Бірфазалы инверторды қалай құрастыруға және енгізуге болады: 9 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:23

Бұл нұсқаулық энергия электроникасында Dialog GreenPAK ™ CMIC-тің қолданылуын зерттейді және әр түрлі басқару әдістерін қолдана отырып, бір фазалы инвертордың енгізілуін көрсетеді. Бірфазалы инвертордың сапасын анықтау үшін әр түрлі параметрлер қолданылады. Маңызды параметр - жалпы гармониялық бұрмалау (THD). THD - бұл сигналдағы гармониялық бұрмалануды өлшеу және барлық гармоникалық компоненттердің күштерінің қосындысының негізгі жиілікке қатынасы ретінде анықталады.

Төменде біз бір фазалы инверторды құру үшін шешім қалай бағдарламаланғанын түсіну үшін қажет қадамдарды сипаттадық. Алайда, егер сіз бағдарламалаудың нәтижесін алғыңыз келсе, GreenPAK бағдарламалық жасақтамасын жүктеп алып, аяқталған GreenPAK дизайн файлын қараңыз. GreenPAK даму жинағын компьютерге қосыңыз және бір фазалы инвертор жасау үшін бағдарламаны басыңыз.

1-қадам: бірфазалы инвертор

Қуат инверторы немесе инвертор - бұл тұрақты токты (тұрақты токты) айнымалы токқа (айнымалы токқа) өзгертетін электрондық құрылғы немесе схема. Айнымалы ток шығысының фазаларының санына байланысты инверторлардың бірнеше түрлері бар.

● Бірфазалы инверторлар

● Үш фазалы инверторлар

Тұрақты ток - бұл электр зарядының бір бағытты ағымы. Егер таза кернеу тізбегіне тұрақты кернеу берілсе, ол тұрақты ток әкеледі. Салыстырмалы түрде, айнымалы ток кезінде электр тогының ағыны полярлықты мезгіл -мезгіл өзгертеді. Айнымалы токтың ең типтік түрі - синусоидалық толқын, бірақ ол үшбұрышты немесе шаршы толқын да болуы мүмкін. Әр түрлі профильдегі электр қуатын беру үшін арнайы құрылғылар қажет. Айнымалы токты тұрақты токқа түрлендіретін құрылғылар түзеткіштер деп аталады, ал тұрақты токты айнымалы токқа түрлендіретін құрылғылар инверторлар деп аталады.

2-қадам: Бірфазалы инвертор топологиялары

Бірфазалы инверторлардың екі негізгі топологиясы бар; жартылай көпір және толық көпір топологиялары. Бұл қосымша жазбада көпірлі топологияға назар аударылады, себебі ол жартылай көпірлі топологиямен салыстырғанда шығыс кернеуін екі есе арттырады.

3-қадам: Толық көпірлі топология

Толық көпірлі топологияда 4 қосқыш қажет, өйткені ауыспалы шығыс кернеуі коммутациялық ұяшықтардың екі тармағының айырмашылығымен алынады. Шығу кернеуі белгілі бір уақытта транзисторларды ақылды түрде қосу және өшіру арқылы алынады. Қосқыштардың жабылғанына байланысты төрт түрлі күй бар. Төмендегі кестеде қосқыштар жабылған күйлер мен шығыс кернеуі жинақталған.

Шығу кернеуін барынша арттыру үшін әр тармақтағы кіріс кернеуінің негізгі компоненті фазадан тыс 180º болуы керек. Әр тармақтың жартылай өткізгіштері өнімділік жағынан бірін-бірі толықтырады, яғни біреуі екіншісін өткізіп тұрғанда және керісінше. Бұл топология инверторлар үшін ең кең таралған. 1-суреттегі диаграмма бірфазалы инвертордың толық көпірлі топологиясының схемасын көрсетеді.

4 -қадам: оқшауланған қақпалы биполярлы транзистор

Оқшауланған қақпалы биполярлы транзистор (IGBT) үшінші PN -функциясы қосылған MOSFET -ке ұқсайды. Бұл MOSFET сияқты кернеуге негізделген басқаруға мүмкіндік береді, бірақ жоғары жүктемелер мен төмен қанықтық кернеуіне қатысты BJT сияқты шығыс сипаттамалары бар.

Оның статикалық әрекеті бойынша төрт негізгі аймақты байқауға болады.

● Қар көшкіні аймағы

● Қанықтылық аймағы

● Кесу аймағы

● Белсенді аймақ

Қар көшкіні аймағы - бұл кернеудің бұзылуынан төмен кернеу қолданылатын, нәтижесінде IGBT бұзылады. Кесу аймағына IGBT өткізбейтін бұзылу кернеуінен шектік кернеуге дейінгі мәндер кіреді. Қанығу аймағында IGBT кернеудің тәуелді көзі және сериялық қарсылық ретінде әрекет етеді. Кернеудің төмен өзгеруімен токтың жоғары күшейтілуіне қол жеткізуге болады. Бұл аймақ жұмыс үшін ең қолайлы болып табылады. Егер кернеу күшейтілсе, IGBT белсенді аймаққа кіреді, ал ток тұрақты болып қалады. IGBT қар көшкіні аймағына енбеуі үшін максималды кернеу бар. Бұл электрлік электроникада ең көп қолданылатын жартылай өткізгіштердің бірі, себебі ол бірнеше вольттан кВ -қа дейінгі кернеулердің кең ауқымын және кВт пен МВт арасындағы қуаттарды қолдай алады.

Бұл оқшауланған қақпалы биполярлық транзисторлар толық көпірлі бірфазалы инверторлық топологияның коммутациялық құрылғысы ретінде әрекет етеді.

5 -қадам: GreenPAK -те импульстің енін модуляциялау блогы

Импульстік ен модуляциясы (PWM) блогы - бұл кең ауқымды қосымшаларда қолдануға болатын пайдалы блок. DCMP/PWM блогы PWM блогы ретінде конфигурациялануы мүмкін. PWM блогын FSM0 және FSM1 арқылы алуға болады. PWM IN+ пині FSM0-ге қосылады, ал IN-pin FSM1-ге қосылады. FSM0 және FSM1 екеуі де PWM блогына 8 биттік деректерді береді. PWM уақыт кезеңі FSM1 уақыт кезеңімен анықталады. PWM блогының жұмыс циклы FSM0 арқылы басқарылады.

?????? ???? ????? = ??+ / 256

Жұмыс циклын конфигурациялаудың екі нұсқасы бар:

● 0-99,6%: тұрақты ток 0% -дан 99,6% -ға дейін болады және IN+/256 ретінде анықталады.

● 0,39-100%: тұрақты ток 0,39% -дан 100% -ға дейін және (IN + + 1)/256 ретінде анықталады.

6 -қадам: PWM негізіндегі шаршы толқынды енгізу үшін GreenPAK дизайны

Бір фазалы инверторды енгізу үшін қолдануға болатын әр түрлі басқару әдістері бар. Осындай басқару стратегиясының бірі бірфазалы инверторға арналған PWM негізіндегі шаршы толқынды қамтиды.

GreenPAK CMIC тұрақты токты айнымалы токқа ыңғайлы түрлендіру үшін мерзімді коммутация үлгілерін құру үшін қолданылады. Тұрақты ток кернеуі батареядан беріледі және инвертордан алынған шығыс айнымалы ток жүктемесін беру үшін пайдаланылуы мүмкін. Бұл қосымшаның мақсаты үшін айнымалы ток жиілігі 50 Гц -ке орнатылды, бұл әлемнің көптеген бөліктерінде кең таралған тұрмыстық қуат жиілігі. Сәйкесінше, кезең 20 мс құрайды.

SW1 және SW4 үшін GreenPAK құруы тиіс коммутациялық үлгі 3 -суретте көрсетілген.

SW2 және SW3 ауысу үлгісі 4 -суретте көрсетілген

Жоғарыда келтірілген ауыстыру үлгілерін PWM блогының көмегімен ыңғайлы түрде шығаруға болады. PWM уақыт кезеңі FSM1 уақыт кезеңімен белгіленеді. FSM1 үшін уақыт жиілігі 50 Гц жиілікке сәйкес келетін 20 мс -ке орнатылуы керек. PWM блогының жұмыс циклы FSM0 -дан алынған мәліметтермен басқарылады. 50% жұмыс циклын құру үшін FSM0 санауышының мәні 128 болады.

Сәйкес GreenPAK Design 5 суретте көрсетілген.

7 -қадам: Шаршы толқынды басқару стратегиясының кемшілігі

Квадрат толқындарды басқару стратегиясын қолдану инвертордың үлкен көлемдегі гармониканы шығаруына әкеледі. Негізгі жиіліктен басқа, квадрат толқынды инверторларда тақ жиілікті компоненттер бар. Бұл гармоника машина ағынының қанықтылығына әкеледі, осылайша машинаның нашар жұмысына әкеледі, кейде тіпті аппараттық құралға зақым келтіреді. Демек, осы түрдегі инверторлар шығаратын THD өте үлкен. Бұл мәселені шешу үшін инвертор шығаратын гармоника мөлшерін айтарлықтай төмендету үшін квази квадраттық толқын деп аталатын басқа басқару стратегиясын қолдануға болады.

8-қадам: PWM негізіндегі квазимадраттық толқындарды енгізуге арналған GreenPAK дизайны

Квазиквадраттық толқындарды басқару стратегиясында нөлдік шығыс кернеуі енгізіледі, ол кәдімгі квадраттық толқын түрінде гармониканы айтарлықтай төмендетеді. Квадрат квадраттық инверторды пайдаланудың негізгі артықшылықтары:

● Негізгі компоненттің амплитудасын басқаруға болады (α көмегімен)

● Кейбір гармоникалық мазмұнды жоюға болады (сонымен қатар α басқару арқылы)

Негізгі компоненттің амплитудасы 1 -формулада көрсетілгендей α мәнін басқару арқылы басқарылуы мүмкін.

N -ші гармониканы оның амплитудасы нөлге тең болған жағдайда жоюға болады. Мысалы, үшінші гармониканың амплитудасы (n = 3) α = 30 ° болғанда нөлге тең (2 -формула).

Квадрат квадраттық толқындарды басқару стратегиясын іске асырудың GreenPAK дизайны 9-суретте көрсетілген.

PWM блогы 50 % жұмыс циклі бар төртбұрышты толқын формасын құру үшін қолданылады. Нөлдік шығыс кернеуі Pin-15 шығысындағы кернеуді кешіктіру арқылы енгізіледі. P-DLY1 блогы толқын формасының көтерілетін жиегін анықтау үшін конфигурацияланған. P-DLY1 әр кезеңнен кейін көтерілу жиегін мезгіл-мезгіл анықтайды және Pin-15 шығуын қосу үшін VDD-ді флип-флоп бойынша сағатына дейін 2ms кешіктіретін DLY-3 блогын іске қосады.

Pin-15 SW1 мен SW4 қосуға әкелуі мүмкін. Бұл кезде жүктеме бойынша оң кернеу пайда болады.

P-DLY1 көтерілу жиегін анықтау механизмі DLY-7 блогын белсендіреді, ол 8 м-ден кейін D-flip флопты қалпына келтіреді және шығуда 0 В пайда болады.

DLY-8 және DLY-9 де сол көтерілетін шетінен іске қосылады. DLY-8 10 м кідірісті шығарады және DLY-3 қайтадан іске қосады, ол 2 м-ден кейін DFF-ті қосады және екі қақпаның логикалық биіктігіне әкеледі.

Бұл кезде PWM блогынан Out+ 0 болады, себебі блоктың жұмыс циклы 50 %етіп конфигурацияланған. Пин-16 бойынша шығыс пайда болады, бұл SW2 мен SW3 қосылады, бұл жүктеме бойынша айнымалы кернеуді тудырады. 18 минуттан кейін DLY-9 DFF қалпына келтіреді, ал PIN-16 арқылы 0В пайда болады және периодты цикл айнымалы ток сигналын беруді жалғастырады.

Әр түрлі GreenPAK блоктарының конфигурациясы 10-14 суреттерде көрсетілген.

9 -қадам: Нәтижелер

12 В тұрақты кернеу батареядан инверторға беріледі. Инвертор бұл кернеуді айнымалы токтың түріне түрлендіреді. Түрлендіргіштен шығатын ток айнымалы ток жүктемесін басқаруға болатын 12 В айнымалы кернеуді 220 В-қа түрлендіретін күшейткіш трансформаторға беріледі.

Қорытынды

Бұл нұсқаулықта біз GreenPAK CMIC көмегімен квадраттық толқын мен квази толқынның басқару стратегиясын қолданатын бір фазалы инверторды енгіздік. GreenPAK CMIC микроконтроллерлер мен аналогты схеманың ыңғайлы алмастырушысы ретінде қызмет етеді, ол бірфазалы инверторды енгізу үшін дәстүрлі түрде қолданылады. Сонымен қатар, GreenPAK CMICs үш фазалы инверторларды жобалауда әлеуетке ие.