Cara Merangka dan Melaksanakan Penyongsang Fasa Tunggal: 9 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Instructable ini meneroka penggunaan Dialog's GreenPAK ™ CMIC dalam aplikasi elektronik kuasa dan akan menunjukkan pelaksanaan penyongsang fasa tunggal menggunakan pelbagai metodologi kawalan. Parameter yang berbeza digunakan untuk menentukan kualiti penyongsang fasa tunggal. Parameter penting ialah Total Harmonic Distortion (THD). THD adalah pengukuran distorsi harmonik dalam isyarat dan didefinisikan sebagai nisbah jumlah kekuatan semua komponen harmonik terhadap kekuatan frekuensi asas.

Di bawah ini kami menerangkan langkah-langkah yang diperlukan untuk memahami bagaimana penyelesaian telah diprogramkan untuk membuat penyongsang fasa tunggal. Namun, jika anda hanya ingin mendapatkan hasil pengaturcaraan, muat turun perisian GreenPAK untuk melihat Fail Reka Bentuk GreenPAK yang sudah siap. Pasang Kit Pembangunan GreenPAK ke komputer anda dan tekan program untuk membuat penyongsang fasa tunggal.

Langkah 1: Penyongsang fasa tunggal

Inverter kuasa, atau penyongsang, adalah alat elektronik atau litar yang mengubah arus terus (DC) menjadi arus bolak-balik (AC). Bergantung pada jumlah fasa output AC, terdapat beberapa jenis penyongsang.

● Penyongsang fasa tunggal

● Penyongsang tiga fasa

DC adalah aliran cas elektrik sehala. Sekiranya voltan malar digunakan di litar perintang yang murni, ia menghasilkan arus tetap. Sebagai perbandingan, dengan AC, aliran arus elektrik secara berkala membalikkan kekutuban. Bentuk gelombang AC yang paling biasa adalah gelombang sinus, tetapi ia juga boleh menjadi gelombang segi tiga atau persegi. Untuk memindahkan tenaga elektrik dengan profil semasa yang berbeza, peranti khas diperlukan. Peranti yang menukar AC menjadi DC dikenali sebagai penyearah dan peranti yang mengubah DC menjadi AC dikenali sebagai penyongsang.

Langkah 2: Topologi Penyongsang Fasa Tunggal

Terdapat dua topologi utama penyongsang fasa tunggal; topologi jambatan separuh dan jambatan penuh. Catatan aplikasi ini memfokuskan pada topologi jambatan penuh, kerana memberikan voltan keluaran berganda berbanding dengan topologi jambatan separuh.

Langkah 3: Topologi Jambatan Penuh

Dalam topologi jambatan penuh, 4 suis diperlukan, kerana voltan keluaran bergantian diperoleh dengan perbezaan antara dua cabang sel beralih. Voltan keluaran diperoleh dengan menghidupkan dan mematikan transistor secara bijak pada waktu tertentu. Terdapat empat keadaan berbeza bergantung pada suis mana yang ditutup. Jadual di bawah merangkum keadaan dan voltan output berdasarkan suis mana yang ditutup.

Untuk memaksimumkan voltan keluaran, komponen asas voltan masukan pada setiap cabang mestilah 180º di luar fasa. Semikonduktor masing-masing cabang adalah pelengkap dalam prestasi, yang bermaksud ketika seseorang melakukan yang lain adalah cut-off dan sebaliknya. Topologi ini adalah yang paling banyak digunakan untuk penyongsang. Rajah dalam Rajah 1 menunjukkan litar topologi jambatan penuh untuk penyongsang satu fasa.

Langkah 4: Transistor Bipolar Gate Bertebat

Transistor Bipolar Insulated Gate (IGBT) adalah seperti MOSFET dengan penambahan PNjunction ketiga. Ini membolehkan kawalan berasaskan voltan, seperti MOSFET, tetapi dengan ciri output seperti BJT mengenai beban tinggi dan voltan tepu rendah.

Empat wilayah utama dapat dilihat pada tingkah laku statiknya.

● Wilayah Avalanche

● Wilayah Ketepuan

● Kawasan Potong

● Kawasan Aktif

Kawasan longsoran adalah kawasan ketika voltan di bawah voltan kerosakan digunakan, mengakibatkan kerosakan IGBT. Kawasan pemotongan merangkumi nilai dari voltan pemecahan hingga voltan ambang, di mana IGBT tidak berfungsi. Di kawasan tepu, IGBT bertindak sebagai sumber voltan bergantung dan rintangan siri. Dengan variasi voltan yang rendah, penguatan arus yang tinggi dapat dicapai. Kawasan ini adalah kawasan yang paling sesuai untuk dikendalikan. Sekiranya voltan ditambah, IGBT memasuki kawasan aktif, dan arus tetap. Terdapat voltan maksimum yang dikenakan untuk IGBT untuk memastikan ia tidak memasuki kawasan longsoran. Ini adalah salah satu semikonduktor yang paling banyak digunakan dalam elektronik kuasa, kerana ia dapat menyokong pelbagai voltan dari beberapa volt hingga kV dan kuasa antara kW dan MW.

Transistor Bipolar Gerbang Terisolasi ini bertindak sebagai alat beralih untuk topologi penyongsang fasa tunggal jambatan penuh.

Langkah 5: Blok Modulasi Lebar Nadi di GreenPAK

Blok Pulse Width Modulation (PWM) adalah blok berguna yang dapat digunakan untuk berbagai aplikasi. Blok DCMP / PWM dapat dikonfigurasi sebagai Blok PWM. Blok PWM boleh diperoleh melalui FSM0 dan FSM1. Pin PWM IN + disambungkan ke FSM0 sedangkan pin IN disambungkan ke FSM1. Kedua-dua FSM0 dan FSM1 menyediakan data 8-bit ke PWM Block. Tempoh masa PWM ditentukan oleh jangka masa FSM1. Kitaran tugas untuk blok PWM dikendalikan oleh FSM0.

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

Terdapat dua pilihan untuk konfigurasi kitaran tugas:

● 0-99.6%: DC berkisar antara 0% hingga 99.6% dan ditentukan sebagai IN + / 256.

● 0,39-100%: DC berkisar antara 0,39% hingga 100% dan ditentukan sebagai (IN + + 1) / 256.

Langkah 6: Reka Bentuk GreenPAK untuk Pelaksanaan Gelombang Persegi Berasaskan PWM

Terdapat metodologi kawalan yang berbeza yang dapat digunakan untuk melaksanakan penyongsang fasa tunggal. Salah satu strategi kawalan tersebut merangkumi gelombang persegi berasaskan PWM untuk penyongsang fasa tunggal.

CMP GreenPAK digunakan untuk menghasilkan corak pensuisan berkala untuk menukar DC menjadi AC dengan mudah. Voltan DC diambil dari bateri dan output yang diperoleh dari penyongsang dapat digunakan untuk membekalkan beban AC. Untuk tujuan aplikasi ini, perhatikan bahawa frekuensi AC telah ditetapkan ke 50Hz, frekuensi kuasa isi rumah yang biasa di banyak tempat di dunia. Sejajar dengan itu, tempohnya adalah 20ms.

Corak pensuisan yang mesti dihasilkan oleh GreenPAK untuk SW1 dan SW4 ditunjukkan dalam Rajah 3.

Pola pensuisan untuk SW2 dan SW3 ditunjukkan dalam Rajah 4

Corak pensuisan di atas dapat dihasilkan dengan senang menggunakan blok PWM. Tempoh masa PWM ditetapkan oleh jangka masa FSM1. Tempoh masa untuk FSM1 mesti ditetapkan ke 20ms bersamaan dengan frekuensi 50Hz. Kitaran tugas untuk blok PWM dikendalikan oleh data yang bersumber dari FSM0. Untuk menghasilkan kitaran tugas 50%, nilai kaunter FSM0 ditetapkan menjadi 128.

Reka Bentuk GreenPAK yang sesuai ditunjukkan dalam Rajah 5.

Langkah 7: Kekurangan Strategi Kawalan Gelombang Persegi

Menggunakan strategi kawalan gelombang persegi menyebabkan penyongsang menghasilkan sebilangan besar harmonik. Selain daripada frekuensi asas, penyongsang gelombang persegi mempunyai komponen frekuensi ganjil. Harmonik ini menyebabkan fluks mesin menjadi tepu, sehingga menyebabkan prestasi mesin yang buruk, kadang-kadang malah merosakkan perkakasan. Oleh itu, THD yang dihasilkan oleh jenis penyongsang ini sangat besar. Untuk mengatasi masalah ini, strategi kawalan lain yang dikenali sebagai Quasi- Square Wave dapat digunakan untuk mengurangkan jumlah harmonik yang dihasilkan oleh penyongsang.

Langkah 8: Reka Bentuk GreenPAK untuk Pelaksanaan Gelombang Kuasi-Kuadrat Berasaskan PWM

Dalam strategi kawalan gelombang Kuasi-kuadrat, voltan keluaran sifar diperkenalkan yang dapat mengurangkan harmonik yang terdapat pada bentuk gelombang persegi konvensional. Kelebihan utama menggunakan penyongsang gelombang Kuasi-persegi termasuk:

● Amplitud komponen asas dapat dikawal (dengan mengawal α)

● Kandungan harmonik tertentu dapat dihilangkan (juga dengan mengawal α)

Amplitud komponen asas dapat dikawal dengan mengawal nilai α seperti yang ditunjukkan dalam Formula 1.

Harmonik n dapat dihilangkan jika amplitudnya dibuat sifar. Contohnya, amplitud harmonik ketiga (n = 3) adalah sifar apabila α = 30 ° (Formula 2).

Reka Bentuk GreenPAK untuk Melaksanakan strategi kawalan Gelombang Kuasi Persegi ditunjukkan dalam Rajah 9.

Blok PWM digunakan untuk menghasilkan bentuk gelombang persegi dengan kitaran tugas 50%. Voltan keluaran sifar diperkenalkan dengan menunda voltan yang muncul di seluruh output Pin-15. Blok P-DLY1 dikonfigurasi untuk mengesan tepi gelombang yang naik. P-DLY1 secara berkala akan mengesan sisi kenaikan selepas setiap tempoh dan mencetuskan blok DLY-3, yang menghasilkan kelewatan 2ms sebelum mencatat VDD melintasi D-flip flop untuk membolehkan output Pin-15.

Pin-15 boleh menyebabkan kedua SW1 dan SW4 menyala. Apabila ini berlaku, voltan positif akan muncul di seluruh beban.

Mekanisme pengesanan tepi naik P-DLY1 juga mengaktifkan blok DLY-7, yang setelah 8ms mengatur semula D-flip flop dan 0 V muncul di seluruh output.

DLY-8 dan DLY-9 juga dipicu dari sisi kenaikan yang sama. DLY-8 menghasilkan kelewatan 10ms dan mencetuskan DLY-3 sekali lagi, yang selepas 2ms akan menggegarkan DFF menyebabkan logik tinggi di kedua-dua pintu AND.

Pada titik ini Out + dari blok PWM menjadi 0, kerana kitaran tugas blok dikonfigurasi menjadi 50%. Keluar- akan muncul melintasi Pin-16 menyebabkan SW2 dan SW3 menyala, menghasilkan voltan bergantian merentasi beban. Selepas 18ms DLY-9 akan menetapkan semula DFF dan 0V akan muncul di Pin-16 dan kitaran berkala terus mengeluarkan isyarat AC.

Konfigurasi untuk blok GreenPAK yang berbeza ditunjukkan pada Gambar 10-14.

Langkah 9: Hasil

Voltan DC 12 V dibekalkan dari bateri ke penyongsang. Penyongsang menukar voltan ini menjadi bentuk gelombang AC. Keluaran dari penyongsang diumpankan ke transformer step-up yang mengubah 12 V Voltage AC menjadi 220 V yang dapat digunakan untuk mendorong beban AC.

Kesimpulannya

Dalam Instructable ini, kami telah menerapkan Inverter Fasa Tunggal menggunakan strategi kawalan Wave Wave dan Quasi Square Wave menggunakan GreenPAK a CMIC. GreenPAK CMIC berfungsi sebagai pengganti Pengawal Mikro dan litar analog yang mudah digunakan untuk melaksanakan penyongsang fasa tunggal. Tambahan pula, CMP GreenPAK berpotensi dalam reka bentuk Penyongsang Tiga Fasa.