УДК 621.316.722

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ПОВЫШАЮЩЕ-ПОНИЖАЮЩЕГО КОРРЕКТОРА КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ В РЕЖИМЕ ПРЕРЫВИСТОГО И НЕПРЕРЫВНОГО ТОКОВ ДРОССЕЛЯ

Дроздецкий Сергей Владимирович1, Болобин Илья Андреевич2, Антоненков Владислав Игоревич3
1Филиал ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ» в городе Смоленске, ассистент кафедры электроники и микропроцессорной техники
2Филиал ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ» в городе Смоленске, магистрант кафедры электроники и микропроцессорной техники
3Филиал ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ» в городе Смоленске, магистрант кафедры электроники и микропроцессорной техники

Аннотация
В статье исследованы свойства корректора коэффициента мощности, выполненного на основе последовательно-параллельного преобразователя. Благодаря переходу от мостового выпрямителя к безмостовой структуре удалось повысить КПД. Последовательный ключ на входе силового контура позволяет защитить преобразователь от перегрузок по току и повысить его надежность. Проанализированы основные соотношения для граничного режима тока дросселя и выведены регулировочные характеристики для РНТ и РПТ. Работа преобразователя с замкнутой обратной связью по напряжению проверена в среде MATLAB.

Ключевые слова: , , , , , ,


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Дроздецкий С.В., Болобин И.А., Антоненков В.И. Особенности работы повышающе-понижающего корректора коэффициента мощности в режиме прерывистого и непрерывного токов дросселя // Современные научные исследования и инновации. 2019. № 5 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2019/05/89329 (дата обращения: 02.02.2020).

Неотъемлемой частью силовой электроники являются автономные энергетические системы с аккумуляторными батареями. Подобные системы, энергия в которых формируется генераторами переменного тока, с каждым днём приобретают новые темпы развития. В качестве генератора задействованы генераторы с возбуждением от постоянных магнитов, выходное напряжение которых варьируется в достаточно большом диапазоне. Подобное можно проследить и при работе преобразователя на аккумуляторную батарею: в данном случае напряжение на выходе также варьируется в широких пределах (может превышать или быть меньше напряжения на входе) [1, с. 432].

При работе преобразователя без ККМ потребляемый ток принимает форму кратковременного импульса. Подобное явление значительно уменьшает коэффициент мощности и приводит к неизбежному усилению габаритной мощности генератора. Перечисленные явления, носящие негативный характер, нейтрализуются путём использования ККМ.

Наиболее типовым и часто используемым является последовательно-параллельный преобразователь [2, с. 58]. Синтез данного силового контура и мостового выпрямителя является основой для реализации повыщающе-понижающего ККМ (рис. 1).


Рисунок 1. Однофазный мостовой ККМ

Показанный на рис. 1 силовой контур может быть преобразован. В результате преобразования все полезные свойства данного контура были сохранены, но уменьшилось количество используемых элементов (преобразователь содержит на один диод меньше) (рис. 2).

Показанный на рис. 2 силовой контур, также имеет общую точку напряжения на входе и выходе. Данная особенность обеспечивает параллельное подключение нескольких преобразователей на одну нагрузку и при этом управляющие сигналы от единого ШИМ-контроллера будут следовать на все задействованные транзисторы одновременно [3, с. 16].


Рисунок 2. Однофазный безмостовой ККМ

На различных полупериодах напряжения сети преобразователь обладает различными особенностями и конфигурацией. Для положительного полупериода он являет собой синтез повышающего и понижающего регуляторов, соединенных последовательно, а на отрицательном — являет собой инвертирующий регулятор.

Ещё одной важной особенностью силового контура, показанного на рис. 2, является превосходная возможность самокоррекции в режиме прерывистого тока дросселя, что позволяет исключить из системы управления контур обратной связи, который был необходим для формирования тока синусоидальной формы на входе. Основным недостатком в данном режиме является наличие больших пульсаций тока на входе и низкая эффективность задействованных транзисторов и, как следствие, низкий КПД. В режиме непрерывных токов этот недостаток устраняется, но система управления становится более сложной.

Работа преобразователя в РПТ происходит на трёх временных интервалах: импульса, паузы и отсечки [4, с. 398]. Эквивалентная схема безмостового ККМ на интервале импульса приведена на рис. 3, а на интервале паузы и интервале отсечки на рис. 4.


Рисунок 3. Эквивалентная схема ККМ на интервале импульса


Рисунок 4. Эквивалентная схема ККМ на интервале паузы (а) и интервале отсечки (б)

Регулировочная характеристика в РПТ на положительном и отрицательном полупериодах сети имеет вид:

(1)

где D1 и D2 — относительные длительности интервалов импульса и паузы.
Граничное значение K для РНТ/РПТ:

(2)

Обобщенная регулировочная характеристика для РПТ и РНТ имеет следующий вид:

(3)

Регулировочные характеристики преобразователя показаны на рис. 5. Прямые линии на рис. 5 демонстрируют работу преобразователя в РПТ с изменяющимся значением K, кривая линия соответствует РНТ.


Рисунок 5. Регулировочные характеристики безмостового ККМ в РНТ и РПТ

Как видно из регулировочных характеристик, свойства преобразователя сильно зависят от режима работы тока дросселя. 
Выражение для расчета дросселя безмостового ККМ в РПТ:

(4)

Минимальное значение дросселя достигается при максимальной мощности нагрузки и минимальном действующем напряжении:

(5)

где fK – частота коммутации. 
Емкость конденсатора на выходе ККМ:

(6)

где kП – коэффициент пульсаций напряжение на выходе.
Результаты вычислений индуктивности и ёмкости с учётом запаса 20%: ёмкость конденсатора 3000 мкФ, индуктивность дросселя 11 мкГн.
Коэффициент заполнения импульсов зависит от действующего напряжения сети, но не зависит от мгновенного значения сети:

(7)


Рисунок 6. Модель безмостового ККМ в MATLAB c обратной связью по напряжению

Для доказательства возможности работы безмостового ККМ с одноконтурной системой управления было проведено моделирование в MATLAB/Simulink (рис. 6, рис. 7). Исследование модели показало, что преобразователь с замкнутой обратной связью по напряжению работает устойчиво, параметры реактивных элементов рассчитаны верно.


Рисунок 7. Ток дросселя и выходное напряжение безмостового ККМ в MATLAB

Возможность самокоррекции позволяет отказаться от токового контура в системе управления и значительно упрощает проектирование по сравнению с системами подчиненного регулирования. Защита преобразователя от перегрузок по току в РПТ обязательна, но она реализуется намного проще за счет релейного характера блока отслеживания тока и отсутствия проблем с устойчивостью.

Поделиться в соц. сетях

0

Библиографический список
  1. Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника. — М.: Техносфера, 2005.  — 632 с.
  2. Ф. Чаки, И. Герман, И. Ипшич. Силовая электроника: Примеры и расчёты — М.: Энергоиздат, 1982.
  3. Колпаков А.И. В лабиринте силовой электроники. — СПб.: Буковского, 2000. — 96 с.
  4. Семёнов Б.Ю. Силовая электроника: профессиональные решения. — М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2011.—416 с.


Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «Болобин Илья Андреевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация