Вступ, Теоретична частина - Транзисторний перетворювач із дроселем

В даній курсовій роботі розроблений транзисторний перетворювач із дроселем у первинному ланцюзі на основі найпростішої схеми, із системою керування.

Система керування дозволяє правильно керувати роботою схеми.

Необхідність розробки даного перетворювача полягає в наступному: схема дає можливість усунути наскрізні струми й усунути можливість однобічного замагнічування силового трансформатора.

Актуальність розробленого перетворювача складається у використанні даного пристрою як більше надійного, енергоекономного приладу у відмінності від подібних (мостовий інвертор, інвертор з нульовим виводом).

Система керування перетворювача побудована на мікроконтролері, що дає можливість зменшити габарити вихідного пристрою, простоту використання й збільшити надійність приладу.

Теоретична частина

Дана схема вибрана згідно з завданням. Силова частина має вид зображений на рис. 1а, часові діаграми зображені на рис. 1б, в, г.

Як відомо, класичним двухтактним інверторам напруги (мостовому інвертору, півмостовому інвертору, інвертору з нульовим виводом) притаманні дві істотні вади. Це виникнення наскрізних струмів, що вимагає застосування додаткових, часто достатньо складних засобів для їх усунення, а також можливість одностороннього підмагнічування силового трансформатора. Останнє явище пояснюється несиметрією вольтсекундних площ на півперіодах змінної напруги, яка прикладається до первинної обмотки силового трансформатора. Несиметрія у тій чи інший мірі присутня завжди, що пов'язано з розбіжністю параметрів силових транзисторів інвертора по часу вмикання та вимикання, різницею в падінні напруги на транзисторах у стані насичення.

У значній мірі вільні від зазначених недоліків перетворювачі з дроселем у первинному колі. Найпростіша схема такого перетворювача представлена на рис. 1, а. Залежно від алгоритму управління силовими ключами можливі три режими роботи перетворювача. Ці режими, за характером протікання електромагнітних процесів подібні до режимів трьох основних видів широтно-імпульсних перетворювачів (ШІП з пониженою вихідною напругою, ШІП з підвищеною вихідною напругою, ШІП з напругою що регулюється вище та нижче вхідної) або відповідним однотактним перетворювачам.

Розглянемо роботу перетворювача у трьох режимах припускаючи, що ємність вихідного фільтра велика і пульсаціями напруги на ній можна знехтувати, а величина індуктивності забезпечує роботу перетворювача в режимі безперервного струму.

В першому режимі транзистори VТ2 та VT3 Відкриті по черзі на протязі півперіоду, а транзистор VТ1 Працює, як широтно-імпульсний модулятор на подвійній частоті і відкритий на протязі часу Т/2 у кожній половині періода (рис. 1, б). При цьому в інтервалі відкритого стану транзистора VТ1 відбувається передача енергії в навантаження та одночасно її накопичення в дроселі L. При вимиканні VТ1, за рахунок ЕРС самоіндукції, струм дроселя L замикається через зворотній діод VД1, одну з первинних півобмоток трансформатора ТV та відкритий транзистор VТ2 Або VТ3. Таким чином, сумарний струм первинних, а також вторинних обмоток трансформатора (ІW2) виявляється безперервним на протязі всього періоду роботи перетворювача. (В схемі можливий, також, режим переривчатого струму дроселя L, подібний режиму ШІП з пониженою вихідною напругою, проте, зважаючи на погані енергетичні характеристики, цей режим перетворювача не розглядається). Змінна напруга вторинної обмотки UW2 (рис. 1, б) випрямляється двохпівперіодним випрямлячем В та згладжується конденсатором вихідного фільтра С. В цілому, характер протікання електромагнітних процесів в дроселі L Та конденсаторі С аналогічний процесам в ШІП з пониженою вихідною напругою.

В другому режимі роботи перетворювача транзистор VТ1 постійно відкритий, діод VД1 постійно знаходиться в закритому стані і тому вони можуть бути виключені з схеми. При цьому транзистори VТ2 Та VТ3 відкриті більше ніж півперіоду, тобто працюють з взаємним перекриттям (рис. 1, в). На інтервалі Т/2, Коли відкриті обидва транзистори, відбувається накопичування енергії в дроселі до якого, через закорочення обмоток силового трансформатора, прикладається повна напруга живлення перетворювача. Передача енергії від джерела живлення в навантаження не відбувається і струм вторинної обмотки трансформатора дорівнює нулю. Діоди випрямляча В виявляються закритими. При вимиканні одного з транзисторів енергія, накопичена в індуктивності, через трансформатор передається в навантаження. Електромагнітні процеси в даному режимі схожі з процесами у ШІП з підвищеною вихідною напругою.

В третьому режимі на інтервалі часу Т/2 відкриті всі транзистори, а на інтервалі часу (1-) T/2 транзистор VТ1 закритий, а VТ2 або VТ3 відкриті відповідно з півперіодом їх роботи (рис. 1, г). На інтервалі Т/2 накопичується енергія в дроселі L, який підключений до джерела живлення перетворювача, а на інтервалі (1-) T/2 здійснюється передача накопиченої енергії в навантаження. Робота перетворювача в даному режимі подібна роботі ШІП з вихідною напругою, що регулюється вище та нижче вхідної.

Як витікає з розгляду роботи перетворювача, наявність навіть примусового перекриття в роботі транзисторів VТ2 Та VТ3 В другому та третьому режимах не призводить до появи аварійних режимів його роботи, тобто і в першому режимі відсутні проблеми захисту транзисторів від наскрізних струмів. Крім цього, можливе однобічне підмагнічування осєрдя силового трансформатора позначиться практично тільки на викривленні форми напруги на обмотках силового трансформатора. Неабиякою перевагою перетворювача є те, що дросель у вхідному ланцюзі виконує функції аналогічні функціям дроселя фільтра після випрямляча у вторинній обмотці трансформатора. Це дозволяє істотно спростити конструкцію дроселя при побудові перетворювача з високовольтним виходом.

Із розгляду основних типів ШІМ, а також відповідних їм однотактних перетворювачів, очевидно, що і для перетворювачів з дроселем у первинному ланцюзі найкращий коефіцієнт використання силових елементів досягається при роботі перетворювача в першому режимі. Тому, цей режим є основним і практично завжди використовується у перетворювачах з дроселем в первинному колі.

Вважаючи, що дросель L виконує тіж самі функції, що і дросель в ШІП понижуючого типу, напруга на навантаженні в першому режимі може бути визначена з виразу:

(1)

Де.

Оскільки, струм у вторинній обмотці силового трансформатора неперервний і якась пара діодів випрямляючого моста (рис. 1, а) завжди буде у провідному стані, то напруги UW2, uW1 на вторинній і первинній обмотці трансформатора визначаються напругою навантаження

UW2 = Uн, (2)

. (3)

Максимальна напруга UКе max на вимкненому транзисторі VТ2 або VТ3 Дорівнює сумі напруг та на первинних півобмотках трансформатора

(4)

І залежить від тривалості інтервалу провідного стану ГТ транзистора VТ1.

Максимальне значення напруги на діоді VD1 і транзисторі VТ1 Дорівнює напрузі джерела живлення UD.

До вад перетворювачів з дроселем в первинному колі треба віднести підвищену напругу на напівпровідникових елементах схеми, збільшення кількості елементів.

Похожие статьи




Вступ, Теоретична частина - Транзисторний перетворювач із дроселем

Предыдущая | Следующая