- Biến tần nửa cầu
- Biến tần toàn cầu
- Mô phỏng Biến tần bán cầu trong MATLAB
- Bộ tạo xung cổng
- Dạng sóng đầu ra cho Biến tần bán cầu
- Mô phỏng Biến tần Toàn cầu trong MATLAB
- Dạng sóng đầu ra cho Biến tần Toàn cầu
Dòng điện xoay chiều (AC) cung cấp điện được sử dụng cho hầu hết các nhu cầu dân cư, thương mại và công nghiệp. Nhưng vấn đề lớn nhất với AC là nó không thể được lưu trữ để sử dụng trong tương lai. Vì vậy, AC được chuyển đổi thành DC và sau đó DC được lưu trữ trong pin và siêu tụ điện. Và bây giờ bất cứ khi nào cần AC, DC một lần nữa được chuyển đổi thành AC để chạy các thiết bị dựa trên AC. Vì vậy thiết bị biến đổi DC thành AC được gọi là Biến tần.
Đối với các ứng dụng một pha, biến tần một pha được sử dụng. Chủ yếu có hai loại biến tần một pha: Biến tần nửa cầu và biến tần toàn cầu. Ở đây chúng ta sẽ nghiên cứu cách các bộ biến tần này có thể được chế tạo và sẽ mô phỏng các mạch trong MATLAB.
Biến tần nửa cầu
Loại Biến tần này yêu cầu hai công tắc điện tử công suất (MOSFET). MOSFET hoặc IGBT được sử dụng cho mục đích chuyển mạch. Sơ đồ mạch của bộ nghịch lưu nửa cầu như hình bên dưới.
Như trong sơ đồ mạch, điện áp một chiều đầu vào là Vdc = 100 V. Nguồn này được chia thành hai phần bằng nhau. Bây giờ các xung cổng được cấp cho MOSFET như thể hiện trong hình bên dưới.
Theo tần số đầu ra, thời gian BẬT và TẮT của MOSFET được quyết định và các xung cổng được tạo ra. Chúng ta cần nguồn điện xoay chiều 50Hz, vì vậy khoảng thời gian của một chu kỳ (0 <t <2π) là 20msec. Như thể hiện trong sơ đồ, MOSFET-1 được kích hoạt trong nửa chu kỳ đầu tiên (0 <t <π) và trong khoảng thời gian này MOSFET-2 không được kích hoạt. Trong khoảng thời gian này, dòng điện sẽ chạy theo hướng mũi tên như hình dưới đây và nửa chu kỳ của đầu ra AC được hoàn thành. Dòng điện từ tải có chiều từ phải sang trái và điện áp của tải bằng + Vdc / 2.
Trong nửa chu kỳ sau (π <t <2π), MOSFET-2 được kích hoạt và nguồn điện áp thấp hơn được nối với tải. Dòng điện từ tải có chiều từ trái sang phải và hiệu điện thế của tải bằng -Vdc / 2. Trong khoảng thời gian này, dòng điện sẽ chạy như thể hiện trong hình và nửa chu kỳ còn lại của đầu ra AC được hoàn thành.
Biến tần toàn cầu
Trong loại biến tần này, bốn công tắc được sử dụng. Sự khác biệt chính giữa biến tần nửa cầu và biến tần toàn cầu là giá trị lớn nhất của điện áp đầu ra. Trong bộ nghịch lưu nửa cầu, điện áp đỉnh bằng một nửa điện áp nguồn DC. Trong biến tần cầu đầy đủ, điện áp đỉnh giống với điện áp nguồn DC. Các sơ đồ mạch của biến tần cầu đầy đủ được như thể hiện trong hình bên dưới.
Xung cổng cho MOSFET 1 và 2 giống nhau. Cả hai công tắc đang hoạt động cùng một lúc. Tương tự, MOSFET 3 và 4 có các xung cổng giống nhau và hoạt động cùng một lúc. Tuy nhiên, MOSFET 1 và 4 (cánh tay dọc) không bao giờ hoạt động cùng một lúc. Nếu điều này xảy ra, thì nguồn điện áp một chiều sẽ bị ngắn mạch.
Đối với nửa chu kỳ trên (0 <t <π), MOSFET 1 và 2 được kích hoạt và dòng điện sẽ chạy như hình bên dưới. Trong khoảng thời gian này, dòng điện có chiều từ trái sang phải.
Đối với nửa chu kỳ dưới (π <t <2π), MOSFET 3 và 4 được kích hoạt và dòng điện sẽ chạy như trong hình. Trong khoảng thời gian này, dòng điện có chiều từ phải sang trái. Điện áp tải đỉnh giống như điện áp nguồn một chiều Vdc trong cả hai trường hợp.
Mô phỏng Biến tần bán cầu trong MATLAB
Để mô phỏng thêm các phần tử trong tệp mô hình từ thư viện Simulink.
1) 2 nguồn DC - 50V mỗi nguồn
2) 2 MOSFET
3) Tải điện trở
4) Máy phát xung
5) Cổng KHÔNG
6) Powergui
7) Đo điện áp
8) GOTO và TỪ
Kết nối tất cả các thành phần theo sơ đồ mạch. Ảnh chụp màn hình của tệp mô hình Half Bridge Inverter được hiển thị trong hình dưới đây.
Xung cổng 1 và xung cổng 2 là xung cổng cho MOSFET1 và MOSFET2 được tạo ra từ mạch tạo cổng. Xung cổng được tạo bởi MÁY PHÁT ĐIỆN XUNG. Trong trường hợp này, MOSFET1 và MOSFET2 không thể được kích hoạt cùng một lúc. Nếu điều này xảy ra thì nguồn điện áp sẽ bị ngắn mạch. Khi MOSFET1 đóng, MOSFET2 sẽ mở tại thời điểm đó, và khi MOSFET2 đóng MOSFET1 sẽ mở tại thời điểm đó. Vì vậy, nếu chúng ta tạo xung cổng cho bất kỳ MOSFET nào, thì chúng ta có thể chuyển đổi xung đó và sử dụng cho MOSFET khác.
Bộ tạo xung cổng
Hình trên cho thấy thông số cho khối tạo xung trong MATLAB. Khoảng thời gian là 2e-3 có nghĩa là 20 msec. Nếu bạn cần đầu ra tần số 60Hz, thì chu kỳ sẽ là 16,67 msec. Các xung chiều rộng là về tỷ lệ phần trăm của thời gian. Có nghĩa là, xung cổng chỉ được tạo ra cho khu vực này. Trong trường hợp này, chúng tôi đặt ở mức 50%, có nghĩa là 50% xung cổng chu kỳ được tạo ra và 50% xung cổng chu kỳ không được tạo ra. Độ trễ pha được đặt 0 giây, có nghĩa là chúng tôi không cung cấp bất kỳ độ trễ nào cho xung cổng. Nếu có bất kỳ độ trễ pha nào, điều đó có nghĩa là xung cổng sẽ được tạo ra sau thời gian này. Ví dụ, nếu độ trễ pha là 1e-3 thì xung cổng sẽ được tạo ra sau 10msec.
Bằng cách này, chúng ta có thể tạo xung cổng cho MOSFET1 và bây giờ chúng ta sẽ chuyển đổi xung cổng này và sử dụng nó cho MOSFET2. Trong mô phỏng, chúng ta sẽ sử dụng cổng NOT logic. Cổng NOT nghịch đảo đầu ra có nghĩa là nó sẽ chuyển đổi 1 thành 0 và 0 thành 1. Đây là cách, chúng ta có thể nhận được chính xác xung cổng ngược lại để nguồn DC sẽ không bao giờ bị ngắn mạch.
Trong thực tế, chúng ta không thể sử dụng 50% độ rộng xung. MOSFET hoặc bất kỳ công tắc điện nào cần một khoảng thời gian nhỏ để tắt. Để tránh ngắn mạch nguồn, độ rộng xung được đặt khoảng 45% để có thời gian tắt MOSFET. Khoảng thời gian này được gọi là Thời gian chết. Tuy nhiên, với mục đích mô phỏng, chúng ta có thể sử dụng 50% độ rộng xung.
Dạng sóng đầu ra cho Biến tần bán cầu
Ảnh chụp màn hình này dành cho điện áp đầu ra trên tải. Trong hình ảnh này, chúng ta có thể thấy rằng, giá trị đỉnh của điện áp tải là 50V, bằng một nửa nguồn DC và tần số là 50Hz. Để hoàn thành một chu kỳ, thời gian cần thiết là 20 mili giây.
Mô phỏng Biến tần Toàn cầu trong MATLAB
Nếu bạn nhận được đầu ra của biến tần nửa cầu, thì sẽ dễ dàng thực hiện biến tần cầu đầy đủ, bởi vì hầu hết mọi thứ vẫn giống nhau. Trong biến tần cầu đầy đủ, chúng ta chỉ cần hai xung cổng giống như biến tần nửa cầu. Một xung cổng dành cho MOSFET 1 và 2 và nghịch đảo của xung cổng này dành cho MOSFET 3 và 4.
Các yếu tố bắt buộc
1) 4 - MOSFET
2) 1 nguồn DC
3) Tải điện trở
4) Đo điện áp
5) Máy phát xung
6) GOTO và TỪ
7) powergui
Kết nối tất cả các thành phần như được hiển thị trong ảnh chụp màn hình bên dưới.
Dạng sóng đầu ra cho Biến tần Toàn cầu
Ảnh chụp màn hình này dành cho điện áp đầu ra trên tải. Ở đây chúng ta có thể thấy rằng, giá trị đỉnh của điện áp tải bằng với điện áp nguồn một chiều là 100V.
Bạn có thể xem hướng dẫn đầy đủ qua Video về cách xây dựng và mô phỏng Biến tần Half Bridge và Full Bridge trong MATLAB bên dưới.