Kā izveidot un ieviest vienfāzes invertoru: 9 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:53

Šī pamācība pēta Dialog GreenPAK ™ CMIC izmantošanu spēka elektronikas lietojumprogrammās un parādīs vienfāzes invertora ieviešanu, izmantojot dažādas vadības metodes. Lai noteiktu vienfāzes invertora kvalitāti, tiek izmantoti dažādi parametri. Svarīgs parametrs ir pilnīgs harmoniskais kropļojums (THD). THD ir signāla harmonisko izkropļojumu mērījums, un to definē kā visu harmonisko komponentu pilnvaru summas attiecību pret pamatfrekvences jaudu.

Tālāk mēs aprakstījām darbības, kas vajadzīgas, lai saprastu, kā risinājums ir ieprogrammēts, lai izveidotu vienfāzes invertoru. Tomēr, ja vēlaties tikai iegūt programmēšanas rezultātu, lejupielādējiet GreenPAK programmatūru, lai apskatītu jau pabeigto GreenPAK dizaina failu. Pievienojiet GreenPAK attīstības komplektu datoram un nospiediet programmu, lai izveidotu vienfāzes pārveidotāju.

1. solis: vienfāzes invertors

Jaudas pārveidotājs vai invertors ir elektroniska ierīce vai shēma, kas maina līdzstrāvu (DC) maiņstrāvā (AC). Atkarībā no maiņstrāvas izejas fāžu skaita ir vairāki invertoru veidi.

● Vienfāzes invertori

● Trīsfāžu invertori

DC ir vienvirziena elektriskā lādiņa plūsma. Ja tīri pretestības ķēdē tiek pielietots nemainīgs spriegums, tas rada nemainīgu strāvu. Salīdzinoši ar maiņstrāvu elektriskās strāvas plūsma periodiski maina polaritāti. Tipiskākā maiņstrāvas viļņu forma ir sinusoidāls, taču tas var būt arī trīsstūrveida vai kvadrātveida vilnis. Lai nodotu elektroenerģiju ar dažādiem strāvas profiliem, ir nepieciešamas īpašas ierīces. Ierīces, kas maiņstrāvu pārveido par līdzstrāvu, ir pazīstamas kā taisngrieži, un ierīces, kas pārveido līdzstrāvu par maiņstrāvu, ir pazīstamas kā invertori.

2. solis: Vienfāzes invertora topoloģijas

Ir divas galvenās vienfāzes invertoru topoloģijas; pus tilta un pilna tilta topoloģijas. Šī piezīme pievēršas pilna tilta topoloģijai, jo tā nodrošina divkāršu izejas spriegumu salīdzinājumā ar pustilta topoloģiju.

3. darbība. Pilnīga tilta topoloģija

Pilna tilta topoloģijā ir nepieciešami 4 slēdži, jo mainīgo izejas spriegumu iegūst ar starpību starp divām komutācijas elementu atzarām. Izejas spriegumu iegūst, gudri ieslēdzot un izslēdzot tranzistorus noteiktos laikos. Ir četri dažādi stāvokļi atkarībā no tā, kuri slēdži ir slēgti. Zemāk esošajā tabulā ir apkopoti stāvokļi un izejas spriegums, pamatojoties uz kuriem slēdži ir slēgti.

Lai maksimāli palielinātu izejas spriegumu, ieejas sprieguma pamatkomponentam katrā zarā jābūt 180º ārpus fāzes. Katras filiāles pusvadītāji ir savstarpēji papildinoši, tas ir, ja viens vada otru, tas ir izslēgts un otrādi. Šī topoloģija ir visplašāk izmantotā invertoriem. 1. attēlā redzamā diagramma parāda pilna tilta topoloģijas shēmu vienfāzes pārveidotājam.

4. solis: izolēti vārtu bipolāri tranzistori

Izolēto vārtu bipolārais tranzistors (IGBT) ir kā MOSFET, pievienojot trešo PN savienojumu. Tas ļauj kontrolēt spriegumu, piemēram, MOSFET, bet ar tādām izejas īpašībām kā BJT attiecībā uz lielām slodzēm un zemu piesātinājuma spriegumu.

Tās statiskajā uzvedībā var novērot četrus galvenos reģionus.

● Lavīnu reģions

● Piesātinājuma reģions

● Griezuma laukums

● Aktīvais reģions

Lavīnas reģions ir apgabals, kurā tiek izmantots zem sprieguma spriegums, kā rezultātā tiek iznīcināta IGBT. Griezuma apgabals ietver vērtības no sadalīšanas sprieguma līdz sliekšņa spriegumam, kur IGBT nevadās. Piesātinājuma reģionā IGBT darbojas kā atkarīgs sprieguma avots un sērijas pretestība. Ar zemām sprieguma variācijām var sasniegt lielu strāvas pastiprinājumu. Šī joma ir visvēlamākā darbībai. Ja spriegums tiek palielināts, IGBT nonāk aktīvajā reģionā, un strāva paliek nemainīga. IGBT tiek piemērots maksimālais spriegums, lai nodrošinātu, ka tas nenonāks lavīnas reģionā. Šis ir viens no visbiežāk izmantotajiem pusvadītājiem jaudas elektronikā, jo tas var atbalstīt plašu spriegumu diapazonu no dažiem voltiem līdz kV un jaudu starp kW un MW.

Šie izolēto vārtu bipolārie tranzistori darbojas kā komutācijas ierīces pilna tilta vienfāzes invertora topoloģijai.

5. darbība: impulsa platuma modulācijas bloks GreenPAK

Pulsa platuma modulācijas (PWM) bloks ir noderīgs bloks, ko var izmantot plašam lietojumu klāstam. DCMP/PWM bloku var konfigurēt kā PWM bloku. PWM bloku var iegūt, izmantojot FSM0 un FSM1. PWM IN+ tapa ir pievienota FSM0, bet IN-pin ir pievienota FSM1. Gan FSM0, gan FSM1 nodrošina 8 bitu datus PWM blokam. PWM laika periodu nosaka FSM1 laika periods. PWM bloka darba ciklu kontrolē FSM0.

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

Darba cikla konfigurācijai ir divas iespējas:

● 0–99,6%: līdzstrāvas diapazons ir no 0% līdz 99,6% un tiek noteikts kā IN+/256.

● 0,39–100%: līdzstrāvas diapazons ir no 0,39% līdz 100%, un to nosaka kā (IN + + 1)/256.

6. solis: GreenPAK dizains kvadrātveida viļņu ieviešanai uz PWM bāzes

Vienfāzes invertora ieviešanai var izmantot dažādas vadības metodikas. Viena no šādām vadības stratēģijām ietver uz PWM balstītu kvadrātveida vilni vienfāzes invertoram.

GreenPAK CMIC tiek izmantots, lai ģenerētu periodiskus pārslēgšanās modeļus, lai ērti pārveidotu līdzstrāvu par maiņstrāvu. Līdzstrāvas spriegumus baro no akumulatora, un izeju, kas iegūta no invertora, var izmantot, lai apgādātu maiņstrāvu. Šajā pieteikumā ņemiet vērā, ka maiņstrāvas frekvence ir iestatīta uz 50 Hz, kas ir izplatīta sadzīves enerģijas frekvence daudzās pasaules daļās. Attiecīgi periods ir 20 ms.

Pārslēgšanās modelis, kas jāveido GreenPAK SW1 un SW4, ir parādīts 3. attēlā.

SW2 un SW3 pārslēgšanās modelis ir parādīts 4. attēlā

Iepriekš minētos komutācijas modeļus var ērti izgatavot, izmantojot PWM bloku. PWM laika periodu nosaka FSM1 laika periods. FSM1 laika periodam jābūt iestatītam uz 20 ms, kas atbilst 50 Hz frekvencei. PWM bloka darba ciklu kontrolē dati, kas iegūti no FSM0. Lai ģenerētu 50% darba ciklu, FSM0 skaitītāja vērtība ir iestatīta uz 128.

Atbilstošais GreenPAK dizains ir parādīts 5. attēlā.

7. solis: kvadrātveida viļņu kontroles stratēģijas trūkums

Izmantojot kvadrātveida viļņu vadības stratēģiju, invertors rada lielu harmoniku daudzumu. Papildus pamata frekvencei kvadrātveida viļņu invertoriem ir nepāra frekvences komponenti. Šīs harmonikas izraisa mašīnas plūsmas piesātinājumu, tādējādi samazinot iekārtas veiktspēju, dažreiz pat bojājot aparatūru. Tādējādi šāda veida invertoru radītais THD ir ļoti liels. Lai pārvarētu šo problēmu, var izmantot citu vadības stratēģiju, kas pazīstama kā kvazi kvadrātveida vilnis, lai ievērojami samazinātu invertora radīto harmoniku daudzumu.

8. solis: GreenPAK dizains kvazi kvadrātveida viļņu ieviešanai uz PWM bāzes

Kvazi kvadrātveida viļņu vadības stratēģijā tiek ieviests nulles izejas spriegums, kas var ievērojami samazināt parasto kvadrātveida viļņu formas harmoniku. Kvazi kvadrātveida viļņu invertora izmantošanas galvenās priekšrocības ir šādas:

● Pamata komponenta amplitūdu var kontrolēt (kontrolējot α)

● Var novērst noteiktu harmonisko saturu (arī kontrolējot α)

Pamatkomponenta amplitūdu var kontrolēt, kontrolējot α vērtību, kā parādīts formulā 1.

N -to harmoniku var novērst, ja tā amplitūda ir nulle. Piemēram, trešās harmonikas amplitūda (n = 3) ir nulle, ja α = 30 ° (2. formula).

GreenPAK dizains kvazi kvadrātveida viļņu kontroles stratēģijas īstenošanai ir parādīts 9. attēlā.

PWM bloku izmanto, lai ģenerētu kvadrātveida viļņu formu ar 50 % darba ciklu. Nulles izejas spriegums tiek ieviests, aizkavējot spriegumu, kas parādās izejā Pin-15. P-DLY1 bloks ir konfigurēts tā, lai noteiktu viļņu formas augošo malu. P-DLY1 periodiski noteiks augšupejošo malu pēc katra perioda un aktivizēs DLY-3 bloku, kas rada 2 ms aizkavi pirms VDD pulksteņa veidošanas pa D-flip flop, lai iespējotu Pin-15 izvadi.

Pin-15 var izraisīt SW1 un SW4 ieslēgšanos. Kad tas notiek, visā slodzē parādīsies pozitīvs spriegums.

P-DLY1 augšupejošās malas noteikšanas mehānisms aktivizē arī DLY-7 bloku, kas pēc 8 ms atiestata D-flip flop un visā izejā parādās 0 V.

DLY-8 un DLY-9 tiek aktivizēti arī no vienas augšupejošās malas. DLY-8 rada 10 ms aizkavi un atkal iedarbina DLY-3, kas pēc 2 ms pulksteņos DFF, radot loģisku augstumu abos AND vārtos.

Šajā brīdī Out+ no PWM bloka kļūst par 0, jo bloka darbības cikls ir konfigurēts kā 50 %. Izeja- parādīsies visā Pin-16, izraisot SW2 un SW3 ieslēgšanos, radot mainīgu spriegumu visā slodzē. Pēc 18 ms DLY-9 atiestatīs DFF un 0-pin parādīsies visā Pin-16, un periodiskais cikls turpina izvadīt maiņstrāvas signālu.

Konfigurācija dažādiem GreenPAK blokiem ir parādīta 10.-14.

9. darbība. Rezultāti

12 V līdzstrāvas spriegums tiek piegādāts no akumulatora uz pārveidotāju. Invertors pārveido šo spriegumu maiņstrāvas viļņu formā. Invertora izeja tiek padota pakāpju transformatoram, kas pārveido 12 V maiņstrāvas spriegumu 220 V spriegumā, ko var izmantot maiņstrāvas slodžu vadīšanai.

Secinājums

Šajā pamācībā mēs esam ieviesuši vienfāzes invertoru, izmantojot Square Wave un Quasi Square Wave vadības stratēģijas, izmantojot GreenPAK a CMIC. GreenPAK CMIC darbojas kā ērts mikrokontrolleru un analogo shēmu aizstājējs, ko parasti izmanto vienfāzes invertora ieviešanai. Turklāt GreenPAK CMIC ir potenciāls trīsfāžu invertoru projektēšanā.