מהו חצי גשר מהפך: דיאגרמת מעגלים ועבודתו

המהפך הוא ממיר אלקטרוני כוח הממיר הספק ישיר לכוח מתחלף. על ידי שימוש במכשיר מהפך זה, אנו יכולים להמיר DC קבוע לכוח זרם חילופין משתנה אשר כתדר משתנה ומתח. שנית מממיר זה, אנו יכולים לשנות את התדירות, כלומר נוכל לייצר את תדרי 40Hz, 50Hz, 60Hz לפי הדרישה שלנו. אם קלט ה- DC הוא מקור מתח אז המהפך מכונה VSI (מהפך מקור מתח). הממירים זקוקים לארבעה מכשירי מיתוג ואילו מהפך חצי גשר זקוק לשני התקני מיתוג. ממירי הגשר הם משני סוגים הם חצי גשר ממיר מתח ומהפך גשר מלא. מאמר זה דן בממיר חצי הגשר.

מהו מהפך חצי גשר?

המהפך הוא מכשיר הממיר מתח זרם מתח למתח AC והוא מורכב מארבעה מתגים ואילו מהפך חצי גשר דורש שתי דיודות ושני מתגים המחוברים נגד מקבילים. שני המתגים הם מתגים משלימים כלומר כאשר המתג הראשון פועל המתג השני יהיה כבוי באופן דומה, כאשר המתג השני פועל המתג הראשון יהיה כבוי.

מהפך חצי גשר חד פאזי עם עומס עמיד

תרשים המעגל של מהפך חצי גשר חד פאזי עם עומס התנגדות מוצג באיור שלהלן.

מהפך חצי גשר

כאשר RL הוא העומס ההתנגדתי, V_ס/ 2 הוא מקור המתח, S₁ו- S_שתייםהם שני המתגים, אני₀הוא הזרם. כאשר כל מתג מחובר לדיודות D₁וד '_שתייםבמקביל. באיור לעיל, המתגים S₁ו- S_שתייםהם המתגים לנסיעה עצמית. המתג S₁יתנהל כאשר המתח חיובי והזרם שלילי, החלף S_שתייםיתנהל כאשר המתח שלילי, והזרם שלילי. ה דיודה ד₁יתנהל כאשר המתח חיובי והזרם שלילי, דיודה D_שתייםיתנהל כאשר המתח שלילי, והזרם חיובי.

מקרה 1 (כאשר מתג S₁פועל ו- S_שתייםכבוי): כאשר מתג S₁פועל מתקופת זמן של 0 עד T / 2, הדיודה D₁וד '_שתייםנמצאים במצב הטיה הפוכה ו- S_שתייםהמתג כבוי.

החלת KVL (חוק המתח של קירכהוף)

ו_ס/ 2-V₀= 0

איפה מתח המוצא V.₀= V._ס/שתיים

איפה זרם הפלט i₀= V.₀/ R = V._ס/ 2r

במקרה של זרם אספקה ​​או מתג זרם, הזרם i_S1= i0 = Vs / 2R, i_S2= 0 וזרם הדיודה i_D1= אני_D2= 0.

מקרה 2 (כאשר מתג S_שתייםפועל ו- S₁כבוי) : כאשר מתג S_שתייםפועל מתקופת זמן של T / 2 עד T, הדיודה D₁וד '_שתייםנמצאים במצב הטיה הפוכה ו- S₁המתג כבוי.

החלת KVL (חוק המתח של קירכהוף)

ו_ס/ 2 + V.₀= 0

איפה מתח המוצא V.₀= -V_ס/שתיים

איפה זרם הפלט i₀= V.₀/ R = -V_ס/ 2r

במקרה של זרם אספקה ​​או מתג זרם, הזרם i_S1= 0, אני_S2= אני₀= -V_ס/ 2R וזרם הדיודה i_D1= אני_D2= 0.

צורת הגל של מתח מהפך מהפך חצי גשר חד פאזי מוצגת באיור שלהלן.

חצי גשר מהפך צורת גל יציאה

הערך הממוצע של מתח המוצא הוא

אז צורת גל מתח המוצא מהמרת זמן 'T' לציר '' ωt '' מוצגת באיור שלהלן

המרת ציר זמן של צורת גל המוצא

כאשר מכפילים באפס, זה יהיה אפס מתי מכפילים ב- T / 2, זה יהיה T / 2 = π מתי מכפילים ב- T, זה יהיה T = 2π כאשר מכפילים ב- 3T / 2, זה יהיה T / 2 = 3π וכן הלאה. בדרך זו, אנו יכולים להמיר את ציר הזמן הזה לציר 'ωt'.

הערך הממוצע של מתח המוצא וזרם המוצא הוא

ו_{0 (ממוצע)}= 0

אני_{0 (ממוצע)}= 0

ערך ה- RMS של מתח המוצא וזרם המוצא הוא

ו_{0 (RMS)}= V._ס/שתיים

אני_{0 (RMS)}= V._{0 (RMS)}/ R = V._ס/ 2r

מתח המוצא שאנו מקבלים בממיר אינו גל סינוס טהור, כלומר גל מרובע. מתח המוצא עם הרכיב הבסיסי מוצג באיור שלהלן.

צורת גל מתח יציאה עם רכיב בסיסי

באמצעות סדרת פורייה

איפה ג_נ, ל_נו ב_נהם

ב_נ= V._ס/ nᴨ (1-cosnᴨ)

הב_נ= 0 כאשר מחליפים מספרים זוגיים (n = 2,4,6 ... ..) ו- b_נ= 2Vs / nπ כאשר מחליפים מספרים אי זוגיים (n = 1,3,5 ……). מחליף ב_נ= 2Vs / nπ ו- a_נ= 0 ב C_ניקבל ג_נ= 2Vs / nπ.

ϕ_נ= כך^-1(ל_נ/ ב_נ) = 0

ו_{01 ( ωt)} = 2 ו_ס/ ᴨ * (בלי .t )

מחליף ו '_{0 (ממוצע)}= 0 פנימה יקבל

ניתן לכתוב את המשוואה (1) גם כ-

ו_{0 ( ωt)} = 2 ו_ס/ ᴨ * (בלי .t ) + שתיים ו_ס/ 3ᴨ * (Sin3 .t ) + שתיים ו_ס/ 5ᴨ * (Sin5 .t ) + …… .. + ∞

ו_{0 ( ωt)} = ו_{01 ( ωt)} + ו_{03 ( ωt)} + ו_{05 ( ωt)}

הביטוי לעיל הוא מתח המוצא המורכב ממתח בסיסי והרמוניות מוזרות. ישנן שתי שיטות להסרת רכיבים הרמוניים אלה: להשתמש במעגל המסנן ולהשתמש בטכניקת אפנון רוחב הדופק.

ניתן לכתוב את המתח הבסיסי כ-

ו_{01 ( ωt)} = 2V_ס/ ᴨ * (בלי .t )

הערך המרבי של מתח בסיסי

ו_{01 (מקסימום)}= 2V_ס/ ᴨ

ערך ה- RMS של המתח הבסיסי הוא

ו_{01 (RMS)}= 2V_ס/ √2ᴨ = √2V_ס/ ᴨ

המרכיב הבסיסי של זרם הפלט RMS הוא

אני_{01 (RMS)}= V._{01 (RMS)}/ ר

עלינו להשיג את גורם העיוות, גורם העיוות מסומן ב- g.

g = ו_{01 (RMS)}/ V_{0 (RMS)} = ערך RMS של מתח בסיסי / ערך RMS כולל של מתח יציאה

על ידי החלפת ה- ו_{01 (RMS)} ו ו_{0 (RMS)} ערכים ב- g יקבלו

g = 2√2 / ᴨ

סך הכל עיוות הרמוני מתבטא כ

במתח היציאה העיוות ההרמוני הכולל THD = 48.43%, אך לפי IEEE, העיוות ההרמוני הכולל צריך להיות 5%.

תפוקת הכוח הבסיסית של מהפך גשר חד פאזי היא

פ₀₁= (V._{01 (rms)})^שתיים/ R = אני^שתיים_{01 (rms)}ר

באמצעות הנוסחה שלעיל נוכל לחשב את תפוקת הכוח הבסיסית.

בדרך זו אנו יכולים לחשב את הפרמטרים השונים של מהפך חצי גשר חד פאזי.

מהפך חצי גשר שלב יחיד עם עומס R-L

תרשים המעגל של עומס ה- R-L מוצג באיור שלהלן.

מהפך חצי גשר שלב יחיד עם עומס R-L

תרשים המעגל של מהפך חצי גשר חד פאזי עם עומס R-L מורכב משני מתגים, שתי דיודות ואספקת מתח. עומס ה- R-L מחובר בין נקודה לנקודת O, נקודה A נחשבת תמיד לחיובית ונקודה O נחשבת לשלילית. אם הזרם הנוכחי מנקודה A ל O אז הזרם ייחשב לחיובי, באופן דומה אם הזרם הנוכחי מנקודה ל A אז הזרם ייחשב כשלילי.

במקרה של עומס R-L, זרם המוצא יהיה פונקציה אקספוננציאלית לזמן וגורם את מתח המוצא בזווית.

ϕ = כך^-1( ω L / R)

הפעלה של מהפך חצי גשר חד פאזי עם עומס R

פעולת העבודה מבוססת על מרווחי הזמן הבאים

(i) מרווח I (0 במשך זמן זה, שני המתגים כבויים והדיודה D2 במצב הטיה הפוכה. במרווח זה, המשרן משחרר את האנרגיה שלו דרך דיודה D1, וזרם המוצא יורד מעריכית מערכו המרבי השלילי (-Imax) לאפס.

על ידי החלת KVL על מרווח זמן זה יקבל

מתח המוצא V.₀> 0 זרם המוצא זורם בכיוון ההפוך, לכן, i₀<0 switch current i_S1= 0 וזרם דיודה i_D1= -i0

(ii) מרווח II (t1 בזמן זה, המתג S₁ו- S_שתייםסגורים ו- S2 כבוי ושני הדיודות במצב הטיה הפוכה. במרווח זה, המשרן מתחיל לאגור את האנרגיה, וזרם המוצא עולה מאפס לערכו המרבי החיובי (Imax).

החלת KVL תקבל

מתח המוצא V.₀> 0 זרם המוצא זורם בכיוון קדימה, לכן, i₀> 0 מתג זרם i_S1= אני₀וזרם דיודה i_D1= 0

(iii) מרווח III (T / 2 בזמן זה, גם המתג S₁ו- S_שתייםהם OFF והדיודה D₁נמצא בהטיה הפוכה ו- D_שתייםנמצא בהטיית העברה במצב של הטיה הפוכה. במרווח זה המשרן משחרר את האנרגיה שלו באמצעות דיודה D._שתיים. זרם המוצא יורד באופן אקספוננציאלי מערכו המרבי החיובי (I_{מקסימום}) לאפס.

החלת KVL תקבל

מתח המוצא V.₀<0 The output current flows in the forward direction, therefore, i₀> 0 מתג זרם i_S1= 0 וזרם דיודה i_D1= 0

(iv) מרווח IV (t2 בזמן זה, המתג S₁הוא OFF ו- S._שתייםסגורות והדיודות ד₁וד '_שתייםנמצאים בהטיה הפוכה. במרווח זה המשרן טעון לערך מקסימלי שלילי (-I_{מקסימום}) לאפס.

החלת KVL תקבל

מתח המוצא V.₀<0 The output current flows in the opposite/reverse direction therefore i₀<0 switch current i_S1= 0 וזרם דיודה i_D1= 0

מצבי הפעלה של מהפך חצי גשר

סיכום מרווחי הזמן מוצג בטבלה שלהלן

S.NO	מרווח זמן	מכשיר מבצע	מתח יציאה (V.0 )	תְפוּקָה נוֹכְחִי ( אני0 )	החלף זרם (iS1 )	החלף דיודה (iD1 )
1	01	ד1	ו0> 0	אני0<0	0	- אני0
שתיים	t1	ס1	ו0> 0	אני0> 0	אני0	0
3	T / 2שתיים	דשתיים	ו0<0	אני0> 0	0	0
4	tשתיים	סשתיים	ו0<0	אני0<0	0	0

צורת גל המוצא של מהפך חצי גשר חד פאזי עם עומס RL מוצג באיור שלהלן.

צורת גל מתח יציאה של מהפך חצי גשר חד פאזי עם עומס R-L

מהפך חצי גשר לעומת מהפך גשר מלא

ההבדל בין מהפך חצי גשר לממיר גשר מלא מוצג בטבלה שלהלן.

S.NO	מהפך חצי גשר “דוגמאות להמרה עשרונית לאוקטלית ”	מהפך גשר מלא
1	היעילות גבוהה בממיר חצי גשר	בממיר גשר מלאגַם,היעילות גבוהה
שתיים	בממיר חצי גשר צורות הגל של מתח המוצא הן מרובעות, כמעט מרובעות או PWM	במהפך בגשר מלא צורות גל המתח המוצא הן מרובעות, כמעט מרובעות או PWM
3	מתח השיא בממיר חצי הגשר הוא חצי ממתח אספקת DC	מתח השיא בממיר הגשר המלא זהה למתח אספקת DC
4	מהפך חצי הגשר מכיל שני מתגים	מהפך הגשר המלא מכיל ארבעה מתגים
5	מתח המוצא הוא E.0= הזֶרֶם יָשָׁר/שתיים	מתח המוצא הוא E.0= הזֶרֶם יָשָׁר
6	מתח היציאה הבסיסי הוא E.1= 0.45 Eזֶרֶם יָשָׁר	מתח היציאה הבסיסי הוא E.1= 0.9 Eזֶרֶם יָשָׁר
7	מהפך מסוג זה מייצר מתח דו קוטבי	מהפך מסוג זה מייצר מתח חד-קוטבי

יתרונות

היתרונות של מהפך חצי גשר חד פאזי הם

• המעגל פשוט
• העלות נמוכה

חסרונות

החסרונות של מהפך חצי גשר חד פאזי הם

• TUF (Transformer Utilization Factor) נמוך
• היעילות נמוכה

לפיכך, זה הכל בערך סקירה של מהפך חצי הגשר , ההבדל בין מהפך חצי גשר לבין מהפך גשר מלא, יתרונות, חסרונות, מהפך חצי גשר חד פאזי עם עומס התנגדות. הנה שאלה עבורך, מהם היישומים של מהפך חצי הגשר?