جسر نصف جسر أحادي الطور وعاكس جسر كامل باستخدام matlab

التيار المتردد يستخدم (AC) إمدادات الطاقة لتلبية الاحتياجات السكنية والتجارية والصناعية تقريبا. لكن أكبر مشكلة في مكيف الهواء هي أنه لا يمكن تخزينه للاستخدام في المستقبل. لذلك يتم تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر ثم يتم تخزين التيار المستمر في بطاريات ومكثفات فائقة. والآن كلما دعت الحاجة إلى التيار المتردد ، يتم تحويل التيار المستمر مرة أخرى إلى تيار متردد لتشغيل الأجهزة القائمة على التيار المتردد. لذا فإن الجهاز الذي يحول التيار المستمر إلى تيار متردد يسمى العاكس.

للتطبيقات أحادية الطور ، يتم استخدام عاكس أحادي الطور. هناك نوعان رئيسيان من العاكس أحادي الطور: عاكس نصف جسر وعاكس جسر كامل. هنا سوف ندرس كيف يمكن بناء هذه العاكسات وسنقوم بمحاكاة الدوائر في MATLAB.

نصف جسر عاكس

يتطلب هذا النوع من العاكس مفتاحي إلكترونيات للطاقة (MOSFET). يتم استخدام MOSFET أو IGBT لغرض التبديل. رسم تخطيطي لدائرة العاكس نصف الجسر كما هو مبين في الشكل أدناه.

كما هو مبين في الرسم البياني للدائرة ، جهد الدخل DC هو Vdc = 100 V. هذا المصدر مقسم إلى جزأين متساويين. الآن يتم إعطاء نبضات البوابة إلى MOSFET كما هو موضح في الشكل أدناه.

وفقًا لتردد الخرج ، يتم تحديد وقت التشغيل ووقت الإيقاف لـ MOSFET ويتم إنشاء نبضات البوابة. نحتاج إلى طاقة تيار متردد 50 هرتز ، وبالتالي فإن الفترة الزمنية لدورة واحدة (0 <t <2π) هي 20 مللي ثانية. كما هو مبين في الرسم التخطيطي ، يتم تشغيل MOSFET-1 للدورة النصفية الأولى (0 <t <) وخلال هذه الفترة الزمنية لا يتم تشغيل MOSFET-2. في هذه الفترة الزمنية ، سيتدفق التيار في اتجاه السهم كما هو موضح في الشكل أدناه ، واكتملت نصف دورة إخراج التيار المتردد. التيار من الحمل من اليمين إلى اليسار وجهد الحمل يساوي + Vdc / 2.

في النصف الثاني من الدورة (π <t <2π) ، يتم تشغيل MOSFET-2 ويتم توصيل مصدر الجهد المنخفض بالحمل. يتم ترك التيار من الحمل من اليسار إلى الاتجاه الصحيح و جهد الحمل يساوي -Vdc / 2. في هذه الفترة الزمنية ، سيتدفق التيار كما هو موضح في الشكل وتكتمل الدورة النصفية الأخرى من خرج التيار المتردد.

العاكس جسر كامل

في هذا النوع من العاكس ، يتم استخدام أربعة مفاتيح. الفرق الرئيسي بين نصف الجسر وعاكس الجسر الكامل هو القيمة القصوى لجهد الخرج. في العاكس نصف الجسر ، يكون ذروة الجهد نصف جهد إمداد التيار المستمر. في عاكس الجسر الكامل ، يكون جهد الذروة هو نفسه جهد إمداد التيار المستمر. و مخطط الرسم البياني العاكس جسر الكامل كما هو مبين في أدناه الرقم.

نبض البوابة لل MOSFET 1 و 2 هي نفسها. كلا المفتاحين يعملان في نفس الوقت. وبالمثل ، فإن MOSFET 3 و 4 لها نفس نبضات البوابة وتعمل في نفس الوقت. لكن ، MOSFET 1 و 4 (ذراع عمودي) لا يعملان في نفس الوقت. إذا حدث هذا ، فسيكون مصدر جهد التيار المستمر قصير الدائرة.

بالنسبة إلى النصف العلوي من الدورة (0 <t <π) ، يتم تشغيل MOSFET 1 و 2 وسيتدفق التيار كما هو موضح في الشكل أدناه. في هذه الفترة الزمنية ، يتدفق التيار من اليسار إلى الاتجاه الصحيح.

بالنسبة إلى النصف السفلي من الدورة (π <t <2π) ، يتم تشغيل MOSFET 3 و 4 وسوف يتدفق التيار كما هو موضح في الشكل. في هذه الفترة الزمنية ، يتدفق التيار من الاتجاه الأيمن إلى اليسار. جهد تحميل الذروة هو نفس جهد إمداد التيار المستمر Vdc في كلتا الحالتين.

محاكاة نصف الجسر العاكس في MATLAB

للمحاكاة ، أضف عناصر في ملف النموذج من مكتبة Simulink.

1) 2 مصدر تيار مستمر - 50 فولت لكل منهما

2) 2 MOSFET

3) الحمل المقاوم

4) مولد النبض

5) لا بوابة

6) بوورجوي

7) قياس الجهد

8) اذهب ومن

قم بتوصيل جميع المكونات وفقًا لمخطط الدائرة. تظهر لقطة شاشة ملف طراز Half Bridge Inverter في الصورة أدناه.

نبض البوابة 1 ونبض البوابة 2 عبارة عن نبضات بوابة لـ MOSFET1 و MOSFET2 والتي يتم إنشاؤها من دائرة مولد البوابة. يتم إنشاء نبض البوابة بواسطة مولد النبض. في هذه الحالة ، لا يمكن تشغيل MOSFET1 و MOSFET2 في نفس الوقت. إذا حدث هذا ، فسيكون مصدر الجهد قصير الدائرة. عند إغلاق MOSFET1 ، سيتم فتح MOSFET2 في ذلك الوقت ، وعندما يتم إغلاق MOSFET2 ، يكون MOSFET1 مفتوحًا في ذلك الوقت. لذلك ، إذا قمنا بإنشاء نبضة بوابة لأي MOSFET ، فيمكننا تبديل تلك النبضة واستخدامها مع MOSFET أخرى.

مولد نبض البوابة

توضح الصورة أعلاه معلمة كتلة مولد النبض في MATLAB. في الفترة هي 2E-3 وسائل 20 ميللي ثانية. إذا كنت بحاجة إلى خرج تردد 60 هرتز ، فستكون الفترة 16.67 ميللي ثانية. و نبض العرض هو من حيث النسبة المئوية من فترة. هذا يعني أنه يتم إنشاء نبض البوابة لهذه المنطقة فقط. في هذه الحالة ، قمنا بتعيين هذا على 50٪ ، وهذا يعني أن نبضة بوابة الفترة 50٪ يتم توليدها ولا يتم إنشاء 50٪ من نبض بوابة الفترة. و تأخير المرحلة يتم تعيين 0 ثانية، يعني أننا لا نعطي أي تأخير لنبض البوابة. إذا كان هناك أي تأخير في الطور ، فهذا يعني أنه سيتم إنشاء نبض البوابة بعد هذا الوقت. على سبيل المثال ، إذا كان تأخير المرحلة هو 1e-3 ، فسيتم إنشاء نبضة البوابة بعد 10 مللي ثانية.

بهذه الطريقة يمكننا توليد نبض البوابة لـ MOSFET1 والآن سنقوم بتبديل نبضة البوابة هذه واستخدامها في MOSFET2. في المحاكاة ، سوف نستخدم بوابة NOT المنطقية. بوابة NOT المعكوسة للإخراج تعني أنها ستحول 1 إلى 0 ومن 0 إلى 1. وبهذه الطريقة ، يمكننا الحصول على نبضة بوابة معاكسة تمامًا حتى لا يكون مصدر التيار المستمر قصير الدائرة.

من الناحية العملية ، لا يمكننا استخدام عرض نبضة بنسبة 50٪. يستغرق إيقاف تشغيل MOSFET أو أي مفتاح كهربائي للطاقة وقتًا قصيرًا. لتجنب حدوث قصر في الدائرة الكهربائية للمصدر ، يتم ضبط عرض النبضة على حوالي 45٪ للسماح بوقت إيقاف تشغيل وحدات MOSFET. تُعرف هذه الفترة الزمنية بالوقت الميت. ولكن لأغراض المحاكاة ، يمكننا استخدام عرض النبض بنسبة 50٪.

الإخراج الموجي لعاكس نصف جسر

لقطة الشاشة هذه مخصصة لجهد الخرج عبر الحمل. في هذه الصورة ، يمكننا أن نرى أن القيمة القصوى لجهد الحمل هي 50 فولت ، وهو نصف مصدر التيار المستمر والتردد 50 هرتز. لإكمال دورة واحدة ، الوقت المطلوب هو 20 ميللي ثانية.

محاكاة الجسر الكامل العاكس في MATLAB

إذا حصلت على ناتج عاكس نصف جسر ، فمن السهل تنفيذ محول الجسر الكامل ، لأن معظم الأشياء تظل كما هي. في عاكس الجسر الكامل أيضًا ، نحتاج فقط إلى نبضتين بوابة وهو نفس عاكس نصف الجسر. نبضة بوابة واحدة لل MOSFET 1 و 2 وعكس نبض البوابة هذا هو لـ MOSFET 3 و 4.

العناصر المطلوبة

1) 4 - موسفيت

2) 1 مصدر تيار مستمر

3) الحمل المقاوم

4) قياس الجهد

5) مولد النبض

6) اذهب ومن

7) بوورجوي

قم بتوصيل جميع المكونات كما هو موضح في الصورة أدناه.

شكل موجة الإخراج لعاكس الجسر الكامل

لقطة الشاشة هذه مخصصة لجهد الخرج عبر الحمل. هنا يمكننا أن نرى أن القيمة القصوى لجهد الحمل تساوي جهد إمداد التيار المستمر وهو 100 فولت.

يمكنك التحقق من جولة الفيديو الكاملة حول كيفية بناء ومحاكاة Half Bridge و Full Bridge Inverter في MATLAB أدناه.