Энергетическая электроника Мишуров Владимир Сергеевич Ст.преподаватель кафедры «Промышленная электроника», Зав. лабораторией "Преобразовательной техники и импульсно модуляционных систем" Тема занятия : Однотактные преобразователи с трансформаторной развязкой 1. Назначение и отличительные признаки однотактных преобразовательных ячеек 2. Схемотехника однотактных преобразовательных ячеек (ОПЯ) 3. Источники вторичного электропитания на основе ОПЯ мостовой инвертор напряжения с устранением замагничивания магнитопровода трансформатора Кривая перемагничивания трансформатора в двухтактном преобразователе Однотактные преобразователи Импульсное намагничивание сердечника трансформатора при однополярных импульсах напряжения 2. Однотактная преобразовательная ячейка с прямым включением выпрямительного диода (прямоходовая) Размагничивание сердечника трансформатора на UВХ Для обеспечения надежного размагничивания U í tí U ð t ð Транзистор открыт Транзистор закрыт Для режима непрерывного тока дросселя Для уменьшения емкости конденсатора и индуктивности дросселя выходного фильтра имеет смысл увеличить , что приводит к увеличению напряжения на силовом транзисторе. U VT W1 U âõ (1 ) Wð max для прямоходовых преобразователей (1 max )W1 в пределах 0,6 0,7 , следовательно, выполнить условие : Wð max целесообразно принимать при известных параметрах трансформатора max W1 W1 Wð 2. Однотактная преобразовательная ячейка с прямым включением выпрямительного диода (прямоходовая) U VT U âõ при размагничивании сердечника трансформатора на Uн выполнить условие: при известных параметрах трансформатора Wð W2 max W1 Uí Wð (1 max ) W2 Wð W2 2. Однотактная преобразовательная ячейка с прямым включением выпрямительного диода (прямоходовая) max 0,5 U VT U âõ Цепь размагничивания трансформатора организована диодами VD1,VD2 2. Однотактная преобразовательная ячейка (прямоходовая) отпайки в цепи намагничивания Регулировочная характеристика Транзисторы открыты W2 U í U âõ W1 2Wî òï max W1 2Wî 2(W1 Wî ) U VT Транзисторы закрыты 0,5 W1 Wî òï U âõ W1 2. Однотактная преобразовательная ячейка (прямоходовая) отпайки в цепи размагничивания Регулировочная характеристика W2 U í U âõ W1 Транзисторы открыты max W1 2(W1 Wî ) при U VT Транзисторы закрыты W1 0,5 Wo W1 Wî òï U âõ W1 2Wî òï Основные соотношения для расчета прямоходовых преобразовательных ячеек U âõ Uí ê òð Регулировочная характеристика преобразователя без потерь U í (1 min ) Lô Lêð 2 f ï I í min U í (1 min ) Ñô 16 Lô f ï 2 U í } Параметры фильтра Вопрос 1 Чем отличается сердечник трансформатора от сердечника дросселя ? Ответ 1 В магнитопроводе дросселя должен быть немагнитный зазор 2. Однотактная преобразовательная ячейка с обратным включением выпрямительного диода (обратноходовая) Транзистор открыт Транзистор закрыт Основные соотношения для расчета обратноходовых преобразовательных ячеек U âõ Uí (1 )ê òð Lô Lêð Ñô Регулировочная характеристика преобразователя без потерь U âõ (1 min )ê òð 2 f ï I í min U í max 2 f ï U í } Параметры фильтра 2. Однотактная преобразовательная ячейка с прямым включением выпрямительного диода (прямоходовая) (3 5)R1C1 1 min fÏ R1C1VD4 – обеспечивают сброс энергии индуктивности рассеяния первичной обмотки W1 Преобразователь с активным «клампом» (VT1,VD1,C1) интервал интервал заряда конденсатора С1 U Í 2U ÂÕ 1 2 ê òð - Регулировочная характеристика интервал разряда конденсатора С1 1 2 Диаграммы токов и напряжений преобразователя с активным «клампом» U C1 U ÂÕ 1 Однотактная преобразовательная ячейка с принудительным размагничиванием магнитопровода трансформатора B B1 Br H0 H -B0 Временные диаграммы напряжений и токов ячейки с принудительным размагничиванием Дроссель Lр обеспечивает подавление переменной составляющей тока в цепи размагничивания U âõ W2 Lð I ð fï W1 Сдвоенный (квазидвухтактный) преобразователь Временные диаграммы напряжений и токов квазидвухтактного преобразователя Вопрос 2 Укажите максимальную относительную длительность max управляющих импульсов транзисторов в «квазидвухтактных» преобразователях. Ответ 2 max 0,5 Требования, предъявляемые к ИВЭП: - высокий КПД; - высокое качество выходного напряжения (точность выходных параметров, Кп, Кг); - динамические характеристики (диапазон регулирования, быстродействие, качество переходного процесса и т.д.); - хорошие массогабаритные показатели и минимальная стоимость; - высокая надёжность, наработка без отказов (наличие защит); - совместимость с сетью и допустимый уровень радиопомех. источник питания на основе однотактной преобразовательной ячейки Вопросы для самоконтроля 1. Поясните принципы действия ОПЯ (однотактной преобразовательной ячейки). 2. В чем заключается отличие электромагнитных процессов в схемах с прямым и обратным включением выпрямительного диода ? 3. Как выглядит кривая намагничивания в ОПЯ ? 4. С какой целью в ОПЯ вводят принудительное подмагничивание ? 5. С какой целью ОПЯ проектируют двухтранзисторными ? 6. Почему в обратноходовой ячейке используется емкостной фильтр ? 7. Какими преимуществами обладает «квазидвухтактные» преобразователи ? Методика проектирования преобразователей со звеном повышенной частоты: 1. Анализ исходных данных технического задания . 2. Выбор (разработка) силовой цепи инвертора. 3. Описание принципа работы преобразователя с использованием временных диаграмм напряжений и токов, характерных для выбранного инвертора. 4. Расчет электрических параметров элементов силовой цепи и выбор элементов. 5. Разработка схемы управления. 6. Для стабилизированных вторичных источников питания расчет статической точности и устойчивости замкнутой системы. 7. Моделирование (макетирование) узлов и системы в целом. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА Основная литература 1. Кобзев А.В., Коновалов И.Б., Семенов В.Д. Энергетическая электроника: Учебное пособие. В 2-х частях — Томск: Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2010. — 164 с. 2. Мишуров В.С., Семенов В.Д. Энергетическая электроника: Учебное методическое пособие. — Томск: Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2012. — 174 с. Дополнительная литература 1. Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характеристики, применение. – М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2001. – 364 с. 2. Высокочастотные транзисторные преобразователи / Э.М. Ромаш и др. – М.: Радио и связь, 1988. – 288 с. 3. Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника. Москва: Техносфера, 2006. – 632 с. 4. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 296 с. 5. Сергеев Б.С. Схемотехника функциональных узлов источников вторичного электропитания: Справочник. – М.: Радио и связь, 1992. – 224 с. Спасибо за внимание Вопросы и пожелания можно присылать через диспетчерский отдел ФДО Возможно высылать любые вопросы по ЭЭ. Я постараюсь на следующих занятиях по возможности дать ответы. Следующее занятие будет посвящено выполнению курсового проекта по «Энергетической Электронике». Посмотрите: «Энергетическая электроника» Методические указания и примеры выполнения курсового проекта. Мишуров В.С.