Широтно импульсный преобразователь. Широтно-импульсные преобразователи: принципы работы, виды и применение

Что такое широтно-импульсный преобразователь. Как работают понижающие, повышающие и инвертирующие ШИП. Какие преимущества дает использование ШИМ в силовой электронике. Какие основные типы ШИМ применяются в современных преобразователях.

Основные принципы работы широтно-импульсных преобразователей

Широтно-импульсный преобразователь (ШИП) — это устройство силовой электроники, которое преобразует постоянное напряжение одного уровня в постоянное напряжение другого уровня с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Основной принцип работы ШИП заключается в быстром переключении силовых ключей, что позволяет регулировать среднее значение выходного напряжения.

Ключевые особенности работы ШИП:

• Используются полностью управляемые ключи (транзисторы, IGBT)
• Высокая частота коммутации (обычно 1-100 кГц)
• Регулирование выходного напряжения изменением скважности импульсов
• Высокий КПД за счет работы ключей в ключевом режиме

Как работает регулирование в ШИП? Напряжение на выходе преобразователя определяется соотношением:

U_вых = U_вх * γ

где γ — коэффициент заполнения импульсов (скважность), U_вх — входное напряжение.

Основные типы широтно-импульсных преобразователей

Существует три основных типа ШИП в зависимости от схемы включения силовых ключей и дросселя:

1. Понижающий ШИП

В понижающем ШИП ключ и дроссель включены последовательно с нагрузкой. Такая схема позволяет получить на выходе напряжение ниже входного.

Основные особенности:

• U_вых < U_вх
• Простая схема
• Высокий КПД
• Хорошая фильтрация выходного напряжения

2. Повышающий ШИП

В повышающем ШИП дроссель включен последовательно, а ключ — параллельно нагрузке. Это позволяет получить на выходе напряжение выше входного.

Ключевые характеристики:

• U
  вых > U_вх
• Более сложная схема
• Хуже использование элементов по сравнению с понижающим ШИП
• Сложнее обеспечить стабилизацию выходного напряжения

3. Инвертирующий ШИП

В инвертирующем ШИП дроссель включен параллельно, а ключ — последовательно с нагрузкой. Такая схема позволяет получить на выходе напряжение противоположной полярности.

Основные свойства:

• Изменение полярности выходного напряжения
• Возможность как повышения, так и понижения напряжения
• Более сложная схема управления

Преимущества использования ШИМ в силовой электронике

Широтно-импульсная модуляция имеет ряд важных преимуществ при применении в силовых преобразователях:

• Высокий КПД преобразования (до 98%)
• Малые габариты и вес устройств
• Простота регулирования выходных параметров
• Возможность работы в широком диапазоне входных напряжений
• Хорошая электромагнитная совместимость

Эти преимущества обусловили широкое применение ШИМ в современной силовой электронике.

Основные виды ШИМ в силовых преобразователях

В современных преобразователях применяются различные виды ШИМ:

1. Синусоидальная ШИМ

Наиболее распространенный вид ШИМ. Модулирующий сигнал имеет синусоидальную форму. Обеспечивает хороший гармонический состав выходного напряжения.

2. Пространственно-векторная ШИМ

Обеспечивает более эффективное использование напряжения звена постоянного тока. Применяется в трехфазных инверторах.

3. ШИМ с предмодуляцией третьей гармоникой

Позволяет увеличить амплитуду основной гармоники выходного напряжения без перемодуляции.

4. Многоуровневая ШИМ

Используется в многоуровневых преобразователях для улучшения гармонического состава.

Применение широтно-импульсных преобразователей

ШИП широко применяются в различных областях:

• Источники бесперебойного питания
• Электроприводы постоянного и переменного тока
• Зарядные устройства
• Системы электропитания транспортных средств
• Возобновляемая энергетика (солнечные инверторы)
• Сварочные аппараты

Широкое распространение ШИП обусловлено их высокой эффективностью и гибкостью в управлении.

Ключевые параметры при проектировании ШИП

При разработке широтно-импульсных преобразователей необходимо учитывать следующие ключевые параметры:

• Частота коммутации силовых ключей
• Индуктивность дросселя
• Емкость выходного фильтра
• Тип и параметры силовых ключей
• Алгоритм управления ключами

Правильный выбор этих параметров позволяет обеспечить высокую эффективность и надежность работы преобразователя.

Тенденции развития ШИП

Основные направления совершенствования широтно-импульсных преобразователей:

• Повышение рабочих частот
• Применение новых типов силовых полупроводников (SiC, GaN)
• Разработка новых топологий схем
• Совершенствование алгоритмов управления
• Интеграция силовой и управляющей части

Эти тенденции направлены на дальнейшее повышение эффективности, надежности и удешевление ШИП.

Заключение

Широтно-импульсные преобразователи являются ключевым элементом современной силовой электроники. Они обеспечивают высокоэффективное преобразование электроэнергии в широком диапазоне мощностей. Дальнейшее развитие ШИП связано с совершенствованием элементной базы и алгоритмов управления.

1.4 Широтно — импульсные преобразователи

Широтно — импульсные преобразователи (ШИП) предназначены для регулирования величины выходного напряжения методом широтно — импульсной модуляции (ШИМ) при сохранении на выходе того же рода тока, что и на входе. В зависимости от рода тока различают ШИП постоянного и переменного напряжений. В

ИВЭП применяются ШИП постоянного напряжения; они предназначаются для стабилизации напряжения и ограничения токовых перегрузок.

В зависимости от сложности выполняемой преобразовательной функции различают простые и составные ШИП. Простые ШИП выполняют элементарные функции понижения и повышения напряжения и имеют наиболее простые силовые схемы. Составные ШИП получают соединением простых, что позволяет реализовать более сложные функции.

На рис. 1.4.1,а показан понижающий ШИП. Силовая схема, наведенная жирными линиями, состоит из источника постоянного напряжения u_п как источника питания, коммутатора, выходного фильтра и нагрузки Z_н. Коммутатор состоит из последовательного управляемого ключа (транзистор VT) и параллельного неуправляемого (диода VD). В ИВЭП применяют чаще всего двухзвенный

Г — образный фильтр, состоящий из дросселя L как основного звена и конденсатора С как дополнительного. Дроссель необходим для выделения среднего значения импульсного напряжения на выходе коммутатора ШИП, поскольку при ШИМ регулируется именно среднее значение. Конденсатор улучшает фильтрацию при больших сопротивлениях нагрузки, когда условие , необходимое для эффективного подавления пульсаций, трудно выполнить. Кроме того, нагрузка часто содержит импульсные потребители тока. При отсутствии конденсатора в моменты нарастания и спада тока возникали бы кратковременные просадки и выбросы напряжения нагрузки. В результате совместного действия дросселя и конденсатора напряжениеu_н хорошо сглажено. При последующем анализе процессов положим его идеально сглаженным. Последовательный и параллельный ключи проводят ток поочередно. При включении в момент

t₀ транзистора напряжение питания u_п поступает на выход коммутатора и запирает диод VD (рис.1.4.1,б). Разность между ним и напряжением нагрузки u_н прикладывается к дросселю L и в нем запасается энергия, то есть ток i_в нарастает (рис.1.4.1,в). Ток i_в протекает на этом интервале в контуре u_п,L,u_н,VT. При выключении транзистора в момент t₁ э.д.с. самоиндукции дросселя, которая стремится по правилу Ленца поддержать спадающий ток, приобретает полярность, помеченную на рис.1.4.1,а. Это приведет к отпиранию диода и ток i_в замкнется в контуре L, u_н, VD. Он поддерживается за счет запасенной в дросселе энергии. Энергия убывает, поэтому ток спадает. Выходная цепь коммутатора на этом интервале замкнута накоротко проводящим диодом, поэтомуu_в=0. Затем процессы повторяются с периодом Т_п. Входной ток i_d (на рис.1.4-1,в показан штриховкой) также имеет импульсную форму: он совпадает с током i_в при проводящем транзисторе.

В установившемся режиме напряжение на индуктивности L (на рис.1.4-1,а показано штриховкой) имеет нулевое среднее значение, поскольку индуктивное сопротивление L на постоянном токе равно нулю. Следовательно, среднее напряжение нагрузки равно среднему значению выходного напряжения коммутатора за период:

, (1.4.1)

где — коэффициент заполнения — относительная длительность интервала, когда включен управляемый ключ.

Можно говорить, таким образом, о том, что в понижающем ШИП входное постоянное напряжение преобразуется в импульсное, а напряжение и ток нагрузки, вследствие инерционности выходного фильтра, определяются средним значением импульсного напряжения u_в.

Можно представить себе также механический аналог понижающего ШИП. Движется тяжелое транспортное средство, например, поезд, в котором двигатель включается периодически на определенный интервал времени, а остальное время поезд движется по инерции. Вследствие большой массы поезда скорость его движения определяется не мгновенным, а средним усилием, создаваемым двигателем.

Изменяя коэффициент заполнения , можно регулировать среднее напряжение на выходе коммутатора, а, следовательно, и напряжение нагрузки

u_н от нуля (при =0) до u_п (при =1). Систему управления, которая это производит, называют широтно — импульсным модулятором. Ее узлы показаны на рис. 1.4-1,а тонкими линиями.

Задающий генератор ЗГ дает короткие импульсы с частотой широтно — импульсной модуляции (ШИМ) (рис. 1.4-1,г). Ими запускается в действие генератор пилообразного (опорного) напряжения u_оп, которое сравнивается с управляющим напряжением u_у, вырабатываемым регулятором Р (рис. 1.4-1,д). В точках их равенства срабатывает компаратор КМ, выходной сигнал которого (рис. 1.4-1,е) через формирователь, на схеме не показанный, поступает на включение силового управляемого ключа. Регулятор выполняется как усилитель разности (рассогласования) между выходным сигналом датчика напряжения ДН, пропорциональным фактическому напряжению нагрузки u_н, и заданием u_з по этому параметру.

В повышающем ШИП в сравнении с понижающим (рис. 1.4-2) изменяется наоборот направление потока мощности, а, следовательно, меняются местами источник питания и нагрузка. Поскольку при этом изменяет направление ток дросселя, то должно быть изменено направление проводимости ключей коммутатора и их тип. Параллельный ключ должен стать управляемым, так как в противном случае источник питания u_п будет удерживать ключ (диод) в открытом состоянии и разомкнутое состояние не может быть реализовано. В последовательном ключе достаточен диод, так как разомкнутое состояние обеспечивается автоматически напряжением u_н при включенном VT.

При включении в момент t₁ транзистора VT диод VD запирается, а источник питания подключается к дросселю L, в результате чего в дросселе запасается энергия. Ток на этом интервале протекает в контуре u_п,L,VT. При выключении транзистора в момент t₂ э.д.с. самоиндукции дросселя, стремящаяся поддержать ток, приобретает полярность, помеченную на рис.1.4-2,а. Добавляясь к напряжению u_п, она открывает диод VD и ток i_d начнет протекать через нагрузку (контур u_п,L,VD,u_н). Мощность нагрузки на этом интервале покрывается не только за счет источника питания u_п, но и за счет запасенной энергии в дросселе L, что и обеспечивает напряжение нагрузки более высокое, чем питающее.

Можно представить себе следующий механический аналог повышающего ШИП. Пусть на пути тяжелого транспортного средства периодически встречаются короткие крутые подъемы, которые не могут быть преодолены только за счет тяги, развиваемой двигателем. Если эти подъемы чередуются с длинными участками ровной дороги, на которых транспортное средство может развить достаточную скорость, то преодоление подъемов достигается за счет совместного действия тяги двигателя и энергии движения.

В установившемся режиме среднее напряжение на индуктивности L равно нулю и, следовательно, напряжение питания u_п равно среднему значению входного напряжения коммутатора (рис.1.4-2,б)

, откуда (1.4.2)

При =0 имеем u_н=u_п, при 0 u_нu_п, а при 1 напряжение нагрузки растет неограниченно. В реальном ШИП оно ограничивается за счет падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника питания, которое при выводе (1. 4.2) не учитывалось. Однако этот фактор действует лишь под нагрузкой, а на холостом ходу может получиться очень большое напряжение на выходе, которое в состоянии пробить конденсатор С или диод VD.

Из сказанного вытекает существенный недостаток повышающего ШИП: он не позволяет эффективно ограничивать токовые перегрузки при коротких замыканиях на выходе, поскольку напряжение нагрузки не может в нем регулироваться до нуля. Поэтому повышающий ШИП в чистом виде применяется реже понижающего. Однако он входит в качестве узла в составные ШИП, в частности, в полярно — реверсирующий, который широко используется в ИВЭП.

Персональный сайт — 8) Широтно-импульсные преобразователи. Принцип работы, достоинства и недостатки.

8) Широтно-импульсные преобразователи. Принцип работы, достоинства и недостатки.

ШИП — широтно-импульсный преобразователь, генерирующий ШИМ-сигнал по заданному значению управляющего напряжения. Основное достоинство ШИП — высокий КПД его усилителей мощности, который достигается за счёт использования их исключительно в ключевом режиме. Это значительно уменьшает выделение мощности на силовом преобразователе (СП).

8.1.Процессы в транзисторных широтно-импульсных преобразователях 

Изменение величины напряжения потребителя посредством импульсного модулирования входного напряжения называют им­пульсным регулированием. Сущность его состоит в периодичес­ком дозировании потока энергии, передаваемого от источника питания потребителю и обратно. Регулирование напряжения на нагрузке можно осуществлять путем изменения параметров вы­ходных импульсов: их длительности τu и периода следования Т. Отсюда можно получить несколько способов импульсного регули­рования, а именно:

 

 1) широтно-импульсный, при котором τu = var, T=const;         

 2) частотно-импульсный, при котором τu=const ,T=var;

 3) широтно-частотный, при котором τu = var, T=var.

 

Чаще всего применяется широтно-импульсное регулирова­ние, при использовании которого достоинства импульсных мето­дов управления проявляются в наибольшей степени.

Выходные каскады широтно-импульсных преобразователей проще выполнять на полностью управляемых вентилях: транзис­торах и двухоперационных тиристорах, отпирание и запирание которых производится с помощью управляющих импульсов.

При выходной мощности до нескольких десятков кило­ватт   в качестве ключей целесообразно применять транзисторы.

Основными достоинствами транзисторных импульсных преоб­разователей по сравнению с тиристорными являются высокая частота коммутации, позволяющая получать благоприятный спектр выходного напряжения и тока, и полная управляемость, приводящая к отсутствию узлов принудительной коммутации. Не­достатком является наличие коммутационных перенапряжений на транзисторах. Поэтому транзисторные импульсные преобразователи и применяют­ся в источниках вторичного электропитания для вычислительных машин, в системах связи, устройствах автоматики, а также в автоматизированных системах электропривода малой и средней мощности.

 

Классификация широтно-импульсных преобразователей.

Широтно-импульсные преобразователи (ШИП) можно класси­фицировать по ряду признаков.

Как указывалось выше, ШИП можно различать в зависимости от типа используемых в силовой части полупроводниковых при­боров:

а) ШИП на полностью управляемых вентилях; 

б) ШИП на тиристорах.

Указанные ШИП разделяют на нереверсивные и реверсивные.

Нереверсивные ШИП преобразуют входное напряжение в импульсное постоянной амплитуды и полярности, но        различной длительности.

Реверсивные ШИП преобразуют входное напряжение или в переменное разной по полупериодам длительности, или в им­пульсное постоянной амплитуды, разной длительности и поляр­ности.

Нереверсивные ШИП в зависимости от места включения управляе­мого вентиля и дросселя фильтра подразделяют на три типа:

1)        понижающие ШИП, в которых управ­ляемый полупроводниковый прибор и дроссель фильтра   включены последовательно с нагрузкой;

2)        повышающие ШИП, в которых дрос­сель включается последовательно, а управляемый вентиль — па­раллельно нагрузке;

3)        инвертирующие ШИП, в   которых управляемый вентиль включен последовательно, а дроссель параллельно по отношению к нагрузке.

 

8.2 Широтно-импульсные преобразователи понижающего типа. 

Импульсный преобразователь понижающего типа, является преобразователем постоянного напряжения. Полупро­водниковые управляемые ключи, регулирующие процесс передачи электрической энергии от источника питания к нагрузке, ха­рактеризуются двумя состояниями: «замкнуто» и «разомкнуто».

На рис. 6.1,а приведен широко распространенный вариант импульсного преобразователя напряжения понижающего типа (ИПП-1) с диодно-транзисторным переключателем, схема заме­щения которого показана на рис.6.1,6.

Роль регулирующего элемента выполняет транзистор VT. В выходную цепь преобразователя входит нагрузка ZН активно-индуктивного характера и сглаживающий фильтр, в общем случае содержащий дроссель  Lф   и конденсатор  Сф .

Диод VD, включенный в обратном направлении относитель­но напряжения выходной цепи, является необходимым элементом схемы и предназначен для создания в ней контура протекания тока нагрузки при размыкании управляющего ключа.

На интервале включенного ключа SW1 (pис.6.I,в) напряже­ние питания Ud подключается к сглаживающему фильтру и вы­ходное напряжение   Uн=Ud .

Обратный диод VD закрыт и через нагрузку протекает ток iН от источника питания. Ток будет достигать максималь­ного значения в момент размыкания ключа SW1  (рис.6.1,г).

Рис.6.1. Импульсный преобразователь понижающего типа с диодно-транзисторным переключателем.

 

Далее, напряжение на дросселе изменяет полярность, ток через нагрузку начинает уменьшаться и протекать по контуру через обратный диод, UH = 0.

После замыкания ключа SW2. возможны различные режимы работы схемы, определяемые характером изменения тока.

В конце интервала приложения напряжения ток iH может быть положительным или равным нулю. Первый случай получил название режима непрерыв­ного тока, его временные диаграммы приведены на рис. 6.2. Ука­занный режим возникает, если в конце интервала дискретности сохраняется часть энергии, накопленной реактивными элемента­ми: дросселем Lф и индуктивностью нагрузки LH.

Рис.6.2. Временные диаграммы напряжения и токов понижающего преобразователя в режиме непрерывно­го тока

 

            Если же запасаемая энергия равна нулю, то возникает вто­рой случай, называемый режимом прерывистого тока (риc.6.3).

Рис.6.3. Временные диаграммы напряжения ж токов по­нижающего преобразователя в режиме непрерывного тока

 

Характер изменения тока в нагрузке в значительной степе­ни определяет вид количественных, соотношений, описывающих схемы импульсных преобразователей напряжения.

Следует отметить, что режим непрерывного тока при по­вышенной мощности нагрузки и широком диапазоне ее изменения по сравнению с режимом прерывистого тока обеспечивает преоб­разователям определенные положительные свойства.

Среднее значение напряжения на нагрузке равно:

где      γ = τи/T коэффициент заполнения импульсов; τи  — длительность импульсов;    Т   — период коммутации;   Ud — на­пряжение источника.

Таким образом, изменяя величину коэффициента заполне­ния, можно получать на выходе широтно-импульсного преобразователя различные значения среднего напряжения на нагрузке, которое для преобразователей понижающего типа меньше напря­жения   источника питания.

Мгновенные значения тока нагрузки во время импульса и паузы могут быть получены различными способами, например, из решения дифференциальных уравнений, описывающих электро­магнитные процессы в преобразователе.

В режиме непрерывного тока указанные уравнения имеют вид при условии, что внутреннее сопротивление источника пи­тания и активное сопротивление дросселя стремятся к нулю

где L — суммарная индуктивность фильтра и нагрузки; RH -активное сопротивление цепи     нагрузки.

Решение для тока нагрузки имеет вид:

постоянная времени цепи нагрузки.

Максимальное и минимальное значения тока нагрузки (тока через транзистор и обратный диод) можно найти из выраже­ния (5.1) для моментов     t=0 и t = tи :

Амплитуда пульсаций тока нагрузки

(5.2)

Из выражения (2.2) следует, что амплитуда     максимальна при    γ = 0,5.

Среднее значение тока нагрузки

определяется средним значением напряжения и     сопротивлением нагрузки.

В режиме прерывистого тока амплитуда размаха   пульсаций тока зависит от его максимального значения:

8. 3 Импульсный преобразователь постоянного напряжения повышающего типа.

На рис.6.4,а приведена простейшая силовая схема повы­шающего импульсного преобразователя постоянного напряжения с параллельным включением транзистора и нагрузки и последова­тельным по отношению к ним включением дросселя Iф, Схема замещения такого преобразователя показана на рис.6.4,б.

При открытом состоянии транзистора VT дроссель Lф под­ключен к источнику электрической энергии, диод VD закрыт, на­грузка от источника отключена и конденсатор поддерживает уро­вень выходного напряжения.

На указанном интервале времени ток iL через дроссель увеличивается до максимального значения (рис.6.4,в). При за­пирании транзистора, т.е. при размыкании ключа SW1 и замыкании SW2 (рис.6.4,г), энергия, накопленная в дросселе на первом интервале, поступает на выход схемы в RC-цепь. При этом ток дросселя Lф уменьшается по линейному закону, до­стигая в конце интервала своего минимального значения. Если преобразователь работает в режиме непрерывного тока (рис. 6.5), то максимальное и минимальное значения тока дросселя, тран­зистора и диода определяются следующими выражениями:

Рис.6.4. Импульсный преобразователь напряжения повышающего типа

Рис.6.5. Временные диаграммы токов и напряжений повышающего преобразователя в режиме непрерывного тока

 

Амплитуда пульсаций тока дросселя

Среднее значение тока нагрузки будет определяться   то­ком дросселя на втором участке периода коммутации

где Тэ=Lф/Rэ;  t0 – момент запирания транзистора

Если принять допущения, что пульсации входного и выход­ного токов, а также напряжения питания отсутствуют, можно получить из выражения (2.3) уравнения внешней характеристи­ки:  

где RВH  — внутреннее сопротивление источника литания; Е — ЭДС источника.

При увеличении сопротивления нагрузки ток IL уменьшает­ся быстрее и может наступить режим прерывистых токов дроссе­ля (рис.6.6).

Рис.6.6. Временные диаграммы токов и напряжений повышающего преобразователя в режиме прерывис­того тока.

 

Если в режиме непрерывного тока за счет увеличения ин­дуктивности размах пульсаций можно сделать сколь угодно ма­лым, то в режиме прерывистого’ тока

8.4 Инвертирующий широтно-импульсный преобразователь.

В инвертирующем ШИП (рис. 6,7,а, б) дроссель фильтра включен параллельно, а мощный транзистор —   последовательно по отношению к нагрузке.

При открытом состоянии силового транзистора VT диод VD закрыт под действием сумм напряжений источника питания и нагрузки, приложенных к нему в обратном направлении, вслед­ствие чего, нагрузка от источника электроэнергии отключена (рис.6,7,.в). При этом параллельно источнику подклинен дрос­сель   Lф, в котором происходит накопление энергии.

В момент закрывания транзистора VT энергия, накоплен­ная в дросселе, поступает в конденсатор Сф и нагрузку через открывшийся диод (рис.2.7,г), а полярность выходного напря­жения преобразователя будет противоположной полярности пи­тающего напряжения. Временные диаграммы токов и напряжения для режима непрерывного тока дросселя приведены на рис. 6.8.

Для режима непрерывного тока учитываем, что при откры­том состоянии транзистора к дросселю приложено напряжение питании   Ud , а при закрытом — UH.

Максимальное и минимальное значения тока дросселя, тран­зистора и диода:

Рис.6.7. Инвертирующий преобразователь постоянного напряжения

Рис.6.9. Временные диаграммы токов и напряжений ин­вертирующего преобразователя в режиме прерывистого тока.

 

Граница между режимами непрерывного и прерывистого   то­ков может быть определена неравенством:

где γVT относительная продолжительность открытого со­стояния транзистора   VT.

При выполнении указанного неравенства имеет место ре­жим непрерывного тока.

Инвертирующий ШИП, как и повышающий преобразователь, позволяет получать выходное напряжение выше напряжения   ис­точника питания.

В отечественной литературе встречаются и другие назва­ния ШИП с последовательным включением ключа и параллельным включением дросселя. Например, такие преобразователи называют реверсирующими.

Необходимо отметить, что повышающий и инвертирующий пре­образователи характеризуются худшим использованием элементов фильтра, значительно большими габаритами и массой, большим внутренним сопротивлением, худшим использованием по току ре­гулирующего транзистора и диода по сравнению с понижающим преобразователем.

 

8.5 Реверсивный широтно-импульсный преобразователь 

В приведенных схемах преобразователей напряжение на вы­ходе имеет один знак. Для получения переменного напряжения применяются реверсивные преобразователи. Наиболее распростра­ненной из них является схема, построенная на основе понижаю­щего преобразователя. Для пояснения ее работы вначале рас­смотрим модификацию схемы понижающего преобразователя, по­казанную на рис.6.10,а. При включении транзисторов образует­ся такой же контур (рис.2.10,б), как в понижающем преобразо­вателе, и на участке

0 < t < γT ток возрастает. При выклю­чении обоих транзисторов за счет ЭДС дросселя включаются ди­оды и образуется контур (рис. 2.10, в), в который, в отличие от контура с проводящим диодом понижающего преобразователя, вхо­дит источник Ud, подключенный к нагрузке с противоположной полярностью. В результате на участке γT < t < T напряжение на нагрузке отрицательно, а ток уменьшается быстрее. Источник напряжения должен допускать протекание обратного тока через него, обычно это осуществляется включением конденсатора С, параллельно источнику напряжения, как показано пунктиром на рис.6.10,а.

Если к моменту очередного включения транзисторов ток не успевает уменьшаться до нуля, то он имеет непрерывный харак­тер, как показано на рис.2.II,а. Такой режим именуется не­прерывным, в этом режиме включены или транзисторы, или ди­оды. Если ток уменьшится до нуля раньше момента включения транзисторов, то происходит выключение диодов и в кривых то­ка и напряжения появляется участок с нулевым значением (рис.6.11,б), где все вентили выключены. Такой режим имену­ется прерывистым.

Среднее значение напряжения на нагрузке UH  равно:

Рис. 6.10. ШИП понижающего типа с форсированным спадом тока:

 а — схема преобразователя;  б -контур протекания тока при замкнутых тиристо­рах;

в — контур для протекания тока при замк­нутых диодах.

Рис.6.II. Временные диаграммы процессов в схеме преобразователя:

а — при непрерывном токе на­грузки; 6 — при прерывистом токе   нагрузки.

Рис.6.12. Схема реверсивного ШИП.

Рис.6.13. Временные диаграммы процессов в схеме реверсивного преобразователя

 

            Хотя выходное напряжение в этой схеме может принимать отрицательные значения, но VH  и так не могут быть отрицательными, поэтому данную схему нельзя использовать в качестве реверсивного преобразователя. Объединяя две подобные схемы, получим реверсивный преобразователь, показанный на рис. 6.12, диаграмма его работы приведена на рис. 6.13, где элементы схемы, проводящей ток на каждом интервале времени отмечены их позиционными обозначениями.

            Диаграмма на рис. 6.13 соответствуют случаю симметричного управления, когда на оба диагональных транзисторах подаются одинаковые сигналы. Применяя несимметричное уравнение, например, оставляя закрытыми транзисторы VT3 и VT4 и открытым транзистор VТ2, можно получить однополярное напряжение.

NPTEL :: Электротехника — Широтно-импульсная модуляция для силовых электронных преобразователей

Модули/Лекции

• Смотреть на YouTube
• Задания
• Стенограммы
• Книги

• Английский

900 34 Низкая частота ШИМ II 900 34 Скачать
Проверено 900 34 25 9 0030 9 0023

Сл.№	Название главы	Английский
1	Электронные переключатели	Скачать Проверено
2	Преобразователи постоянного тока	Скачать Проверено
3	Преобразователи постоянного тока в переменный	Скачать Проверено
4	Многоуровневые преобразователи — I	Скачать Проверено
5	Многоуровневые преобразователи — II	Скачать Проверено
6	Применение преобразователя источника напряжения I	Скачать Проверено
7	Применение преобразователя источника напряжения II	Скачать Проверено 9003 5
8	Применение преобразователя напряжения III	Скачать Проверено
9	Назначение PWM-I	Скачать Проверено
10	Назначение PWM-II	Скачать Проверено
11	Низкая частота ШИМ — I	Скачать Проверено
12	Скачать Проверено
13	Селективное подавление гармоник	Скачать Проверено
14	Оптимизированная широтно-импульсная модуляция	Скачать Проверено
15	Синусно-треугольная широтно-импульсная модуляция	Скачать Verified
16	Гармоническая инжекция с широтно-импульсной модуляцией
17	Широтно-импульсная модуляция с зажимом шины	Скачать Проверено
18	ШИМ на основе сравнения треугольников для трехфазного инвертора	Скачать Проверено
19	Концепция пространственного вектора	Скачать Проверено
20	ШИМ	Скачать Проверено
21	ШИМ-зажим на основе пространственного вектора	Скачать Проверено
22	Усовершенствованная ШИМ с фиксированием шины на основе пространственного вектора	Скачать Проверено
23	Гармонический анализ методов ШИМ	Скачать Проверено
24	Анализ среднеквадратичных пульсаций линейного тока с использованием понятия пульсаций потока статора	Скачать Проверено
Оценка среднеквадратичных пульсаций линейного тока с использованием понятия пульсаций потока статора	Скачать Проверено
26	Анализ и проектирование методов ШИМ с точки зрения пульсаций линейного тока	Скачать Проверено
27	Мгновенный и средний ток звена постоянного тока в инверторе источника напряжения инвертор-источник	Скачать Проверено
29	Анализ пульсаций момента в асинхронных двигателях — I	Скачать Проверено
30	Анализ пульсаций момента в асинхронных двигателях — II	Скачать Проверено
31	Оценка потерь проводимости в трехфазном инверторе	Скачать Проверено
32 9003 5	Оценка коммутационных потерь в трехфазном инверторе	Скачать Проверено
33	Схема ШИМ для снижения коммутационных потерь в трехфазном инверторе	Скачать Проверено
34	Влияние мертвого времени на выходное напряжение инвертора для непрерывных схем ШИМ	Скачать Проверено
35	Влияние времени простоя на выходное напряжение инвертора для схем ШИМ с ограничением по шине	Скачать Проверено
36	Анализ перемодуляции в синусоидально-треугольной ШИМ из пространственного вектора перспектива	Скачать Проверено
37	Перемодуляция инвертора с пространственно-векторной модуляцией	Скачать Проверено
38	ШИМ для трехуровневого инвертора с зажимом в нейтральной точке I	Скачать Проверено
39	ШИМ для трехуровневого инвертора с зажимом в нейтральной точке — II	Скачать Проверено
40	ШИМ для трехуровневого инвертора с фиксацией нейтральной точки — III	Язык	Ссылка на книгу
1	Английский	Недоступно
2	Бенгальский	Недоступно
3	Гуджарати	Недоступно
4	Хинди	Недоступно
5	Каннада	Недоступно
6	Малаялам	Недоступно
7	Маратхи	Недоступно
8	Тамильский	Недоступно
9	Телугу	Недоступно

Широтно-импульсная модуляция — MATLAB и Simulink

Перейти к содержимому

Основное содержание

Генераторы широтно-импульсной модуляции

Генерация волн широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для силового преобразователя контроль.