Si të hartoni dhe zbatoni një inverter njëfazor: 9 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:12

Ky Instructable eksploron përdorimin e GreenPAK ™ CMIC të Dialog në aplikimet elektronike të energjisë dhe do të demonstrojë zbatimin e një inverteri njëfazor duke përdorur metodologji të ndryshme kontrolli. Parametra të ndryshëm përdoren për të përcaktuar cilësinë e inverterit njëfazor. Një parametër i rëndësishëm është Shtrembërimi Total Harmonik (THD). THD është një matje e shtrembërimit harmonik në një sinjal dhe përcaktohet si raporti i shumës së fuqive të të gjithë përbërësve harmonikë me fuqinë e frekuencës themelore.

Më poshtë kemi përshkruar hapat e nevojshëm për të kuptuar se si zgjidhja është programuar për të krijuar një inverter njëfazor. Sidoqoftë, nëse thjesht doni të merrni rezultatin e programimit, shkarkoni softuerin GreenPAK për të parë Skedarin e Dizajnit të GreenPAK të përfunduar tashmë. Lidheni Kompletin e Zhvillimit GreenPAK me kompjuterin tuaj dhe goditni programin për të krijuar një inverter njëfazor.

Hapi 1: Inverter njëfazor

Një inverter energjie, ose inverter, është një pajisje elektronike ose qark që ndryshon rrymën direkte (DC) në rrymë alternative (AC). Në varësi të numrit të fazave të daljes AC, ekzistojnë disa lloje të invertorëve.

In Invertorët njëfazorë

In Invertorët trefazorë

DC është rrjedha njëdrejtimëshe e ngarkesës elektrike. Nëse një tension konstant aplikohet në një qark thjesht rezistent, rezulton në një rrymë konstante. Krahasimisht, me AC, rrjedha e rrymës elektrike në mënyrë periodike përmbys polaritetin. Forma më tipike e valës AC është një valë sinus, por gjithashtu mund të jetë një valë trekëndore ose katrore. Për të transferuar energji elektrike me profile të ndryshme aktuale, kërkohen pajisje speciale. Pajisjet që konvertojnë AC në DC njihen si ndreqës dhe pajisjet që konvertojnë DC në AC njihen si inverter.

Hapi 2: Topologjitë e Inverterit njëfazor

Ekzistojnë dy topologji kryesore të invertorëve njëfazorë; topologji gjysmë-urë dhe urë të plotë. Ky shënim aplikimi fokusohet në topologjinë e urës së plotë, pasi siguron dyfishin e tensionit të daljes në krahasim me topologjinë gjysmë-urë.

Hapi 3: Topologjia me urë të plotë

Në një topologji me urë të plotë nevojiten 4 ndërprerës, pasi tensioni alternativ i daljes fitohet nga ndryshimi midis dy degëve të qelizave ndërruese. Tensioni i daljes merret duke ndezur dhe fikur në mënyrë inteligjente transistorët në momente të veçanta kohore. Ekzistojnë katër gjendje të ndryshme në varësi të cilës çelësa janë të mbyllur. Tabela më poshtë përmbledh gjendjet dhe tensionin dalës në bazë të të cilave çelsat janë të mbyllur.

Për të maksimizuar tensionin e daljes, përbërësi themelor i tensionit të hyrjes në secilën degë duhet të jetë 180º jashtë fazës. Gjysmëpërçuesit e secilës degë janë plotësuese në performancë, që do të thotë kur njëri po drejton tjetri është i ndërprerë dhe anasjelltas. Kjo topologji është më e përdorura për invertorët. Diagrami në Figurën 1 tregon qarkun e një topologjie me urë të plotë për një inverter njëfazor.

Hapi 4: Transistor bipolar i Portës së Izoluar

Transistori Bipolar i Portës së Izoluar (IGBT) është si një MOSFET me shtimin e një PNjunction të tretë. Kjo lejon kontroll të bazuar në tension, si një MOSFET, por me karakteristika dalëse si një BJT në lidhje me ngarkesa të larta dhe tension të ulët të ngopjes.

Katër rajone kryesore mund të vërehen në sjelljen e tij statike.

Region Rajoni i ortekut

Region Rajoni i ngopjes

● Zona e Prerjes

. Rajoni aktiv

Rajoni i ortekut është zona kur aplikohet një tension nën tensionin e prishjes, duke rezultuar në shkatërrimin e IGBT. Zona e prerë përfshin vlerat nga tensioni i prishjes deri në tensionin e pragut, ku IGBT nuk sillet. Në rajonin e ngopjes, IGBT sillet si një burim tensioni i varur dhe një rezistencë seri. Me variacione të ulëta të tensionit, mund të arrihet amplifikim i lartë i rrymës. Kjo zonë është më e dëshirueshme për operim. Nëse tensioni rritet, IGBT hyn në rajonin aktiv dhe rryma mbetet konstante. Ekziston një tension maksimal i aplikuar për IGBT për të siguruar që nuk do të hyjë në rajonin e ortekut. Ky është një nga gjysmëpërçuesit më të përdorur në elektronikën e energjisë, pasi mund të mbështesë një gamë të gjerë të tensioneve nga disa volt në kV dhe fuqitë midis kW dhe MW.

Këta Transistorë Bipolarë të Portës së Izoluar veprojnë si pajisje ndërruese për topologjinë inverter njëfazor me një urë të plotë.

Hapi 5: Blloku i Modulimit të Gjerësisë së Pulsit në GreenPAK

Blloku i Modulimit të Gjerësisë së Pulsit (PWM) është një bllok i dobishëm që mund të përdoret për një gamë të gjerë aplikimesh. Blloku DCMP/PWM mund të konfigurohet si një bllok PWM. Blloku PWM mund të burohet përmes FSM0 dhe FSM1. PWM IN+ pin është i lidhur me FSM0 ndërsa IN-pin është i lidhur me FSM1. Të dy FSM0 dhe FSM1 sigurojnë të dhëna 8-bit për PWM Block. Periudha kohore e PWM përcaktohet nga periudha kohore e FSM1. Cikli i punës për bllokun PWM kontrollohet nga FSM0.

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

Ekzistojnë dy mundësi për konfigurimin e ciklit të punës:

● 0-99.6%: DC varion nga 0% në 99.6% dhe përcaktohet si IN+/256.

● 0.39-100%: DC varion nga 0.39% në 100% dhe përcaktohet si (IN + + 1)/256.

Hapi 6: Dizajni GreenPAK për Zbatimin e Valës Sheshore të bazuar në PWM

Ka metodologji të ndryshme kontrolli që mund të përdoren për të zbatuar një inverter njëfazor. Një strategji e tillë kontrolli përfshin një valë katrore të bazuar në PWM për inverterin njëfazor.

Një GreenPAK CMIC përdoret për të gjeneruar modele periodike të ndërrimit në mënyrë që të konvertojë me lehtësi DC në AC. Tensionet DC ushqehen nga bateria dhe dalja e marrë nga inverteri mund të përdoret për të furnizuar ngarkesën AC. Për qëllimin e këtij shënimi të aplikacionit, frekuenca AC është vendosur në 50Hz, një frekuencë e zakonshme e energjisë shtëpiake në shumë pjesë të botës. Në mënyrë korresponduese, periudha është 20ms.

Modeli i ndërrimit që duhet të gjenerohet nga GreenPAK për SW1 dhe SW4 është treguar në Figurën 3.

Modeli i ndërrimit për SW2 dhe SW3 është treguar në Figurën 4

Modelet e mësipërme të ndërrimit mund të prodhohen me lehtësi duke përdorur një bllok PWM. Periudha kohore PWM përcaktohet nga periudha kohore e FSM1. Periudha kohore për FSM1 duhet të vendoset në 20ms që korrespondon me frekuencën 50Hz. Cikli i punës për bllokun PWM kontrollohet nga të dhënat e buruara nga FSM0. Për të gjeneruar ciklin e detyrës 50%, vlera e numëruesit FSM0 është vendosur të jetë 128.

Dizajni përkatës GreenPAK është treguar në Figurën 5.

Hapi 7: Disavantazhi i Strategjisë së Kontrollit të Valës Katrore

Përdorimi i strategjisë së kontrollit të valës katrore bën që inverteri të prodhojë një sasi të madhe harmonikësh. Përveç frekuencës themelore, invertorët e valës katrore kanë përbërës të frekuencës tek. Këto harmonika bëjnë që fluksi i makinës të jetë i ngopur, duke çuar kështu në performancë të dobët të makinës, ndonjëherë edhe duke dëmtuar harduerin. Prandaj, THD e prodhuar nga këto lloj inverterësh është shumë e madhe. Për të kapërcyer këtë problem, mund të përdoret një strategji tjetër e kontrollit e njohur si Vala Quasi-Square për të zvogëluar ndjeshëm sasinë e harmonikëve të prodhuar nga inverteri.

Hapi 8: Dizajni i GreenPAK-ut për Zbatimin e Vala Quasi-Square të bazuar në PWM

Në strategjinë e kontrollit të valëve Quasi-katrore, futet një tension dalës zero i cili mund të zvogëlojë ndjeshëm harmonikat e pranishme në formën valore konvencionale katrore. Përparësitë kryesore të përdorimit të një inverteri me valë thuajse katrore përfshijnë:

● Amplituda e përbërësit themelor mund të kontrollohet (duke kontrolluar α)

Contents Disa përmbajtje harmonike mund të eliminohen (gjithashtu duke kontrolluar α)

Amplituda e përbërësit themelor mund të kontrollohet duke kontrolluar vlerën e α siç tregohet në Formulën 1.

Harmonika e nëntë mund të eliminohet nëse amplituda e saj bëhet zero. Për shembull, amplituda e harmonikës së tretë (n = 3) është zero kur α = 30 ° (Formula 2).

Dizajni i GreenPAK-ut për Zbatimin e Strategjisë së Kontrollit të Vala Sasi Katrore është treguar në Figurën 9.

Blloku PWM përdoret për të gjeneruar një formë valore katrore me 50 % cikël detyre. Tensioni zero i daljes futet duke vonuar tensionin që shfaqet në daljen Pin-15. Blloku P-DLY1 është konfiguruar për të zbuluar skajin në rritje të formës së valës. P-DLY1 do të zbulojë periodikisht skajin në rritje pas çdo periudhe dhe do të shkaktojë bllokun DLY-3, i cili prodhon një vonesë prej 2 ms para se të kalojë VDD në një dopip-flop për të mundësuar daljen Pin-15.

Pin-15 mund të bëjë që SW1 dhe SW4 të ndizen. Kur kjo ndodh, një tension pozitiv do të shfaqet në të gjithë ngarkesën.

Mekanizmi i zbulimit të skajit në rritje P-DLY1 gjithashtu aktivizon bllokun DLY-7, i cili pas 8ms rivendos dopipin D dhe 0 V shfaqet në të gjithë daljen.

DLY-8 dhe DLY-9 gjithashtu nxiten nga e njëjta skaj në rritje. DLY-8 prodhon një vonesë prej 10ms dhe aktivizon përsëri DLY-3, i cili pas 2ms do të kalojë DFF duke shkaktuar një lartësi logjike në të dy portat AND.

Në këtë pikë Out+ nga blloku PWM bëhet 0, pasi cikli i punës i bllokut u konfigurua të jetë 50 %. Dalja do të shfaqet në Pin-16 duke shkaktuar që SW2 dhe SW3 të ndizen, duke prodhuar një tension alternativ në ngarkesë. Pas 18ms DLY-9 do të rivendosë DFF dhe 0V do të shfaqet në të gjithë Pin-16 dhe cikli periodik vazhdon të nxjerrë një sinjal AC.

Konfigurimi për blloqe të ndryshme GreenPAK janë treguar në Figurat 10-14.

Hapi 9: Rezultatet

Tensioni DC 12 V furnizohet nga bateria në inverter. Inverteri e shndërron këtë tension në një formë valore AC. Dalja nga inverteri furnizohet me një transformator të rritjes i cili konverton Tensionin AC 12 V në 220 V i cili mund të përdoret për të drejtuar ngarkesat AC.

Përfundim

Në këtë Udhëzues, ne kemi zbatuar një Inverter Një Fazor duke përdorur strategjitë e kontrollit të Wave Square dhe Quasi Square Wave duke përdorur GreenPAK a CMIC. GreenPAK CMIC veprojnë si një zëvendësues i përshtatshëm i mikrokontrolluesve dhe qarkut analog që përdoret në mënyrë konvencionale për të zbatuar një inverter njëfazor. Për më tepër, CMIC të GreenPAK kanë potencial në hartimin e Invertuesve Tre Fazorë.