Fedyczak 13-34, IUS

Fedyczak 13-34

Indeks Finanse, Finanse(1), Filozofos, Fesenjan, Fenix,

Odnośniki

Fedyczak 13-34, IUS - fedyczak

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Rozdział 2
Topologie
2.1. Wprowadzenie
Jak już o tym wspomniano w podrozdziale 1.1, impulsowe układy transformu-
jące napięcia przemienne umożliwiają zmianę napięcia, a przez to prądu oraz
mocy obciążeni, bez zmiany częstotliwości jego harmonicznej podstawowej.
Schematy blokowe takich układów pokazano na rys. 2.1. Przekształtnik realizu-
jący zmianę napięcia obciążenia nazwano
sterownikiem
. Nazwę sterownik,
o czym już również wspomniano (podrozdział 1.1), wprowadzono w celu wy-
raźnego odróżnienia mniejszego zakresu funkcjonalnego przekształtników sto-
sowanych w omawianych układach od zakresu funkcjonalnego bezpośrednich
przekształtników matrycowych AC/AC.
b)
a)
i
S
i
L
u
S
1
u
S
2
u
S
3
S
1
A
0
B
0
C
0
A
1
B
1
C
1
Z
L
u
S
u
L
S
2
ŁĄCZNIKI ŹRÓDŁA
LUB
STEROWNIK
SYGNAŁ
STERUJĄCY
A
2
B
2
C
2
SYGNAŁ
STERUJĄCY
Z
L
1
Z
L
2
Z
L
3
Rys. 2.1. Impulsowe układy transformujące napięcia przemienne,
a) jednofazowy, b) trójfazowy
Propozycję systematyki sterowników stosowanych w impulsowych ukła-
dach transformujących napięcia przemienne, którą przyjęto w monografii, ilu-
strują rysunki 2.2 oraz 2.3.
14 2. Topologie
STEROW NIKI
Impulsowych Układów
Transformujących Napięcia Przemienne
MATRYCOWE
(SM )
MATRYCOWO-
REAKTANCYJNE (SMR)
Rys. 2.2. Ogólny podział sterowników stosowanych w impulsowych układach trans-
formujących napięcia przemienne
Rys. 2.3. Schemat blokowy systematyki sterowników stosowanych w impulsowych
układach transformujących napięcia przemienne
2.1. Wprowadzenie 15
Sterowniki stosowane w omawianych układach dzielą się na sterowniki ma-
trycowe (SM) oraz sterowniki matrycowo-reaktancyjne (SMR). Topologie SM
bazują na topologiach przekształtnika singularnego (jednofazowe) [153], oraz
przekształtnika matrycowego o zredukowanej ilości łączników (trójfazowe)
[55], [155]. Topologie sterowników SMR bazują na topologiach przekształtni-
ków DC/DC. SMR jednofazowe są budowane poprzez zastąpienie łączników
jednokierunkowych i diod łącznikami dwukierunkowymi. Zestawienie topologii
SMR jednofazowych, w którym wykorzystano zestawienie topologii prze-
kształtników DC/DC przedstawione w pracy [149], zamieszczono w dodatku A.
SMR trójfazowe są budowane przez połączenie topologii jednofazowych.
W dalszym podziale wyróżnia się SM oraz SMR jedno- i dwubiegunowe
(rys. 2.3), a wyróżnikiem jest, jak już o tym wspomniano (podrozdz. 1.2), bie-
gunowość harmonicznej podstawowej napięcia obciążenia.
Topologie i realizacje układowe SM oraz SMR były przedmiotem wielu
prac omówionych wcześniej w podrozdziale 1.2. Układy z SM lub SMR, przed-
stawione w tym rozdziale były przedmiotem prac własnych autora [16] – [22]
oraz prac zespołowych z udziałem autora [23] – [42], [44], [51], [68], [71], [78]
– [87], [116], [118] – [129], [131] – [133], [147].
2.2. Układy matrycowe
2.2.1. Sterowniki matrycowe
Schematy zastępcze najprostszych impulsowych układów transformujących
napięcie przemienne pokazano na rys. 2.4. Są to układy jednofazowe z mode-
lami obwodowymi SM z łącznikami idealnymi (podrozdz.1.4, p.1)) [12], [153].
Działanie tych układów, przy obciążeniu rezystancyjno-indukcyjnym(
RL
), ilu-
strują przebiegi czasowe pokazane na rys. 2.5.
a)
i
S
i
L
b)
i
S
i
L
S
1
S
1
S
3
u
S
S
2
Z
L
u
L
u
S
Z
L
u
L
S
2
S
4
SM
SM
D
D
Rys. 2.4. Układy jednofazowe z modelami obwodowymi SM z łącznikami idealnymi,
a) z SM jednobiegunowym, b) z SM dwubiegunowym
16 2. Topologie
SM jednobiegunowy (rys. 2.4a) składa się z dwóch łączników, łącznika
źródła S
1
i łącznika obciążenia S
2
. Łącznik źródła przyłącza źródło zasilania do
obciążenia, a łącznik obciążenia umożliwia przepływ prądu obciążenia po odłą-
czeniu źródła zasilania. W czasie
t
1
do obciążenia jest przyłączane napięcie
źródła
u
S
za pomocą łącznika źródła S
1
. Wówczas energia elektryczna jest do-
starczana ze źródła do obciążenia lub odwrotnie. W czasie
t
2
łącznik źródła jest
wyłączony, napięcie obciążenia
u
L
ma wartość równą zeru, a prąd obciążenia
i
L
jest podtrzymywany za pomocą włączonego łącznika obciążenia S
2
. Podczas
pracy układu jest zmieniana wartość współczynnika wypełnienia impulsu
D
=
t
1
/
T
S
, który spełnia funkcję wielkości sterującej.
b)
t
1
a)
t
1
s
1
(
t
)
s
1
(
t
)
s
4
(
t
)
t
t
u
S
t
2
T
S
u
S
t
2
T/
2
T
S
T
t
T/
2
T
t
i
S
i
S
t
t
u
L
u
L
t
t
i
L
i
L
t
t
Rys. 2.5. Przykłady przebiegów czasowych napięć i prądów w układach z SM,
a) jednobiegunowym (rys. 2.4a) dla
D
= 0,6, b) dwubiegunowym (rys. 2.4b) dla
D
= 0,8;
D
=
t
1
/
T
S
– współczynnik wypełnienia impulsu
SM dwubiegunowy (rys. 2.4b) ma cztery łączniki w pełni wyłączalne S
1
–
S
4
. Łączniki S
1
, S
4
oraz łączniki S
2
, S
3
przyłączają na przemian źródło zasilania
do obciążenia. Umożliwia on zmianę biegunowości napięcia przyłączanego do
obciążenia. W czasie
t
1
do obciążenia jest przyłączane napięcie źródła zasilają-
cego
u
S
za pomocą łączników S
1
, S
4
. Następnie w czasie
t
2
do obciążenia jest
przyłączane napięcie źródła o odwrotnej polaryzacji -
u
S
za pomocą łączników
S
2
, S
3
. W obydwu przedziałach czasu energia elektryczna jest dostarczana ze
źródła do obciążenia lub odwrotnie. Podobnie jak w układzie jednobiegunowym
wielkością sterującą jest współczynnik wypełnienia impulsu
D
.
2.2. Układy matrycowe 17
Przykład realizacji układowej SM jednobiegunowego pokazano na rys. 2.6,
natomiast oscylogramy wybranych przebiegów prądu obciążenia w tym ukła-
dzie pokazano na rys. 2.7. [25], [27]. W przypadku stosowania sterowania typu
PWM z“czasem martwym” (rys.1.2b), wktórym wszystkie tranzystory
w układzie są wyłączone, w omawianym układzie występują przepięcia powo-
dowane zjawiskiem samoindukcji. Korzystniejsze rozwiązanie ochrony prze-
pięciowej w tym układzie, zaproponowane w pracy [91] (układ regeneracyjny),
jest pokazane na rys. 2.8. Takie rozwiązanie umożliwia ochronę przepięciową
z odzyskiwaniem energii elektrycznej gromadzonej w kondensatorach
C
S
i
C
F
podczas komutacji.
b)
u
S
t
s
T1,2
(
t
)
t
t
a)
D
1
D
2
SM
s
T3,4
(
t
)
L
F
i
S
i
L
i
t
δ
t
δ
T
2
Z
L
t
T
1
D
3
i
L
u
L
T
3
C
F
u
L
c)
u
S
t
u
S
T
4
D
4
s
T1
(
t
)
t
t
C
S
s
T4
(
t
)
OA
s
T2
(
t
)
t
t
U
OT
s
T3
(
t
)
i
i
L
t
u
L
Rys. 2.6. Układ z SM jednobiegunowym, a) schemat ideowy, b) przykładowe przebiegi
czasowe przy sterowaniu z “czasem martwym”
t
δ
(rys. 1.2b), c) przykładowe przebiegi
czasowe przy sterowaniu bez “czasu martwego”; OA – obciążenie aktywne, UOT –
układ obejściowo-tłumiący
D=
0,25
u
S
D=
0,1
i
L
D=
0,5
D=
0,75
Rys. 2.7. Oscylogramy prądu obciążenia w układzie jak na rys. 2.6 przy sterowaniu
z “czasem martwym” dla
f
S
= 1 kHz;
X
= 5 ms/dz.,
Y
1
= 50 V/dz,
Y
2
= 0,5 A/dz.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]

Jmcweb.org Booking

Darmowy hosting zapewnia PRV.PL