Onduleur monophasé demi-pont et pont complet utilisant matlab

L' alimentation en courant alternatif (CA) est utilisée pour presque tous les besoins résidentiels, commerciaux et industriels. Mais le plus gros problème avec AC est qu'il ne peut pas être stocké pour une utilisation future. Le courant alternatif est donc converti en courant continu, puis le courant continu est stocké dans des batteries et des ultra-condensateurs. Et maintenant, chaque fois que le courant alternatif est nécessaire, le courant continu est à nouveau converti en courant alternatif pour faire fonctionner les appareils à courant alternatif. Ainsi, l' appareil qui convertit le courant continu en courant alternatif s'appelle Inverter.

Pour les applications monophasées, un onduleur monophasé est utilisé. Il existe principalement deux types d'onduleurs monophasés: l'onduleur demi-pont et l'onduleur pont complet. Nous étudierons ici comment ces onduleurs peuvent être construits et simulerons les circuits dans MATLAB.

Onduleur demi-pont

Ce type d'onduleur nécessite deux commutateurs électroniques de puissance (MOSFET). Le MOSFET ou IGBT est utilisé à des fins de commutation. Le schéma de circuit de l'onduleur demi-pont est illustré dans la figure ci-dessous.

Comme le montre le schéma de circuit, la tension continue d'entrée est Vdc = 100 V. Cette source est divisée en deux parties égales. Maintenant, les impulsions de porte sont transmises au MOSFET comme indiqué dans la figure ci-dessous.

Selon la fréquence de sortie, le temps ON et le temps OFF du MOSFET sont décidés et des impulsions de porte sont générées. Nous avons besoin d'une alimentation CA de 50 Hz, donc la période de temps d'un cycle (0 <t <2π) est de 20 ms. Comme le montre le diagramme, le MOSFET-1 est déclenché pour le premier demi-cycle (0 <t <π) et pendant cette période de temps, le MOSFET-2 n'est pas déclenché. Pendant cette période, le courant circulera dans le sens de la flèche comme indiqué dans la figure ci-dessous et un demi-cycle de sortie CA est terminé. Le courant de la charge est de droite à gauche et la tension de charge est égale à + Vdc / 2.

Dans le second demi-cycle (π <t <2π), le MOSFET-2 est déclenché et une source de tension inférieure est connectée à la charge. Le courant de la charge est de gauche à droite et la tension de charge est égale à -Vdc / 2. Pendant cette période, le courant circulera comme indiqué sur la figure et l'autre demi-cycle de sortie CA est terminé.

Onduleur à pont complet

Dans ce type d'onduleur, quatre interrupteurs sont utilisés. La principale différence entre un onduleur à demi-pont et à pont complet est la valeur maximale de la tension de sortie. Dans un onduleur à demi-pont, la tension de crête correspond à la moitié de la tension d'alimentation CC. Dans un onduleur à pont complet, la tension de crête est la même que la tension d'alimentation CC. Le schéma de circuit de l'onduleur à pont complet est illustré dans la figure ci-dessous.

Les impulsions de grille pour les MOSFET 1 et 2 sont identiques. Les deux commutateurs fonctionnent en même temps. De même, les MOSFET 3 et 4 ont les mêmes impulsions de grille et fonctionnent en même temps. Mais les MOSFET 1 et 4 (bras vertical) ne fonctionnent jamais en même temps. Si cela se produit, la source de tension CC sera court-circuitée.

Pour le demi-cycle supérieur (0 <t <π), les MOSFET 1 et 2 sont déclenchés et le courant circule comme indiqué dans la figure ci-dessous. Au cours de cette période, le courant circule de la gauche vers la droite.

Pour un demi-cycle inférieur (π <t <2π), les MOSFET 3 et 4 se déclenchent et le courant circule comme indiqué sur la figure. Pendant cette période, le courant circule de la droite vers la gauche. La tension de charge de pointe est la même que la tension d'alimentation CC Vdc dans les deux cas.

Simulation d'onduleur demi-pont dans MATLAB

Pour la simulation, ajoutez des éléments dans le fichier modèle de la bibliothèque Simulink.

1) 2 sources CC - 50 V chacune

2) 2 MOSFET

3) charge résistive

4) générateur d'impulsions

5) PAS de porte

6) Powergui

7) Mesure de tension

8) GOTO et FROM

Connectez tous les composants selon le schéma de circuit. La capture d'écran du fichier de modèle Half Bridge Inverter est illustrée ci-dessous.

L'impulsion de porte 1 et l'impulsion de porte 2 sont des impulsions de porte pour MOSFET1 et MOSFET2 qui sont générées à partir du circuit générateur de porte. L'impulsion de porte est générée par le générateur d'impulsions. Dans ce cas, MOSFET1 et MOSFET2 ne peuvent pas être déclenchés en même temps. Si cela se produit, la source de tension sera court-circuitée. Lorsque MOSFET1 est fermé, MOSFET2 sera ouvert à ce moment, et lorsque MOSFET2 est fermé MOSFET1 est ouvert à ce moment. Donc, si nous générons une impulsion de porte pour n'importe quel MOSFET, alors nous pouvons basculer cette impulsion et l'utiliser pour un autre MOSFET.

Générateur d'impulsions de porte

L'image ci-dessus montre le paramètre pour le bloc générateur d'impulsions dans MATLAB. La période est 2e-3 signifie 20 msec. Si vous avez besoin d'une sortie de fréquence de 60 Hz, la période sera de 16,67 ms. La largeur d'impulsion est exprimée en pourcentage de période. Cela signifie que l'impulsion de porte est générée pour cette zone uniquement. Dans ce cas, nous réglons ceci à 50%, cela signifie qu'une impulsion de porte de période de 50% est générée et qu'une impulsion de porte de période de 50% n'est pas générée. Le retard de phase est réglé à 0 sec, ce qui signifie que nous ne donnons aucun retard à l'impulsion de porte. S'il y a un retard de phase, cela signifie qu'une impulsion de porte sera générée après ce temps. Par exemple, si le retard de phase est 1e-3, une impulsion de porte sera générée après 10 ms.

De cette manière, nous pouvons générer l'impulsion de porte pour MOSFET1 et maintenant nous allons basculer cette impulsion de porte pour et l'utiliser pour MOSFET2. En simulation, nous utiliserons la porte NON logique. La porte NOT inverse la sortie signifie qu'elle convertira 1 en 0 et 0 en 1. C'est ainsi que nous pouvons exactement obtenir une impulsion de porte opposée afin que la source CC ne soit jamais court-circuitée.

En pratique, nous ne pouvons pas utiliser une largeur d'impulsion de 50%. Le MOSFET ou tout autre interrupteur électrique prend peu de temps pour s'éteindre. Pour éviter un court-circuit de la source, la largeur d'impulsion est réglée à environ 45% pour laisser le temps aux MOSFET de s'éteindre. Cette période est connue sous le nom de Dead Time. Mais, à des fins de simulation, nous pouvons utiliser une largeur d'impulsion de 50%.

Forme d'onde de sortie pour onduleur demi-pont

Cette capture d'écran concerne la tension de sortie aux bornes de la charge. Dans cette image, nous pouvons voir que la valeur de crête de la tension de charge est de 50 V, soit la moitié de l'alimentation CC et la fréquence est de 50 Hz. Pour un cycle complet, le temps requis est de 20 ms.

Simulation d'un onduleur pont complet dans MATLAB

Si vous obtenez la sortie d'un onduleur à demi-pont, il est alors facile de mettre en œuvre l'onduleur à pont complet, car la plupart des choses restent les mêmes. Dans l' onduleur à pont complet également, nous n'avons besoin que de deux impulsions de porte, ce qui est identique à l'onduleur à demi-pont. Une impulsion de porte est pour les MOSFET 1 et 2 et l'inverse de cette impulsion de porte est pour les MOSFET 3 et 4.

Éléments requis

1) 4 - MOSFET

2) 1 source CC

3) charge résistive

4) Mesure de tension

5) générateur d'impulsions

6) GOTO et FROM

7) powergui

Connectez tous les composants comme indiqué dans la capture d'écran ci-dessous.

Forme d'onde de sortie pour onduleur à pont complet

Cette capture d'écran est pour la tension de sortie à travers la charge. Ici, nous pouvons voir que la valeur de crête de la tension de charge est égale à la tension d'alimentation CC qui est de 100 V.

Vous pouvez consulter la vidéo complète sur la façon de construire et de simuler l'onduleur Half Bridge et Full Bridge dans MATLAB ci-dessous.