Katedra Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i Robotyki
Laboratorium Energoelektroniki	Rok akad. 2011/2012
	Rodzaj studiów NZGEE
Temat sprawozdania teoretycznego: Tranzystorowy falownik szeregowy
Skład sekcji: Olejniczak Artur Szeja Marcin Świerczek Wojciech Tomasz Tomczak	Kierunek: Elektrotechnika Semestr: VI Grupa: 2 Sekcja: NZG 21
Data wykonania: 12.05.2012 r.	Data oddania: 16.06.2012 r.

1. Budowa układu

Poniżej znajduję się podstawową strukturę falownika. Składa się z czterech tranzystorów T₁-T₄ w układzie mostka. Tranzystory zbocznikowane są diodami zwrotnymi. W falownikach z tranzystorami MOSFET/IGBT jako diody zwrotne stosowane są diody wewnętrznej struktury tranzystora. Obciążenie przyłączone jest do środkowych punktów półmostków T₁-T₄ i T₂-T₃. To szeregowy obwód rezonansowy RLC w którym RL reprezentują właściwy odbiornik. Falownik zasilany jest ze źródła napięcia stałego.

Istnieją dwie odmiany falownika gdzie jeden pracuje w układzie mostka jako układ półmostkowy z pojemnościowym dzielnikiem napięcia zasilającego C_d1 i C_d2

oraz układ z dzielonym kondensatorem rezostansowym ½C

1. Opis grafów

T->sD : Prąd komutuje z tranzystora w szeregową diodę. Komutacja zaczyna się wyłączeniem tranzystora przewodzącego prąd odbiornika. Wyłączenie tranzystora i załączenie diody odbywa się w warunkach komutacji twardej. Proces odbywa się przy narastającym napięciu tranzystora i opadającym napięciu diody. W przypadku tym możliwe jest zastosowanie kondensatorów odciążających przyłączonych równolegle do tranzystorów, pod warunkiem że załączenie tranzystora odbędzie się przy zerowym napięciu. Jest to korzystny sposób przyłączenia.

D->sT: Prąd komutuje z diody na szeregowy tranzystor. Komutacja rozpoczyna się załączeniem tranzystora. Przełączanie obu zaworów odbywa się przy niezerowym napięciu (NZVS) i niezerowym prądzie (NZCS). Załączenie tranzystora odbywa się z dość dużymi stratami energii, zależnymi m.in. od parametrów dynamicznych diod zwrotnych. Załączany tranzystor przewodzi prąd odbiornika powiększony o wsteczny prąd diody, przy pełnym napięciu zasilania. Jest to niekorzystny sposób przełączania.

T->rD: Prąd odbiornika komutuje naturalnie z tranzystora na równoległą diodę. Wyłączenie tranzystorów i załączenie diod odbywa się przy warunkach ZCS(przełączanie zaworów przy zerowym prądzie) i ZVS(przełączenia zaworów przy zerowym napięciu) dla obu zaworów

D->rT: Prąd odbiornika komutuje naturalnie z diody na równoległy tranzystor. Wyłączanie diod i załączanie tranzystorów odbywa się w warunkach ZCS i ZVS dla obu zaworów

3.Zasada działania falownika

Wyróżniamy trzy przedziały pracy falownika. Tranzystory sterowane są z współczynnikiem wypełnienia załączenia D=0.5. W sprawozdaniu opiszemy tylko przypadek pracy w rezonansie gdzie f_s=f. Przedziały pracy mieszą się w częstotliwości fs>f, fs=f dla pierwszego, 0.5f<fs<f dla drugiego i fs<0.5f dla trzeciego przedziału. Tranzystory w falowniku załączają się parami po przekątnej.

Zjawisko rezonansu w falowniku zachodzi gdy częstotliwość przełączania zaworów jest równa częstotliwości drgań własnych (tłumionych) obwodu RDL, to przełączanie zaworów odbywa się w chwilach, gdy prąd odbiornika przechodzi przez zero. Tym sposobem zawory przełączane są w warunkach ZCS, diody zwrotne nie przewodzą, a warunki przełączania zaworów można uznać za najkorzystniejsze. Dla Q0>5 prąd można uznać za sinusoidalny. Ponieważ napięcie wyjściowe jest w fazie z prądem odbiornika, moc wyjściowa falownika jest bliska maksymalnej.

Wyróżniamy dwa typu komutacji:

a)komutację twardą gdzie przełączanie następuje przy dużych wartościach napięć, prądów oraz stromości du/dt i di/dt

b)komutacja miękka czyli bezstratna, występująca przy małych wartościach napięć, prądów oraz ich stromości.

4. Sprawność falownika

Doświadczalnie porównano półmostkowy przekształtnik DC/DC z łącznikami przełączającymi twardo oraz miękko (układ rezonansowy). Zaletą pracy układu wykorzystującego rezonans szeregowy jest załączanie przy dostatecznie małym napięciu i wyłączanie przy dostatecznie małym prądzie. Wykazano, że układ rezonansowy pracuje z bardzo małymi stratami łączeniowymi, uzyskując sprawność wyższą od sprawności układu klasycznego. Punkt pracy tranzystorów w układzie rezonansowym przemieszcza się z dala od granic obszaru bezpiecznej pracy, a poziom generowanych zaburzeń radioelektrycznych niższy jest o ok. 15dB. Pokazano ponadto, że uzyskane zalety osiągnięte mogą być bez przewymiarowania tranzystorów i transformatora. Koniecznie jest jedynie niewielkie zwiększenie sumarycznej wartości pojemności w układzie. Wartość dodatkowych pojemności można jednak zmniejszyć, zwiększając częstotliwość rezonansową i częstotliwość przełączeń.

literatura:

„Tranzystorowe falowniki napicia z szeregowymi obwodami rezonansowymi” – Jan Mućko; Wydawnictwo Uczelniane Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego, Bydgoszcz 2011