Энергетическая электроника Мишуров Владимир Сергеевич

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.