Inversor monofásico de medio puente y puente completo con matlab

La fuente de alimentación de corriente alterna (CA) se utiliza para casi todas las necesidades residenciales, comerciales e industriales. Pero el mayor problema con AC es que no se puede almacenar para uso futuro. Entonces la CA se convierte en CC y luego la CC se almacena en baterías y ultracondensadores. Y ahora, siempre que se necesita CA, CC se convierte nuevamente en CA para hacer funcionar los aparatos basados ​​en CA. Entonces, el dispositivo que convierte CC en CA se llama Inverter.

Para aplicaciones monofásicas, se utiliza inversor monofásico. Existen principalmente dos tipos de inversores monofásicos: inversor de medio puente e inversor de puente completo. Aquí estudiaremos cómo se pueden construir estos inversores y simularemos los circuitos en MATLAB.

Inversor de medio puente

Este tipo de inversor requiere dos interruptores de electrónica de potencia (MOSFET). El MOSFET o IGBT se utiliza para fines de conmutación. El diagrama de circuito del inversor de medio puente es como se muestra en la siguiente figura.

Como se muestra en el diagrama del circuito, la tensión de CC de entrada es V CC = 100 V. Esta fuente se divide en dos partes iguales. Ahora se dan pulsos de puerta al MOSFET como se muestra en la siguiente figura.

De acuerdo con la frecuencia de salida, se decide el tiempo ON y OFF del MOSFET y se generan pulsos de puerta. Necesitamos una potencia de CA de 50 Hz, por lo que el período de tiempo de un ciclo (0 <t <2π) es de 20 ms. Como se muestra en el diagrama, MOSFET-1 se activa durante la primera mitad del ciclo (0 <t <π) y durante este período de tiempo, MOSFET-2 no se activa. En este período de tiempo, la corriente fluirá en la dirección de la flecha como se muestra en la figura siguiente y se completará el medio ciclo de salida de CA. La corriente de la carga es de derecha a izquierda y el voltaje de carga es igual a + Vdc / 2.

En la segunda mitad del ciclo (π <t <2π), el MOSFET-2 se activa y la fuente de voltaje más baja se conecta con la carga. La corriente de la carga es de izquierda a derecha y el voltaje de carga es igual a -Vdc / 2. En este período de tiempo, la corriente fluirá como se muestra en la figura y se completará el otro medio ciclo de salida de CA.

Inversor de puente completo

En este tipo de inversor, se utilizan cuatro interruptores. La principal diferencia entre el inversor de medio puente y el de puente completo es el valor máximo del voltaje de salida. En el inversor de medio puente, la tensión máxima es la mitad de la tensión de alimentación de CC. En el inversor de puente completo, la tensión máxima es la misma que la tensión de alimentación de CC. El diagrama de circuito del inversor de puente completo es como se muestra en la siguiente figura.

El pulso de puerta para MOSFET 1 y 2 es el mismo. Ambos interruptores funcionan al mismo tiempo. De manera similar, MOSFET 3 y 4 tienen los mismos pulsos de puerta y funcionan al mismo tiempo. Pero, MOSFET 1 y 4 (brazo vertical) nunca funcionan al mismo tiempo. Si esto sucede, la fuente de voltaje de CC sufrirá un cortocircuito.

Para la mitad del ciclo superior (0 <t <π), el MOSFET 1 y 2 se activan y la corriente fluirá como se muestra en la figura siguiente. En este período de tiempo, la corriente fluye de izquierda a derecha.

Para el semiciclo inferior (π <t <2π), el MOSFET 3 y 4 se activan y la corriente fluirá como se muestra en la figura. En este período de tiempo, la corriente fluye de derecha a izquierda. La tensión de carga máxima es la misma que la tensión de alimentación CC V CC en ambos casos.

Simulación de inversor de medio puente en MATLAB

Para la simulación, agregue elementos en el archivo de modelo de la biblioteca de Simulink.

1) 2 fuentes de CC - 50 V cada una

2) 2 MOSFET

3) Carga resistiva

4) generador de impulsos

5) NO puerta

6) Powergui

7) Medida de voltaje

8) GOTO y DESDE

Conecte todos los componentes según el diagrama del circuito. La captura de pantalla del archivo del modelo Half Bridge Inverter se muestra en la siguiente imagen.

El pulso de puerta 1 y el pulso de puerta 2 son pulsos de puerta para MOSFET1 y MOSFET2 que se generan a partir del circuito generador de puerta. El pulso de puerta es generado por PULSE GENERATOR. En este caso, MOSFET1 y MOSFET2 no se pueden activar al mismo tiempo. Si esto sucede, la fuente de voltaje se cortocircuitará. Cuando MOSFET1 está cerrado, MOSFET2 estará abierto en ese momento, y cuando MOSFET2 esté cerrado, MOSFET1 estará abierto en ese momento. Entonces, si generamos un pulso de puerta para cualquier MOSFET, entonces podemos alternar ese pulso y usarlo para otro MOSFET.

Generador de pulsos de puerta

La imagen de arriba muestra el parámetro para el bloque generador de impulsos en MATLAB. El período es 2e-3 significa 20 mseg. Si necesita una salida de frecuencia de 60 Hz, el período será de 16,67 mseg. El ancho de pulso está en términos de porcentaje de período. Significa que el pulso de puerta se genera solo para esta área. En este caso, lo configuramos en 50%, significa que se genera un impulso de puerta de período del 50% y no se genera un impulso de puerta de período del 50%. El retardo de fase se establece en 0 segundos, lo que significa que no estamos dando ningún retardo al pulso de puerta. Si hay algún retraso de fase, significa que se generará un pulso de puerta después de este tiempo. Por ejemplo, si el retardo de fase es 1e-3, se generará un pulso de puerta después de 10 ms.

De esta manera podemos generar el pulso de puerta para MOSFET1 y ahora cambiaremos este pulso de puerta y lo usaremos para MOSFET2. En la simulación, usaremos una puerta NOT lógica. La puerta NO invierte la salida significa que convertirá 1 en 0 y 0 en 1. Así es como, podemos obtener exactamente el pulso de la puerta opuesta para que la fuente de CC nunca se cortocircuite.

En la práctica, no podemos utilizar un ancho de pulso del 50%. El MOSFET o cualquier interruptor eléctrico de potencia tarda poco en apagarse. Para evitar un cortocircuito de la fuente, el ancho de pulso se establece alrededor del 45% para dar tiempo a que los MOSFET se apaguen. Este período de tiempo se conoce como tiempo muerto. Pero, para fines de simulación, podemos usar un ancho de pulso del 50%.

Forma de onda de salida para inversor de medio puente

Esta captura de pantalla es para el voltaje de salida a través de la carga. En esta imagen, podemos ver que el valor máximo del voltaje de carga es 50 V, que es la mitad del suministro de CC y la frecuencia es 50 Hz. Para completar un ciclo, el tiempo requerido es de 20 mseg.

Simulación de inversor de puente completo en MATLAB

Si obtiene la salida de un inversor de medio puente, entonces es fácil implementar el inversor de puente completo, porque la mayoría de las cosas siguen siendo las mismas. En el inversor de puente completo también, solo necesitamos dos pulsos de puerta, que es lo mismo que el inversor de medio puente. Un pulso de puerta es para MOSFET 1 y 2 y el inverso de este pulso de puerta es para MOSFET 3 y 4.

Elementos requeridos

1) 4 - MOSFET

2) 1 fuente de CC

3) Carga resistiva

4) Medida de voltaje

5) Generador de impulsos

6) GOTO y DESDE

7) powergui

Conecte todos los componentes como se muestra en la siguiente captura de pantalla.

Forma de onda de salida para inversor de puente completo

Esta captura de pantalla es para el voltaje de salida a través de la carga. Aquí podemos ver que el valor máximo del voltaje de carga es igual al voltaje de suministro de CC que es de 100 V.

Puede consultar el video completo de cómo construir y simular el inversor Half Bridge y Full Bridge en MATLAB a continuación.