Нэг фазын инвертерийг хэрхэн зохион бүтээх, хэрэгжүүлэх вэ: 9 алхам

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:01

Энэхүү зааварчилгаа нь цахилгаан электроникийн хэрэглээнд Dialog-ийн GreenPAK ™ CMIC-ийн хэрэглээг судалж, янз бүрийн хяналтын аргачлалыг ашиглан нэг фазын инвертерийн хэрэгжилтийг харуулах болно. Нэг фазын инвертерийн чанарыг тодорхойлохын тулд өөр өөр параметрүүдийг ашигладаг. Чухал параметр бол Total Harmonic Distortion (THD) юм. THD нь дохионы гармоник гажуудлыг хэмжих бөгөөд бүх гармоник бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хүчүүдийн нийлбэрийг үндсэн давтамжийн чадварт харьцуулсан харьцаа гэж тодорхойлдог.

Нэг фазын инвертерийг бий болгохын тулд уг шийдэл хэрхэн програмчлагдсан болохыг ойлгоход шаардлагатай алхамуудыг бид доор тайлбарласан болно. Гэсэн хэдий ч хэрэв та програмчлалын үр дүнг авахыг хүсч байвал GreenPAK програмыг татаж аваад аль хэдийн дууссан GreenPAK дизайны файлыг үзнэ үү. GreenPAK Development Kit-ийг компьютер дээрээ залгаж, нэг фазын инвертер үүсгэхийн тулд програмыг дарна уу.

Алхам 1: Нэг фазын инвертер

Цахилгаан хувиргагч буюу инвертер нь тогтмол гүйдлийг (DC) хувьсах гүйдэл (AC) болгон өөрчилдөг электрон төхөөрөмж юм. Хувьсах гүйдлийн гаралтын фазын тооноос хамааран хэд хэдэн төрлийн инвертерүүд байдаг.

● Нэг фазын инвертер

● Гурван фазын инвертер

DC нь цахилгаан цэнэгийн нэг чиглэлтэй урсгал юм. Хэрэв цэвэр эсэргүүцэлтэй хэлхээнд тогтмол хүчдэл хэрэглэвэл тогтмол гүйдэл үүснэ. АС -тай харьцуулбал цахилгаан гүйдлийн урсгал нь туйлшралыг үе үе өөрчилдөг. Хамгийн түгээмэл хувьсах долгионы хэлбэр бол синус долгион боловч гурвалжин эсвэл дөрвөлжин долгион байж болно. Өөр өөр гүйдлийн профайлтай цахилгаан эрчим хүчийг шилжүүлэхийн тулд тусгай төхөөрөмж шаардлагатай. Хувьсах гүйдлийг тогтмол гүйдэл болгон хувиргадаг төхөөрөмжийг шулуутгагч, тогтмол гүйдлийг хувьсах төхөөрөмжийг хөрвүүлэгч гэж нэрлэдэг.

Алхам 2: Нэг фазын инвертерийн топологи

Нэг фазын инвертерийн хоёр үндсэн топологи байдаг; хагас гүүр ба бүтэн гүүрний топологи. Энэхүү програмын тэмдэглэл нь хагас гүүрийн топологитой харьцуулахад гаралтын хүчдэлийг хоёр дахин нэмэгдүүлдэг тул бүрэн гүүрний топологид анхаарлаа хандуулдаг.

Алхам 3: Бүрэн гүүрний топологи

Бүрэн гүүрэн топологид 4 унтраалга шаардлагатай байдаг, учир нь ээлжлэн гаралтын хүчдэлийг солих үүрний хоёр салбар хоорондын зөрүүгээр олж авдаг. Гаралтын хүчдэлийг транзисторыг тодорхой хугацаанд асаах, унтраах замаар олж авдаг. Шилжүүлэгч хаагдахаас хамааран дөрвөн өөр төлөв байдаг. Доорх хүснэгтэд унтраалга хаагдсан байдлаас хамааран төлөв ба гаралтын хүчдэлийг нэгтгэн харуулав.

Гаралтын хүчдэлийг нэмэгдүүлэхийн тулд салбар бүрийн оролтын хүчдэлийн үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг нь фазаас 180º байх ёстой. Салбар бүрийн хагас дамжуулагч нь гүйцэтгэлийн хувьд бие биенээ нөхдөг бөгөөд энэ нь нэг нь нөгөөгөө дамжуулж байх үед таслагдах ба эсрэгээр нь хэлдэг. Энэхүү топологи нь инвертерт хамгийн өргөн хэрэглэгддэг. Зураг 1-ийн диаграм нь нэг фазын инвертерийн бүрэн гүүрэн топологийн хэлхээг харуулав.

Алхам 4: Тусгаарлагдсан хаалганы хоёр туйлт транзистор

Тусгаарлагдсан хаалганы хоёр туйлт транзистор (IGBT) нь гурав дахь PNjunction -ийг нэмсэн MOSFET шиг юм. Энэ нь MOSFET шиг хүчдэлд суурилсан хяналтыг зөвшөөрдөг боловч өндөр ачаалал, ханалтын бага хүчдэлийн хувьд BJT гэх мэт гаралтын шинж чанартай байдаг.

Статик зан төлөвийн үндсэн дөрвөн бүсийг ажиглаж болно.

● Цасан нуранги үүсэх бүс нутаг

● Ханасан бүс

● Таслах хэсэг

● Идэвхтэй бүс

Цасан нуранги үүсэх бүс нь эвдрэлийн хүчдэлээс доогуур хүчдэлийг ашиглах бөгөөд ингэснээр IGBT -ийг устгахад хүргэдэг. Таслах хэсэгт IGBT хийдэггүй эвдрэлийн хүчдэлээс босго хүчдэл хүртэлх утгыг багтаасан болно. Ханасан бүсэд IGBT нь хүчдэлийн эх үүсвэр ба цуваа эсэргүүцлийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Бага хүчдэлийн хэлбэлзэлтэй бол гүйдлийн өндөр өсгөлтийг хийх боломжтой. Энэ талбар нь үйл ажиллагааны хувьд хамгийн их хүсдэг. Хэрэв хүчдэл нэмэгдсэн бол IGBT идэвхтэй бүсэд орж, гүйдэл тогтмол хэвээр байна. IGBT нь цасан нурангид орохгүй байхын тулд хамгийн их хүчдэл өгдөг. Цахилгаан электроникийн хувьд хамгийн их ашиглагддаг хагас дамжуулагчийн нэг юм. Учир нь хэдхэн вольтоос кВ хүртэлх хүчдэл, кВт ба МВт -ын хоорондох хүчдэлийг дэмжиж чаддаг.

Эдгээр тусгаарлагдсан хаалганы биполяр транзисторууд нь нэг гүүр бүхий нэг фазын инвертер топологийг солих төхөөрөмж болж ажилладаг.

Алхам 5: GreenPAK дахь импульсийн өргөний модуляцийн блок

Pulse Width Modulation (PWM) Block нь өргөн хүрээний хэрэглээнд ашиглагдах боломжтой блок юм. DCMP/PWM блокыг PWM блок болгон тохируулж болно. ХОУХ -ны блокыг FSM0 ба FSM1 -ээр дамжуулан авах боломжтой. PWM IN+ pin нь FSM0-тэй холбогдсон бол IN-pin нь FSM1-тэй холбогдсон байна. FSM0 ба FSM1 хоёулаа PWM Block-д 8 битийн өгөгдөл өгдөг. ХБХ -ны хугацааны хугацааг FSM1 -ийн хугацаагаар тодорхойлдог. ХОУХ -ны блокийн ажлын мөчлөгийг FSM0 хянадаг.

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

Ажлын мөчлөгийн тохиргоог хийх хоёр сонголт байдаг:

● 0-99.6%: DC нь 0% -аас 99.6% хооронд хэлбэлзэж, IN+/256 гэж тодорхойлогдоно.

● 0.39-100%: DC нь 0.39% -иас 100% хооронд хэлбэлздэг бөгөөд үүнийг (IN + + 1)/256 гэж тодорхойлдог.

Алхам 6: ХБХ -д суурилсан квадрат долгионыг хэрэгжүүлэх GreenPAK дизайн

Нэг фазын инвертерийг хэрэгжүүлэхэд ашиглаж болох өөр өөр хяналтын аргачлалууд байдаг. Ийм хяналтын стратегиудын нэг нь нэг фазын инвертерийн ХОУХ дээр суурилсан дөрвөлжин долгион юм.

GreenPAK CMIC нь тогтмол гүйдлийг AC болгон хувиргахын тулд үе үе шилжих загварыг бий болгоход ашиглагддаг. Тогтмол гүйдлийн хүчдэлийг батерейгаас тэжээдэг бөгөөд инвертерээс гаргаж авсан гаралтыг хувьсах гүйдлийн ачааллыг хангахад ашиглаж болно. Энэхүү програмын зорилгоор AC давтамжийг дэлхийн олон оронд түгээмэл хэрэглэгддэг гэр бүлийн давтамжийг 50 Гц болгож тохируулсан болохыг анхаарна уу. Үүний дагуу хугацаа нь 20ms байна.

SW1 ба SW4 -ийн хувьд GreenPAK -ээс үүсгэх ёстой шилжих загварыг Зураг 3 -т үзүүлэв.

SW2 ба SW3 -ийн шилжих загварыг Зураг 4 -т үзүүлэв

Дээрх шилжүүлгийн загварыг ХОУХ -ны блок ашиглан үйлдвэрлэхэд тохиромжтой. ХОУХ -ны хугацааны хугацааг FSM1 -ийн хугацаагаар тодорхойлдог. FSM1 -ийн ажиллах хугацааг 50 Гц давтамжтай тохирч 20 мс байх ёстой. ХОУХ -ны блокийн ажлын мөчлөгийг FSM0 -ээс авсан өгөгдлөөр хянадаг. 50% -ийн татварын мөчлөгийг бий болгохын тулд FSM0 тоолуурын утгыг 128 гэж тохируулсан болно.

Холбогдох GreenPAK дизайныг Зураг 5 -т үзүүлэв.

Алхам 7: Дөрвөлжин долгионы хяналтын стратегийн сул тал

Дөрвөлжин долгионы хяналтын стратегийг ашигласнаар инвертер их хэмжээний гармоник үйлдвэрлэхэд хүргэдэг. Үндсэн давтамжаас гадна дөрвөлжин долгионы инвертер нь сондгой давтамжийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй байдаг. Эдгээр гармоникууд нь машины урсгалыг хангаж өгдөг бөгөөд ингэснээр машин муу ажиллаж, заримдаа техник хангамжийг гэмтээхэд хүргэдэг. Иймээс эдгээр төрлийн инвертерүүдийн үйлдвэрлэсэн THD нь маш том хэмжээтэй байдаг. Энэ асуудлыг даван туулахын тулд хөрвүүлэгчийн гармоникийн хэмжээг мэдэгдэхүйц бууруулахын тулд квази квадрат долгион гэж нэрлэгддэг өөр хяналтын стратегийг ашиглаж болно.

Алхам 8: ХБХ-д суурилсан хагас квадрат долгионыг хэрэгжүүлэх GreenPAK дизайн

Бараг дөрвөлжин долгионы хяналтын стратеги дээр тэг квадрат хүчдэлийг нэвтрүүлсэн бөгөөд энэ нь уламжлалт дөрвөлжин долгионы хэлбэрт байгаа гармоник байдлыг мэдэгдэхүйц бууруулдаг. Бараг дөрвөлжин долгионы инвертер ашиглах гол давуу талууд нь:

● Үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгийн далайцыг хянах боломжтой (α -ийг удирдах замаар)

● Тодорхой гармоник агууламжийг арилгах боломжтой (мөн α -ийг хянах замаар)

Формула 1 -д үзүүлсэн шиг α -ийн утгыг хянах замаар үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгийн далайцыг хянах боломжтой.

Хэрэв далайцыг тэг болговол n дахь гармоникийг арилгаж болно. Жишээлбэл, гурав дахь гармоникийн далайц (n = 3) нь α = 30 ° (Формула 2) байхад тэг болно.

Бараг дөрвөлжин долгионы хяналтын стратегийг хэрэгжүүлэх GreenPAK загварыг Зураг 9-д үзүүлэв.

ХОУХ -ны блок нь 50 % -ийн ажлын мөчлөгтэй дөрвөлжин долгионы хэлбэрийг үүсгэхэд ашиглагддаг. Пин-15 гаралт дээр гарч буй хүчдэлийг хойшлуулснаар тэг гаралтын хүчдэлийг нэвтрүүлнэ. P-DLY1 блок нь долгионы хэлбэрийн өсөн нэмэгдэж буй ирмэгийг илрүүлэхээр тохируулагдсан болно. P-DLY1 нь үе бүрийн дараа өсөн нэмэгдэж буй ирмэгийг үе үе илрүүлж, DLY-3 блокыг идэвхжүүлдэг бөгөөд энэ нь Pin-15 гаралтыг идэвхжүүлэхийн тулд VDD-ийг D-flip-ээр дамжуулахаас өмнө 2 м-ийн саатал үүсгэдэг.

Pin-15 нь SW1 ба SW4 хоёуланг нь асаахад хүргэдэг. Энэ тохиолдолд ачаалал дээр эерэг хүчдэл гарч ирнэ.

P-DLY1 нэмэгдэж буй ирмэгийг илрүүлэх механизм нь DLY-7 блокыг идэвхжүүлдэг бөгөөд 8 секундын дараа D-flip flop-ийг дахин тохируулж, гаралт дээр 0 V гарч ирдэг.

DLY-8 ба DLY-9 нь мөн адил өсөн нэмэгдэж буй ирмэгээс идэвхждэг. DLY-8 нь 10 м-ийн хоцролтыг бий болгож, DLY-3-ийг дахин идэвхжүүлдэг бөгөөд энэ нь 2ms-ийн дараа DFF-ийг ажиллуулах бөгөөд хоёр хаалганы хооронд логик өндөр болно.

Энэ үед блокийн ажиллах мөчлөг 50 %байхаар тохируулагдсан тул ХОУХБ -аас гарах Out+ нь 0 болно. Пин-16 дээр гаралт гарч ирэх бөгөөд энэ нь SW2 ба SW3-ийг асаахад ачаалал дээр ээлжлэн хүчдэл үүсгэдэг. 18 секундын дараа DLY-9 нь DFF-ийг дахин тохируулах бөгөөд Pin-16 дээр 0V гарч ирэх бөгөөд үечилсэн мөчлөг нь AC дохиог үргэлжлүүлэн гаргадаг.

GreenPAK-ийн янз бүрийн блокуудын тохиргоог Зураг 10-14-т үзүүлэв.

Алхам 9: Үр дүн

12 В тогтмол гүйдлийн хүчдэлийг зайнаас инвертерт нийлүүлдэг. Инвертер нь энэ хүчдэлийг хувьсах долгионы хэлбэр болгон хувиргадаг. Инвертерээс гарах гаралт нь 12 В хувьсах хүчдэлийг 220 В болгон хувиргадаг нэмэлт трансформатороор тэжээгддэг бөгөөд энэ нь хувьсах гүйдлийн ачааллыг удирдахад ашиглагддаг.

Дүгнэлт

Энэхүү зааварт бид GreenPAK a CMIC ашиглан квадрат долгион ба квази долгионы хяналтын стратегийг ашиглан нэг фазын хувиргагчийг хэрэгжүүлсэн болно. GreenPAK CMICs нь нэг фазын инвертерийг ашиглахад уламжлалт байдлаар хэрэглэгддэг бичил хянагч болон аналог хэлхээний тохиромжтой орлох үүрэг гүйцэтгэдэг. Цаашилбал, GreenPAK CMICs нь гурван фазын инвертер зохион бүтээх боломжтой.