ZÁKLADNÍ PRINCIPY POUŽITÍ DC/DC MĚNIČŮ – téma vědeckého článku o elektrotechnice, elektronickém inženýrství, informačních technologiích přečtěte si text výzkumné práce zdarma v elektronické knihovně CyberLeninka

Abstrakt vědeckého článku o elektrotechnice, elektronickém inženýrství, informačních technologiích, autor vědecké práce — Švetsov D. V.

Článek pojednává o principech fungování DC/DC měničů. Článek obsahuje popis typů měničů, jejich schématické uspořádání a principy fungování v závislosti na typu DC/DC měniče.

Podobná témata vědeckých prací z oblasti elektrotechniky, elektronického inženýrství, informačních technologií, autor vědecké práce — Švetsov D. V.

Zvyšující DC-DC měniče
Nízkošumový napájecí zdroj pro vysoce přesná zařízení
Vývoj pulzního měniče napětí s topologií Sepic
PULZNÍ DC-DC MĚNIČE
Dynamika pulzně šířkově modulovaných měničů
i Nemůžete najít, co potřebujete? Vyzkoušejte službu výběru literatury.

Text vědecké práce na téma „ZÁKLADNÍ PRINCIPY POUŽITÍ DC/DC MĚNIČŮ“

T E H N I C H E S K I E

ZÁKLADNÍ PRINCIPY POUŽITÍ DC/DC MĚNIČŮ

Článek pojednává o principech fungování DC/DC měničů. Článek obsahuje popis typů měničů, jejich schématické uspořádání a principy fungování v závislosti na typu DC/DC měniče.

Klíčová slova: DC/DC měnič, induktor, rezistor, tranzistor, kondenzátor, VT spínač.

DC/DC měniče jsou stejnosměrné měniče proudu, které převádějí napětí elektrického proudu jedné velikosti na jinou.

Měniče DC/DC se dělí na měniče bez indukčnosti, měniče s indukčností a měniče s galvanickým oddělením.

První typ DC/DC měničů je založen na systémech čerpání energie. Výstupní napětí takových měničů může být vyšší, nižší nebo rovné vstupnímu napětí. Zatížení u měničů bez indukčnosti je malé (stovky miliwattů).

Existují čtyři typy DC/DC měničů s indukčností. Základem dělení je rozdíl mezi výstupním napětím a vstupním napětím.

Existují snižující DC/DC měniče, u kterých je výstupní napětí elektrického proudu nižší než vstupní, zvyšující měniče, u kterých je výstupní napětí vyšší než vstupní, měniče napětí s obrácenou polaritou a snižující-zvyšující. Ty druhé jsou schopny zvyšovat a snižovat výstupní napětí.

Díky svým poměrně kompaktním rozměrům je tento typ měničů elektrického proudu v současné době velmi populární. Nárůst popularity je způsoben především širokým používáním elektroniky.

Měniče s galvanickým oddělením používají pulzní transformátory se dvěma nebo více vinutími. V takových měničích není žádné spojení mezi vstupním a výstupním obvodem, s velkým potenciálovým rozdílem mezi vstupem a výstupem. Mezi měniče s galvanickým oddělením patří pulzní měniče typu flyback a forward, měniče s push-pull polomůstkem a můstkovým výstupem.

Bulletin magistrátu. 2017. č. 12-1(75)

Podívejme se na základní principy použití DC/DC měničů na příkladu měniče s indukčností.

Obrázek 1 znázorňuje schéma snižujícího DC/DC měniče.

Obr. 1. Zjednodušené schéma snižujícího měniče

Tento převodník se skládá ze zdroje napájení ip, rezistoru Rн, který zajišťuje zátěž, a spínače UT, který je tranzistorový.

Pokud je klíč UT rozepnutý, pak je napětí na tranzistoru Ral 0 a obvodem UT-û bude protékat proud, který se bude zvyšovat od minimální hodnoty k maximální. Pokud je klíč sepnutý, pak je napětí na tranzistoru rovno napětí zdroje ip a obvodem bude protékat proud z indukční cívky, která se stává zdrojem. V době mezi rozepnutím a sepnutím klíče bude napětí na tranzistoru ve formě pulzů, což je patrné z grafu (viz obr. 2).

V podmínkách, kdy doba trvání pulzu překračuje dobu pauzy, se také zvýší průměrné napětí na tranzistorové zátěži Yan. Při aktivní zátěži je tvar proudu shodný s tvarem napětí. Tvar proudu s čistě aktivní zátěží bude opakovat tvar napětí. Proud na zátěži je tedy přerušovaný. Pro zajištění vysoce kvalitního napětí se v přerušovačích používá kondenzátor (na obr. 1 je označen symbolem „C“). Nabíjí se, když je klíč sepnutý, a během pauzy, když je klíč rozepnutý, slouží jako zdroj energie a dodává konstantní napětí. „Kvalita“ vyhlazování pulzů přímo závisí na objemu kondenzátoru. Existuje však jedno „ale“. Pokud je napětí přivedeno přímo na kondenzátor s velkou kapacitou, pak v okamžiku sepnutí klíče není jeho nabíjecí proud ničím omezen, což může vést k negativním důsledkům.

Obr. 2. Graf napětí na výstupu měniče

Nabíjecí proud kondenzátoru je omezen sériovým zapojením rezistoru (na obr. 1 – Gs). Zvýšení odporu rezistoru prodlužuje dobu nabíjení kondenzátoru a tím omezuje amplitudu nabíjecího proudu. Konstantní provoz rezistoru v obvodu však zajišťuje ztrátu energie. Proto se v DC-DC měničích používá indukční cívka (na obr. 1 – L). Indukční cívka pracuje na principu prvního spínacího zákona: když je klíč sepnutý, proud protékající cívkou se zvyšuje, což způsobuje zvýšení elektromotorické síly (EMF) samoindukce, která směřuje proti proudu a brání jeho zvýšení. Proud v obvodu s indukční cívkou se proto nemůže změnit okamžitě.

Použití induktoru místo rezistoru zvyšuje účinnost DC-DC měniče.

Cívka, stejně jako kondenzátor, akumuluje energii, ale na rozdíl od kondenzátoru ji neukládá.

energie magnetického pole a přeměňuje ji na tepelnou energii, která ve formě elektrického oblouku může při otevření klíče prorazit tranzistor a poškodit jeho plášť. To se děje proto, že polovodičové součástky nemají rozpínací (zapínací) kontakty a při rozpojení obvodu dochází v klíči k přepětí.

Klíč je chráněn reverzní (ochrannou) diodou (na obr. 1 – VD). Když je klíč sepnutý, proud protéká cívkou a zátěží z plusu do mínusu. Diodou neprotéká žádný proud, protože je zapojena v opačném směru. Zároveň indukční cívka akumuluje magnetický náboj. Po rozpojení obvodu proud prochází z cívky do zátěže přes reverzní diodu a vytváří tak cestu pro jeho tok.

Je tedy organizováno použití DC-DC měniče s induktorem.

Kromě výše uvedeného používá snižující měnič generátor frekvence, který určuje dobu pauzy mezi otevřením a zavřením klíče, budič, který převádí výstupní impulsy generátoru frekvence na silnější impulsy, aby se zajistilo otevření tranzistoru, a systém řízení generátoru frekvence.

V převodníku se zvyšujícím napětím zkratuje indukční cívka na krátkou dobu zdroj energie, když je klíč sepnutý, což nevytváří přepětí. Proud se výrazně zvýší a indukční cívka akumuluje více energie. Po otevření klíče se energie spotřebuje do nabíjení kondenzátoru a napájení zátěže a cívka se dále nabíjí ze zdroje energie. Energie cívky zvyšuje nabíjecí proud kondenzátoru. Napětí na kondenzátoru se tak stává vyšším než napětí na zdroji energie.

V měniči typu buck-boost má výstupní napětí opačnou polaritu než vstupní napětí.

Když je klíč sepnutý, proud v měniči teče po cestě od kladné strany zdroje napájení k záporné straně zdroje napájení přes klíč a indukční cívku. Během této doby proud neprotéká zátěží, protože je blokován reverzní diodou. Když je klíč rozepnutý, energie akumulovaná v indukční cívce nabíjí kondenzátor a jde do zátěže. Proud teče z cívky přes kondenzátor a zátěž, reverzní diodu zpět do cívky. V DC-DC měniči se snižováním a zvyšováním napětí má kondenzátor opačnou polaritu.

Všechny typy DC-DC měničů s indukčností tedy mají společné principy organizace práce a použití s tím rozdílem, že plní různé funkce: některé produkují menší napětí než ve zdroji energie, jiné více, další jsou univerzální, mohou napětí zvyšovat nebo snižovat.

1. Webové stránky Electrik.info / DC-DC měniče [Elektronický zdroj]. — Přístup k internetu: http://electrik.info/main/praktika/1112-dcdc-preobrazovateli.html, zdarma. Název z obrazovky. — Jazyk: ruština, angličtina.

2. Webové stránky Fonarevka.ru / Pulzní DC-DC měniče [Elektronický zdroj]. — Přístup k souboru: http://forum.fonarevka.ru/showthread.php?t=8028, zdarma. Název z obrazovky. — Jazyk: ruština, angličtina.

3. Webové stránky Terratel.eu / Princip činnosti a typy DC-DC měničů [Elektronický zdroj]. – Přístup: http://www.terratel.eu/ru/does-converter-work.html, zdarma. Název z obrazovky. – Jazyk: ruština, angličtina.

4. Webové stránky Rom.by / A. Obraztsov, S. Obraztsov. Zapojení DC/DC měničů [Elektronický zdroj]. – Přístup: http://www.rom.by/files/shemotehnika.pdf, zdarma. Název z obrazovky. – Jazyk: ruština, angličtina.

5. Webové stránky electonicsclub.ruDC-DC převodník [Elektronický zdroj]. — Přístup k souboru: http://electronicsclub.ru/dc-dc-preobrazovatel/, zdarma. Název z obrazovky. — Jazyk: ruština, angličtina.

SHVETSOV DMITRY VLADIMIROVICH — postgraduální student, Státní technologická univerzita Povolží, Rusko.

Frekvenční měniče (neboli frekvenční měniče) jsou elektronická zařízení pro regulaci frekvence střídavého napětí. Hlavním úkolem frekvenčního měniče je měnit frekvenci otáčení a točivý moment asynchronních elektrických strojů. Princip činnosti řízení a regulace je založen na závislosti rychlosti otáčení magnetického pole na frekvenci napájecího napětí.

Frekvenční měnič pro asynchronní motor

Asynchronní elektromotory jsou široce používány jako pohony pro průmyslová zařízení, čerpací jednotky, regulační ventily a další zařízení. Hlavní nevýhodou těchto elektrických strojů je stálá rychlost otáčení a vysoké startovací proudy. Pomocí frekvenčních měničů je možné tyto nedostatky odstranit a výrazně rozšířit rozsah použití střídavých elektromotorů.

Samotný princip frekvenční regulace asynchronního motoru byl nastíněn již ve 30. letech XNUMX. století. Ale vzhledem k náročnosti technické realizace a slabé materiálové základně v oblasti power klíčů, která v té době existovala, došlo k odladění na pozdější dobu. A nyní, s rychlým rozvojem výkonových tranzistorů a tyristorů IGBT, se vývojář mohl vrátit k tématu regulace frekvence.

V závislosti na typu použitého motoru a vlastnostech elektrické sítě mohou být frekvenční měniče navrženy pro jednofázové nebo třífázové napájení. Jednofázový režim odpovídá jmenovitému síťovému napětí 220 V a třífázový režim odpovídá 380 V.

Princip činnosti frekvenčních měničů

Obecný princip činnosti všech frekvenčních měničů, bez ohledu na jejich modifikace, je následující:

• usměrnění napájecího proudu (přes skupinu diod)
• konstrukce signálu požadované frekvence (přes skupinu tranzistorů s podporou mikrokontroléru)
• charakteristiky filtru při konverzi signálu
• konečné vytvoření výstupního signálu požadovaných parametrů (pomocí indukčnosti)

Různé modely umožňují implementovat následující typy připojení:

• jednofázový vstup – jednofázový výstup
• jednofázový vstup – třífázový výstup
• třífázový vstup – třífázový výstup

Vlastnosti provozu frekvenčního měniče 220v

Použití frekvenčního generátoru 220 V je opodstatněné při použití jednofázové (domácí) elektrické sítě. V tomto případě je možné na výstupu získat signál, který umožňuje řídit třífázový asynchronní motor.

Pro optimalizaci provozu tohoto typu zařízení je motor zapojen v konfiguraci delta. Tím se zabrání výrazné ztrátě energie při provozu systému.

Frekvenční měniče 220V určené pro jednofázové elektromotory lze snadno a jednoduše implementovat do stávajících instalací. Frekvenční generátory fungují jako mezičlánek mezi elektromotorem a napájecí sítí. Po správném propojení „fáze“ a „nuly“ zbývá pouze nakonfigurovat provozní parametry, které optimalizují provoz měniče.

Vlastnosti provozu frekvenčního měniče 380v

Důležitou vlastností třífázového měniče je nejen klasické připojení přímo z rozvodné desky třífázové napájecí sítě, ale také schopnost frekvenčního měniče tohoto typu pracovat z jedné fáze. V tomto případě bude výstupní signál reprezentovat každou ze tří fází 220 V, nikoli 380 V. Zapojení v tomto případě probíhá následovně: elektromotory určené pro napětí 380 V / 220 V se vypínají trojúhelníkem , a elektromotory napájené ze sítě 127 V/220 V – „hvězda“.

Pro získání hodnoty výstupního napětí rovné 380V je při připojení třífázového frekvenčního měniče k jednofázové síti nutné použít jednofázový transformátor 220/380V. Světoznámé značky elektrotechnických výrobků vyrábějí specializované frekvenční měniče se zabudovaným zvyšovacím transformátorem. Na výstupu takové jednotky z jednofázové sítě 220V se vyrábí třífázové napětí 380V.