ما هو نصف الجسر العاكس: مخطط الدائرة وعملها

العاكس هو محول إلكتروني للطاقة يحول الطاقة المباشرة إلى طاقة بديلة. باستخدام جهاز العاكس هذا ، يمكننا تحويل التيار المستمر إلى طاقة تيار متردد متغيرة مثل التردد والجهد المتغير. ثانيًا ، من هذا العاكس ، يمكننا تغيير التردد ، أي أننا سنكون قادرين على توليد الترددات 40 هرتز ، 50 هرتز ، 60 هرتز حسب متطلباتنا. إذا كان إدخال التيار المستمر هو مصدر جهد ، فإن العاكس يُعرف باسم VSI (عاكس مصدر الجهد). تحتاج العواكس إلى أربعة أجهزة تبديل بينما يحتاج العاكس نصف الجسر إلى جهازي تبديل. محولات الجسر من نوعين هما نصف جسر العاكس وعاكس الجسر الكامل. تتناول هذه المقالة العاكس نصف الجسر.

ما هو العاكس نصف الجسر؟

العاكس هو جهاز يحول جهد التيار المستمر إلى جهد تيار متردد ويتكون من أربعة مفاتيح بينما يتطلب العاكس نصف الجسر صمامين ثنائيين ومفتاحين متصلين في موازٍ مضادة. المفتاحان عبارة عن مفاتيح تكميلية مما يعني أنه عندما يكون المفتاح الأول في وضع التشغيل ، سيكون المفتاح الثاني في وضع الإيقاف وبالمثل ، عندما يكون المفتاح الثاني في وضع التشغيل ، سيكون المفتاح الأول مغلقًا.

عاكس نصف جسر أحادي الطور مع حمل مقاوم

يظهر الرسم التخطيطي لدائرة العاكس أحادي الطور نصف الجسر مع حمل مقاوم في الشكل أدناه.

نصف جسر عاكس

حيث R هو الحمل المقاوم ، V._س/ 2 هو مصدر الجهد ، S.₁و S._اثنينهما المفتاحان ، أنا₀هو التيار. حيث يتم توصيل كل مفتاح بالثنائيات D₁و د_اثنينمتوازي. في الشكل أعلاه ، فإن المفاتيح S.₁و S._اثنينهي مفاتيح التبديل الذاتي. المفتاح S.₁عندما يكون الجهد موجبًا والتيار سالبًا ، قم بالتبديل S_اثنينستعمل عندما يكون الجهد سالبًا والتيار سالبًا. ال الصمام الثنائي د₁عندما يكون الجهد موجبًا والتيار سالبًا ، الصمام الثنائي D_اثنينسيجري التوصيل عندما يكون الجهد سالبًا والتيار موجبًا.

الحالة 1 (عند التبديل S.₁هو ON و S._اثنينمغلق): عند التبديل S.₁هو ON من فترة زمنية من 0 إلى T / 2 ، الصمام الثنائي D.₁و د_اثنينفي حالة التحيز العكسي و S._اثنينالتبديل مغلق.

تطبيق KVL (قانون الجهد كيرشوف)

الخامس_س/ 2-V₀= 0

حيث جهد الخرج V₀= V._س/اثنين

حيث الإخراج الحالي أنا₀= V.₀/ R = V._س/2R

في حالة التيار الكهربائي أو التبديل الحالي ، فإن التيار i_S1= i0 = مقابل / 2R ، أنا_S2= 0 والتيار الثنائي أنا_D1= أنا_{د 2}= 0.

الحالة 2 (عند التبديل S._اثنينهو ON و S.₁مغلق) : عند التبديل S._اثنينهو ON من فترة زمنية من T / 2 إلى T ، الصمام الثنائي D₁و د_اثنينفي حالة التحيز العكسي و S.₁التبديل مغلق.

تطبيق KVL (قانون الجهد كيرشوف)

الخامس_س/ 2 + ف₀= 0

حيث جهد الخرج V₀= -V_س/اثنين

حيث الإخراج الحالي أنا₀= V.₀/ R = -V_س/2R

في حالة التيار الكهربائي أو التبديل الحالي ، فإن التيار i_S1= 0 ، أنا_S2= أنا₀= -V_س/ 2R والتيار الثنائي أنا_D1= أنا_{د 2}= 0.

يظهر الشكل الموجي لجهد خرج العاكس أحادي الطور نصف الجسر في الشكل أدناه.

نصف الجسر العاكس الناتج الجهد الموجي

متوسط ​​قيمة الجهد الناتج هو

لذلك يظهر شكل موجة الجهد الناتج من تحويل الوقت 'T' إلى محور 't' في الشكل أدناه

تحويل المحور الزمني لشكل موجة الجهد الناتج

عندما يتم الضرب في الصفر ، سيكون صفرًا عندما يتم الضرب في T / 2 ، سيكون T / 2 = π عندما يتم الضرب في T ، سيكون T = 2π عندما يتم الضرب في 3T / 2 ، سيكون T / 2 = 3π وهكذا. بهذه الطريقة ، يمكننا تحويل محور الوقت هذا إلى محور 't'.

متوسط ​​قيمة الجهد الناتج والتيار الناتج هو

الخامس_{0 (متوسط)}= 0

أنا_{0 (متوسط)}= 0

قيمة RMS لجهد الخرج وتيار الخرج هي

الخامس_{0 (RMS)}= V._س/اثنين

أنا_{0 (RMS)}= V._{0 (RMS)}/ R = V._س/2R

الجهد الناتج الذي نحصل عليه في العاكس ليس موجة جيبية نقية ، أي موجة مربعة. يظهر جهد الخرج مع المكون الأساسي في الشكل أدناه.

الشكل الموجي لجهد الإخراج مع المكون الأساسي

باستخدام متسلسلة فورييه

أين سي_ن، إلى_نوب_نهي

ب_ن= V._س/ nᴨ (1-cosnᴨ)

ب_ن= 0 عند استبدال الأرقام الزوجية (ن = 2،4،6 ...) و ب_ن= 2Vs / nπ عند استبدال الأرقام الفردية (n = 1،3،5 ……). البديل ب_ن= 2Vs / nπ و a_ن= 0 في ج_نسيحصل على C._ن= 2Vs / nπ.

ϕ_ن= هكذا^-1(إلى_ن/ ب_ن) = 0

الخامس_{01 ( ωt)} = 2 الخامس_س/ ᴨ * (بدون ωt )

البديل V_{0 (متوسط)}= 0 في سيحصل

يمكن أيضًا كتابة المعادلة (1) كـ

الخامس_{0 ( ωt)} = 2 الخامس_س/ ᴨ * (بدون ωt ) + اثنين الخامس_س/3ᴨ * (Sin3 ωt ) + اثنين الخامس_س/ 5ᴨ * (Sin5 ωt ) + …… .. + ∞

الخامس_{0 ( ωt)} = الخامس_{01 ( ωt)} + الخامس_{03 ( ωt)} + الخامس_{05 ( ωt)}

التعبير أعلاه هو جهد الخرج الذي يتكون من الجهد الأساسي والتوافقيات الفردية. هناك طريقتان لإزالة هذه المكونات التوافقية وهما: استخدام دائرة المرشح واستخدام تقنية تعديل عرض النبضة.

يمكن كتابة الجهد الأساسي كـ

الخامس_{01 ( ωt)} = 2 فولت_س/ ᴨ * (بدون ωt )

القيمة القصوى للجهد الأساسي

الخامس_{01 (حد أقصى)}= 2 فولت_س/ ᴨ

قيمة RMS للجهد الأساسي هي

الخامس_{01 (RMS)}= 2 فولت_س/ √2ᴨ = √2V_س/ ᴨ

المكون الأساسي لتيار خرج RMS هو

أنا_{01 (RMS)}= V._{01 (RMS)}/ ص

علينا الحصول على عامل التشويه ، يتم الإشارة إلى عامل التشويه بواسطة g.

ز = الخامس_{01 (RMS)}/ الخامس_{0 (RMS)} = قيمة جذر متوسط ​​التربيع للجهد الأساسي / إجمالي قيمة جذر متوسط ​​المربع لجهد الخرج

عن طريق استبدال الخامس_{01 (RMS)} و الخامس_{0 (RMS)} سوف تحصل على القيم في g

ز = 2√2 /

المجموع التشوه التوافقي يتم التعبير عنها كـ

في جهد الخرج ، إجمالي التشوه التوافقي THD = 48.43٪ ، ولكن وفقًا لـ IEEE ، يجب أن يكون التشوه التوافقي الكلي 5٪.

خرج الطاقة الأساسي لعاكس الجسر أحادي الطور هو

ص₀₁= (الخامس_{01 (جذر متوسط ​​التربيع)})^اثنين/ R = أنا^اثنين_{01 (جذر متوسط ​​التربيع)}ر

باستخدام الصيغة أعلاه يمكننا حساب خرج الطاقة الأساسي.

بهذه الطريقة ، يمكننا حساب المعلمات المختلفة للعاكس أحادي الطور نصف الجسر.

عاكس نصف جسر أحادي الطور مع تحميل R-L

يظهر الرسم التخطيطي لحمل R-L في الشكل أدناه.

عاكس نصف جسر أحادي الطور مع تحميل R-L

يتكون مخطط الدائرة العاكس أحادي الطور نصف الجسر مع حمل R-L من مفتاحين ، وصمامين ثنائيين ، وإمدادات الجهد. يتم توصيل حمولة R-L بين النقطة A والنقطة O ، وتعتبر النقطة A دائمًا موجبة والنقطة O تعتبر سلبية. إذا كان التدفق الحالي من النقطة A إلى O ، فسيتم اعتبار التيار موجبًا ، وبالمثل إذا كان التدفق الحالي من النقطة إلى A ، فسيتم اعتبار التيار سالبًا.

في حالة تحميل R-L ، سيكون تيار الخرج دالة أسية للوقت ويتخلف عن جهد الخرج بزاوية.

ϕ = وبالتالي^-1( ω L / R)

تشغيل العاكس نصف الجسر أحادي الطور مع تحميل R

تعتمد عملية العمل على الفترات الزمنية التالية

(ط) الفاصل الزمني I (0 في هذه المدة ، يكون كل من المفاتيح في وضع إيقاف التشغيل ويكون الصمام الثنائي D2 في حالة انحياز عكسي. في هذه الفترة ، يطلق المحرِّض طاقته من خلال الصمام الثنائي D1 ، وينخفض ​​تيار الخرج بشكل كبير من قيمته القصوى السلبية (-Imax) إلى الصفر.

بتطبيق KVL على هذا الفاصل الزمني سيحصل

جهد الخرج V₀> 0 يتدفق تيار الخرج في الاتجاه العكسي ، وبالتالي ، i₀<0 switch current i_S1= 0 والتيار الثنائي أنا_D1= -i0

(2) الفاصل الزمني الثاني (t1 في هذه المدة ، يكون المفتاح S.₁و S._اثنينمغلق و S2 في وضع إيقاف التشغيل وكلا الثنائيات في حالة تحيز عكسي. في هذه الفترة ، يبدأ المحرِّض في تخزين الطاقة ، ويزداد تيار الخرج من الصفر إلى قيمته القصوى الإيجابية (إيماكس).

تطبيق KVL سيحصل

جهد الخرج V₀> 0 يتدفق تيار الخرج في الاتجاه الأمامي ، وبالتالي ، i₀> 0 التبديل الحالي أنا_S1= أنا₀والتيار الثنائي أنا_D1= 0

(iii) الفاصل الزمني III (T / 2 في هذه المدة ، كل من المفتاح S.₁و S._اثنينمتوقفة والصمام الثنائي D.₁هو في انحياز عكسي و D._اثنينفي حالة التحيز في إعادة التوجيه في حالة التحيز العكسي. في هذه الفترة ، يطلق المحرِّض طاقته من خلال الصمام الثنائي D_اثنين. يتناقص تيار الخرج بشكل كبير من قيمته القصوى الإيجابية (I_الأعلى) إلى الصفر.

تطبيق KVL سيحصل

جهد الخرج V₀<0 The output current flows in the forward direction, therefore, i₀> 0 التبديل الحالي أنا_S1= 0 والتيار الثنائي أنا_D1= 0

(4) الفاصل الرابع (t2 في هذه المدة ، يكون المفتاح S.₁هو OFF و S._اثنينمغلقة والثنائيات د₁و د_اثنينهي في تحيز عكسي. في هذه الفترة ، يتم شحن المحرِّض إلى قيمة قصوى سالبة (-I_الأعلى) إلى الصفر.

تطبيق KVL سيحصل

جهد الخرج V₀<0 The output current flows in the opposite/reverse direction therefore i₀<0 switch current i_S1= 0 والتيار الثنائي أنا_D1= 0

أوضاع تشغيل نصف الجسر العاكس

يتم عرض تلخيص الفترات الزمنية في الجدول أدناه

S.	الفاصل الزمني	يقوم الجهاز بإجراء	جهد الإخراج (V0 )	انتاج | تيار ( أنا0 )	التبديل الحالي (iS1 )	تبديل الصمام الثنائي (iD1 )
1	01	د1	الخامس0> 0	أنا0<0	0	- أنا0
اثنين	ر1	س1	الخامس0> 0	أنا0> 0	أنا0	0
3	تي / 2اثنين	داثنين	الخامس0<0	أنا0> 0	0	0
4	راثنين	ساثنين	الخامس0<0	أنا0<0	0	0

يظهر الشكل الموجي الناتج لعاكس أحادي الطور نصف جسر مع حمل RL في الشكل أدناه.

الشكل الموجي لجهد الخرج لمحول نصف جسر أحادي الطور مع تحميل R-L

نصف جسر عاكس مقابل جسر كامل العاكس

يظهر الفرق بين العاكس نصف الجسر وعاكس الجسر الكامل في الجدول أدناه.

S.	نصف جسر عاكس “أي مما يلي ليس نظامًا مستخدمًا مع شاشات اللمس ”	العاكس جسر كامل
1	الكفاءة عالية في العاكس نصف الجسر	في العاكس كامل الجسرأيضا،الكفاءة عالية
اثنين	في العاكس نصف الجسر ، تكون أشكال موجات جهد الخرج مربعة أو شبه مربعة أو PWM	في عاكس الجسر الكامل ، تكون أشكال موجات جهد الخرج مربعة أو شبه مربعة أو PWM
3	ذروة الجهد في العاكس نصف الجسر هو نصف جهد إمداد التيار المستمر	الجهد الذروة في عاكس الجسر الكامل هو نفس جهد إمداد التيار المستمر
4	يحتوي العاكس نصف الجسر على مفتاحين	يحتوي عاكس الجسر الكامل على أربعة مفاتيح
5	جهد الخرج هو E0= هـالعاصمة/اثنين	جهد الخرج هو E0= هـالعاصمة
6	جهد الخرج الأساسي هو E1= 0.45 هـالعاصمة	جهد الخرج الأساسي هو E1= 0.9 هـالعاصمة
7	هذا النوع من العاكس يولد جهدًا ثنائي القطب	يولد هذا النوع من العاكس جهدًا أحادي القطب

مزايا

مزايا العاكس أحادي الطور نصف الجسر هي

• الدائرة بسيطة
• التكلفة منخفضة

سلبيات

عيوب العاكس أحادي الطور نصف الجسر هي

• معامل استخدام المحول (TUF) منخفض
• الكفاءة منخفضة

وبالتالي ، هذا كل شيء عن نظرة عامة على العاكس نصف الجسر ، تمت مناقشة الفرق بين العاكس نصف الجسر وعاكس الجسر الكامل ، المزايا والعيوب ، العاكس أحادي الطور نصف الجسر مع الحمل المقاوم. هنا سؤال لك ماهي تطبيقات انفرتر نصف الجسر؟