2tom304

8. ENERGOELEKTRONIKA 610

Przerywacz prądu stałego jest przekształtnikiem wielkości ciągłej na ciąg impulsów unipolarnych (jednokierunkowych) [8.9]. Dzięki modulacji czasowej impulsów PPS może być nazwany transformatorem prądu stałego o regulowanej przekładni. Podstawową strukturą PPS jest przerywacz szeregowy (rys. 8.38a) obniżający napięcie; U₂ ^ 17, dzięki modulacji szerokości impulsów PWM (ang. Pulse Wulth Modulation) lub modulacji częstotliwości impulsów PFM (ang. Pulse Freąuency Modulation), względnie modulacji mieszanej PFWM. Źródło zasilania musi być zbocznikowane dużą pojemnością C_d (10²-t-10³ pF), spełniającą rolę bufora wygładzającego przebiegi. Powstaje wówczas prawie idealne źródło napięciowe (impulsy prostokątne t/₂). Przebieg prądu zależy od właściwości odbiornika, który z reguły musi być zbocznikowany diodą rozładowczą.

Dualną strukturą jest równoległy PPS (rys. 8.38b) podwyższający napięcie V₂ ^ U_v Istotnym elementem jest dławik L_d podtrzymujący ciągłość prądu; powstaje prawie idealne źródło prądowe. Przebieg napięcia na odbiorniku zależy od jego właściwości.

Zwiększoną częstotliwość impulsów napięcia w odbiorniku i źródle, przy mniejszej częstotliwości przełączeń zaworów, uzyskuje się stosując wielopulsowy szeregowy PPS, zwany także sekwencyjnym albo wielofazowym. Na rysunku 8.38c przedstawiono dwuimpulsowy PPS, w którym f_l =f₂ = 2f_p. Zwiększenie f_l2 ułatwia filtrację. Wielopulsowy PPS pozwala na zastosowanie tyrystorów energetycznych zamiast szybkich. Podstawowe zależności transformacyjne PPS:

—    współczynnik wypełnienia impulsu y = tj(t_p+t_p) = t_pf_p, f_p = 1/71;

—    modulacja PWM: T_p = const, t_p = var;

—    modulacja PFM: i_p = const, T_p = var;

—    przerywacz szeregowy: U, = U _d = const, 0 $ y =£ 1,

— przerywacz równoległy: Ł/, = U_d = const, U_2(Ay) = UJy, I₂(av) — 7/i-

Tyrystorowe PPS (TPPS) są najczęściej realizowaną odmianą przerywaczy szeregowych średnich i dużych mocy. Stosuje się tyrystory szybkie z układami komutacji wymuszonej, a więc TPPS są układami o komutacji wewnętrznej. Istnieje kilkadziesiąt odmian struktury TPPS, różniących się topologią układu komutacji i liczbą elementów czynnych i biernych, pozwalających na stosowanie PWM lub PFM.

Na rysunku 8.39 przedstawiono zrealizowany układ nawrotny silnika prądu stałego z odpowiednio rozbudowanym układem TPPS, wymagającym użycia 8 tyrystorów i 4 diod. Wyraźnie uwidacznia się korzyść z zastosowania RCT i jeszcze większa z zastosowania GTO wstecznie przewodzącego lub tranzystorów mocy ze scaloną diodą zwrotną.

+ O

MrTy5 Tyl^bil Ty3ltil Ty 75?-

lfrTy6 Ty2\t- 21 TyH}- 2S TyS^Ł

Rys. 8.39. Ukiad nawrotny czlcroćwiartkowy TPPS 2 komutacją rezonansową, sterujący silnik obcowzbudny Tyl -E-Ty4 — tyrystory główne, Ty5-r-Ty8 — tyrystory komutacyjne

Wybór struktury TPPS wymaga uwzględnienia: zakresu regulacji napięcia [y_d, y ], zakresu zmienności częstotliwości [/,,./], stopnia sztywności charakterystyki zewnętrznej. Ponadto należy dążyć do minimalizacji parametrów elementów komutacyjnych biernych (specjalne kondensatory komutacyjne), ograniczenia przepięć na zaworach i powielania napięcia U_ck. Rozważyć trzeba zachowanie się TPPS przy zmiennym obciążeniu oraz łatwość rozruchu. W celu ograniczenia tętnień prądu odbiornika i prądu pobieranego ze źródła stosuje się odpowiednie filtry RLC.

Parametry elementów filtrujących:

— pojemność buforowa C_d, zależna od średniego prądu znamionowego I_N, dopuszczalnych wahań napięcia Att_ldop, i częstotliwości impulsowania f_p, powinna spełniać

nierówność

C_d > V4/_pAu_ldop    (8.42)

przy czym minimalna częstotliwość impulsowania f_p ^ 2-4-3/,, gdzie częstotliwość rezonansowa

/,= l/2njcj^

Podobnie, wygładzająca prąd wtórny całkowita indukcyjność strony wtórnej, przy założonych dopuszczalnych wahaniach prądu Ai_Mop, powinna spełniać nierówność

L₂ > C/,/4/_pAi_2dop    (8.43)

8.3.4. Pośrednie przemienniki częstotliwości

Pośrednie przemienniki częstotliwości PPCz [8.2; 8.14; 8.15], zwane też niezależnymi PCz, są złożonymi układami przekształtników prostych i (czasem) układów pomocniczych (filtry). Zadaniem ich jest wytworzenie na wyjściu przebiegów napięciowych i prądowych, których częstotliwość, liczba faz i kształty przebiegów są niezależne od właściwości źródła zasilającego. Bezpośrednie przemienniki częstotliwości BPCz, czyli cyklokonwertory i cykloinwertory są omówione w p. 8.3.5.

Istotną cechą pośrednich PCz jest obwód pośredniczący między przekształtnikiem wejściowym a wyjściowym. Obwód pośredniczący może być albo obwodem prądu lub napięcia stałego (jednokierunkowego) z falownikiem jako przekształtnikiem wyjściowym, albo obwodem prądu lub napięcia przemiennego dużej częstotliwości (obwód rezonansowy szeregowy lub równoległy) z prostownikiem sterowanym dwukierunkowym (zwrotnica). Przekształtniki wyjściowe są układami z komutacją wewnętrzną (wymuszoną), z wyjątkiem falowników rezonansowych szeregowych lub równoległych z komutacją zewnętrzną (od obciążenia). Wyjściowe przebiegi przemiennoprądowe PPCz są kształtowane w sposób niezależny od źródła zasilania, jak np. sieć energetyczna, trolej lub szyna w trakcji elektrycznej, bateria ogniw słonecznych lub elektrochemicznych, bateria akumulatorów itp.

Koncepcję falowania napięcia stałego obwodu pośredniczącego w przypadku wyjścia jednofazowego przedstawiono na rys. 8.40. W układzie mostkowym (rys. 8.40a) o czterech łącznikach dwustanowych można utworzyć 2⁴ = 16 układów połączeń, opisanych tablicą macierzową (rys. 8.40b): wyłączenie (0), zwarcia (Z), stany dopuszczalne (I, II), opisanych także słowami kodowymi alfanumerycznymi A_{ ■ K_i (np. A2K2) lub słowami kodowymi binarnymi A2K3: = 0\l. Falowanie to realizacja naprzemienna stanów I i II — graf (rys. 8.40c). Na zaciskach obciążenia, przy symetrii czasowej przełączeń występuje napięcie przemienne (rys. 8.40d). Inne układy falowników jednofazowych podano na rys. 8.40e,f.

Na rysunku 8.41 przedstawiono koncepcję falownika napięcia mostkowego trójfazowego (można ją rozszerzyć na m-fazowy). Możliwe są 2⁶ = 64 układy połączeń,

39*