El inversor es un convertidor electrónico de potencia que convierte la potencia directa en potencia alterna. Al usar este dispositivo inversor, podemos convertir CC fija en potencia CA variable, que como frecuencia y voltaje variables. En segundo lugar, desde este inversor, podemos variar la frecuencia, es decir, podremos generar las frecuencias de 40 HZ, 50 HZ, 60 HZ según nuestro requisito. Si la entrada de CC es una fuente de voltaje, entonces el inversor se conoce como VSI (Inversor de fuente de voltaje). Los inversores necesitan cuatro dispositivos de conmutación, mientras que el inversor de medio puente necesita dos dispositivos de conmutación. Los inversores de puente son de dos tipos, son de medio puente inversor e inversor de puente completo. Este artículo analiza el inversor de medio puente.
¿Qué es el inversor de medio puente?
El inversor es un dispositivo que convierte un voltaje de CC en voltaje de CA y consta de cuatro interruptores, mientras que el inversor de medio puente requiere dos diodos y dos interruptores que están conectados en antiparalelo. Los dos interruptores son interruptores complementarios, lo que significa que cuando el primer interruptor está encendido, el segundo interruptor estará apagado. De manera similar, cuando el segundo interruptor esté encendido, el primer interruptor estará apagado.
Inversor de medio puente monofásico con carga resistiva
El diagrama de circuito de un inversor de medio puente monofásico con carga resistiva se muestra en la siguiente figura.
Inversor de medio puente
Donde RL es la carga resistiva, Vs/ 2 es la fuente de voltaje, S1y S2son los dos interruptores, yo0es la corriente. Donde cada interruptor está conectado a diodos D1y D2paralelamente. En la figura anterior, los interruptores S1y S2son los interruptores de conmutación automática. El interruptor S1Conducirá cuando el voltaje sea positivo y la corriente sea negativa, interruptor S2Conducirá cuando el voltaje sea negativo y la corriente sea negativa. los diodo D1Conducirá cuando el voltaje sea positivo y la corriente negativa, diodo D2Conducirá cuando el voltaje sea negativo y la corriente sea positiva.
Caso 1 (cuando el interruptor S1está ON y S2esta apagado): Cuando el interruptor S1está ENCENDIDO desde un período de tiempo de 0 a T / 2, el diodo D1y D2están en condición de polarización inversa y S2el interruptor está APAGADO.
Aplicación de KVL (ley de voltaje de Kirchhoff)
Vs/ 2-V0=0
Donde el voltaje de salida V0= Vs/2
Donde la corriente de salida i0= V0/ R = Vs/ 2r
En caso de corriente de alimentación o corriente de conmutación, la corriente iS1= i0 = Vs / 2R, yoS2= 0 y la corriente de diodo iD1= yoD2= 0.
Caso 2 (cuando el interruptor S2está ON y S1esta apagado) : Cuando cambia S2está ENCENDIDO desde un período de tiempo de T / 2 a T, el diodo D1y D2están en condición de polarización inversa y S1el interruptor está APAGADO.
Aplicación de KVL (ley de voltaje de Kirchhoff)
Vs/ 2 + V0=0
Donde el voltaje de salida V0= -Vs/2
Donde la corriente de salida i0= V0/ R = -Vs/ 2r
En caso de corriente de alimentación o corriente de conmutación, la corriente iS1= 0, yoS2= yo0= -Vs/ 2R y la corriente de diodo iD1= yoD2= 0.
La forma de onda del voltaje de salida del inversor de medio puente monofásico se muestra en la siguiente figura.
Forma de onda de voltaje de salida del inversor de medio puente
El valor medio de la tensión de salida es
Entonces, la forma de onda del voltaje de salida del tiempo de conversión 'T' al eje '' ‘ωt' se muestra en la siguiente figura
Conversión del eje de tiempo de la forma de onda del voltaje de salida
Cuando se multiplica por cero, será cero Cuando se multiplica por T / 2, será T / 2 = π Cuando se multiplica por T, será T = 2π Cuando se multiplica por 3T / 2, será T / 2 = 3π y así sucesivamente. De esta manera, podemos convertir este eje de tiempo en el eje 'ωt'.
El valor medio de la tensión de salida y la corriente de salida es
V0 (promedio)= 0
I0 (promedio)= 0
El valor RMS del voltaje de salida y la corriente de salida es
V0 (RMS)= VS/2
I0 (RMS)= V0 (RMS)/ R = VS/ 2r
El voltaje de salida que obtenemos en un inversor no es una onda sinusoidal pura, es decir, una onda cuadrada. El voltaje de salida con el componente fundamental se muestra en la siguiente figura.
Forma de onda de voltaje de salida con componente fundamental
Usando la serie de Fourier
Donde Cnorte, anortey Bnorteson
bnorte= VS/ nᴨ (1-cosnᴨ)
El bnorte= 0 al sustituir números pares (n = 2,4,6… ..) ybnorte= 2Vs / nπ al sustituir números impares (n = 1,3,5 ……). Sustituir bnorte= 2Vs / nπ y anorte= 0 en Cnorteobtendrá Cnorte= 2Vs / nπ.
ϕnorte=tan-1(anorte/bnorte)=0
V01( ωt) =2 VS/ᴨ * (Sin ωt )
Sustituir V0 (promedio)= 0 en obtendrá
La ecuación (1) también se puede escribir como
V0( ωt) =2 VS/ᴨ * (Sin ωt ) + 2 VS/ 3ᴨ * (Sin3 ωt ) + 2 VS/ 5ᴨ * (Sin5 ωt ) +……..+∞
V0( ωt) = V01( ωt) + V03( ωt) + V05( ωt)
La expresión anterior es el voltaje de salida que consiste en voltaje fundamental y armónicos impares. Hay dos métodos para eliminar estos componentes armónicos: utilizar el circuito de filtro y utilizar la técnica de modulación de ancho de pulso.
El voltaje fundamental se puede escribir como
V01( ωt) = 2VS/ᴨ * (Sin ωt )
El valor máximo de voltaje fundamental
V01 (máx.)= 2VS/ ᴨ
El valor RMS de la tensión fundamental es
V01 (RMS)= 2VS/√2ᴨ=√2VS/ ᴨ
El componente fundamental de la corriente de salida RMS es
I01 (RMS)= V01 (RMS)/ R
Tenemos que obtener el factor de distorsión, el factor de distorsión se denota por g.
g = V01 (RMS)/ V0 (RMS) = valor eficaz de la tensión fundamental / valor eficaz total de la tensión de salida
Sustituyendo el V01 (RMS) y V0 (RMS) los valores en g obtendrán
g = 2√2 / ᴨ
El total distorsión armónica se expresa como
En la tensión de salida, la distorsión armónica total THD = 48,43%, pero según IEEE, la distorsión armónica total debe ser del 5%.
La salida de potencia fundamental del inversor puente monofásico es
PAG01= (V01 (rms))2/ R = yo201 (rms)R
Al usar la fórmula anterior, podemos calcular la salida de potencia fundamental.
De esta forma, podemos calcular los distintos parámetros del inversor de medio puente monofásico.
Inversor de medio puente monofásico con carga R-L
El diagrama de circuito de la carga R-L se muestra en la siguiente figura.
Inversor de medio puente monofásico con carga R-L
El diagrama de circuito del inversor de medio puente monofásico con carga R-L consta de dos interruptores, dos diodos y suministro de voltaje. La carga R-L está conectada entre el punto A y el punto O, el punto A siempre se considera positivo y el punto O negativo. Si la corriente fluye desde el punto A al O, entonces la corriente se considerará positiva, de manera similar si la corriente fluye desde el punto A, la corriente se considerará negativa.
En el caso de R-L Load, la corriente de salida será una función exponencial al tiempo y retrasa la tensión de salida en un ángulo.
ϕ = tan-1( ω L / R)
Funcionamiento del inversor de medio puente monofásico con carga R
La operación de trabajo se basa en los siguientes intervalos de tiempo
(i) Intervalo I (0
Al aplicar KVL a este intervalo de tiempo se obtendrá
El voltaje de salida V0> 0 La corriente de salida fluye en la dirección inversa, por lo tanto, i0<0 switch current iS1= 0 y corriente de diodo iD1= -i0
(ii) Intervalo II (t1
La aplicación de KVL obtendrá
El voltaje de salida V0> 0 La corriente de salida fluye hacia adelante, por lo tanto, i0> 0 interruptor actual iS1= yo0y corriente de diodo iD1= 0
(iii) Intervalo III (T / 2
La aplicación de KVL obtendrá
El voltaje de salida V0<0 The output current flows in the forward direction, therefore, i0> 0 interruptor actual iS1= 0 y corriente de diodo iD1= 0
(iv) Intervalo IV (t2
La aplicación de KVL obtendrá
El voltaje de salida V0<0 The output current flows in the opposite/reverse direction therefore i0<0 switch current iS1= 0 y corriente de diodo iD1= 0
Modos de funcionamiento del inversor de medio puente
El resumen de los intervalos de tiempo se muestra en una tabla a continuación.
| S.NO | Intervalo de tiempo | Conductas del dispositivo | Voltaje de salida (V0 ) | Producción Actual ( I0 ) | Cambiar corriente (iS1 ) | Diodo de conmutación (iD1 ) |
| 1 | 0 | D1 | V0>0 | I0<0 | 0 | - I0 |
| 2 | t1 | S1 | V0>0 | I0>0 | I0 | 0 |
| 3 | T / 2 | D2 | V0<0 | I0>0 | 0 | 0 |
| 4 | t2 | S2 | V0<0 | I0<0 | 0 | 0 |
La forma de onda del voltaje de salida de un inversor de medio puente monofásico con carga RL se muestra en la siguiente figura.
Forma de onda del voltaje de salida del inversor de medio puente monofásico con carga R-L
Inversor de medio puente frente a inversor de puente completo
La diferencia entre el inversor de medio puente y el inversor de puente completo se muestra en la siguiente tabla.
| S.NO | Inversor de medio puente | Inversor de puente completo |
1 | La eficiencia es alta en inversor de medio puente. | En inversor de puente completoademás,la eficiencia es alta |
2 | En el inversor de medio puente, las formas de onda del voltaje de salida son cuadradas, cuasi cuadradas o PWM | En el inversor de puente completo, las formas de onda del voltaje de salida son cuadradas, cuasi cuadradas o PWM |
3 | La tensión máxima en el inversor de medio puente es la mitad de la tensión de alimentación de CC | La tensión máxima en el inversor de puente completo es la misma que la tensión de alimentación de CC |
4 | El inversor de medio puente contiene dos interruptores | El inversor de puente completo contiene cuatro interruptores |
5 | El voltaje de salida es E0= EDC/2 | El voltaje de salida es E0= EDC |
6 | El voltaje de salida fundamental es E1= 0,45 EDC | El voltaje de salida fundamental es E1= 0,9 EDC |
7 | Este tipo de inversor genera voltajes bipolares | Este tipo de inversor genera voltajes monopolares |
Ventajas
Las ventajas del inversor de medio puente monofásico son
- El circuito es simple
- El costo es bajo
Desventajas
Las desventajas del inversor de medio puente monofásico son
- El TUF (Factor de utilización del transformador) es bajo
- La eficiencia es baja
Por lo tanto, se trata de una descripción general del inversor de medio puente , se discute la diferencia entre el inversor de medio puente y el inversor de puente completo, ventajas, desventajas, inversor de medio puente monofásico con carga resistiva. He aquí una pregunta para usted, ¿cuáles son las aplicaciones del inversor de medio puente?
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