하프 브리지 인버터는 무엇입니까 : 회로도 및 작동

인버터는 직접 전력을 교류 전력으로 변환하는 전력 전자 변환기입니다. 이 인버터 장치를 사용하여 고정 DC를 가변 주파수 및 전압 인 가변 AC 전력으로 변환 할 수 있습니다. 둘째,이 인버터에서 주파수를 변경할 수 있습니다. 즉, 요구 사항에 따라 40HZ, 50HZ, 60HZ 주파수를 생성 할 수 있습니다. DC 입력이 전압 소스 인 경우 인버터는 VSI (Voltage Source Inverter)라고합니다. 인버터에는 4 개의 스위칭 장치가 필요하지만 하프 브리지 인버터에는 2 개의 스위칭 장치가 필요합니다. 브리지 인버터는 하프 브리지 인 두 가지 유형입니다. 인버터 그리고 풀 브리지 인버터. 이 기사에서는 하프 브리지 인버터에 대해 설명합니다.

하프 브리지 인버터 란?

인버터는 DC 전압을 AC 전압으로 변환하는 장치로 4 개의 스위치로 구성되는 반면 하프 브리지 인버터는 역 병렬로 연결된 2 개의 다이오드와 2 개의 스위치가 필요합니다. 두 스위치는 상호 보완적인 스위치입니다. 즉, 첫 번째 스위치가 켜져있을 때 두 번째 스위치가 꺼집니다. 마찬가지로 두 번째 스위치가 켜져있을 때 첫 번째 스위치가 꺼집니다.

저항 부하가있는 단상 하프 브리지 인버터

저항 부하가있는 단상 하프 브리지 인버터의 회로도는 아래 그림과 같습니다.

하프 브리지 인버터

여기서 RL은 저항성 부하, V_에스/ 2는 전압 소스, S₁그리고 S_두두 개의 스위치, 나는₀현재입니다. 각 스위치가 다이오드 D에 연결된 경우₁그리고 D_두병렬로. 위 그림에서 스위치 S₁그리고 S_두자체 정류 스위치입니다. 스위치 S₁전압이 양수이고 전류가 음수 일 때 전도합니다. 스위치 S_두전압이 음이고 전류가 음일 때 전도됩니다. 그만큼 다이오드 디₁전압이 포지티브이고 전류가 네거티브이면 다이오드 D_두전압이 음수이고 전류가 양수일 때 전도됩니다.

사례 1 (스위치 S₁ON 및 S_두꺼짐) : 스위치 S₁0에서 T / 2까지의 시간에서 ON, 다이오드 D₁그리고 D_두역 바이어스 상태이고 S_두스위치가 꺼져 있습니다.

KVL (Kirchhoff의 전압 법칙) 적용

V_에스/ 2V₀= 0

어디 출력 전압 V₀= V_에스/두

출력 전류 i₀= V₀/ R = V_에스/ 2r

공급 전류 또는 스위치 전류의 경우 전류 i_S1= i0 = 대 / 2R, 나는_S2= 0 및 다이오드 전류 i_D1= 나_D2= 0.

사례 2 (스위치 S_두ON 및 S₁꺼짐) : 스위치 S_두T / 2에서 T까지의 기간 동안 ON, 다이오드 D₁그리고 D_두역 바이어스 상태이고 S₁스위치가 꺼져 있습니다.

KVL (Kirchhoff의 전압 법칙) 적용

V_에스/ 2 + V₀= 0

어디 출력 전압 V₀= -V_에스/두

출력 전류 i₀= V₀/ R = -V_에스/ 2r

공급 전류 또는 스위치 전류의 경우 전류 i_S1= 0, 나는_S2= 나₀= -V_에스/ 2R 및 다이오드 전류 i_D1= 나_D2= 0.

단상 하프 브리지 인버터 출력 전압 파형은 아래 그림과 같습니다.

하프 브리지 인버터 출력 전압 파형

출력 전압의 평균값은

따라서 시간 'T'를 'ωt'축으로 변환 한 출력 전압 파형은 아래 그림과 같습니다.

출력 전압 파형의 시간 축 변환

를 0으로 곱하면 0이됩니다 T / 2를 곱하면 T / 2 = π가됩니다 T를 곱하면 T = 2π가됩니다 3T / 2를 곱하면 T가됩니다 / 2 = 3π 등등. 이런 식으로이 시간 축을‘ωt’축으로 변환 할 수 있습니다.

출력 전압과 출력 전류의 평균값은 다음과 같습니다.

V_{0 (평균)}= 0

나는_{0 (평균)}= 0

출력 전압 및 출력 전류의 RMS 값은 다음과 같습니다.

V_{0 (RMS)}= V_에스/두

나는_{0 (RMS)}= V_{0 (RMS)}/ R = V_에스/ 2r

인버터에서 얻는 출력 전압은 순수한 사인파, 즉 구형파가 아닙니다. 기본 구성 요소의 출력 전압은 아래 그림과 같습니다.

기본 구성 요소가있는 출력 전압 파형

푸리에 시리즈 사용

어디 C_엔, ~_엔그리고 b_엔아르

비_엔= V_에스/ nᴨ (1-cosnᴨ)

B_엔짝수 (n = 2,4,6… ..) 및 b를 대체 할 때 = 0_엔홀수 (n = 1,3,5 ……)를 대체 할 때 = 2Vs / nπ. 대체 b_엔= 2Vs / nπ 및 a_엔C에서 = 0_엔C를 얻을 것이다_엔= 2Vs / nπ.

ϕ_엔= 그래서^-1(에_엔/ b_엔) = 0

V_{01 ( ωt)} = 2 V_에스/ ᴨ * (없음 ωt )

V 대체_{0 (평균)}= 0은 얻을 것입니다

방정식 (1)은 다음과 같이 쓸 수도 있습니다.

V_{0 ( ωt)} = 2 V_에스/ ᴨ * (없음 ωt ) + 두 V_에스/ 3ᴨ * (Sin3 ωt ) + 두 V_에스/ 5ᴨ * (Sin5 ωt ) + …… .. + ∞

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

위의 표현은 기본 전압과 홀수 고조파로 구성된 출력 전압입니다. 이러한 고조파 성분을 제거하는 방법에는 필터 회로를 사용하는 방법과 펄스 폭 변조 기술을 사용하는 방법이 있습니다.

기본 전압은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

V_{01 ( ωt)} = 2V_에스/ ᴨ * (없음 ωt )

기본 전압의 최대 값

V_{01 (최대)}= 2V_에스/ ᴨ

기본 전압의 RMS 값은 다음과 같습니다.

V_{01 (RMS)}= 2V_에스/ √2ᴨ = √2V_에스/ ᴨ

RMS 출력 전류의 기본 구성 요소는 다음과 같습니다.

나는_{01 (RMS)}= V_{01 (RMS)}/아르 자형

왜곡 계수를 구해야합니다. 왜곡 계수는 g로 표시됩니다.

g = V_{01 (RMS)}/ V_{0 (RMS)} = 기본 전압의 rms 값 / 출력 전압의 총 RMS 값

대체함으로써 V_{01 (RMS)} 과 V_{0 (RMS)} g의 값은

g = 2√2 / ᴨ

전체 고조파 왜곡 다음과 같이 표현됩니다.

출력 전압에서 총 고조파 왜곡 THD = 48.43 %이지만 IEEE에 따라 총 고조파 왜곡은 5 % 여야합니다.

단상 브리지 인버터의 기본 전원 출력은 다음과 같습니다.

피₀₁= (V_{01 (rms)})^두/ R = I^두_{01 (rms)}아르 자형

위의 공식을 사용하여 기본 전력 출력을 계산할 수 있습니다.

이러한 방식으로 단상 하프 브리지 인버터의 다양한 매개 변수를 계산할 수 있습니다.

R-L 부하가있는 단상 하프 브리지 인버터

R-L 부하의 회로도는 아래 그림과 같습니다.

R-L 부하가있는 단상 하프 브리지 인버터

R-L 부하가있는 단상 하프 브리지 인버터의 회로도는 2 개의 스위치, 2 개의 다이오드 및 전압 공급으로 구성됩니다. R-L 부하는 A 지점과 O 지점 사이에 연결되며 지점 A는 항상 양수로 간주되고 지점 O는 음수로 간주됩니다. A 지점에서 O 지점으로 전류가 흐르면 전류는 양수로 간주됩니다. 마찬가지로 지점에서 A로 전류가 흐르면 전류는 음수로 간주됩니다.

R-L 부하의 경우 출력 전류는 시간에 대한 지수 함수이며 출력 전압을 각도만큼 지연시킵니다.

ϕ = 그래서^-1( ω L / R)

R 부하가있는 단상 하프 브리지 인버터의 작동

작업 작업은 다음 시간 간격을 기반으로합니다.

(i) 간격 I (0 이 기간 동안 두 스위치는 모두 OFF이고 다이오드 D2는 역 바이어스 상태입니다. 이 간격에서 인덕터는 다이오드 D1을 통해 에너지를 방출하고 출력 전류는 음의 최대 값 (-Imax)에서 0으로 기하 급수적으로 감소합니다.

이 시간 간격에 KVL을 적용하면

출력 전압 V₀> 0 출력 전류는 역방향으로 흐르므로 i₀<0 switch current i_S1= 0 및 다이오드 전류 i_D1= -i0

(ii) 간격 II (t1 이 기간 동안 스위치 S₁그리고 S_두닫혀 있고 S2는 OFF이고 두 다이오드는 모두 역 바이어스 상태입니다. 이 간격에서 인덕터는 에너지 저장을 시작하고 출력 전류는 0에서 양의 최대 값 (Imax)으로 증가합니다.

KVL을 적용하면

출력 전압 V₀> 0 출력 전류는 순방향으로 흐르므로 i₀> 0 스위치 전류 i_S1= 나₀그리고 다이오드 전류 i_D1= 0

(iii) 인터벌 III (T / 2 이 기간 동안 스위치 S₁그리고 S_두꺼져 있고 다이오드 D₁역 바이어스이고 D_두순방향 바이어스 상태는 역방향 바이어스 상태입니다. 이 간격에서 인덕터는 다이오드 D를 통해 에너지를 방출합니다._두. 출력 전류는 양의 최대 값에서 기하 급수적으로 감소합니다 (I_최대)를 0으로 설정합니다.

KVL을 적용하면

출력 전압 V₀<0 The output current flows in the forward direction, therefore, i₀> 0 스위치 전류 i_S1= 0 및 다이오드 전류 i_D1= 0

(iv) 간격 IV (t2 이 기간 동안 스위치 S₁꺼짐 및 S_두닫혀 있고 다이오드 D₁그리고 D_두역 바이어스입니다. 이 간격에서 인덕터는 음의 최대 값 (-I_최대)를 0으로 설정합니다.

KVL을 적용하면

출력 전압 V₀<0 The output current flows in the opposite/reverse direction therefore i₀<0 switch current i_S1= 0 및 다이오드 전류 i_D1= 0

하프 브리지 인버터의 작동 모드

시간 간격의 요약은 아래 표에 나와 있습니다.

S.NO	시간 간격	장치 행위	출력 전압 (V0 )	산출 흐름 ( 나는0 )	스위치 전류 (iS1 )	스위치 다이오드 (iD1 )
1	01	디1	V0> 0	나는0<0	0	– 나0
두	티1	에스1	V0> 0	나는0> 0	나는0	0
삼	T / 2두	디두	V0<0	나는0> 0	0	0
4	티두	에스두	V0<0	나는0<0	0	0

RL 부하가있는 단상 하프 브리지 인버터의 출력 전압 파형은 아래 그림과 같습니다.

R-L 부하가있는 단상 하프 브리지 인버터의 출력 전압 파형

하프 브리지 인버터 대 풀 브리지 인버터

하프 브리지 인버터와 풀 브리지 인버터의 차이점은 아래 표에 나와 있습니다.

S.NO	하프 브리지 인버터 “부스트 컨버터의 작동 원리 ”	풀 브리지 인버터
1	하프 브리지 인버터에서 효율이 높습니다.	풀 브리지 인버터에서또한,효율성이 높다
두	하프 브리지 인버터에서 출력 전압 파형은 정사각형, 준 정사각형 또는 PWM입니다.	풀 브리지 인버터에서 출력 전압 파형은 정사각형, 준 정사각형 또는 PWM입니다.
삼	하프 브리지 인버터의 피크 전압은 DC 공급 전압의 절반입니다.	풀 브리지 인버터의 피크 전압은 DC 공급 전압과 동일합니다.
4	하프 브리지 인버터에는 두 개의 스위치가 있습니다.	풀 브리지 인버터에는 4 개의 스위치가 있습니다.
5	출력 전압은 E입니다.0= EDC/두	출력 전압은 E입니다.0= EDC
6	기본 출력 전압은 E입니다.1= 0.45 EDC	기본 출력 전압은 E입니다.1= 0.9EDC
7	이 유형의 인버터는 양극 전압을 생성합니다.	이 유형의 인버터는 단극 전압을 생성합니다.

장점

단상 하프 브리지 인버터의 장점은 다음과 같습니다.

• 회로는 간단합니다
• 비용이 저렴합니다.

단점

단상 하프 브리지 인버터의 단점은 다음과 같습니다.

• TUF (Transformer Utilization Factor)가 낮습니다.
• 효율성이 낮다

따라서 이것은 하프 브리지 인버터 개요 , 하프 브리지 인버터와 풀 브리지 인버터의 차이점, 장점, 단점, 저항 부하가있는 단상 하프 브리지 인버터에 대해 설명합니다. 하프 브리지 인버터의 응용 분야는 무엇입니까?