Direktni pretvorniki

Transcript

1 Prevorniki brez galvanske ločive med odom in odom: direkni enosmerni prevorniki za eno in večkvadranno obraovanje lasno vodeni usmerniki in razsmerniki Prednosi: majhna eža, volumen dobro razmerje med insalirano preklopno močjo in maksimalno preneseno močjo = Pri em je: n ševilo sikalnih venilov pν eoreično maksimalna napeos na venilu ν eoreično maksimalen ok venila ν I pν

2 Direkni enosmerni presmernik (DC-DC prevorniki) ENOSMERNI SISTEM NAPAJANIK = = ENOSMERNI SISTEM PORABNIK Slika 11.1: Enosmerni nasavljalnik Vezja za enokvadranno delovanje - prevornik navzdol (nem. Tiefsezseller, angl. Buck converer) - prevornik navzgor (nem. Hochsezseller, angl. Boos converer) - zaporni prevornik ali prevornik dol-gor (nem. Sperrseller ali Hoch und Tiefsezseller, angl. Flyback ali Buck-Boos-Converer)

3 = i i V u V D e Slika 11.2: Shema prevornika navzdol i i E = E > E od od E 1 i i( b E)d 0 e = e max = i i i b i 1 i( E)d T g T g T 0 e e 0 min 0 T g T g + T 0 Slika 11.3: Časovni poek oka

4 Območje oda Območje oda 0 I I,MAX E 0 I E I E,MAX E 0 i V,max i 0 i V,max i E Slika 11.4: Nasaviveno območje (za i I in î V î V,max )

5 odpr venil NAPAJANI SISTEM DŠIKA NAPAJAN SISTEM zapr venil NAPAJANI SISTEM DŠIKA NAPAJAN SISTEM Slika 11.5: Preok energije v odprem in zaprem sanju venila

6 Krmiljenje enosmernega presmernika Pri pulzno-širinskem načinu proženja sikal (ang. PWM - Pulse-Widh Modulaion) je sikalna frekvenca f S konsanna. To pomeni, da je perioda enaka T S = vkl + izkl. Delovno razmerje določimo ko: T vkl S

7 T vkl S u ˆ krm žag Princip pulzno-širinskega proženja sikal

8 s vkl T s T s T d d T d u T s vkl vkl s 0 1 ) ( žag krm krm žag K u K u ˆ ; ˆ Energeska elekronika

9 V praksi se izkaže, da ima predsavljeno vezje dve pomembni pomanjkljivosi: Breme je največkra indukivnega značaja. To pomeni, da se na sikalu sprošča indukivna energija, kar bi povzročilo uničenje. Izhodna napeos zavzema dva nivoja (0 V in ), kar povzroča visoko vsebnos višjih harmonskih komponen v napeosi na bremenu.

10 Vsak pol: -6 db/okavo -20 db/dekado Vsaka ničla: +6 db/okavo +20 db/dekado

11 Delovanje prevornika pri zveznem oku skozi dušilko u

12 Ko sikalo izklopimo, eče ok zaradi inducirane napeosi še naprej v isi smeri in velja: u V usaljenem sanju je srednja vrednos napeosi na dušilki enaka nič: T T s vkl S ud ud ud 0 0 vkl 0 To pomeni, da sa površini A in B enaki: T vkl S vkl T vkl S

13 V em načinu delovanja je odna napeos premosorazmerna delovnemu razmerju pri konsanni odni napeosi. Osale veličine orej ne vplivajo na odno napeos, zao lahko zapišemo: 0 T vkl S izkl vkl T S Če zanemarimo izgube v elemenih vezja, je odna moč vezja enaka odni: P P I I I I 1

14 Razmere v vezju na meji med zveznim in nezveznim delovanjem V em primeru je srednja vrednos oka skozi dušilko enaka: I, mejni 1 2 Iˆ vkl 2 T 2 S I, mejni

15 Delovanje vezja v področju rganega oka V mnogih ehniških rešivah je odna napeos konsanna, odno pa spreminjamo z delovnim razmerjem. Na meji med zveznim in nezveznim delovanjem je srednja vrednos oka skozi dušilko: I, mejni TS 1 2 Izhodni ok, ki ga moramo zagoovii za zvezen način delovanja prevornika je največji pri = 0,5: ˆ, mejni I TS 8 I ˆ I 1, mejni 4, mejni

16 Tudi v em primeru je inegral napeosi na dušilki preko ene periode enak nič: T T 0 S 1 S 1 pri čemer velja: 1, 1 0 Iˆ 1 T S

17 I Iˆ 2 1 T S T 2 S 1 1 T 2 S 1 4 Iˆ, mejni 1 Če iz zgornje enačbe izrazimo 1: 1 I 4 Iˆ Če zgornjo enačbo vsavimo v enačbo 1

18 2 2 I 4 Iˆ, mejni Na spodnji sliki vidimo krivulje odvisnosi / od I /I -maks.,mejni., ki so posnee pri konsanni odni napeosi in za različne vrednosi delovnega razmerja. Meja med zveznim in nezveznim delovanjem prevornika je prikazana s črkano čro.

19 Delovanje prevornika pri rganem oku s konsanno odno napeosjo Pri delovanju prevornika, kjer se odna napeos spreminja, dosežemo konsanno odno napeos z nasavivijo usreznega delovnega razmerja. Ker velja enačba = /, je srednja vrednos oka skozi dušilko pri delovanju prevornika na meji med zveznim in nezveznim delovanjem določena z enačbo: I, mejni TS 1 2 Iz enačbe je razvidno, da pri konsanni vrednosi odne napeosi, dosežemo maksimalno vrednos ˆ pri = 0: I, mejni ˆ, mejni I TS 2

20 V praksi je delovanje pri = 0 nemogoče, saj bi porebovali neskončno visoko odno napeos Iz zadnjih dveh enačb lahko dobimo: ˆ, mejni, mejni I I 1 Za delovanje prevornika, kjer je konsanna, je dobro poznai odvisnos delovnega razmerja od / I ˆ I, mejni Če uporabimo enačbi in I ˆ 4 I, mejni 1, ki veljaa za nezvezno 1 delovanje ne glede na o kaera napeos je konsanna ( ali ), poem lahko izračunamo: I ˆ, mejni I 1

21 Karakerisike prevornika navzdol pri konsanni odni napeosi.

22 Valovios odne napeosi Valovios napeosi na kondenzaorju oziroma na odu prevornika ( maks min ) lahko izračunamo s pomočjo enačbe: Q C 1 2 T 2 1 S C I 2 Za čas izkl zapišemo: I 1 TS Če vsavimo I iz druge enačbe v prvo enačbo, dobimo: T S 8C 1 TS

23 1 8 T 2 S 1 C f f C S 2 kjer f S sikalna frekvenca, f C pa je: f C 2 1 C Iz zgornje enačbe je razvidno, da lahko valovios odne napeosi zelo zmanjšamo, če izberemo lasno frekvenco nizkopasovnega filra ako, da je fc f S Valovios napeosi na odu prevornika navzdol

24 Prevornik navzgor > E i E i D i od E od = E e V i V = Slika 11.6: Shema prevornika navzgor

25 i i i b T g T 0 0 T g T g + T 0 1 i. Ed 0 1 b 0 i i. Ed 1 i i.(e )d T g Slika 11.7: Časovni poek oka

26 E Vhodno nasaviveno območje Izhodno nasaviveno območje 0 I E I E,MAX 0 I I,MAX E 0 i V,max i E 0 i V,max i Slika 11.8: Nasaviveno območje (za i I in î V î V,max )

27 Odpr venil NAPAJANI SISTEM DŠIKA NAPAJANI SISTEM Zapr venil NAPAJANI SISTEM DŠIKA NAPAJANI SISTEM Slika 11.9: Preok energije v odprem in zaprem sanju venila

28 Prevornik navzgor Principialna shema prevornika navzgor

29 Prevornik navzgor v zveznem načinu delovanja Srednja vrednos napeosi na dušilki preko ene periode je enaka nič. vkl 0 izkl Če zgornjo enačbo preuredimo: T S izkl 1 1 Če je vezje brez izgub, velja: I I oziroma I I 1

30 Meja med zveznim in nezveznim načinom delovanja Tok i je na koncu sikalne periode T S enak nič. Srednja vrednos oka skozi dušilko je enaka: I, mejni 1 ˆ 1 TS I

31 Pri em prevorniku vidimo, da je i = i. Srednja vrednos oka na odu je: I T 2 S, mejni 1 Tok skozi dušilko I, mejni doseže maksimalno vrednos pri = 0,5: 2 ˆ, mejni I TS 8 Maksimalno vrednos odnega mejnega oka I,mejni dobimo pri = 0,33: Iˆ 2 TS T, mejni 0, S 0

32 Odvisnos mejne srednje vrednosi oka skozi dušilko in mejne srednje vrednosi odnega oka od njunih maksimalnih vrednosi je enaka: 1 Iˆ mejni I, mejni 4, in Iˆ mejni I, mejni,

33 Prevornik navzgor v nezveznem načinu delovanja Ponovno izračunajmo inegral napeosi na dušilki preko ene periode: T S T 0 1 S oziroma: I I ker je P P

34 Pri rganem oku skozi dušilko je njegova srednja vrednos enaka srednji vrednosi odnega oka: I I 2 T S 1 I TS I Iˆ, mejni

35 Karakerisike prevornika navzgor pri konsanni odni napeosi. Energija, ki se v eni periodi prenese iz oda v odni kondenzaor in breme je enaka: 2 T Iˆ 2 2 S 2

36 Vpliv parazinih elemenov na delovanje vezja

37 Valovios odne napeosi (pri zveznem oku) Če predposavimo, da eče srednja vrednos oka skozi breme, izmenični del pa eče skozi odni kondenzaor, poem je sprememba napeosi na kondenzaorju: Q C TS RC I C TS T S R kjer je T C S RC Valovios odne napeosi prevornika navzgor

38 Zaporni prevornik i V D E = = i E i E Slika 11.10: Shema zapornega prevornika

39 i i i b 0 T g T 0 T g T g + T 0 1 i. d 0 1 b 0 i i. d i 1 i( E)d T g Slika 11.11: Časovni poek oka

40 Vhodno nasaviveno območje E Izhodno nasaviveno območje E 0 i V,max i 0 i V,max i E Slika 11.12: Nasaviveno območje (za i I in î V = î V,max )

41 NAPAJANI SISTEM DŠIKA NAPAJANI SISTEM NAPAJANI SISTEM DŠIKA NAPAJANI SISTEM Slika 11.13: Preok energije v odprem in zaprem sanju venila

42 Kaskadna vezava (Buck-Boos) V E = E V = Slika 11.14: Kaskada prevornika navzgor in prevornika navzdol

43 Prevornik navzdol s spremembo smeri napeosi V e = 2 od od E D i i E E = 2 V prevaja (T g ): Tokovna veja : e emax 2 V zapr (T o ): Tokovna veja: e emin 2 Slika 11.15: Shema prevornika navzdol s spremembo smeri napeosi

44 Prevornik navzdol s spremembo smeri napeosi V e = 2 od od E D i i E E = 2 τ g = 1: τ g = 0: e e e e max min 2 2 E = e - u V usaljenem sanju je =0 E 2 2 Slika 11.15: Shema prevornika navzdol s spremembo smeri napeosi

45 /2 E i V,max I E -/2 Slika 11.16: Izhodno nasaviveno sanje sisema

46 Prevornik navzgor s spremembo smeri napeosi 2 = e D od od E 2 = E I E i V V prevaja (T g ): Tokovna veja okovna veja mora bii vzposavljena e e min 2 V zapr (T o ): Tokovna veja; e e max 2 Slika 11.17: Shema prevornika navzgor

47 E /2 i V,max I E -/2 Slika 11.18: Vhodno nasaviveno območje

48 Enosmerni nasavljalnik v obliki asimeričnega polmosiča V T e = i I E E V H Prevornik navzdol Prevornik navzgor Možnosi delovanja: a) Brez uporabe prosoečnih okokrogov b) očeno pokrivanje prvega in čerega kvadrana Slika 11.19: Shema nasavljalnika

49 E i V,max I E - Slika 11.20: Nasaviveno območje

50 E i V,max I E Slika 11.21: Shema pokrivanja

51 E Napajanje / prosi ek (bi) i V,max I E - Prosi ek / Vračanje (bii) Slika 11.22: Celono nasaviveno območje

52 Dvokvadranni nasavljalnik z obračanjem smeri oka V T = I E V H E Slika 11.23: Shema nasavljalnika

53 V T = i I E V H e E Slika 11.24: 1. Kvadran

54 E = V T i I E i V,max I E V H e E Slika 11.25: 2. Kvadran

55 E -i V,max i V,max I E Slika 11.26: Krmilno območje

56 Širikvadranni nasavljalnik s spremembo smeri napeosi s srednjim odcepom e V T = 2 D H i D T V H i E E = 2 Slika 11.27: Shema nasavljalnika, delovanje v 1. in 4. kvadranu

57 1. I >0 Pripadajoče nasaviveno območje za E: 1. in 4. kvadran 2. I < 0 Pripadajoče nasaviveno območje za E: 2. in 3. kvadran e V T / 2 D H = i D T V H i E E = /2 Slika 11.28: Delovanje v 2. in 3. kvadranu

58 E /2 -i V,max i V,max I E -/2 Slika 11.29: Skupno nasaviveno območje

59 Vroča veja e = V I i V III I E E V IV V II Slika 11.30: Shema vezja (okovne veje niso vrisane)

60 E + i V,max I E - Slika 11.31: Nasaviveno območje za E

61 E + -i V,max i V,max I E - Slika 11.32: Nasaviveno območje

62 e V 0 = 2 V i i E ei = 2 Slika 11.33: Shema vezja

63 smerniško delovanje e +/2 Razsmerniško delovanje i E Razsmerniško delovanje -/2 smerniško delovanje Slika 11.34: Nasaviveno (delovno) področje

64 e V 0 2 = V i i E ei 2 Slika 11.35: Izvedba s kapaciivnim srednjim odcepom

65 Enofazni usmernik (razsmernik) v mosični vezavi e = V I V III i i e e i V IV V II Slika 11.36: Shema vezja

66 e + smerniško delovanje Razsmerniško delovanje i E Razsmerniško delovanje -i V,max i V,max smerniško delovanje - Slika 11.37: Oznaka v kvadranih za kvazisacionarno delovanje

67 Trifazni usmernik (razsmernik) v mosični vezavi =+/2 V 1 V 3 V 5 = V 4 i R V 6 i S i T V 2 =-/2 R R S S T T e R e ir e S e is e T e it Slika 11.38: Shema vezja

68 Trojni enofazni usmernik (razsmernik) v mosični vezavi = i R i S i T e R e S e T Slika 11.39: Shema vezja

69 Osnovni principi modulacije Osnovni modulacijski principi - PŠM V i,i A R A i,i i e E = ē Slika 12.1

70 Osnovni principi modulacije uref ûref u kr Tg T0 Tp Tp 2Tp 3Tp e 0 Tp 2Tp 3Tp i Slika 12.2

71 Osnovni principi modulacije Tp Ploščini = veliki ½Δi ½Δi iž i T0 Tg e Slika 12.3

72 Osnovni principi modulacije ižel + iž p TI idej Slika 12.4

73 Osnovni principi modulacije Časovno-diskreni način spreminjanja sikalnih sanj TA TA - perioda povpraševanja ak iž i ŽSS 1 SS T0 Tg e Slika 12.5

74 Curren mode Osnovni principi modulacije T P ak i ž i T g T 0 e Slika 12.6

75 Osnovni principi modulacije T P ak i i ž T 0 e T g 0 Slika 12.7

76 Osnovni principi modulacije V Z e i R E V S akumulaor vzbujalno navije nekega magnea Slika 12.8

77 Osnovni principi modulacije u ref u kr T N - napajanje T V - vračanje T N + T V - čas pulzne periode (T P )=kons û ref TT N = 0 T P T V 2T P + e napajanje vračanje Δe 0 - i T= R T P Slika 12.9

78 Osnovni principi modulacije û ref u ref u kr -u kr u kr -u kr 0 Tp 2Tp T g V Z -prevaja T 0 T g + e napajanje T 0 prosi ek zgoraj napajanje T p prosi ek spodaj T = 2T p Δ e - i T= R 1 2 Tp Slika 12.10