Paano Magdisenyo at Magpatupad ng Single-phase Inverter: 9 Mga Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:11

Ang Instructable na ito ay nagsisiyasat sa paggamit ng Dialog's GreenPAK ™ CMICs sa mga power electronics application at ipapakita ang pagpapatupad ng isang solong yugto na inverter gamit ang iba't ibang mga pamamaraan ng pagkontrol. Ginagamit ang iba't ibang mga parameter upang matukoy ang kalidad ng single-phase inverter. Ang isang mahalagang parameter ay Total Harmonic Distortion (THD). Ang THD ay isang pagsukat ng harmonic distortion sa isang senyas at tinukoy bilang ratio ng kabuuan ng mga kapangyarihan ng lahat ng mga bahagi ng maharmonya sa lakas ng pangunahing dalas.

Sa ibaba inilarawan namin ang mga kinakailangang hakbang na maunawaan kung paano nai-program ang solusyon upang likhain ang solong-phase inverter. Gayunpaman, kung nais mo lamang makuha ang resulta ng pag-program, mag-download ng GreenPAK software upang matingnan ang natapos na GreenPAK Design File. I-plug ang GreenPAK Development Kit sa iyong computer at pindutin ang programa upang lumikha ng solong-phase inverter.

Hakbang 1: Single-phase Inverter

Ang isang power inverter, o inverter, ay isang elektronikong aparato o circuitry na binabago ang direktang kasalukuyang (DC) sa alternating kasalukuyang (AC). Nakasalalay sa bilang ng mga phase ng output ng AC, maraming uri ng mga inverters.

● Mga inverter na solong yugto

● Mga inverter na three-phase

Ang DC ay ang unidirectional flow ng electric charge. Kung ang isang pare-pareho na boltahe ay inilapat sa kabuuan ng isang pulos resistive circuit, nagreresulta ito sa isang pare-pareho na kasalukuyang. Sa paghahambing, sa AC, ang daloy ng kasalukuyang kuryente ay pana-panahong binabaligtad ang polarity. Ang pinaka-karaniwang AC form ng alon ay isang sine wave, ngunit maaari rin itong maging isang tatsulok o parisukat na alon. Upang mailipat ang elektrisidad na kuryente na may iba't ibang mga kasalukuyang profile, kinakailangan ng mga espesyal na aparato. Ang mga aparato na ginawang AC sa DC ay kilala bilang mga rectifier at aparato na ginawang DC ang AC ay kilala bilang mga inverters.

Hakbang 2: Mga Topology ng Single-phase Inverter

Mayroong dalawang pangunahing mga topology ng solong-phase inverters; kalahating tulay at top-bridge topologies. Ang tala ng application na ito ay nakatuon sa topology ng full-tulay, dahil nagbibigay ito ng doble ang output boltahe kumpara sa kalahating tulay na topology.

Hakbang 3: Topology ng Buong-tulay

Sa isang full-bridge topology 4 kinakailangan ng mga switch, dahil ang alternating output boltahe ay nakuha ng pagkakaiba sa pagitan ng dalawang sangay ng mga switching cell. Ang boltahe ng output ay nakuha sa pamamagitan ng matalinong paglipat ng mga transistors sa at off sa partikular na mga instant na oras. Mayroong apat na magkakaibang estado depende sa kung aling mga switch ang sarado. Ang talahanayan sa ibaba ay nagbubuod ng mga estado at output boltahe batay sa kung aling mga switch ang sarado.

Upang ma-maximize ang output boltahe, ang pangunahing sangkap ng input boltahe sa bawat sangay ay dapat na 180º wala sa phase. Ang semiconductors ng bawat sangay ay pantulong sa pagganap, na kung saan ay kapag ang isa ay nagsasagawa ng isa pa ay naputol at kabaliktaran. Ang topology na ito ay ang pinaka malawak na ginagamit para sa mga inverters. Ang diagram sa Larawan 1 ay nagpapakita ng circuit ng isang buong-tulay na topology para sa isang inverter na singlephase.

Hakbang 4: Insulated Gate Bipolar Transistor

Ang Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) ay tulad ng isang MOSFET na may pagdaragdag ng isang pangatlong PNjunction. Pinapayagan nito ang kontrol na batay sa boltahe, tulad ng isang MOSFET, ngunit may mga katangian ng output tulad ng isang BJT patungkol sa mataas na karga at mababang boltahe ng saturation.

Apat na pangunahing mga rehiyon ay maaaring sundin sa kanyang static na pag-uugali.

● Rehiyon ng Avalanche

● Rehiyon ng saturation

● Gupitin ang Lugar

● Aktibong Rehiyon

Ang rehiyon ng avalanche ay ang lugar kung ang isang boltahe sa ibaba ng boltahe ng breakdown ay inilapat, na nagreresulta sa pagkasira ng IGBT. Kasama sa lugar ng hiwa ang mga halaga mula sa boltahe ng breakdown hanggang sa boltahe ng threshold, kung saan hindi nagsasagawa ang IGBT. Sa rehiyon ng saturation, ang IGBT ay kumikilos bilang isang umaasa na mapagkukunan ng boltahe at isang paglaban sa serye. Na may mababang pagkakaiba-iba ng boltahe, maaaring makamit ang mataas na amplification ng kasalukuyang. Ang lugar na ito ay ang pinaka-kanais-nais para sa operasyon. Kung ang boltahe ay nadagdagan, ang IGBT ay pumapasok sa aktibong rehiyon, at ang kasalukuyang nananatiling pare-pareho. Mayroong isang maximum na boltahe na inilapat para sa IGBT upang matiyak na hindi ito papasok sa rehiyon ng avalanche. Ito ay isa sa mga pinaka ginagamit na semiconductor sa mga electronics na kuryente, dahil maaari nitong suportahan ang isang malawak na hanay ng mga voltages mula sa ilang volts hanggang kV at mga kapangyarihan sa pagitan ng kW at MW.

Ang mga Insulated Gate Bipolar Transistors ay kumikilos bilang mga aparato para sa paglipat ng buong-tulay na solong-yugto na topology ng inverter.

Hakbang 5: Block ng Module ng Lapse ng Module sa GreenPAK

Ang Pulse Width Modulation (PWM) Block ay isang kapaki-pakinabang na bloke na maaaring magamit para sa isang malawak na hanay ng mga application. Ang DCMP / PWM Block ay maaaring mai-configure bilang isang PWM Block. Ang PWM block ay maaaring mapunan sa pamamagitan ng FSM0 at FSM1. Ang PWM IN + pin ay konektado sa FSM0 samantalang ang IN- pin ay konektado sa FSM1. Ang parehong FSM0 at FSM1 ay nagbibigay ng 8-bit na data sa PWM Block. Ang tagal ng oras ng PWM ay tinukoy ng tagal ng panahon ng FSM1. Ang cycle ng tungkulin para sa PWM block ay kinokontrol ng FSM0.

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

Mayroong dalawang mga pagpipilian para sa pagsasaayos ng cycle ng tungkulin:

● 0-99.6%: Ang saklaw ng DC mula 0% hanggang 99.6% at natutukoy bilang IN + / 256.

● 0.39-100%: Ang saklaw ng DC mula 0.39% hanggang 100% at natutukoy bilang (IN + + 1) / 256.

Hakbang 6: Disenyo ng GreenPAK para sa Pagpapatupad ng Square Wave na Batay sa PWM

Mayroong iba't ibang mga pamamaraan ng pagkontrol na maaaring magamit upang magpatupad ng isang solong-phase inverter. Ang isang tulad ng diskarte sa pagkontrol ay nagsasama ng isang PWM-based square wave para sa solong-phase inverter.

Ginagamit ang isang GreenPAK CMIC upang makabuo ng pana-panahong mga pattern ng paglipat upang maginhawang mabago ang DC sa AC. Ang mga voltages ng DC ay pinakain mula sa baterya at ang output na nakuha mula sa inverter ay maaaring magamit upang maibigay ang AC load. Para sa layunin ng application na ito tandaan ang dalas ng AC ay itinakda sa 50Hz, isang karaniwang dalas ng lakas ng sambahayan sa maraming bahagi ng mundo. Naaayon, ang panahon ay 20ms.

Ang pattern ng paglipat na dapat mabuo ng GreenPAK para sa SW1 at SW4 ay ipinapakita sa Larawan 3.

Ang pattern ng paglipat para sa SW2 at SW3 ay ipinapakita sa Larawan 4

Ang mga pattern sa paglipat sa itaas ay maaaring maginhawang ginawa gamit ang isang PWM block. Ang tagal ng oras ng PWM ay itinakda ng tagal ng panahon ng FSM1. Ang tagal ng panahon para sa FSM1 ay dapat itakda sa 20ms na naaayon sa dalas ng 50Hz. Ang cycle ng tungkulin para sa PWM block ay kinokontrol ng data na nakuha mula sa FSM0. Upang makabuo ng 50% na cycle ng tungkulin, ang halaga ng counter ng FSM0 ay nakatakda na 128.

Ang katumbas na Disenyo ng GreenPAK ay ipinapakita sa Larawan 5.

Hakbang 7: Kawalan ng Diskarte sa Square Wave Control

Ang paggamit ng diskarte sa pagkontrol ng parisukat na alon ay sanhi ng inverter upang makabuo ng isang malaking halaga ng mga harmonika. Bukod sa pangunahing dalas, ang mga square inverters ng alon ay may mga kakaibang bahagi ng dalas. Ang mga harmonika na ito ay nagdudulot ng saturation ng makina, kaya't humahantong sa hindi magandang pagganap ng makina, kung minsan ay nakakasama rin sa hardware. Samakatuwid, ang THD na ginawa ng mga ganitong uri ng mga inverters ay napakalaki. Upang mapagtagumpayan ang problemang ito ang isa pang diskarte sa pagkontrol na kilala bilang Quasi- Square Wave ay maaaring gamitin upang makabuluhang bawasan ang dami ng mga harmonika na ginawa ng inverter.

Hakbang 8: Disenyo ng GreenPAK para sa Pagpapatupad ng Quasi-Square Wave na Batay sa PWM

Sa diskarte sa pagkontrol ng alon ng Quasi-square na alon, isang zero output boltahe ang ipinakilala na maaaring makabuluhang bawasan ang mga harmonika na naroroon sa maginoo square squareform. Ang mga pangunahing bentahe ng paggamit ng isang Quasi-square wave inverter ay kinabibilangan ng:

● Ang dami ng pangunahing sangkap ay maaaring makontrol (sa pamamagitan ng pagkontrol sa α)

● Ang ilang mga nilalaman na maharmonya ay maaaring matanggal (din sa pamamagitan ng pagkontrol sa α)

Ang amplitude ng pangunahing sangkap ay maaaring makontrol sa pamamagitan ng pagkontrol sa halaga ng α tulad ng ipinakita sa Formula 1.

Ang nth harmonic ay maaaring matanggal kung ang amplitude nito ay ginawang zero. Halimbawa, ang amplitude ng ikatlong maharmonya (n = 3) ay zero kapag α = 30 ° (Formula 2).

Ang Disenyo ng GreenPAK para sa Pagpapatupad ng diskarte sa pagkontrol ng Quasi- Square Wave ay ipinapakita sa Larawan 9.

Ang PWM block ay ginagamit upang makabuo ng isang square waveform na may 50% duty cycle. Ang boltahe ng output ng zero ay ipinakilala sa pamamagitan ng pagkaantala ng boltahe na lumilitaw sa kabuuan ng output Pin-15. Ang P-DLY1 block ay naka-configure upang makita ang tumataas na gilid ng waveform. P-DLY1 ay pana-panahong makikita ang tumataas na gilid pagkatapos ng bawat panahon at magpapalitaw sa DLY-3 block, na gumagawa ng isang pagkaantala ng 2ms bago i-orasan ang VDD sa isang D-flip flop upang paganahin ang output ng Pin-15.

Ang Pin-15 ay maaaring maging sanhi ng pag-on ng parehong SW1 at SW4. Kapag nangyari ito, lilitaw ang isang positibong boltahe sa kabuuan ng pagkarga.

Ang mekanismo ng P-DLY1 na tumataas na gilid ng pagtuklas ay pinapagana din ang DLY-7 block, na pagkatapos ng 8ms naitatakda ang D-flip flop at lumilitaw ang 0 V sa kabuuan ng output.

Ang DLY-8 at DLY-9 ay na-trigger din mula sa parehong tumataas na gilid. Ang DLY-8 ay gumagawa ng pagkaantala ng 10ms at muling nagpapalitaw ng DLY-3, na pagkatapos ng 2ms ay isasara ang DFF na nagdudulot ng isang lohikal na mataas sa dalawang AND gate.

Sa puntong ito Out + mula sa PWM block ay nagiging 0, dahil ang cycle ng tungkulin ng bloke ay na-configure na 50%. Lilitaw sa labas ng Pin-16 na sanhi ng pag-on ng SW2 at SW3, na gumagawa ng isang alternating boltahe sa kabuuan ng karga. Matapos ang 18ms DLY-9 ay i-reset ang DFF at ang 0V ay lilitaw sa buong Pin-16 at ang pana-panahong cycle ay patuloy na naglalabas ng isang senyas ng AC.

Ang pagsasaayos para sa iba't ibang mga bloke ng GreenPAK ay ipinapakita sa Mga Larawan 10-14.

Hakbang 9: Mga Resulta

Ang 12 V DC boltahe ay ibinibigay mula sa baterya patungo sa inverter. Ang inverter ay nagko-convert ang boltahe na ito sa isang AC form ng alon. Ang output mula sa inverter ay pinakain sa isang step-up transpormer na nagpapalit ng 12 V AC Boltahe sa 220 V na maaaring magamit upang himukin ang mga karga ng AC.

Konklusyon

Sa Instructable na ito, nagpatupad kami ng isang Single-Phase Inverter na gumagamit ng mga diskarte sa pagkontrol ng Square Wave at Quasi Square Wave na gumagamit ng GreenPAK isang CMIC. Ang mga GreenPAK CMIC ay kumikilos bilang isang maginhawang kapalit ng Micro Controllers at analog circuitry na ayon sa kaugalian na ginamit upang magpatupad ng isang Single-phase inverter. Bukod dito, ang mga GreenPAK CMIC ay may potensyal sa disenyo ng Three Phase Inverters.