L'onduleur est un convertisseur électronique de puissance qui convertit la puissance directe en puissance alternative. En utilisant ce dispositif onduleur, nous pouvons convertir un courant continu fixe en une puissance alternative variable sous forme de fréquence et de tension variables. Deuxièmement, à partir de cet onduleur, nous pouvons faire varier la fréquence, c'est-à-dire que nous serons en mesure de générer les fréquences 40HZ, 50HZ, 60HZ selon nos besoins. Si l'entrée CC est une source de tension, l'onduleur est appelé VSI (Voltage Source Inverter). Les onduleurs ont besoin de quatre appareils de commutation tandis que l'onduleur demi-pont a besoin de deux appareils de commutation. Les onduleurs en pont sont de deux types, ils sont en demi-pont onduleur et onduleur à pont complet. Cet article traite de l'onduleur demi-pont.
Qu'est-ce que l'onduleur demi-pont?
L'onduleur est un appareil qui convertit une tension continue en tension alternative et il se compose de quatre commutateurs, tandis que l'onduleur demi-pont nécessite deux diodes et deux commutateurs connectés en anti-parallèle. Les deux interrupteurs sont des interrupteurs complémentaires ce qui signifie que lorsque le premier interrupteur est sur ON, le second interrupteur sera sur OFF De même, lorsque le second interrupteur est sur ON, le premier interrupteur sera sur OFF.
Onduleur demi-pont monophasé avec charge résistive
Le schéma de circuit d'un onduleur demi-pont monophasé avec charge résistive est illustré dans la figure ci-dessous.
Onduleur demi-pont
Où RL est la charge résistive, Vs/ 2 est la source de tension, S1et Sdeuxsont les deux interrupteurs, je0est le courant. Où chaque interrupteur est connecté aux diodes D1et Ddeuxparallèlement. Dans la figure ci-dessus, les interrupteurs S1et Sdeuxsont les interrupteurs auto-commutables. L'interrupteur S1conduira lorsque la tension est positive et le courant est négatif, interrupteur Sdeuxconduira lorsque la tension est négative et le courant est négatif. Le diode ré1conduira lorsque la tension est positive et le courant est négatif, diode Ddeuxconduira lorsque la tension est négative et le courant est positif.
Cas 1 (lorsque le commutateur S1est ON et Sdeuxest éteint): Lorsque le commutateur S1est ON à partir d'une période de 0 à T / 2, la diode D1et Ddeuxsont en condition de polarisation inverse et Sdeuxl'interrupteur est sur OFF.
Application de KVL (loi de tension de Kirchhoff)
Vs/ 2-V0= 0
Où tension de sortie V0= Vs/deux
Où le courant de sortie i0= V0/ R = Vs/ 2r
En cas de courant d'alimentation ou de courant de commutation, le courant iS1= i0 = Vs / 2R, jeS2= 0 et le courant de diode iD1= iD2= 0.
Cas 2 (lorsque le commutateur Sdeuxest ON et S1est éteint) : Lorsque le commutateur Sdeuxest ON à partir d'une période de temps de T / 2 à T, la diode D1et Ddeuxsont en condition de polarisation inverse et S1l'interrupteur est sur OFF.
Application de KVL (loi de tension de Kirchhoff)
Vs/ 2 + V0= 0
Où tension de sortie V0= -Vs/deux
Où le courant de sortie i0= V0/ R = -Vs/ 2r
En cas de courant d'alimentation ou de courant de commutation, le courant iS1= 0, jeS2= i0= -Vs/ 2R et le courant de diode iD1= iD2= 0.
La forme d'onde de tension de sortie de l'onduleur en demi-pont monophasé est illustrée dans la figure ci-dessous.
Forme d'onde de tension de sortie de l'onduleur demi-pont
La valeur moyenne de la tension de sortie est
Ainsi, la forme d'onde de tension de sortie de la conversion du temps «T» en axe «ωt» est illustrée dans la figure ci-dessous
Conversion de l'axe des temps de la forme d'onde de tension de sortie
Quand est multiplié par zéro, ce sera zéro Quand est multiplié par T / 2, ce sera T / 2 = π Quand est multiplié par T, ce sera T = 2π Quand est multiplié par 3T / 2, ce sera T / 2 = 3π et ainsi de suite. De cette façon, nous pouvons convertir cet axe des temps en l’axe «ωt».
La valeur moyenne de la tension de sortie et du courant de sortie est
V0 (moyenne)= 0
je0 (moyenne)= 0
La valeur RMS de la tension de sortie et du courant de sortie est
V0 (RMS)= VS/deux
je0 (RMS)= V0 (RMS)/ R = VS/ 2r
La tension de sortie que nous obtenons dans un onduleur n'est pas une onde sinusoïdale pure, c'est-à-dire une onde carrée. La tension de sortie avec le composant fondamental est indiquée dans la figure ci-dessous.
Forme d'onde de tension de sortie avec composant fondamental
Utilisation de la série de Fourier
Où Cn, ànet Bnsommes
bn= VS/ nᴨ (1-cosnᴨ)
Le bn= 0 lors de la substitution de nombres pairs (n = 2,4,6… ..) et bn= 2Vs / nπ lors de la substitution de nombres impairs (n = 1,3,5 ……). Remplaçant bn= 2Vs / nπ et an= 0 en Cnobtiendra Cn= 2Vs / nπ.
ϕn= donc-1(àn/ bn) = 0
V01 ( ωt) = 2 VS/ ᴨ * (Sans ωt )
Remplaçant V0 (moyenne)= 0 dans obtiendra
L'équation (1) peut aussi s'écrire
V0 ( ωt) = 2 VS/ ᴨ * (Sans ωt ) + deux VS/ 3ᴨ * (Sin3 ωt ) + deux VS/ 5ᴨ * (Sin5 ωt ) + …… .. + ∞
V0 ( ωt) = V01 ( ωt) + V03 ( ωt) + V05 ( ωt)
L'expression ci-dessus est la tension de sortie qui se compose de la tension fondamentale et des harmoniques impaires. Il existe deux méthodes pour supprimer ces composantes harmoniques: utiliser le circuit de filtrage et utiliser la technique de modulation de largeur d'impulsion.
La tension fondamentale peut s'écrire
V01 ( ωt) = 2 VS/ ᴨ * (Sans ωt )
La valeur maximale de la tension fondamentale
V01 (max)= 2 VS/ ᴨ
La valeur RMS de la tension fondamentale est
V01 (RMS)= 2 VS/ √2ᴨ = √2VS/ ᴨ
Le composant fondamental du courant de sortie RMS est
je01 (RMS)= V01 (RMS)/ R
Nous devons obtenir le facteur de distorsion, le facteur de distorsion est noté g.
g = V01 (RMS)/ V0 (RMS) = valeur efficace de la tension fondamentale / valeur efficace totale de la tension de sortie
En remplaçant le V01 (RMS) et V0 (RMS) les valeurs en g obtiendront
g = 2√2 / ᴨ
Le total distorsion harmonique s'exprime comme
Dans la tension de sortie, la distorsion harmonique totale THD = 48,43%, mais selon IEEE, la distorsion harmonique totale doit être de 5%.
La puissance de sortie fondamentale de l'onduleur à pont monophasé est
P01= (V01 (rms))deux/ R = Ideux01 (rms)R
En utilisant la formule ci-dessus, nous pouvons calculer la puissance de sortie fondamentale.
De cette manière, nous pouvons calculer les différents paramètres de l'onduleur demi-pont monophasé.
Onduleur demi-pont monophasé avec charge R-L
Le schéma de circuit de la charge R-L est illustré dans la figure ci-dessous.
Onduleur demi-pont monophasé avec charge R-L
Le schéma de circuit de l'onduleur demi-pont monophasé avec charge R-L se compose de deux interrupteurs, de deux diodes et d'une alimentation en tension. La charge R-L est connectée entre le point A et le point O, le point A est toujours considéré comme positif et le point O considéré comme négatif. Si le courant circule du point A vers O alors le courant sera considéré comme positif, de même si le courant circule d'un point à A alors le courant sera considéré comme négatif.
Dans le cas de la charge R-L, le courant de sortie sera une fonction exponentielle au temps et retardera la tension de sortie d'un angle.
ϕ = alors-1( ω G / D)
Fonctionnement de l'onduleur demi-pont monophasé avec charge R
L'opération de travail est basée sur les intervalles de temps suivants
(i) Intervalle I (0
En appliquant KVL à cet intervalle de temps, vous obtiendrez
La tension de sortie V0> 0 Le courant de sortie circule dans le sens inverse, par conséquent, i0<0 switch current iS1= 0 et courant de diode iD1= -i0
(ii) Intervalle II (t1
L'application de KVL obtiendra
La tension de sortie V0> 0 Le courant de sortie circule dans le sens direct, par conséquent, i0> 0 courant de commutation iS1= i0et courant de diode iD1= 0
(iii) Intervalle III (T / 2
L'application de KVL obtiendra
La tension de sortie V0<0 The output current flows in the forward direction, therefore, i0> 0 courant de commutation iS1= 0 et courant de diode iD1= 0
(iv) Intervalle IV (t2
L'application de KVL obtiendra
La tension de sortie V0<0 The output current flows in the opposite/reverse direction therefore i0<0 switch current iS1= 0 et courant de diode iD1= 0
Modes de fonctionnement de l'onduleur demi-pont
La synthèse des intervalles de temps est indiquée dans le tableau ci-dessous
| S.NON | Intervalle de temps | Appareil conduit | Tension de sortie (V0 ) | Production Actuel ( je0 ) | Courant de commutation (iS1 ) | Diode de commutation (iD1 ) |
| 1 | 0 | ré1 | V0> 0 | je0<0 | 0 | - JE0 |
| deux | t1 | S1 | V0> 0 | je0> 0 | je0 | 0 |
| 3 | T / 2 | rédeux | V0<0 | je0> 0 | 0 | 0 |
| 4 | tdeux | Sdeux | V0<0 | je0<0 | 0 | 0 |
La forme d'onde de tension de sortie d'un onduleur demi-pont monophasé avec charge RL est illustrée dans la figure ci-dessous.
Forme d'onde de tension de sortie de l'onduleur demi-pont monophasé avec charge R-L
Onduleur demi-pont Vs Onduleur pont complet
La différence entre un onduleur demi-pont et un onduleur pont complet est indiquée dans le tableau ci-dessous.
| S.NON | Onduleur demi-pont | Onduleur à pont complet |
1 | L'efficacité est élevée dans l'onduleur demi-pont | Dans un onduleur à pont completégalement,l'efficacité est élevée |
deux | Dans les onduleurs demi-pont, les formes d'onde de tension de sortie sont carrées, quasi carrées ou PWM | Dans les onduleurs à pont complet, les formes d'onde de tension de sortie sont carrées, quasi carrées ou PWM |
3 | La tension de crête dans l'onduleur demi-pont est la moitié de la tension d'alimentation CC | La tension de crête dans l'onduleur à pont complet est la même que la tension d'alimentation CC |
4 | L'onduleur demi-pont contient deux interrupteurs | L'onduleur à pont complet contient quatre commutateurs |
5 | La tension de sortie est E0= EDC/deux | La tension de sortie est E0= EDC |
6 | La tension de sortie fondamentale est E1= 0,45 EDC | La tension de sortie fondamentale est E1= 0,9 EDC |
7 | Ce type d'onduleur génère des tensions bipolaires | Ce type d'onduleur génère des tensions monopolaires |
Avantages
Les avantages de l'onduleur demi-pont monophasé sont
- Le circuit est simple
- Le coût est faible
Désavantages
Les inconvénients de l'onduleur demi-pont monophasé sont
- Le TUF (Transformer Utilization Factor) est faible
- L'efficacité est faible
Ainsi, il s'agit de un aperçu de l'onduleur demi-pont , la différence entre l'onduleur demi-pont et l'onduleur pont complet, avantages, inconvénients, onduleur demi-pont monophasé avec charge résistive est discutée. Voici une question pour vous, quelles sont les applications de l'onduleur demi-pont?
