$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Een omvormer is een elektrisch apparaat dat een DC-ingang omzet in een AC-uitgang met een geselecteerde spanning en frequentie, een proces dat DC naar AC-conversie wordt genoemd. Inverters worden bijvoorbeeld veel gebruikt in de interface tussen zonnepanelen en het elektriciteitsnet, waar DC-stroom gegenereerd door de zonnecel moet worden omgezet in AC om compatibel te zijn met het net. Ze zijn ook essentieel in ononderbroken stroomvoorzieningen die energie in een batterij opslaan, maar moeten 120 Volt 60 hertz stroom produceren voor computers. Een omvormer werkt door zijn DC-ingang in een reeks pulsen te snijden om een oscillerende golf te creëren. Afhankelijk van de hoeveelheid filtering kan de uitgang een vierkantgolf, een pseudo-sinusgolf of een sinusgolf zijn. Deze video introduceert de basisprincipes van een eenvoudige omvormer en toont de werking ervan in een eenvoudige circuit.
De ingang van een omvormer is een constante DC-spanning. Een omvormerkring bevat elektronische schakelaars zoals metal oxide field effect transistors, insulated gate bipolar transistors of silicon controlled rectifiers onder controle van een klok of frequentiegenerator. Wanneer het kloksignaal een schakelaar aanzet, wordt de DC-ingang gesneden, of wordt de polariteit omgedraaid. Dit proces wordt commutaties genoemd. Herhaald snijden creëert een reeks pulsen of vierkantgolven. Omdat de klokperiode de pulsfrequentie bepaalt, verandert het wijzigen van de besturingsfrequentie van de omvormer de uitgangsfrequentie dienovereenkomstig. Een type schakeling genaamd pulsbreedtemodulatie produceert een stroom van pulsen met variërende breedtes die kunnen worden gefilterd om een sinusgolf te benaderen. Pulsbreedtemodulatie is wenselijk omdat machines en elektrische apparatuur vaak vermogen met sinusoïdaal variërende spanning nodig hebben om goed te kunnen werken. Voor de vele omvormertopologieën, zoals H-bridge, driefasen en multi-level omvormers, is de half-brugomvormer een fundamentele bouwsteen. De half-brugomvormer in dit vereenvoudigde diagram brengt zijn DC-voeding V in aan over twee identieke condensatoren in serie, die fungeren als een spanningsdeler. Omdat de condensatoren dezelfde waarde hebben, hebben ze dezelfde spanning over hun aansluitingen en is de knooppunt tussen hen op V in/2. Dit punt is de AC-aarde voor de belasting. De half-brugomvormer gebruikt twee schakelaars in serie en twee niet-overlappende of uit fase klokken om afwisselend het knooppunt tussen hen te verbinden met V in en nul Volt. Om een kortsluiting van de DC-voeding te voorkomen, moet de ene schakelaar uitschakelen voordat de andere inschakelt. De belasting is verbonden van het punt tussen de twee schakelaars naar het punt tussen de twee condensatoren. Wanneer schakelaar A aan staat en schakelaar B uit is, is de belasting verbonden met V in en heeft een positieve spanning van 1/2 V in over zich, ten opzichte van de AC-aarde. Wanneer schakelaar A uit is en schakelaar B aan is, is de belasting verbonden met nul Volt en heeft een negatieve spanning van 1/2 V in over zich, ten opzichte van de AC-aarde. Terwijl dit schakelprozes zich herhaalt, heeft de belasting afwisselend een positieve en negatieve spanning over zich met een amplitude van 1/2 V in. In dit eenvoudige geval is het AC-vermogen een vierkantgolf. Nu de basisprincipes van een eenfase-omvormer zijn uitgelegd, laten we het apparaat demonstreren door een DC naar AC half-brugomvormer met vierkantgolfschakeling te bouwen en vervolgens de werking ervan observeren.
Configureer eerst twee functiegeneratoren om 10 kilohertz vierkantgolven te produceren die oscilleren van 0 tot 10 Volt met een 48% duty cycle. Synchroniseer de uitgangen om 180 graden uit fase met elkaar te zijn. Elke functiegenerator bestuurt onafhankelijk een van de twee field effect transistor schakelaars van de half-brugomvormer. De vierkantgolf zet de transistor aan wanneer de uitgang hoog is en zet deze uit wanneer de uitgang laag of nul Volt is. Omdat de duty cycle 48% is, is de resterende 2% van de periode dode tijd tussen de aan-toestanden van de twee transistors. Gedurende deze tijd zijn de uitgangen van beide signaalgeneratoren laag, waardoor de transistors niet gelijktijdig kunnen geleiden en een kortsluiting van de DC-voeding wordt voorkomen. Verbind een kanaal van een oscilloscoop met de uitgang van elke functiegenerator. Bevestig vervolgens dat de vierkantgolven de verwachte amplitude, frequentie en duty cycle hebben. De twee vierkantgolven moeten ook tegengestelde fases hebben, zodat de ene hoog is terwijl de andere laag is. Leg de beeldscherm opname vast voor latere referentie. Schakel de uitgangen van de functiegeneratoren uit, maar laat de generatoren aan. Stel tenslotte de DC-voeding in op positief 15 Volt, maar sluit deze niet aan op een schakering, en schakel deze vervolgens uit.
Bouw de half-brugomvormerkring en gebruik een 51 ohm weerstand voor de belastingweerstand, R belasting. Met de DC-voeding uitgeschakeld, verbind de uitgang hiervan met de omvormeringang VDC. Verbind een differentiële sonde over R belasting om V uit te meten, verbind vervolgens een reguliere sonde tussen hoog uit, wat pin zeven is, en aarde. Stel de schaal van de oscilloscoop in op 10x en de sondeschaal op 20x. Schaal alle metingen dienovereenkomstig. Leg de schaal van de sonde en oscilloscoop vast om later rekening te kunnen houden met ontbrekende factoren. Verbind de uitgang van een functiegenerator aan Hoog in, wat pin 10 is, en bestuurt het schakelen van de bovenste transistor. Verbind de aarde van de functiegenerator met de gemeenschappelijke aarde van de schakering. Verbind de uitgang van de andere functiegenerator aan Laag in, wat pin 12 is, en bestuurt het schakelen van de onderste transistor. Verbind de aarde van de andere functiegenerator met de gemeenschappelijke aarde van de schakering. Leg de golfvormen vast bij Hoog uit en V uit en meet de uitgangsspanning, amplitude en frequentie. Leg de stroom- en spanningswaarden op de DC-voeding vast. Herhaal de metingen met een ingangsfrequentie van vijf kilohertz en observeer het verschil in de uitgaande AC-golfvorm. Schakel tenslotte de DC-voeding uit en koppel de functiegeneratoren los van de schakering.
De uitgangsspanning van deze half-brugomvormer is een vierkantgolf met een amplitude van 1/2 VDC en enige dode tijd, waardoor de uitgangsspanning gedurende ongeveer 4% van de schakelings
