , a diferença entre o inversor de meia ponte e o inversor de ponte completa, vantagens, desvantagens, inversor de meia ponte monofásico com carga resistiva é discutida. Aqui fica uma pergunta para você, quais são as aplicações do inversor meia-ponte?
