Biến tần nửa cầu là gì: Sơ đồ mạch và hoạt động của nó

Biến tần là một bộ chuyển đổi điện tử công suất giúp chuyển đổi nguồn điện trực tiếp thành điện xoay chiều. Bằng cách sử dụng thiết bị biến tần này, chúng ta có thể chuyển đổi điện một chiều cố định thành điện xoay chiều có thể thay đổi tần số và điện áp. Thứ hai từ biến tần này, chúng tôi có thể thay đổi tần số, tức là chúng tôi sẽ có thể tạo ra các tần số 40HZ, 50HZ, 60HZ theo yêu cầu của chúng tôi. Nếu đầu vào một chiều là nguồn điện áp thì biến tần được gọi là VSI (Biến tần nguồn điện áp). Bộ nghịch lưu cần bốn thiết bị chuyển mạch trong khi bộ nghịch lưu nửa cầu cần hai thiết bị chuyển mạch. Biến tần cầu có hai loại là nửa cầu. biến tần và biến tần toàn cầu. Bài viết này thảo luận về biến tần bán cầu.

Biến tần nửa cầu là gì?

Bộ nghịch lưu là một thiết bị chuyển đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều và nó bao gồm bốn công tắc trong khi bộ nghịch lưu nửa cầu yêu cầu hai điốt và hai công tắc được kết nối song song. Hai công tắc là công tắc bổ sung có nghĩa là khi công tắc thứ nhất BẬT, công tắc thứ hai sẽ TẮT Tương tự, khi công tắc thứ hai BẬT, công tắc thứ nhất sẽ TẮT.

Biến tần nửa cầu một pha với tải điện trở

Sơ đồ mạch của bộ nghịch lưu nửa cầu một pha có tải điện trở được trình bày trong hình dưới đây.

Biến tần nửa cầu

Trong đó RL là tải điện trở, V_S/ 2 là nguồn điện áp, S₁và S_hailà hai công tắc, tôi₀là hiện tại. Nơi mỗi công tắc được kết nối với điốt D₁và D_haisong song. Trong hình trên, các công tắc S₁và S_hailà các công tắc tự chuyển mạch. Công tắc S₁sẽ dẫn khi điện áp dương và dòng điện âm, công tắc S_haisẽ dẫn khi điện áp là âm, và dòng điện là âm. Các diode D₁sẽ dẫn khi điện áp dương và dòng điện âm, diode D_haisẽ dẫn khi điện áp là âm, và dòng là dương.

Trường hợp 1 (khi chuyển đổi S₁đang BẬT và S_haiNo tăt rôi): Khi chuyển đổi S₁BẬT từ khoảng thời gian 0 đến T / 2, diode D₁và D_haiđang ở trong điều kiện thiên vị ngược và S_haicông tắc đang TẮT.

Áp dụng KVL (Luật điện áp của Kirchhoff)

V_S/ 2-V₀= 0

Trường hợp điện áp đầu ra V₀= V_S/hai

Dòng điện đầu ra ở đâu tôi₀= V₀/ R = V_S/ 2r

Trong trường hợp cung cấp dòng điện hoặc dòng điện chuyển mạch, dòng điện i_S1= i0 = Vs / 2R, tôi_S2= 0 và dòng diode i_D1= tôi_D2= 0.

Trường hợp 2 (khi chuyển đổi S_haiđang BẬT và S₁No tăt rôi) : Khi chuyển đổi S_haiđược BẬT từ khoảng thời gian T / 2 đến T, diode D₁và D_haiđang ở trong điều kiện thiên vị ngược và S₁công tắc đang TẮT.

Áp dụng KVL (Luật điện áp của Kirchhoff)

V_S/ 2 + V₀= 0

Trường hợp điện áp đầu ra V₀= -V_S/hai

Dòng điện đầu ra ở đâu tôi₀= V₀/ R = -V_S/ 2r

Trong trường hợp cung cấp dòng điện hoặc dòng điện chuyển mạch, dòng điện i_S1= 0, tôi_S2= tôi₀= -V_S/ 2R và dòng diode i_D1= tôi_D2= 0.

Dạng sóng điện áp đầu ra của bộ nghịch lưu nửa cầu một pha được thể hiện trong hình dưới đây.

Dạng sóng điện áp đầu ra biến tần nửa cầu

Giá trị trung bình của điện áp đầu ra là

Vì vậy, dạng sóng điện áp đầu ra từ chuyển đổi thời gian ‘T’ sang trục ‘‘ ωt ”được hiển thị trong hình dưới đây

Trục thời gian chuyển đổi của dạng sóng điện áp đầu ra

Khi nhân với 0, nó sẽ bằng 0 Khi nhân với T / 2, nó sẽ là T / 2 = π Khi nhân với T, nó sẽ là T = 2π Khi nhân với 3T / 2, nó sẽ là T / 2 = 3π và tiếp tục như vậy. Bằng cách này, chúng ta có thể chuyển trục thời gian này thành trục ‘ωt’.

Giá trị trung bình của điện áp ra và dòng ra là

V_{0 (trung bình)}= 0

Tôi_{0 (trung bình)}= 0

Giá trị RMS của điện áp đầu ra và dòng điện đầu ra là

V_{0 (RMS)}= V_S/hai

Tôi_{0 (RMS)}= V_{0 (RMS)}/ R = V_S/ 2r

Điện áp đầu ra mà chúng ta nhận được trong một biến tần không phải là sóng hình sin thuần túy, tức là sóng vuông. Điện áp đầu ra với thành phần cơ bản được hiển thị trong hình dưới đây.

Dạng sóng điện áp đầu ra với thành phần cơ bản

Sử dụng chuỗi Fourier

Nơi C_n, đến_nvà B_nChúng tôi

b_n= V_S/ nᴨ (1-cosnᴨ)

Các b_n= 0 khi thay các số chẵn (n = 2,4,6… ..) và b_n= 2Vs / nπ khi thay số lẻ (n = 1,3,5 ……). Thay thế b_n= 2Vs / nπ và a_n= 0 trong C_nsẽ nhận được C_n= 2Vs / nπ.

ϕ_n= vậy^-1(đến_n/ b_n) = 0

V_{01 ( ωt)} = 2 V_S/ ᴨ * (Không có ωt )

Thay thế V_{0 (trung bình)}= 0 trong sẽ nhận được

Phương trình (1) cũng có thể được viết dưới dạng

V_{0 ( ωt)} = 2 V_S/ ᴨ * (Không có ωt ) + hai V_S/ 3ᴨ * (Sin3 ωt ) + hai V_S/ 5ᴨ * (Sin5 ωt ) + …… .. + ∞

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

Biểu thức trên là điện áp đầu ra bao gồm điện áp cơ bản và sóng hài lẻ. Có hai phương pháp để loại bỏ chúng thành phần sóng hài này: sử dụng mạch lọc và sử dụng kỹ thuật điều chế độ rộng xung.

Điện áp cơ bản có thể được viết là

V_{01 ( ωt)} = 2V_S/ ᴨ * (Không có ωt )

Giá trị lớn nhất của điện áp cơ bản

V_{01 (tối đa)}= 2V_S/ ᴨ

Giá trị RMS của điện áp cơ bản là

V_{01 (RMS)}= 2V_S/ √2ᴨ = √2V_S/ ᴨ

Thành phần cơ bản của dòng điện đầu ra RMS là

Tôi_{01 (RMS)}= V_{01 (RMS)}/ R

Ta phải lấy hệ số méo, hệ số méo được ký hiệu là g.

g = V_{01 (RMS)}/ V_{0 (RMS)} = giá trị rms của điện áp cơ bản / tổng giá trị RMS của điện áp đầu ra

Bằng cách thay thế V_{01 (RMS)} và V_{0 (RMS)} giá trị trong g sẽ nhận được

g = 2√2 / ᴨ

Tổng số méo hài được thể hiện như

Ở điện áp đầu ra, tổng méo hài THD = 48,43%, nhưng theo IEEE, tổng méo hài phải là 5%.

Công suất cơ bản của biến tần cầu một pha là

P₀₁= (V_{01 (rms)})^hai/ R = tôi^hai_{01 (rms)}R

Bằng cách sử dụng công thức trên, chúng ta có thể tính toán sản lượng điện cơ bản.

Bằng cách này, chúng ta có thể tính toán các thông số khác nhau của bộ nghịch lưu nửa cầu một pha.

Biến tần nửa cầu một pha với tải R-L

Sơ đồ mạch của tải R-L được hiển thị trong hình dưới đây.

Biến tần nửa cầu một pha với tải R-L

Sơ đồ mạch của bộ nghịch lưu nửa cầu một pha có tải R-L gồm hai công tắc, hai điốt và nguồn điện áp. Tải R-L được nối giữa điểm A và điểm O, điểm A luôn luôn được coi là dương và điểm O được coi là âm. Nếu dòng điện chạy từ điểm A đến O thì dòng điện sẽ được coi là dương, tương tự nếu dòng điện chạy từ điểm A thì dòng điện sẽ được coi là âm.

Trong trường hợp Tải R-L, dòng điện đầu ra sẽ là một hàm số mũ theo thời gian và làm trễ điện áp đầu ra một góc.

ϕ = vì thế^-1( ω L / R)

Hoạt động của biến tần nửa cầu một pha với tải R

Hoạt động làm việc dựa trên các khoảng thời gian sau

(i) Khoảng thời gian I (0 Trong khoảng thời gian này, cả hai công tắc đều TẮT và diode D2 ở trạng thái phân cực ngược. Trong khoảng thời gian này, cuộn cảm giải phóng năng lượng của nó thông qua diode D1 và dòng điện đầu ra giảm theo cấp số nhân từ giá trị cực đại âm (-Imax) của nó xuống 0.

Bằng cách áp dụng KVL cho khoảng thời gian này sẽ nhận được

Điện áp đầu ra V₀> 0 Dòng điện đầu ra chảy theo hướng ngược lại, do đó, tôi₀<0 switch current i_S1= 0 và dòng diode i_D1= -i0

(ii) Khoảng thời gian II (t1 Trong khoảng thời gian này, công tắc S₁và S_haiđược đóng và S2 là TẮT và cả hai điốt đều ở trạng thái phân cực ngược. Trong khoảng thời gian này, cuộn cảm bắt đầu tích trữ năng lượng và dòng điện đầu ra tăng từ 0 đến giá trị cực đại dương của nó (Imax).

Áp dụng KVL sẽ nhận được

Điện áp đầu ra V₀> 0 Dòng điện đầu ra chảy theo hướng thuận, do đó, i₀> 0 chuyển đổi hiện tại tôi_S1= tôi₀và diode hiện tại tôi_D1= 0

(iii) Khoảng thời gian III (T / 2 Trong khoảng thời gian này, cả công tắc S₁và S_haiđang TẮT và diode D₁là thiên vị ngược và D_hailà thiên vị chuyển tiếp trong điều kiện thiên vị ngược lại. Trong khoảng thời gian này, cuộn cảm giải phóng năng lượng của nó thông qua diode D_hai. Dòng điện đầu ra giảm theo cấp số nhân từ giá trị cực đại dương của nó (I_{tối đa}) đến không.

Áp dụng KVL sẽ nhận được

Điện áp đầu ra V₀<0 The output current flows in the forward direction, therefore, i₀> 0 chuyển đổi hiện tại tôi_S1= 0 và dòng diode i_D1= 0

(iv) Khoảng thời gian IV (t2 Trong khoảng thời gian này, công tắc S₁là TẮT và S_haiđược đóng và các điốt D₁và D_haiđang thiên vị ngược lại. Trong khoảng thời gian này, cuộn cảm được tích điện đến giá trị cực đại âm (-I_{tối đa}) đến không.

Áp dụng KVL sẽ nhận được

Điện áp đầu ra V₀<0 The output current flows in the opposite/reverse direction therefore i₀<0 switch current i_S1= 0 và dòng diode i_D1= 0

Chế độ hoạt động của biến tần nửa cầu

Tóm tắt các khoảng thời gian được hiển thị trong bảng dưới đây

S.NO	Khoảng thời gian	Hành vi của thiết bị	Điện áp đầu ra (V0 )	Đầu ra Hiện hành ( Tôi0 )	Chuyển đổi hiện tại (iS1 )	Công tắc Diode (iD1 )
1	01	D1	V0> 0	Tôi0<0	0	- TÔI0
hai	t1	S1	V0> 0	Tôi0> 0	Tôi0	0
3	T / 2hai	Dhai	V0<0	Tôi0> 0	0	0
4	thai	Shai	V0<0	Tôi0<0	0	0

Dạng sóng điện áp đầu ra của bộ nghịch lưu nửa cầu một pha với tải RL được thể hiện trong hình dưới đây.

Dạng sóng điện áp đầu ra của Biến tần nửa cầu một pha với tải R-L

Biến tần nửa cầu Vs biến tần toàn cầu

Sự khác biệt giữa biến tần bán cầu và biến tần toàn cầu được trình bày trong bảng dưới đây.

S.NO	Biến tần nửa cầu “máy phát điện một chiều giống như (n) ”	Biến tần toàn cầu
1	Hiệu suất cao trong biến tần nửa cầu	Trong biến tần toàn cầucũng thế,hiệu quả cao
hai	Trong biến tần bán cầu, các dạng sóng điện áp đầu ra là hình vuông, gần vuông hoặc PWM	Trong biến tần toàn cầu, các dạng sóng điện áp đầu ra là hình vuông, gần vuông hoặc PWM
3	Điện áp đỉnh trong bộ nghịch lưu nửa cầu bằng một nửa điện áp nguồn DC	Điện áp đỉnh trong biến tần toàn cầu giống như điện áp nguồn DC
4	Biến tần bán cầu có hai công tắc	Biến tần toàn cầu chứa bốn công tắc
5	Điện áp đầu ra là E0= EDC/hai	Điện áp đầu ra là E0= EDC
6	Điện áp đầu ra cơ bản là E1= 0,45 EDC	Điện áp đầu ra cơ bản là E1= 0,9 EDC
7	Loại biến tần này tạo ra điện áp lưỡng cực	Loại biến tần này tạo ra điện áp đơn cực

Ưu điểm

Ưu điểm của bộ nghịch lưu nửa cầu một pha là

• Mạch đơn giản
• Chi phí thấp

Nhược điểm

Nhược điểm của bộ nghịch lưu nửa cầu một pha là

• TUF (Hệ số sử dụng máy biến áp) thấp
• Hiệu quả thấp

Vì vậy, đây là tất cả về tổng quan về biến tần nửa cầu , sự khác biệt giữa biến tần nửa cầu và biến tần toàn cầu, ưu nhược điểm, biến tần nửa cầu một pha có tải điện trở được thảo luận. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, đó là những ứng dụng của biến tần nửa cầu là gì?