av - Politechnika Wrocławska
Transkrypt
av - Politechnika Wrocławska
Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Prostowniki małej mocy Wrocław 2010 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Wartość sygnału elektrycznego Skuteczna Wartość skuteczna sygnału (RMS – Root Mean Square) T urms 1 2 = u (t )dt = T ∫ o (u (t )) ≈ u 2 amplit 2 1 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Wartość sygnału elektrycznego Średnia T 1 uav (t ) = u (t )dt T ∫ 0 u (t ) av 1 = T T ∫ u(t ) dt 0 dla sin u (t ) av urms = π 2 2 U = m T T 2 ∫ sin ωt dt = π U m 0 u (t ) av = 1,11 u (t ) av Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Wartość sygnału elektrycznego 2 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Transformator Parametry • • • • • • • • Moc (jednofazowe do 3kW) Znamionowe napięcie wejściowe (np. 230V ±10%) Częstotliwość pracy (np. 50Hz) Napięcie i prąd wtórny (lub przekładnia) Prąd biegu jałowego Napięcie izolacji Ciężar, wymiary Temperatura pracy Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Transformator Rodzaje • Rdzenie typu EI, zwijane, toroidalne • Materiał rdzenia – Blachy gorąco walcowane – Blachy zimnowalcowane 3 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Transformator Związek mocy z wymiarami S[cm2]@P[W] Blacha/Rdzeń Bmax[T] S ≈ 1,25 ⋅ P1 Blacha gorącowalcowana Rdzeń EI Blacha gorącowalcowana Rdzeń EI Blacha gorącowalcowana Rdzeń zwijany Blacha gorącowalcowana Rdzeń toroidalny 1T S ≈ 1,1⋅ P1 S ≈ P1 S ≈ 0.8 ⋅ P1 1.1T 1.5T 1.6T Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Transformator napięcie/zwój U = 2π f Bmax S z 4 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Transformator Przykład Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Transformator Model Rezystancja uz. pierwotnego Transformator rzeczywisty Transformator idealny Ind. rozproszenia Ind. rozproszenia uz. pierwotnego uz. wtórnego n:1 n:1 Pojemność uz. wtórnego Pojemność uz. pierwotnego Rezystancja strat rdzenia Rezystancja uz. wtórnego Ind. Główna transformatora Pojemność międzyuzwojeniowa 5 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Transformator Model uproszczony dla małych częstotliwości Ind. rozproszenia Transformator idealny Rezystancja uz. wtórnego i pierwotnego uz. wtórnego i pierwotnego n:1 Ind. Główna transformatora Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Transformator Model uproszczony dla małych częstotliwości Rszeregowe = Ruz . pierwotnego n2 + Ruz .wtórnego n:1 + 10% U sk = 230V − 10% U (t ) = U sk .sieci n 2 sin(ωt ) 6 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Układy prostownicze Rodzaje n:1 n:1 n:1 n:1 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Prostownik jednopołówkowy (1D) Zasada działania n:1 n:1 7 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Prostownik dwupołówkowy (2D) Zasada działania n:1 n:1 n:1 n:1 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Prostownik dwupołówkowy (4D) Mostek Graetza n:1 n:1 8 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Prostownik 1-połówkowy Obciążenie rezystancyjne D Tr ~ 230 V 50 Hz I0 U0 U2 Średnie napięcie obciążenia: + R0 U 0 AV = 2 π U 2 RMS – Skuteczne napięcie obciążenia: U 0 RMS = U 2 RMS 2 I0 , U0 Średni prąd obciążenia: I 0 AV = U 0 AV R0 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Prostownik 2-połówkowy Obciążenie rezystancyjne D1 Tr I0 U2 ~ 230 V 50 Hz Średnie napięcie obciążenia: + U0 R0 U2 D2 U 0 AV = 2 2 π U 2 RMS – Tr D1 ~ 230 V 50 Hz D2 U2 D3 D4 Skuteczne napięcie obciążenia: I0 + U0 – I0 , U0 U 0 RMS = U 2 RMS R0 Średni prąd obciążenia: I 0 AV = U 0 AV R0 9 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Prostownik 1-połówkowy Filtr pojemnościowy RS ~ E2 D U2 I0 + + C1 C2 U0 R0 – - C zostaje naładowany do U20MAX – UD URRM = 2 U20MAX - po załączeniu R0 – C rozładowuje się - gdy U2 > U0 + UD – C znowu zostanie doładowany do U0 zależnego od RS Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Prostownik 1-połówkowy Podstawowe zależności Średnie napięcie wyjściowe biegu jałowego (prostownik bez obciążenia): U 00 AV = U 20 MAX − U D Średnie napięcie wyjściowe przy obciążeniu R0 : RS U 0 AV = U 00 AV 1 − R0 Międzyszczytowe napięcie tętnień: U 0 RIP ( PP ) = I 0 AV Cf 1 − 4 RS R 0 Minimalne napięcie wyjściowe: 2 U 0 MIN = U 0 AV − U 0 RIP ( PP ) 3 10 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Prostownik 1-połówkowy Podstawowe zależności Max napięcie wsteczne diody: U RRM = 2U 20MAX Średni prąd przewodzenia diody prostowniczej: I DAV = I 0 AV Powtarzalna wartość szczytowa prądu diod: I DMAX = U 00 AV RS R0 Max prąd diody przy załączaniu (inrush or input surge current): I DSURAGE = U 00 AV RS Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki IDSURAGE I DSURAGE = U 00 AV RS 11 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Prostownik 2-połówkowy Filtr pojemnościowy D1 RS ~ E2 ~ E2 U2 I0 + C1 + C2 U0 R0 U2 D2 RS – Prostowanie jednopołówkowe dwu napięć o przeciwnych fazach Prąd ID płynie zawsze przez jedną D (strata napięcia tylko na 1D) Podwójna RS – większy spadek napięcia na Tr Układ korzystny przy małych U0 przy większych mostek. Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Prostownik 2-połówkowy Podstawowe zależności Średnie napięcie wyjściowe biegu jałowego (prostownik bez obciążenia): 2D U 00 AV = U 20 MAX − U D 4D U 00 AV = U 20 MAX − 2U D Średnie napięcie wyjściowe przy obciążeniu R0 : RS U 0 AV = U 00 AV 1 − 2 R0 Międzyszczytowe napięcie tętnień: U 0 RIP ( PP ) = I 0 AV 2Cf 1 − 4 RS 2 R 0 Minimalne napięcie wyjściowe: 2 U 0 MIN = U 0 AV − U 0 RIP ( PP ) 3 12 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Prostownik 2-połówkowy Podstawowe zależności Max napięcie wsteczne diody: 2D U RRM = 2U 20 MAX 4D U RRM = U 20 MAX Średni prąd przewodzenia diody prostowniczej: I DAV = 1 I 0 AV 2 Powtarzalna wartość szczytowa prądu diod: I DMAX = U 00 AV 2 RS R0 Max prąd diody przy załączaniu (inrush or input surge current): I DSURAGE = U 00 AV RS Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Wpływ C filtrującej Gdy C rośnie •Maleją tętnienia ~1/fCR0 !!!! •Maleje czas przewodzenia D • Rośnie prąd szczytowy diody • Rośnie prąd skuteczny diody i transformatora (grzeje się) 13 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Wpływ C filtrującej I 0 AV = 1A 1A T I 0 RMS 1A ∫ 0 I 0 AV = 1A 2A 1 2 = i (t )dt = 1A T T I 0 RMS 4A 1 2 = i (t )dt = 2 A T ∫ 0 I 0 AV = 1A 1A T I 0 RMS 1 2 = i (t )dt = 2 A T ∫ 0 T Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Projektowanie prostownika Diagramy Schade’go Współczynnik szczytu prądu diody (CF – crest factor): CF = I DMAX I DRMS Współczynnik kształtu prądu diody (FF – form factor): FF = I DRMS I D AV 14 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Współczynnik mocy Zniekształcenia prądu sieci energetycznej Pczynna Isk A W Obciążenie Sieć 230V 50Hz V η= Usk Pczynna U sk • I sk W ≤1 VA Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Współczynnik mocy Przykład Usk=230V;Umax=325V T I sk = 1 2 1 i dt ≈ (5 A)2 (2ms + 2ms ) = 5 A T 20ms ∫ 0 T Pczynne = 1 4ms u (t )i (t ) dt ≈ 325V • 5 A • = 325W T 20 ms ∫ 0 η= Pczynna U sk • I sk ≈ 325W W ≈ 0,28 230V • 5 A VA 15 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Współczynnik mocy Dlaczego powinien być 1 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Symetryczny podwajacz napięcia (Delona) RS Esk C R0 C 16 Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki Niesymetryczny podwajacz napięcia (Villarda) RS Esk C Emax C R0 Emax 2Emax 17