J. Piłaci ski: Podstawy energoelektroniki - materiały do wykładu (DC-DC_przeladrezonans)

1

IMPULSOWE REGULATORY NAPI CIA STAŁEGO DC-DC

(PRZERYWACZE, CHOPPERY)

Przekształtniki napi cia stałego zasilaj odbiornik impulsami napi cia o

regulowanym czasie trwania t

z

w do cyklu pracy T. Pogl dowy schemat układu

przedstawiono na rysunku. Zawiera on: ródło zasilania U, przekształtnik w pełni

sterowany P i odbiornik (je li indukcyjny to poł czony z diod zwrotn D).

STEROWANIE

UKŁAD KOMUTACYJNY

L

R

E

S

D

C

P

I

o

Rys. Schemat układu regulatora napi cia stałego (Choppera)

U

i

U

o

J. Piłaci ski: Podstawy energoelektroniki - materiały do wykładu (DC-DC_przeladrezonans)

2

Przy zało eniu e impulsy s prostok tne, warto redni napi cia wyj ciowego

U

o

okre la nast puj ca zale no :

fU

t

U

U

T

t

Udt

T

U

z

z

z

t

o

=

=

⋅

=

=

δ

0

1

,

gdzie: T - okres (cykl) pracy,

f - cz stotliwo pracy.

δ

- współczynnik wypełnienia impulsu wyj ciowego.

Przy stałej warto ci pr du odbiornika I

o

, pr d pobierany ze ródła napi cia stałego

ma kształt fali prostok tnej. Warto rednia pr du ródła wynosi wówczas:

I

I

T

t

I

z

o

δ

=

=

Z powodu istotnych ró nic konstrukcyjnych, przerywacze mo na podzieli na:

-

układy z elementami w pełni sterowanymi (bez obwodów komutacyjnych)

-

układy z elementami nie w pełni sterowanymi (posiadaj obwody komutacyjne

do wył czania tyrystorów) albo układy z komutacj wymuszon ..

W nast puj cych wzorach przyj to idealn charakterystyk statyczn ł cznika

Warto rednia napi cia odbiornika

U

U

t

T

Udt

T

dt

u

T

U

z

z

t

z

t

o

o

δ

=

=

=

=

1

1

1

0

0

Warto rednia pr du odbiornika

R

U

R

U

I

o

o

δ

=

=

U

U

o

T

t t

z

w

t

J. Piłaci ski: Podstawy energoelektroniki - materiały do wykładu (DC-DC_przeladrezonans)

3

Warto skuteczna napi cia odbiornika

U

dt

U

T

dt

u

T

U

z

t

z

t

o

osk

δ

=

=

=

0

2

0

2

1

1

Moc wej ciowa – przy bezstratnym przekształtniku jest równa mocy wyj ciowej

R

U

dt

R

U

T

dt

i

u

T

P

T

z

t

o

o

we

2

0

2

0

1

1

δ

δ

=

=

=

Rezystancja wej ciowa

δ

δ

R

R

U

I

U

R

o

we

=

=

=

Układ z przeładowaniem rezonansowym

R

R

we

δ

0 1

J. Piłaci ski: Podstawy energoelektroniki - materiały do wykładu (DC-DC_przeladrezonans)

4

Przewodzi tyrystor roboczy T

1

0

=

−

L

C

u

u

U

i

R

u

R

u

L

u

C

i

C

i

L

i

T1

Ty

1

Ty

2

Ty

2

U

R

i

R

L D

C

t

i

T2

u

T1

i

T1

t

t

i = i = i

C

D

L

i

R

i = i

C

T2

J. Piłaci ski: Podstawy energoelektroniki - materiały do wykładu (DC-DC_przeladrezonans)

5

−

=

dt

i

C

u

L

C

1

dt

du

C

i

C

L

−

=

0

2

2

=

+

=

−

dt

u

d

LC

u

dt

di

L

u

C

C

L

C

0

2

1

)

(

C

C

U

LC

s

LC

s

s

U

+

=

t

U

s

u

C

C

0

0

cos

)

(

ω

⋅

=

t

I

t

CU

dt

du

C

i

Lm

C

C

L

0

0

0

sin

)

sin

(

ω

ω

ω

=

−

−

=

−

=

ρ

0

C

Lm

U

I

=

,

C

L

=

ρ

,

LC

1

0

=

ω

.

LC

T

t

wl

π

ω

π

=

=

=

0

min

2

pr d tyrystora roboczego T

1

:

t

I

R

U

i

i

i

Lm

L

T

0

1

sin

ω

+

=

+

=

Przewodzi tyrystor pomocniczy T

2

0

=

−

−

R

C

u

u

U

dt

du

C

i

C

C

=

U

dt

du

RC

u

C

C

=

+

s

U

U

s

sU

RC

s

U

C

C

C

=

−

+

]

)

(

[

)

(

0

J. Piłaci ski: Podstawy energoelektroniki - materiały do wykładu (DC-DC_przeladrezonans)

6

sRC

RCU

sRC

s

U

s

U

C

C

+

+

+

=

1

]

1

[

)

(

0

−

=

−

RC

t

C

e

U

t

u

2

1

)

(

RC

t

C

C

e

R

U

dt

du

C

i

−

=

=

2

Obliczenie czasu dysponowanego na wył czenie tyrystora roboczego

−

=

=

−

RC

t

C

d

e

U

u

2

1

0

RC

RC

t

d

69

,

0

2

ln

≈

=

.

Oszacowanie minimalnego czasu wył czania t

wy min

przy zało eniach:

-

minimalny czas wył czenia nie mo e by krótszy od czasu ładowania si

kondensatora do napi cia bliskiego warto ci napi cia ródła zasilaj cego, np.:

u

C

=0,9U

−

=

=

−

RC

t

C

wy

e

U

U

u

min

2

1

9

,

0

RC

RC

t

wy

3

20

ln

min

≈

=

-

kondensator ładuje si pr dem o warto ci wi kszej od pr du podtrzymania I

H

tyrystora pomocniczego

min

2

ln

wy

H

t

RI

U

RC

t

≈

=

Maksymaln cz stotliwo pracy ustalonej mo na wyznaczy bior c pod uwag

sum czasów przeładowania si kondensatora.

RC

LC

t

t

T

f

wyl

zal

3

1

1

1

min

min

min

max

+

=

+

=

=

π

Stromo narastania pr du w chwili zł czania tyrystora roboczego..............

Stromo narastania napi cia blokowania tyrystora roboczego.....................

J. Piłaci ski: Podstawy energoelektroniki - materiały do wykładu (DC-DC_przeladrezonans)

7

Wyznaczenie skrajnych warto ci współczynnika wypełnienia

LC

f

T

t

zal

π

δ

=

=

min

min

RCf

T

t

T

wyl

3

1

min

max

−

=

−

=

δ

Obliczanie parametrów przekształtnika

Rf

C

3

1

max

δ

−

=

max

2

min

2

1

3

δ

δ

π

−

=

f

R

L