Prostowniki małej mocy. - Politechnika Wrocławska

Transkrypt

Politechnika Wrocławska
Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
Prostowniki małej mocy
Wrocław 2013
Wartość sygnału elektrycznego
Skuteczna
Wartość skuteczna sygnału (RMS – Root Mean Square) – odpowiada wartości prądu
stałego, który przepływając przez R o stałej wartości, spowoduje wydzielenie w nim takiej
samej ilości energii (ciepła) co prąd sin płynący w tym samym czasie.
T
urms
1 2
=
u (t )dt =
T ∫o
(u (t )) ≈ u
2
m
2
= 0,707U m
1
Wartość sygnału elektrycznego
Średnia
Wartość średnia sygnału (average) – odpowiada wartości prądu stałego, który płynąc przez
dany przekrój poprzeczny przewodnika przeniósł by w tym samym czasie taki sam
ładunek, jak prąd zmienny.
T
uav (t ) =
1
u (t )dt
T
∫
0
u (t ) av
T
1
= ∫ u (t ) dt
T 0
dla sin u (t ) av
urms =
π
2 2
U
= m
T
T
2
∫ sin ωt dt = π U
m
= 0,673U m
0
u (t ) av = 1,11 u (t ) av
Sygnał elektryczny - sinus
2
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
Transformator
Rodzaje
• Rdzenie typu EI, zwijane, toroidalne
• Materiał rdzenia
– Blachy gorąco walcowane
– Blachy zimnowalcowane
3
Transformator
Związek mocy z wymiarami
S[cm2]/P[W]
Blacha/Rdzeń
Bmax[T]
S ≈ 1,25 ⋅ P1
Blacha gorącowalcowana
Rdzeń EI
Rdzeń EI
Rdzeń zwijany
Rdzeń toroidalny
1T
S ≈ 1,1⋅ P1
S ≈ P1
S ≈ 0.8 ⋅ P1
1.1T
1.5T
1.6T
Transformator
napięcie/zwój
U
= 2π f Bmax S
z
4
Transformator
Przykład
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
Transformator
Model uproszczony dla małych częstotliwości
Ind. rozproszenia
Transformator
idealny
Rezystancja
uz. wtórnego
i pierwotnego
uz. wtórnego
i pierwotnego
n:1
Ind. Główna
transformatora
Transformator
Model uproszczony dla małych częstotliwości – R szeregowa
RS =
rpierwotne
n2
+ rwtórne
n:1
+ 10%
U sk = 230V 
− 10%
U (t ) =
U sk .sieci
n
2 sin(ωt )
6
Układy prostownicze
Rodzaje
n:1
n:1
n:1
n:1
Prostownik jednopołówkowy (1D)
Zasada działania
n:1
n:1
7
Prostownik dwupołówkowy (2D)
Zasada działania
n:1
n:1
n:1
n:1
Prostownik dwupołówkowy (4D)
Mostek Graetza
n:1
n:1
8
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
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
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
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
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
IDSURAGE
I DSURAGE =
U 00 AV
RS
11
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.
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
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
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
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
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
Projektowanie prostownika
Współczynnik mocy
Zniekształcenia prądu sieci energetycznej
Pczynna
IRMS
A
W
Obciążenie
Sieć
230V 50Hz
V
η=
URMS
Pczynna
U RMS • I RMS
W 
≤1  
VA 
15
Współczynnik mocy
Przykład
URMS=230V;Umax=325V
T
I RMS =
1 2
1
i dt ≈
(5 A)2 (2ms + 2ms ) ≈ 2,2 A
T
20ms
∫
0
T
Pczynne =
1
4ms
u (t )i (t ) dt ≈ 325V • 5 A •
= 325W
T
20 ms
∫
0
η=
Pczynna
U RMS • I RMS
≈
325W
W 
≈ 0,63  
230V • 2,2 A
VA 
Współczynnik mocy
Dlaczego powinien być 1
16
Symetryczny podwajacz napięcia
(Delona)
RS
Esk
C
R0
C
Niesymetryczny podwajacz napięcia
(Villarda)
RS
Esk
C
Emax
C
R0
Emax
2Emax
17

Prostowniki małej mocy. - Politechnika Wrocławska

Transkrypt

Podobne dokumenty

Politechnika Wrocławska

Laboratorium „Konwersja energii”

Cenią nas zagraniczni studenci

Wzmacniacze operacyjne. - Politechnika Wrocławska

Politechnika Wrocławska

W1_Historia elektroniki - Politechnika Wrocławska

av - Politechnika Wrocławska

W12_Klucze analogowe [tryb zgodnoœci]