ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ИХ ПАРАЛЛЕЛЬНОМ ВКЛЮЧЕНИИ
21 июля 2010Фадеев И.С.
Научный руководитель: Ярославцев Е.В.
Томскийполитехническийуниверситет, 634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, 30
Преобразователь постоянного напряжения понижающего типа (далее ППН) широко использу ется в преобразовательной технике для стабили зации напряжения, тока, а также их регулирова ния. ППН имеет ключ на входе, что обуславливает прерывистый характер потребляемого из первич ного источника тока [2]. Это приводит к большим пульсациям питающего напряжения, что нежела тельно. Обычно, для уменьшения величины пуль саций, используют фильтровые конденсаторы на входе преобразователя. Однако, с уменьшением величины коэффициента заполнения (далее γ), коэффициент расчетной мощности (далее Sc) фильтрового входного конденсатора, рассчиты ваемый, рассчитываемый по выражению (1) (где Iсд – действующее значение тока конденсатора,
Ucд – действующее значение напряжения на кон денсаторе, и Pн – активная мощность нагрузки), сильно возрастает. Это происходит в результате возрастания действующего значения входного тока при неизменной величине среднего. Данное обстоятельство вынуждает увеличивать емкость фильтрового конденсатора. Также возрастает и уровень электромагнитных помех, наводимых преобразователем на первичный источник [1].
Icд×UcдSс= (1)
Pн
Одним из способов снизить негативное влияние прерывистого характера входного тока является исполь зование нескольких ППН, включенных параллельно, то есть объединенных по входу и по выходу (рис. 1).
Частота работы всех ППН одинакова и при количе стве ячеек ППН, равном N, ключи отдельных ячеек вклю чаются со сдвигом по фазе между собой в 1/N периода.
Рис. 1. Параллельное включение ППН
Ниже (рис. 2) в одном масштабе приведены диа граммы входного тока преобразователя для случаев N = 1, 2, 3 и γ = 0.4 = const при постоянной мощности нагруз ки. Видно, что при сохранении средней величины по требляемого тока, то есть при сохранении мощности нагрузки, амплитуда тока заметно уменьшается, то есть снижается и действующий ток. Это следует также и из зависимости относительной величины входного дейст вующего тока от γ. Данная величина является отноше нием величины входного действующего тока преобразо вателя при N > 1, к этой величине в случае N = 1. Зави симость изображена на рис. 3, и построена по выраже нию (2) для случаев N = 2, 3. Здесь и далее принято, что все элементы схемы идеальны, а пульсации выходного напряжения отсутствуют.
T
∫v
0
(t)]2dt
Анализ графиков показал, что при γ < 1/N дей ствующий ток уменьшается в 1/√N раз. В осталь ной области изменения γ зависимость представ ляется в виде сложного многочлена и поэтому в аналитическом виде не приводится.
Из зависимости на рис. 4 видно, что Sc фильтрового конденсатора ощутимо падает при переходе от использования традиционной схемы к схеме с параллельным включением ячеек.
bx(N>1)
н^^у(16у2 (у-1 ) 2+3^ш2
(2)
Рис. 2. Входной ток преобразователя
0.9 1двх(К=2) 1двх(Ы=1) о.8
1двхр1=3) 0 7 1двхСМ=1)
0.6
0.5
Логичным следствием уменьшения величины входного действующего тока является и уменьше ние Sc фильтрового конденсатора на входе. Зави симость данной величины от γ изображена на рис. 4. Графики построены по выражениям (3) и (4) для случаев N = 1, и N = 2, 3 соответственно, как и ранее, при условии постоянства величины тока нагрузки во всем диапазоне изменения γ. Также как и выше, в аналитическом виде выражение представлено только при γ < 1/N.
|
1 |
16у2(у-1)2-3£шш2(уЛ^-1)
|
(3) |
|
3уЛ^ |
SС (у)
Bmin\
|
∫Pbx(7V>1)( )-У^н] ^ (4) |
1
=
|
г |
|
0 |
SСs^
Приведенные выше зависимости позволяют сде лать следующие выводы. 1. При параллельном включении ППН, в случае N = 2,
действующая величина входного тока уменьшается:
• в 1,41 раза при γ < 0,5
• в среднем в 1,2 раза при 0,5 < γ < 0,8 в случае N = 3:
• в 1,73 раза при γ < 0,33
• в среднем в 1,4 раза при 0,33 < γ < 0,66.
Рис. 4. Зависимостькоэффициентаиспользования фильтровогоконденсатораот γ
2. Sc фильтрового конденсатора на входе при N = 2 и ра бочем диапазоне изменения γ = 0,4… 0,6, уменьшается в
среднем в 2,5 раза. При N = 3 и диапазоне изменения γ = 0,2…0,4, Sc снижается в среднем уже в 3,6 раза. 3. При рабочем диапазоне γ = 0,5…0,8 наиболее вы годно использовать две ячейки ППН, а при γ = 0…0,5 следует использовать три ячейки. Учитывая, что при неизменном токе нагрузки, в ре альном преобразователе и при одиночном включении и при параллельном потери в элементах схемы одинако вы, то параллельное включение преобразователей по стоянного напряжения является целесообразным по технико-экономическим показателям.
Списоклитературы
1. Зиновьев Г. С. Основы силовой электроники: Учеб ное пособие. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003. – 664 с.: ил.
2. Семенов Б. Ю. Силовая электроника: от простого к сложному. – М.: Солон-пресс, 2006. – 416 с.: ил.