Overview
Source : Ali Bazzi, département de génie électrique, Université du Connecticut, Storrs, CT.
Alimentation CC est unidirectionnelle et se jette dans une seule direction, alors que, courant alternatif alterne les directions à une fréquence de 50-60 Hz. Appareils électroniques plus communs sont conçus pour fonctionner sur courant alternatif ; par conséquent une source en entrée DC il faut inverser à AC Inverters convert DC tension à courant alternatif grâce à l’action qui à plusieurs reprises permet d’inverser la polarité de la source d’entrée DC sur le côté de sortie ou de la charge pour partie d’une période de commutation de commutation. Un onduleur de puissance typique nécessite une entrée de puissance DC stable, qui est ensuite passée à plusieurs reprises en utilisant les commutateurs mécaniques ou électromagnétiques. La sortie peut être une onde carrée, sinusoïdale ou une variante d’une sinusoïde, selon la conception de circuit et les besoins des utilisateurs.
L’objectif de cette expérience consiste à construire et analyser le fonctionnement des onduleurs demi-pont DC/AC. Demi-pont onduleurs sont la forme la plus simple des onduleurs DC/AC, mais les blocs de construction pour les onduleurs de pont en H, trois phases et plusieurs niveaux. Onde carrée de commutation est étudiée ici par souci de simplicité, mais la modulation de largeur d’impulsion sinusoïdale (SPWM) et autre modulation et schémas de commutation sont généralement utilisés dans les onduleurs DC/AC.
Principles
Onduleurs se composent de commuter des appareils (un, deux, quatre, six ou plus) qui sont passés d’une manière qui convertit une tension d’entrée DC à AC. Les commutateurs sont généralement MOSFET, IGBT, SCRs ou autres.
L’onduleur demi-pont fournit une tension de sortie AC avec un maximum Và2, alors que l’onduleur pont complet peut atteindre un maximum de Ven. L’onduleur demi-pont nécessite deux condensateurs en parallèle avec l’entrée de C.C de scinder l’entrée en deux moitiés, chacune à Và2 d’une manière similaire à un diviseur de tension, alors que le pont n’a pas cette exigence. Le moitié-pont redresseur utilise deux interrupteurs, tandis que le pont complet utilise quatre interrupteurs.
Beaucoup d’avancé topologies onduleur, régimes, de commutation et contrôleurs existent dans la littérature d’électronique de puissance, mais le demi-pont est la composante fondamentale de la plupart d'entre eux. Un onduleur de demi-pont, la source d’entrée de C.C est divisée en deux moitiés à l’aide de deux condensateurs identiques de capacité égale. L’onduleur puis peut lier la sortie + Vdc2 lorsque l’interrupteur inverseur supérieur est sur et -Vdc2 lorsque l’interrupteur inverseur inférieur est activé. Les deux interrupteurs ne devraient pas être en même temps et temps mort quand les deux sont hors service il ajouter des circuits matériels ou logiciels.
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Procedure
1. Source d’installation de commutation
- Définir deux générateurs de fonctions avec sorties comme place-vagues au ratio de 10 kHz fréquence et 48 % d’obligation.
- Les générateurs de fonctions doivent être synchronisées pour que leurs signaux de sortie sont 180° hors phase.
- Le temps mort de 2 % est utilisé comme 1 % de chaque côté de la sortie de l’onde carrée. Temps mort empêche une condition par le biais de shoot où les deux les commutateurs supérieures et inférieures effectuent ainsi court-circuiter l’entrée alimentation CC.
- Test sorties des générateurs de la fonction sont comme prévu par les observer sur l’écran de l’oscilloscope.
- Capturer l’écran de la portée.
- Activez les fonction génératrice sorties OFF mais laisser les générateurs eux-mêmes.
- Affectez à l’alimentation DC 15 V et congé il déconnecté de tout circuit.
- Turn qu'it OFF une fois qu’elle est définie.
2. demi-pont onduleur
- L’onduleur demi-pont est testée avec les MOSFET supérieurs et inférieurs passé indépendamment.
- Construire le circuit illustré à la figure 1.
- Utiliser la résistance de 51 Ω sous la charge.
- Connectez l’entrée Vdc à + 15V.
- Éloigner l’alimentation DC.
- Connecter une sonde régulière entre haute-out (HO) et de la terre.
- Connecter une sonde différentielle dans l’ensemble de la charge à mesurer Vout.
- Assurez-vous que l’étendue d’échelle est à 10 X et sonde mise à l’échelle est à 20 X.
- N’oubliez pas de mettre toutes les mesures à l’échelle en conséquence.
- Connecter une sonde différentielle dans l’ensemble de la charge à mesurer Vout.
- Connecter une fonction génératrice sortie haute-in (Hin) qui est utilisée pour contrôler les MOSFET de commutation supérieur.
- Se connecter à son terrain à un terrain du circuit.
- Connecter l’autre générateur de fonctions de sortie à faible-en (LIN) qui est utilisé pour contrôler les MOSFET de commutation inférieure.
- Capturer les formes d’onde et mesurer le pic de tension de sortie et la fréquence.
- Enregistrer le courant d’entrée et des lectures de tension sur le bloc d’alimentation DC.
- ÉTEINDRE l’alimentation DC et débranchez l’appareil de sortie du circuit.
Figure 1 : Demi-pont Setup
Un onduleur est un appareil électrique qui transforme une entrée vers une sortie d’AC à un voltage sélectionné et de la fréquence, un processus appelé DC à la conversion AC de DC. Par exemple, les onduleurs sont fortement utilisés dans l’interface entre les cellules solaires et le réseau électrique, où le courant continu généré à partir de la cellule solaire doit être converti en AC afin d’être compatible avec la grille. Ils sont également essentiels dans les alimentations qui stockent l’énergie dans une batterie, mais doivent produire 120 volts, 60 hertz d’alimentation pour les ordinateurs. Un onduleur fonctionne par son entrée de C.C dans une série d’impulsions pour créer une onde oscillante à découper. Selon la quantité de filtrage, la sortie peut être une onde carrée, une onde Pseudo sinusoïdale ou une onde sinusoïdale. Cette vidéo va introduire les principes de base d’un convertisseur simple et montrer son fonctionnement dans un circuit simple.
L’entrée de l’onduleur est une tension constante. Un circuit inverseur comprend des interrupteurs électroniques tels que les transistors à effet de champ métal-oxyde, transistors bipolaires à grille isolée ou redresseurs silicium commandé sous le contrôle d’un générateur d’horloge ou la fréquence. Lorsque le signal d’horloge active un interrupteur, l’entrée de C.C est hachée, ou sa polarité est inversée. Ce processus est appelé commutation. Hacher répétée crée une série d’impulsions ou d’ondes carrées. Parce que la période d’horloge détermine la fréquence du pouls, changer la fréquence de contrôle de l’onduleur change la fréquence de sortie en conséquence. Un type de modulation de largeur d’impulsion appelé de commutation produit un flux d’impulsions avec des largeurs variées qui peuvent être filtrés pour se rapprocher d’une onde sinusoïdale. Modulation de largeur d’impulsion est souhaitable car les machines et appareils électriques souvent nécessitent une alimentation à tension variable sinusoïdalement puisse fonctionner correctement. Pour les topologies onduleur nombreux, tels que le pont en H, trois phase et onduleurs multi-niveaux, l’onduleur demi-pont est un bloc de construction fondamental. L’onduleur demi-pont dans ce diagramme simplifié s’applique son alimentation DC V en traversant les deux condensateurs identiques en série, qui agissent comme un diviseur de tension. Parce que les condensateurs ont la même valeur, ils ont la même tension entre les bornes et le nœud entre eux est à V en/2. Ce point est le terrain de l’AC pour la charge. L’onduleur demi-pont utilise deux interrupteurs en série et deux horloges non-cumul ou hors phase pour alternativement connecter le nœud entre eux pour V dans et zéro Volts. Pour éviter un court-circuit du contrôleur de domaine un interrupteur doit s’éteindre avant l’autre, on s’allume. La charge est branchée entre le point entre les deux interrupteurs au point entre les deux condensateurs. Lorsque l’interrupteur A sur et interrupteur B est éteint, la charge est connectée à V dans et a une tension positive de 1/2 V à travers elle, relativement au sol de l’AC. Lorsque l’interrupteur A est éteinte et l’interrupteur B est sur, la charge est connectée à l’absence de toute tension et a une tension négative de 1/2 V à travers elle relativement au sol de l’AC. Comme ce processus de commutation répète la charge a alternativement tension positive et négative à travers elle d’amplitude de 1/2 V en. Dans ce cas simple, le courant alternatif est une onde carrée. Maintenant que les bases d’un onduleur monophasé ont été expliquées, nous allons démontrer l’appareil en construisant un DC à AC onduleur demi-pont avec carré vague de commutation et puis observer son fonctionnement.
Tout d’abord, configurez deux-fonction générateurs pour produire des ondes carrées de 10 kilohertz oscillant entre 0 et 10 Volts avec un cycle de 48 %. Synchroniser les sorties pour être de 180 degrés hors de phase avec l’autre. Chaque générateur de fonctions contrôle indépendamment un des deux champ effet transistor interrupteurs de l’onduleur demi-pont. L’onde carrée tourne le transistor quand la sortie est élevée et il s’éteint lorsque la sortie est faible ou l’absence de toute tension. Parce que le facteur de marche est de 48 %, les 2 % restants de la période est un temps mort entre les États sur des deux transistors. Pendant ce temps, les sorties de deux générateurs de signaux sont faibles, empêchant les transistors de mener simultanément et d’éviter un court circuit de l’alimentation CC. Se connecter à un canal d’un oscilloscope sur la sortie de chaque générateur de fonctions. Ensuite, confirmez que les ondes carrées ont l’amplitude attendue, la fréquence et le duty cycle. Les deux ondes carrées doivent aussi avoir des phases opposées donc est élevée tandis que l’autre est faible. Capturer l’écran de portée pour référence ultérieure. Désactiver les sorties de générateur de fonction, mais laissez les générateurs sur. Enfin, affectez à l’alimentation DC positifs 15 Volts, mais ne pas connecter à n’importe quel circuit, puis éteignez-le.
Construire le circuit onduleur demi-pont et utiliser une résistance 51 ohm pour la résistance de charge, charge R. Avec l’alimentation DC désactivée, reliez sa sortie à l’entrée de l’onduleur VDC. Raccorder une sonde différentielle dans charge R pour mesurer V out, puis une sonde étendue normale entre out élevé, qui est broche sept et la terre. Définissez le champ mise à l’échelle x 10 et la sonde de mise à l’échelle à 20 x. Échelle de toutes les mesures en conséquence. Enregistrer la mise à l’échelle de la sonde et l’oscilloscope afin de tenir compte des facteurs manquants plus tard. Connecter une fonction générateur à haute in, qui est la broche 10 et contrôle la commutation du transistor supérieur. Connecter au sol de l’appareil à la terre commune du circuit. Connecter l’autre fonction générateur à faible teneur en, qui est l’axe de 12 et contrôle la commutation du transistor inférieur. Se connecter au sol l’autre fonction du générateur pour le terrain commun du circuit. Capture les formes d’onde à la sortie haute et c sortir et mesurent la tension de sortie, l’amplitude et la fréquence. Enregistrer les lectures de courant et de tension sur le bloc d’alimentation DC. Répéter les mesures avec une fréquence d’entrée de 5 kilohertz et observer la différence dans la forme d’onde de sortie AC. Enfin, coupez l’alimentation électrique DC et déconnecter les générateurs de fonctions du circuit.
La tension de sortie de cet onduleur demi-pont est une onde carrée avec une amplitude de 1/2 VDC et quelques temps morts provoquant la tension de sortie égale à zéro pour environ 4 % de la période de commutation. Onde carrée onduleurs ont élevé de distorsion harmonique total et sont rarement utilisés dans des applications réelles. Toutefois, ils constituent le fondement de nombreux onduleurs plus avancés de meilleurs programmes, comme la modulation de largeur d’impulsion sinusoïdale de commutation. Ces méthodes plus sophistiquées, non seulement réduisent la distorsion harmonique totale, mais aussi faciliter la configuration de filtrage des harmoniques indésirables dans la tension de sortie AC.
Les onduleurs sont couramment utilisés dans l’interface entre la puissance disponible DC AC applications corporelles et machines. Grands rayons de cellules solaires produisent maintenant pouvoir dans de nombreux domaines et contribuent au réseau électrique local. Cellules solaires produisent courant continu cependant, et onduleurs sont utilisés pour transformer en courant alternatif avec la bonne tension et la fréquence de la grille. Beaucoup de machines utilise le courant alternatif, mais pas à la fréquence fixe 120 volts RMS et 60 hertz de la principale alimentation. La vitesse du rotor d’un moteur à induction, par exemple, dépend de la fréquence du courant qui la stimule. Fréquence variable utilise ca pour la conversion DC à produire de l’énergie interne de DC. Onduleurs utilisent à son tour cette alimentation CC pour générer le courant alternatif avec tension réglable et fréquence, ce qui permet un contrôle de vitesse et le couple du moteur induction.
Vous avez juste regardé introduction de Jove aux onduleurs monophasés. Vous devez maintenant comprendre les rudiments de DC à la conversion AC et comment la fréquence de la sortie CA peut être ajustée en changeant la fréquence de découpage. Merci de regarder.
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Results
Il est prévu de construire cet onduleur demi-pont que l’onde de tension de sortie est une onde carrée avec un maximum de Vdc2 et un minimum de -Vdc2 avec quelques temps morts provoquant la tension de sortie égale à zéro pour environ 4 % du la période de commutation.
Onde carrée onduleurs ont élevé de distorsion harmonique totale (THD) et sont rarement utilisés dans des applications réelles, cependant, ils constituent le fondement de nombreux onduleurs plus avancés avec meilleur changement de régimes, par exemple SPWM, qui peut fournir plus de sortie sinusoïdal similaire tensions. Cela améliore non seulement le taux d’harmoniques, mais réduit également la configuration de filtrage des harmoniques indésirables dans la tension de sortie à l’exception de l’harmonique fondamentale, par exemple à 50 ou 60 Hz.
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Applications and Summary
Les onduleurs sont très fréquents dans l’interfaçage des sources d’énergie propres, e, g, solaire photovoltaïque, piles à combustible, éoliennes, ainsi qu’avec les systèmes de stockage d’énergie, par exemple des batteries, avec la grille. Ils sont indispensables dans les blocs d’alimentation sans coupure (UPS systems), en micro-grilles avec une pénétration de l’énergie propre et dans les systèmes de transport électrique et les hybrides. Parmi les principales applications des onduleurs sont en commandes de moteur où le contrôle des moteurs peut être fourni en ajustant l’onduleur patrons pour atteindre la vitesse désirée et/ou le couple de commutation.
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