1

IMPULSOWE REGULATORY NAPI CIA STAŁEGO DC-DC

(PRZERYWACZE, CHOPPERY)

Przekształtniki napi cia stałego zasilaj odbiornik impulsami napi cia o regulowanym czasie trwania tz 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).

P

S

Io

i

L

E

STEROWANIE

C

U

Uo

UKŁAD KOMUTACYJNY

R

D

Rys. Schemat układu regulatora napi cia stałego (Choppera) 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 Uo okre la nast puj ca zale no : tz

1

t

U =

Udt

z

= ⋅ U = δ U = t fU

o

,

T

T

z

0

gdzie: T - okres (cykl) pracy, f - cz stotliwo pracy.

δ - współczynnik wypełnienia impulsu wyj ciowego.

U

t t

z

w

Uo

t

T

Przy stałej warto ci pr du odbiornika Io, pr d pobierany ze ródła napi cia stałego ma kształt fali prostok tnej. Warto rednia pr du ródła wynosi wówczas: t

I

z

= I = I

δ

o

T

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 t

t

z

z

1

1

U =

1

u dt =

Udt = t U = δ U

o

T

o

T

T z

0

0

Warto rednia pr du odbiornika U

U

I

o

=

= δ

o

R

R

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

3

Warto skuteczna napi cia odbiornika t

t

z

z

1

U

=

u 2

1

dt =

U 2 dt = δ U

osk

T

o

T

0

0

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

δ T

1

1 U 2

U 2

P =

u i dt =

dt = δ

we

T

o o

T

R

R

0

0

Rezystancja wej ciowa

U

U

R

R =

=

R =

we

Io δ

δ

Rwe

R

δ

0 1

Układ z przeładowaniem rezonansowym J. Piłaci ski: Podstawy energoelektroniki - materiały do wykładu (DC-DC_przeladrezonans)

4

Ty1

iT1

C

uC

Ty

T 2

y

iC

U

U

iL

L D

uL

uR

iR

R

iR

iR

t

iT2

i = i = i

C

D

L

t

i = i

C

T2

uT1

iT1

t

Przewodzi tyrystor roboczy T1

u

u

C −

L = 0

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

5

1

uC = −

iLdt

C du

i = C

C

−

L

dt

2

u − di

L L

C

= u +

d u

LC

C

C

= 0

2

dt

dt

LC

U s = s

U

C ( )

2

C 0

1+ s LC

u ( ) =

⋅cosω

C s

UC

t

0

0

du

i = C

C

−

= ω

−

(−sinω ) =

sinω

L

CUC

t

I

0

0

Lm

t

dt

0

U

L

1

C 0

I

=

,

ρ =

,

ω =

.

Lm

ρ

C

0

LC

T

π

t min = =

= π

wl

LC

2 ω0

pr d tyrystora roboczego T1 : U

i = +

=

+

sinω

T

i i

1

L

ILm

t

R

0

Przewodzi tyrystor pomocniczy T2

U − u

u

C −

R = 0

du

i = C

C

C

dt

du

u + RC

C =

C

U

dt

U

U ( ) +

[

( ) −

0 ] =

C s

RC sUC s UC

s

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

6

U

RCU

U ( s

C

) =

+

0

C

s 1

[ + sRC] 1+ sRC

t

u t

( ) U 1 2 e

C

=

− − RC

t

du

−

C

U

RC

i =

2

C

=

e

C

dt

R

Obliczenie czasu dysponowanego na wył czenie tyrystora roboczego td

u

0 U 1 2 e

t =

ln 2 ≈ ,

0 69

.

d

RC

RC

C =

=

− − RC

Oszacowanie minimalnego czasu wył czania twy 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.: uC=0,9U

twy min

u

U

9

,

0

U 1

e

2

t

=

≈

min

ln 20 3

wy

RC

RC

C =

=

− − RC

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

tyrystora pomocniczego

2 U

t = RC ln

≈ twy min

RIH

Maksymaln cz stotliwo pracy ustalonej mo na wyznaczy bior c pod uwag sum czasów przeładowania si kondensatora.

1

1

1

f

=

=

=

max

T

t

+ t

min

zal min

wyl min

π LC + 3 RC

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 tzal

δ

=

min

min

= f

π LC

T

T − twyl min

δ

=

= −

max

1 3 RCf

T

Obliczanie parametrów przekształtnika 1− δ

C

max

= 3 Rf

2

3 R δmin

L =

2

fπ 1− δmax

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