როგორ შევქმნათ და განვახორციელოთ ერთფაზიანი ინვერტორი: 9 ნაბიჯი

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:16

ეს ინსტრუქცია იკვლევს Dialog's GreenPAK ™ CMIC– ების გამოყენებას ელექტრონული ელექტრონიკის პროგრამებში და აჩვენებს ერთფაზიანი ინვერტორული სისტემის დანერგვას კონტროლის სხვადასხვა მეთოდოლოგიის გამოყენებით. სხვადასხვა პარამეტრი გამოიყენება ერთი ფაზის ინვერტორის ხარისხის დასადგენად. მნიშვნელოვანი პარამეტრია სულ ჰარმონიული დამახინჯება (THD). THD არის სიგნალში ჰარმონიული დამახინჯების გაზომვა და განისაზღვრება, როგორც ყველა ჰარმონიული კომპონენტის ძალების ჯამის თანაფარდობა ფუნდამენტური სიხშირის ძალასთან.

ქვემოთ ჩვენ აღვწერეთ საჭირო ნაბიჯები იმის გასაგებად, თუ როგორ იქნა დაპროგრამებული გადაწყვეტა ერთფაზიანი ინვერტორის შესაქმნელად. თუმცა, თუ თქვენ უბრალოდ გსურთ მიიღოთ პროგრამირების შედეგი, გადმოწერეთ GreenPAK პროგრამული უზრუნველყოფა, რომ ნახოთ უკვე დასრულებული GreenPAK დიზაინის ფაილი. შეაერთეთ GreenPAK განვითარების ნაკრები თქვენს კომპიუტერში და დააჭირეთ პროგრამას, რათა შექმნათ ერთფაზიანი ინვერტორი.

ნაბიჯი 1: ერთფაზიანი ინვერტორი

დენის ინვერტორი, ან ინვერტორი, არის ელექტრონული მოწყობილობა ან სქემა, რომელიც ცვლის პირდაპირ დენს (DC) ალტერნატიულ დენად (AC). AC გამომავალი ფაზების რაოდენობიდან გამომდინარე, არსებობს რამდენიმე სახის ინვერტორი.

● ერთფაზიანი ინვერტორები

● სამფაზიანი ინვერტორები

DC არის ელექტრული მუხტის ცალმხრივი ნაკადი. თუ მუდმივი ძაბვა გამოიყენება წმინდა რეზისტენტულ წრეზე, ეს იწვევს მუდმივ დენს. შედარებით, AC– სთან ერთად, ელექტრული დენის ნაკადი პერიოდულად ცვლის პოლარობას. ყველაზე ტიპიური AC ტალღის ფორმა არის სინუსური ტალღა, მაგრამ ის ასევე შეიძლება იყოს სამკუთხა ან კვადრატული ტალღა. ელექტროენერგიის გადაცემის მიზნით სხვადასხვა მიმდინარე პროფილებით, საჭიროა სპეციალური მოწყობილობები. მოწყობილობები, რომლებიც AC– ს გარდაქმნიან DC– ში, ცნობილია როგორც მაკორექტირებელი საშუალებები და მოწყობილობები, რომლებიც DC– ს AC– ად გარდაქმნიან, ცნობილია როგორც ინვერტორები.

ნაბიჯი 2: ერთფაზიანი ინვერტორული ტოპოლოგია

არსებობს ერთფაზიანი ინვერტორების ორი ძირითადი ტოპოლოგია; ნახევრად ხიდისა და სრული ხიდის ტოპოლოგიები. ეს განაცხადი ყურადღებას ამახვილებს მთლიანი ხიდის ტოპოლოგიაზე, ვინაიდან იგი იძლევა ორმაგ გამომავალ ძაბვას ნახევარ ხიდის ტოპოლოგიასთან შედარებით.

ნაბიჯი 3: სრული ხიდის ტოპოლოგია

სრული ხიდის ტოპოლოგიაში საჭიროა 4 გადამრთველი, ვინაიდან ალტერნატიული გამომავალი ძაბვა მიიღება გადართვის უჯრედების ორ ტოტს შორის განსხვავებით. გამომავალი ძაბვა მიიღება ტრანზისტორების ინტელექტუალური ჩართვით და გამორთვით კონკრეტულ დროს. არსებობს ოთხი განსხვავებული მდგომარეობა იმისდა მიხედვით, თუ რომელი გადამრთველია დახურული. ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი აჯამებს მდგომარეობას და გამომავალ ძაბვას, რომლის საფუძველზეც ხდება გადამრთველების დახურვა.

გამომავალი ძაბვის გასაზრდელად, თითოეულ ტოტზე შეყვანის ძაბვის ფუნდამენტური კომპონენტი უნდა იყოს 180º ფაზის გარეთ. თითოეული ფილიალის ნახევარგამტარები ასრულებენ ერთმანეთს, რაც ნიშნავს იმას, რომ როდესაც ერთი ატარებს, მეორე გათიშულია და პირიქით. ეს ტოპოლოგია ყველაზე ფართოდ გამოიყენება ინვერტორებისთვის. დიაგრამა 1-ში ნაჩვენებია სრული ხიდის ტოპოლოგიის სქემა ერთფაზიანი ინვერტორისთვის.

ნაბიჯი 4: იზოლირებული კარიბჭის ბიპოლარული ტრანზისტორი

იზოლირებული კარიბჭის ბიპოლარული ტრანზისტორი (IGBT) ჰგავს MOSFET– ს, მესამე PN კავშირების დამატებით. ეს საშუალებას იძლევა ძაბვაზე დაფუძნებული კონტროლი, როგორიცაა MOSFET, მაგრამ გამომავალი მახასიათებლებით, როგორიცაა BJT მაღალი დატვირთვების და დაბალი გაჯერების ძაბვის მიმართ.

ოთხი ძირითადი რეგიონი შეიძლება შეინიშნოს მის სტატიკურ ქცევაზე.

● ზვავის რეგიონი

● გაჯერების რეგიონი

● გაჭრილი ფართობი

აქტიური რეგიონი

ზვავის რეგიონი არის ტერიტორია, როდესაც გამოიყენება ძაბვის დაშლის ქვემოთ ძაბვა, რის შედეგადაც განადგურებულია IGBT. მოჭრილი არე მოიცავს ღირებულებებს დაშლის ძაბვიდან ბარიერის ძაბვამდე, სადაც IGBT არ ატარებს. გაჯერების რეგიონში, IGBT იქცევა როგორც დამოკიდებული ძაბვის წყარო და სერიული წინააღმდეგობა. ძაბვის დაბალი ვარიაციებით, შესაძლებელია დენის მაღალი გაძლიერება. ეს ტერიტორია ყველაზე სასურველია ოპერაციისთვის. თუ ძაბვა გაიზარდა, IGBT შედის აქტიურ რეგიონში და დენი რჩება მუდმივი. IGBT– სთვის გამოიყენება მაქსიმალური ძაბვა იმის უზრუნველსაყოფად, რომ ის არ შევა ზვავის რეგიონში. ეს არის ერთ -ერთი ყველაზე ხშირად გამოყენებული ნახევარგამტარული ენერგია ელექტრონიკაში, ვინაიდან მას შეუძლია უზრუნველყოს ძაბვის ფართო სპექტრი რამდენიმე ვოლტიდან კვ -მდე და სიმძლავრე კვტ და მგვტ.

ეს იზოლირებული კარიბჭის ბიპოლარული ტრანზისტორი მოქმედებს როგორც გადართვის მოწყობილობა სრული ხიდის ერთფაზიანი ინვერტორული ტოპოლოგიისთვის.

ნაბიჯი 5: GreenPAK– ში პულსის სიგანის მოდულაციის ბლოკი

პულსის სიგანის მოდულაციის (PWM) ბლოკი არის სასარგებლო ბლოკი, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას პროგრამების ფართო სპექტრისთვის. DCMP/PWM ბლოკი შეიძლება კონფიგურირებული იყოს როგორც PWM ბლოკი. PWM ბლოკის წყარო შეიძლება იყოს FSM0 და FSM1. PWM IN+ პინი უკავშირდება FSM0– ს, ხოლო IN – pin უკავშირდება FSM1– ს. ორივე FSM0 და FSM1 უზრუნველყოფს 8-ბიტიან მონაცემებს PWM ბლოკში. PWM– ის პერიოდი განისაზღვრება FSM1– ის დროის პერიოდით. PWM ბლოკის მორიგე ციკლი კონტროლდება FSM0– ით.

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

მოვალეობის ციკლის კონფიგურაციის ორი ვარიანტი არსებობს:

● 0-99.6%: DC მერყეობს 0% -დან 99.6% -მდე და განისაზღვრება როგორც IN+/256.

● 0.39-100%: DC მერყეობს 0.39% -დან 100% -მდე და განისაზღვრება როგორც (IN + + 1)/256.

ნაბიჯი 6: GreenPAK დიზაინი PWM დაფუძნებული კვადრატული ტალღის განხორციელებისთვის

არსებობს კონტროლის სხვადასხვა მეთოდოლოგია, რომლის გამოყენებაც შესაძლებელია ერთფაზიანი ინვერტორის განსახორციელებლად. ერთი ასეთი კონტროლის სტრატეგია მოიცავს PWM დაფუძნებულ კვადრატულ ტალღას ერთფაზიან ინვერტორზე.

GreenPAK CMIC გამოიყენება პერიოდული გადართვის ნიმუშების შესაქმნელად, რათა მოხერხებულად გარდაქმნას DC AC- ში. DC ძაბვები იკვებება ბატარეიდან და ინვერტორიდან მიღებული გამომუშავება შეიძლება გამოყენებულ იქნას AC დატვირთვის უზრუნველსაყოფად. ამ პროგრამის მიზნებისათვის, AC სიხშირე დაყენებულია 50Hz– ზე, საერთო საყოფაცხოვრებო ენერგიის სიხშირე მსოფლიოს მრავალ ქვეყანაში. შესაბამისად, პერიოდი 20 წმ.

გადართვის მოდელი, რომელიც GreenPAK– მა უნდა შექმნას SW1 და SW4 ნაჩვენებია ნახატ 3 -ში.

SW2 და SW3 გადართვის ნიმუში ნაჩვენებია ფიგურაში 4

გადართვის ზემოთ მოყვანილი შაბლონები მოხერხებულად შეიძლება წარმოიქმნას PWM ბლოკის გამოყენებით. PWM– ის პერიოდი განისაზღვრება FSM1– ის ვადებით. FSM1– ის ვადა უნდა განისაზღვროს 20 ms– მდე, რაც შეესაბამება 50 Hz სიხშირეს. PWM ბლოკის მორიგე ციკლი კონტროლდება FSM0– დან მიღებული მონაცემებით. 50% –იანი მოვალეობის ციკლის შესაქმნელად, FSM0 მრიცხველის ღირებულებაა 128.

შესაბამისი GreenPAK დიზაინი ნაჩვენებია ნახაზზე 5.

ნაბიჯი 7: კვადრატული ტალღების კონტროლის სტრატეგიის მინუსი

კვადრატული ტალღის კონტროლის სტრატეგიის გამოყენება იწვევს ინვერტორს აწარმოოს დიდი რაოდენობით ჰარმონიკა. ფუნდამენტური სიხშირის გარდა, კვადრატული ტალღის ინვერტორებს აქვთ კენტი სიხშირის კომპონენტები. ეს ჰარმონიკა იწვევს მანქანების ნაკადის გაჯერებას, რაც იწვევს მანქანას ცუდად მუშაობას, ზოგჯერ კი აპარატურას აზიანებს. ამრიგად, ამ ტიპის ინვერტორების მიერ წარმოებული THD ძალიან დიდია. ამ პრობლემის გადასაჭრელად შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვა კონტროლის სტრატეგია, რომელიც ცნობილია როგორც კვაზი-კვადრატული ტალღა, რათა მნიშვნელოვნად შემცირდეს ინვერტორის მიერ წარმოებული ჰარმონიკის რაოდენობა.

ნაბიჯი 8: GreenPAK დიზაინი PWM დაფუძნებული კვადრატული ტალღის განხორციელებისთვის

კვაზი-კვადრატული ტალღების კონტროლის სტრატეგიაში ნულოვანი გამომავალი ძაბვაა დანერგილი, რამაც შეიძლება მნიშვნელოვნად შეამციროს ჰარმონიული კვადრატული ტალღის ფორმა. კვაზი კვადრატული ტალღის ინვერტორის გამოყენების ძირითადი უპირატესობები მოიცავს:

The ფუნდამენტური კომპონენტის ამპლიტუდის კონტროლი შესაძლებელია (α– ს კონტროლით)

Harm გარკვეული ჰარმონიული შინაარსის აღმოფხვრა შესაძლებელია (ასევე α– ს კონტროლით)

ფუნდამენტური კომპონენტის ამპლიტუდის კონტროლი შესაძლებელია α მნიშვნელობის კონტროლით, როგორც ეს ნაჩვენებია ფორმულა 1 -ში.

მე -9 ჰარმონიული შეიძლება აღმოიფხვრას, თუ მისი ამპლიტუდა ნულის ტოლია. მაგალითად, მესამე ჰარმონიის ამპლიტუდა (n = 3) არის ნულოვანი, როდესაც α = 30 ° (ფორმულა 2).

გრინ კვადრატული ტალღის კონტროლის სტრატეგიის განსახორციელებლად GreenPAK- ის დიზაინი ნაჩვენებია ფიგურაში 9.

PWM ბლოკი გამოიყენება კვადრატული ტალღის შესაქმნელად 50 % სამუშაო ციკლით. ნულოვანი გამომავალი ძაბვა შემოღებულია ძაბვის გამოჩენისას გამომავალი Pin-15– ის გასწვრივ. P-DLY1 ბლოკი კონფიგურებულია ტალღის ფორმის ამომავალი ზღვარის გამოსავლენად. P-DLY1 პერიოდულად ამოიცნობს მზარდ ზღვარს ყოველი პერიოდის შემდეგ და გამოიწვევს DLY-3 ბლოკს, რომელიც იწვევს 2 წამიანი შეფერხებით VDD– ის გადაბმამდე D- ფლიპ ფლოპზე, Pin-15 გამოყვანის გასააქტიურებლად.

Pin-15- მა შეიძლება გამოიწვიოს ორივე SW1 და SW4 ჩართვა. როდესაც ეს მოხდება, დადებითი ძაბვა გამოჩნდება დატვირთვაზე.

P-DLY1 ამომავალი ზღვარის გამოვლენის მექანიზმი ასევე ააქტიურებს DLY-7 ბლოკს, რომელიც 8ms- ის შემდეგ აღადგენს D-flip flop- ს და 0 V გამოჩნდება გასასვლელში.

DLY-8 და DLY-9 ასევე გააქტიურებულია ერთი და იმავე ამომავალი ზღვიდან. DLY-8 აწარმოებს 10 ms შეფერხებას და კვლავ იწვევს DLY-3– ს, რომელიც 2 ms– ის შემდეგ დააჩქარებს DFF– ს, რაც იწვევს ლოგიკურ სიმაღლეს ორ AND კარიბჭეზე.

ამ დროს Out+ PWM ბლოკიდან ხდება 0, ვინაიდან ბლოკის მოვალეობის ციკლი კონფიგურირებული იყო 50 %. Out- გამოჩნდება Pin-16– ის გასწვრივ, რამაც გამოიწვია SW2 და SW3 ჩართვა და წარმოქმნის ცვალებად ძაბვას. 18 წამის შემდეგ DLY-9 გადააყენებს DFF- ს და 0V გამოჩნდება Pin-16– ზე და პერიოდული ციკლი განაგრძობს AC სიგნალის გამოშვებას.

GreenPAK– ის სხვადასხვა ბლოკის კონფიგურაცია ნაჩვენებია ნახატებში 10-14.

ნაბიჯი 9: შედეგები

12 ვ DC ძაბვა მიეწოდება ბატარეიდან ინვერტორს. ინვერტორი გარდაქმნის ამ ძაბვას AC ტალღის ფორმად. ინვერტორული გამომუშავება იკვებება შემდგომი ტრანსფორმატორით, რომელიც გარდაქმნის 12 V AC ძაბვას 220 V- ში, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას AC ტვირთის გადასატანად.

დასკვნა

ამ ინსტრუქციაში ჩვენ განვახორციელეთ ერთფაზიანი ინვერტორი კვადრატული ტალღის და კვაზი კვადრატული ტალღის კონტროლის სტრატეგიების გამოყენებით GreenPAK და CMIC. GreenPAK CMIC– ები მოქმედებენ როგორც მიკრო კონტროლერების და ანალოგური მიკროსქემის მოსახერხებელი შემცვლელი, რომელიც პირობითად გამოიყენება ერთფაზიანი ინვერტორის განსახორციელებლად. გარდა ამისა, GreenPAK CMIC– ს აქვს პოტენციალი სამფაზიანი ინვერტორების დიზაინში.