4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
-
Upload
lander-bilbao-aboitiz -
Category
Documents
-
view
254 -
download
0
Transcript of 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
1/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 1
4. KZ-KZ BIHURGAILUAK.
4.1. KZ-KZ BIHURGAILUAREN OINARRIZKO IDEIAK.
4.1.1. Sarrera.
4.1.1.1. Elikatze-iturri ezberdinak.4.1.1.2. Elikatze-iturriaren iragazkia.
4.2. KZ-KZ BIHURGAILU EZ-ISOLATUAK.
4.2.1. Sarrera.
4.2.2. A klaseko Chopper-a ( 1. Koadrantea ).
4.2.3. B klaseko Chopper-a ( 2. Koadrantea ).
4.2.4. C klaseko Chopper-a ( 1. eta 2. Koadranteak ).
4.2.5. D klaseko Chopper-a ( 1. eta 4. Koadrantea ).
4.2.6. E klaseko Chopper-a ( 4 koadrantetan edo zubia ).4.2.6.1. Polobakarreko aktibazioa.
4.2.6.2. Aktibazio bipolarra.
4.2.7. Buck bihurgailua ( stepdown ).
4.2.7.1. Korronte etengabe bezala.
4.2.7.2. Korronte eten bezala.
4.2.7.3. Tentsio eta intentsitatearen erregulazioa.
4.2.7.3.1. Tentsiozko kontrola.
4.2.7.3.2. Korrontezko kontrola.
4.2.7.3.3. Histeresizko kontrola.4.2.7.4. Potentzia-faktore zuzentzailea ( PFC).
4.2.8. Boost bihurgailua ( step-up ).
4.2.8.1. Korronte etengabe bezala.
4.2.8.2. Korrontea eten bezala.
4.2.9. Buck-Boost bihurgailua ( step-down step-up ).
4.2.9.1. Korronte etengabe bezala.
4.2.9.2. Korronte eten bezala.
4.3. KZ-KZ BIHURGAILU ISOLATUAK.
4.3.1. Transformadoreak.4.3.2. Flyback bihurgailua.
4.3.3. Dispertsio induktantziaren eragina.
4.4. ARIKETAK.
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
2/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 2
4. KZ-KZ BIHURGAILUAK.
4.1. KZ-KZ BIHURGAILUAREN OINARRIZKO IDEIAK.
4.1.1. Sarrera.
KZ/KZ bihurgailua, etengailu estatiko edo Chopper gisa jarduten du, erdieroaleak
erabiliz (transistore eta tiristoreak) seinale bat beste seinale baten bidez eteten duelarik.
Korronte zuzeneko tentsio iturri konstantea erabiliz errendimendu handiko korronte zuzeneko
tentsio aldakorra lortzeko erabiltzen dira. Horrela, bataz besteko tentsioa doitu daiteke:
Irteerako tentsioa sarrerako tentsioa baino handiagoa edo txikiagoa, eta zeinu berekoa edo
kontrakokoa izan daiteke. Chopper-ak KZ motorrak kontrolatzeko erabiltzen dira batez ere.
KZ-KZ bihurgailu sinple bat 4.1.1. irudian agertzen da, bertan, etengailu bat eta kargabat jartzen da. Bihurgailutik ateratzen den uhin forma 4.1.2. irudian ikus dezakegu.
4.1.1. KZ-KZ bihurgailu sinple bat.
4.1.2. KZ-KZ bihurgailu sinple baten irteerako tentsioaren uhinak.
Kommutazio frekuentzia handiak erabiltzen dira kondentsadoreen kapazitatea
murrizteko, horrela zirkuituaren bolumen, pisu eta presioa gutxituz. Kommutazio frekuentzia
horiek bihurgailuaren sarrerako eta irteerako uhinarenak baino askoz altuagoak dira eta honek
behe paseko iragazkiak erabiltzea ahalbidetzen du, nahi ez ditugun harmonikoak
desagerrarazteko.
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
3/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 3
Etengailuen kontrol seinalea sortzeko zirkuituaren eskema 4.1.3. irudian azaltzenzaigu. Konparadore bat erabiliz pultsu zabaleraren modulazioa (PWM) egiten da, 4.1.4.
irudiko grafikoan ikusten den bezala.
4.1.3. Etengailuaren kontrol seinalea sortzeko zirkuitua.
On egoeran: Vkontrola > st (zerra-hortza tentsioa) eta Off egoeran: Vkontrola
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
4/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 4
4.1.4. Etengailuaren kontrol seinalearen uhinak.
4.1.1.1. Elikatze-iturri ezberdinak.
Elikatze-iturri linealak eta kommutatuen arteko desberdintasunak ikusiko ditugujarraitua:
Elikatze- iturri linealak:
50 Hz-ko transformadoreak behar dira elikatze iturri linealetarako. Hauek handiak etapisutsuak izaten dira maiztasun handiko transformadoreekin alderatuz gero. Aparagailuhauekin, transistoreak zona aktiboan egiten du lan, beraz potentzia handia barreiatzen da(beroa). Errendimendua baxua da elikatze mota honetan, normalean %30-%60. Potentzia baxueta ertainetan erabiltzen da bakarrik (errendimendu txarra dela medio). Ez ditu EMIak sortzeneta kontrol-zirkuitua ez da konplexua.
4.1.5. Elikatze- iturri linealak.
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
5/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 5
Elikatze-iturri kommutatuak:
Maiztasun handietan lan egiten dute (>50kHz), hau dela eta transformadoreak, harilaketa kondentsadoreak dezente txikiagoak dira eta hortaz, elikatze-iturrien tamaina txikiagoa da.
Transistoreak kommutazio egoeran egiten dute lan. Errendimendu handiagoa edukiko du:%70-%90. Baina kommutazioek EMIa sortzen dute eta sarreran EMI iragazki bat jarri beharizaten da. Kontrol-zirkuitua konplexua da. Irteerako tentsioaren aldaketak zuzentzen, elikatze-iturri linealak baino denbora gehiago behar izaten dute.
4.1.6. Elikatze-iturri kommutatuak.
4.1.1.2.Chopper-aren elikatze-iturriaren iragazkia.
Zatikatzailean sortzen diren korronte harmonikoek perturbazioak sor ditzakete,paraleloan jartzen ditugun beste bihurgailuen funtzionamenduan. Hori gerta ez dadin, LCiragazteko zelula erantsi beharko da bihurgailuaren eta iturriaren artean, harmonikoak Ckondentsadorearen bitartez deribatzeko.
4.1.7. Iragazkiaren efektua.
4.1.7. irudian bihurgailua sarreran LC iragazkiarekin agertzen da A klaseko
etengailuan.
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
6/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 6
4.1.8. Iragazkia bihurgailuan.
Elikatze-iturriko eta iragazkiaren ondorengo korronteen arteko erlazioa formula honenbitartez adierazten da:
Ideala I1 korronte zuzena izatea da, eta horretarako harmoniko guztiak ezeztatubeharra dago. Bi korronteen arteko erlazioa txikia izan dadin, honako baldintzak bete beharditu, non wo = 2/Tp Chopper-aren maiztasuna den:
Goiko bi formulak elkartuz, baldintza hau irtengo zaigu:
Iragazkiaren erresonantzia-maiztasunaren (Wf)balioa jaitsi nahi bada, induktantzia eta
kondentsadorearen balioak igo egin beharko dira. Balio horiek prezioak eta bolumenakmugaturik egongo dira. Wf-ren balioa txikia den kasua gertatzen bada, geratzen den espresioahonako hau da:
2
0
21
f
w
w
0l
2 2
0 0 0
1/ 1
1/ 1
c
n Harmonikoarens L Cordena
Z jw nCI
I Z Z jw nL jw nC w n LC
l
2 2
0
1
n Harmonikoarensordena
I
I w n LC
1fw
LC 2 2
0 1w n L C
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
7/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 7
4.2. KZ-KZ BIHURGAILU EZ-ISOLATUAK.
4.2.1. Sarrera.
KZ motorrak kontrolatzeko KZ-KZ bihurgailuen sailkapena Vo eta Io positiboak edonegatiboak izatearen araberakoa da. Horrela, 5 mota ezberdinetako bihurgailuak aterakozaizkigu :
4.2.1. Bost bihurgailu motak.
4.2.2. A Klaseko Chopper-a ( 1. koadrantea).
A klaseko Chopper-etan Io eta Vo positiboak izango dira beti. Zirkuitu hauek egiteko
erabiltzen diren etengailuak BJT, MOSFET, IGBT, Tiristorea (blokeoa behartuarekin ) izan
ohi dira. Kargan R eta L-rekin batera, E indar elektroeragilea jartzen da seriean.
4.2.2. A klasea.
Vo > 0
Io > 0
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
8/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 8
4.2.3. A klaseko bihurgailua.
Tiristorea eta diodoaren egoeren arabera, 3 zirkuitu aterako zaizkigu, 4.2.4. irudian
ageri direnak. Bertan ikusten da, Q1-en bidez korrontea guk nahi dugun tokitik igaroko
daitekeela. Ton denboran korrontea Q1-etik zehar igaroko da eta Toffdenboran berriz D1-anzehar. Korronte zuzeneko makinak korrontea xurgatuko du trakzio-natuz.
4.2.4. Hiru egoeren zirkuituak.
Kargatik doan korrontea, etengabea edo etena izan daiteke:
Korronte etengabe bezala:
Io kargako korrontea ez da inoiz ezeztatzen, etengabe eroaten du. Toff tarte osoankargako tentsioa zero izango da. 4.2.5. irudiko grafikoen arabera, tentsioaren batez besteko
balioa lortuko dugu, horretarako kargako induktantziaren batez besteko balioa zero dela
hartuko dugu kontutan.
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
9/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 9
Batez besteko irteerako tentsio eta intentsitatea, eta sarrerako intentsitateak ekuazio
hauek izango dituzte:
4.2.5. Korronte etengabe uhinak.
Korronte eten bezala:
Kasu honetan, Toff denbora tartean Io kargako korrontea ezeztatu egingo denez,
eroapen etena izango da. Horregatik, bihurgailuak eroapen etenean jarduten duela esan ohi da.
Vo tentsioaren eta Io-ren batez besteko balioa, ezin izango da berehala kalkulatu etengabea
zeneko kasuan bezala. Baina kargako batez besteko tentsioa handiagotzen dela egiazta daiteke
( )0( )0
avg
avg
V EI R
( )ON
avgo
p
tV V
T
( ) ( )ON
avg avgs o
p
tI I
T
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
10/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 10
bi kasuetan. Kargako korrontea txikiagotzen bada, korrontea eten bihurtzera iritsiko da, eta
berehalako balioan eta Vo batez besteko tentsioa handiagotu egingo da.
D aldatzean, Vo(avg) aldatzen da, eta ondorioz, baita motorraren abiadura-momentua
ere. Irteerako bataz besteko korrontea positiboa denez, irteerako bataz besteko tentsioa, E
baino handiagoa izan behar du; hurrengo formuletan ikusten den bezala:
4.2.6. Korronte eten moduko uhinak.
Etengailuak dituen potentzia-galerak aurkitzeko, formula hauek erabiliko ditugu,sarrerako eta irteerako potentzien formulen bidez:
on
p
tD
T
( )0( ) ( )0
avgavg avg
o
V EI V E
R
( )
0 0
1 1. ( ) . ( ) .
p pT T
avgs s s
p p
Pbat V I t dt V I t dt V I T T
( ) ( )
0
1( ) ( )
pT
avg avgo o o o o
p
P V t I t dt V I T
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
11/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 11
Potentzia balantzea beraz, hurrengoa izango da:
Ditugun bi zirkuitu baliokideetatik ( ikusi 4.2.4. irudia ), bi ekuazio aterako ditugu bialdagaiekin ( 4.2.7. irudiko Iomin, Iomax ), hasierako baldintzekin eta irudiko uhinakirudikatzeko ekuazioekin.
4.2.7. Irteerako korrontearen uhinak.
Zirkuitu baliokide a):
Irteerako korronteak honelako ekuazioa izango du, non den :
Hasierako baldintzetatik A aterako dugu:
A hasierako formulan ordezkatuz:
( ) ( ) ( )avg avg avg
s o o
VI V I
L
R
( ) .t
o
V EI t A e
R
0t min( 0)o oI t I
0
min .oV E
I A eR
min( )o
V EA I
R
min( ) ( )t
o o
V E V E I t I e
R R
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
12/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 12
Lehenengo ekuazioa horrelakoa izango da:
Zirkuitu baliokidea b)
Irteerako korronteak honelako ekuazioa izango du:
Hasierako baldintzetatik A aterakok dugu:
A hasierako formulan ordezkatuz:
Eta bigarren ekuazioa:
4.2.3. B Klaseko Chopper-a ( 2. koadrantea).Kasu honetan, motorra trakzioaren noranzkoa mantenduz biratuko da. Trakzio era hori
makina maldan behera doanean, galgatzen denean edo aparailua gelditu nahi dugunean
erabiltzen da. Vo E baino txikiagoa denean, xurgatutako korrontea alderantzikatu egiten da,
baita momentua ere, abiaduraren kontrako noranzkoa hartuz eta galga gisa arituz.
( )t
o
EI t A e
R
0
max max.o oE E
I A e A IR R
'
max( ) ( )t
o o
E EI t I e
R R
min max( ) ( )offt
off p on o off o o
E Et t t t I t t I I e
R R
max min( ) ( )ont
on o on o o
V E V E t t I t I I e
R R
0t o maxI ( 0) ot I
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
13/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 13
4.2.8. B klasea.
4.2.9. B Klaseko Chopper-a.
Bi diodoen portaeraren arabera, bi zirkuitu aterako zaizkigu, bi korronte ezberdinekin:
4.2.10. B Klaseko Chopper-aren bi zirkuituak.
Vo > 0
Io < 0
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
14/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 14
Ton denboran, korrontea Q2-an zehar iragango da eta Toff denboran, berriz, D2-ean
zehar. Korronte zuzeneko makinak iturrira korrontea emanez jarduten du. 4.2.11. irudian
bihurgailu baten tentsioaren eta korrontearen uhin-formak ikus daitezke.
4.2.11. B Klaseko Chopper-aren uhinak.
Bateria V kargatzen ari da:
Potentzia balantzea:
Tentsio zuzeneko motorrak kasu honetan, sorgailu bezala egiten du lan, energia
mekanikoa energia elektriko bihurtuz, energia hau baterian metatuz.
( )( ) ( )
avgoavg avg
o o
V EI V E
R
( ) ( ) ( )avg avg avgs o oVI V I
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
15/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 15
4.2.4. C Klaseko Chopper-a ( 1. eta 2. koadranteak).
Kasu honetan, korrontea alderantzikatu daiteke baina tentsioa ezin daiteke negatiboa
izan, eta korrontea beti etengabea izango da. Horrela, intentsitatearen norabidearen arabera,motor edo sorgailu bezala lan egin dezake:
4.2.12. C klasea.
4.2.13. C Klaseko Chopper-aren zirkuitua.
Irteerako bataz besteko tentsio eta intentsitatearen ekuazioak, C klaseko bihurgailu
batean, hauek izango dira:
Maiztasuna edo L handitzean, korrontearen kizkurdura gutxitu egiten da. Hau dela
eta, komenigarria da ahalik eta maiztasun handienarekin lan egitea. Maiztasunaren muga,
( )ON
avgo
p
tV V
T
( )( )
avgo
avgo
V EI
R
( ) ( )
( ) ( )
Motorra
Sorgailua
avg avgo o
avg avgo o
V E I
V E I
Vo > 0
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
16/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 16
potentziako erdieroaleen kommutazioko galerek ezartzen dute. Hau da, zenbat eta maiztasunhandiago orduan eta galera handiagoak edukiko ditu.
4.2.14. C Klaseko Chopper-aren uhinak.
4.2.5. D Klaseko Chopper-a ( 1. eta 4. koadrantea).
Kontrol egokia erabilita, zatikatzaile mota honekin makina motor bezala edo etasorgailu bezala funtziona dezake. Zatikatzaileak kargako tentsioaren noranzkoa alda dezake,
baina ez korrontearena.
4.2.15. D klasea.
Io > 0
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
17/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 17
4.2.16. D Klaseko Chopper-aren zirkuitua.
Irteerako bataz besteko intentsitatea honelakoa izango da:
Lehenengo koadrantean lan egiten badu Chopper-ak:
4.2.17. D Klaseko Chopper-aren uhinak.
( )( )
avgoavgo
V EI
R
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
18/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 18
Potentzia balantzea honako hau izango da:
Laugarren koadrantean lan egiten badu Chopper-ak:
E < 0 eta |E| < V denean, energia kargatik sarera doa, hau da, E negatiboa izango da
eta E-ren modulua sarrerako tentsioa baino txikiagoa.
Kasu honetan, potentzia balantzea honako hau izango da:
4.2.18. D Klaseko Chopper-aren uhinak.
( ) ( ) ( )
+ - - +
avg avg avgS o oVI V I
( ) ( ) ( )
+ + + +
avg avg avgS o oVI V I
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
19/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 19
4.2.6. E Klaseko Chopper-a ( 4 koadrantetan edo zubia).
Lau koadranteetako zatikatzailea motor txikiak kontrolatzeko asko erabiltzen da.
Motorraren biraketaren noranzko bietan trakzio-natu eta galga daiteke eragozpenik gabe, etabiraketa aldatzen edo abiadura txikiagotzen denean energia berreskuratuz galga daiteke.
4.2.19. E Klasea.
4.2.20. E Klaseko Chopper-a.
Zirkuitua kontrolatzeko bi aktibatze mota daude: polobakarreko aktibazioa etaaktibazioa bipolarra:
4.2.6.2. Polobakarreko aktibazioa.
Polobakarreko aktibazioa egiteko, 4.2.21. irudian ikusten den bezala, bi konparadoreerabiliko ditugu kontrol tentsio bat eta tentsio triangeluar bat konparatzeko. Baina bigarrenkonparadorean kontrol bezala erabiliko dugun tentsioa inbertitu egingo dugu, horrela bitentsio sortuz: VAN eta VBN.
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
20/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 20
4.2.21. Polobakarreko aktibazioa.
Polobakarreko aktibazioarekin ateratzen diren uhinak hauexek dira, bertan aktibatzekoerabiltzen diren bi uhinak eta irteerako tentsioa eta korronteak (- +) ikus ditzakegu 4.2.22.irudian.
Bataz besteko irteerako tentsioaren balioa ateratzeko formula honetaz baliatuko gara:
Lan-zikloaren arabera, irteerako batez besteko tentsioak balio ezberdinak edukiko ditu
eta hurrengo ekuazioekin espresaturik agertzen dira:
Irteerako bataz besteko tentsioaren balioa honela kalkula daiteke:
( )avgo KontrolV KV
( )
. ( ). .
2. .(2 1) .
ON p ON ON OFF avgo
p p
ON p Kontrol
p tri
T V T T T V T V V
T T
T T VV V D V
T V
( )
( )
( )
0.5 0
0.5
0.5
avgo
avgo
avgo
D V
D V
D V
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
21/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 21
4.2.22. E klaseko Chopper-aren uhinak polobakarreko aktibazioa.
Kargako korrontearen eta tentsioaren noranzkoak polobakarreko kontrolarekin, behekoirudian agertzen dira:
4.2.23. Korrontearen noranzkoa polobakarreko kontrolarekin.
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
22/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 22
4.2.6.2. Aktibazio bipolarra.
Kasu honetan, konparadore bat soilik erabiliko dugu aktibazio bipolarra egiteko, bainakonparadoreko irteera inbertituz bi tentsio irtengo zaizkigu: VAN eta VBN.
4.2.24. Aktibazio bipolarra.
4.2.25. E klaseko Chopper-aren uhinak aktibazio bipolarrarekin.
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
23/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 23
Aktibazio bipolarra erabiltzean ateratzen diren uhinak 4.2.25. irudian agertzen dira.Han, aktibatzeko erabiltzen diren bi uhinak, irteerako tentsioa eta korronteak (- +) ikusditzakegu. Aktibazio hau hobea da irteeran, maiztasun bikoitza eta kizkurdura tentsio
baxuagoa baitu; hau 4.2.26. irudian ikus daiteke.
4.2.26. Kizkurdura polobakar eta bipolarrean.
Kargako korrontearen eta tentsioaren noranzkoak kontrol bipolarrarekin, behekoirudian agertzen dira.
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
24/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 24
4.2.27. Korrontearen noranzkoa polobakarreko kontrolarekin.
Bataz besteko irteerako tentsioaren balioa ateratzeko formula honetaz baliatuko gara:
E klaseko Chopper-a aktibazio bipolarrarekin simulatzeko zirkuitua agertzen da
hurrengo irudian:
4.2.28. E klaseko Chopper-a aktibazio bipolarrarekin simulatzeko zirkuitua.
1( )
4
controlavg
o
p tri
VtV V V
T V
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
25/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 25
Irteerako bataz besteko tentsioaren balioa formula honen bidez kalkulatuko dugu:
= 120 0,6/1 = 72 V, 4.2.29.irudiko grafikoan (Vmotor) bezala.
Lan-zikloaren arabera, irteerako batez besteko tentsioak balio ezberdinak edukiko ditu:
Gure kasuan, D = Vent/ref = 0.6/1 = 0.6 denez, 0.5 baino handiagoa, Vo positiboa
izango da.
Simulatu dugun zirkuitutik, hurrengo uhinak ikusiko ditugu 4.2.29. irudiko grafikoan:
Vref, Vent, Vmotorra eta Imotorra. Bertan ikusten den bezala, Vmotor +Vcc eta Vcc tarteetanibiliko da (120), teorian bezala. Korronte jarraitua izango da beti. Zenbat eta denbora
gutxiago egon Ton-en (+120), Imotor-eko kizkurdura gutxitu egingo da.
4.2.29. E klaseko Chopper-a aktibazio bipolarrarekin simulaturiko uhinak.
( )
. ( ). . ON p ON ON OFF avg
o
p p
T V T T T V T V V
T T
( )
( )
( )
0.5 0
0.5
0.5
avgo
avgo
avgo
D V
D V
D V
2. .(2 1) .
ON p Kontrol
p tri
T T VV V D V
TV
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
26/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 26
4.2.29. grafikoko Imotor uhina hobeto ikusteko zelan doan 0-raino, denbora gehiago
simulatuko dugu:
4.2.30. Simulaturik ateratako Imotor-eko uhina.
4.2.7. Buck bihurgailua (stepdown).
Buck bihurgailua (erreduzitzailea), potentzia bihurgailu bat da irteeran sarrerako
tentsioa baino txikiagoa edukitzea lortzen duena. Horretarako, bobina bat bi erdieroaleen
bitartez kontrolatzen da.
4.2.31. Buck bihurgailuaren zirkuitua.
Bi egoera ezberdin ditu funtzionatzeko: modu etengabea ( energia guztia kargara doa
korrontea ezereztu gabe) eta modu etena ( kargak, zirkuituak ziklo batean eman dezakeen
energia baino gutxiago behar du). Bi kasu hauek aztertuko ditugu jarraian:
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
27/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 27
4.2.7.1. Buck bihurgailua korronte etengabe bezala.
Induktoretik doan korrontea, kommutazio ziklo batean ez bada 0-tik jaisten
bihurgailua modu etengabean dagoela esaten da. Bi zirkuitu aterako zaizkigu transistore eta
diodoaren egoeren arabera:
4.2.32. Bi egoerak.
Suposatzen da C-ren kapazitatea handia izango dela, horregatik, Vo ia konstantea delaesan dezakegu (kizkurdura baxua). Teorian sortzen diren uhinak hurrengo irudian ikusten dira:
4.2.33. Buck bihurgailuaren teoriako uhinak etengabe bezala.
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
28/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 28
Bobina-sarreratik irteerara energia transferitzeko erabiltzen da. Gordeta duen energia
On egoeran handitu (etengailua zabalik) egiten da eta Off egoeran gutxitu (etengailua itxita).
Harilaren batez besteko tentsioa (VL) 0 da 4.2.33. irudian ikusten den bezala. D 1
baino txikiagoa denez Vo, Vi baino txikiagoa izango da. Bertatik, formula hau atera dezakegueta Vo balioa jakin:
.
Potentzia balantzetik Ii atera dezakegu :
L aukeratzen da hurrengo bi kondizioetatik, korrontea etengabea izan dadin:
C-ren ondorioz Vo-ren uhinean kizkurdura sortzen da. Kondentsadoreek bere zirkuitubaliokidean erresistentzia serie bat dute ESR deiturikoa eta horrek tentsio kizkurdura sortzendu. Kizkurduraren balioa ekuazio honen bitartez jakin dezakegu:
4.2.34. Vo-ren kizkurdura C-ren ondorioz .
VoIoViIi Vi
VoIoIi
1Vi Vo DT Vo D T
o DVi
IoIi
TDL
VoDT
L
VoViIL
1
IominIL
2 Iomin
L
TDVo
2
1 fIomin
DVoL
2
1
ESR CV I ESR
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
29/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 29
Kizkurdura hau kondentsadorearen balio kapazitiboak sortzen duena baina handigoaizaten da:
4.2.7.2.Buck bihurgailua korronte eten bezala.
Kasu batzuetan, kargak behar duen energia hain da txikia kommutazio denbora amaitu
baino lehen energia transferitu dezakeela. Kasu honetan, bobinatik doan korrontea 0
bilakatzen da momentu batez eta bobina osorik deskargatuko da. Horrek ekuazioetan eragina
izango du aurrerago ikusiko dugun bezala.
4.2.35. Buck bihurgailuaren zirkuitua.
3 zirkuitu ezberdin aterako zaizkigu korronte eten bezala:
VoQC
222
1 LITQ
28
12
1
22
1
222
1
fLC
D
CVo
L
TDVoT
CVo
IT
CVo
Q
Vo
Vo
L
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
30/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 30
4.2.36. Buck bihurgailuaren zirkuituaren egoera ezberdinak korronte eten bezala.
4.2.37. Buck bihurgailuaren zirkuituaren uhinak korronte eten bezala.
Harilaren batez besteko tentsioa (VL) 0 da 4.2.37. irudian ikusten den bezala. Bertatik,formula hau atera dezakegu eta Vo-ren balioa jakin:
Beraz D+D1 > D denez, orduan V0 < Vi izango da.
11
D
Vi Vo DT VoD T Vo ViD D
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
31/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 31
Potentzia balantzetik Ii-ren balorea jakin dezakegu:
Kirchoff eginez elkarteetan, korronteen erlazio hau atera dezakegu:
Kondentsadorearen eta harilaren batez besteko korrontea:
Harilaren gailurreko korrontea ekuazio honetatik atera dezakegu:
Vo-ren kalkulua f(Vi, D, R, L,T):
IL zero egiten da, D1 balio hau duenean:
Horrela D1-ren balorea atera dezakegu:
Eta azkenik, Vo-ren formula eskura dezakegu, jakinda IL zero egiten dela D1-karinagoko balioa duenean:
oCL III
DiL III
TDL
VDT
L
VVI
ooiLpk 1
1 1 1
Korrontearen azalera
1 1 1( ) ( )
2 2
o oLpkL o
V VI I I D D T D D D T
R T L
02
12
1 RT
LDDD
2
821
RTLDDD
RTLDD
DViVo
8
2
2
1
DVo Vi
D D
IoIi
0CIRVII ooL
VoIoViIi Vi
VoIoIi
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
32/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 32
4.2.7.3. Tentsio eta intentsitatearen erregulazioa.
KZ/Kzeko bihurgailuak kondizio zehatz batzuetan lan egiteko diseinatzen dira,
irteerako tentsioa (Vo), sarrerako tentsio nominala (Vs) eta kargako balorea. Horrela zein
izan behar den lan sikloa jakin daiteke. Baina, errealitatean kanpo agente batzuen menpe berejokabidea alda dezake, elikatze iturrietako perturbazioak eta kargaren aldaketen ondorioz.
Erresistentzia parasitiboak eta elementu erreaktiboetako tentsio beherapenaren
ondorioz, kontrol korapilo (lazo) bat ipini beharra dago irteerako tentsioa erregulatu nahibadugu.
4.2.7.3.1. Tentsiozko kontrola buck bihurgailuan.
Zirkuitu hauekin irteerako tentsioan kanpoko aldaketek eraginik ez edukitzea bilatzenda. Hau lortzeko retro-elikaturiko integratu proportzional (PI) bat ipiniko dugu, 4.2.38.
irudian ikusten den bezala.
4.2.38. Tentsiozko kontrolaren eskema.
4.2.39. Tentsiozko kontrola Buck bihurgailuan.
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
33/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 33
4.2.7.3.2. Korrontezko kontrola Buck bihurgailuan.
Transistorean korronte jakin bat agertzean kontroleko transistorea kommutatu egingo
da, pasoko transistorearen baseko korrontea mantenduz. Anplifikadore bat erabiliz
konparadore bezala korrontea antzemateko zirkuitua hobetu daiteke; adibidez LM310Abatekin. 4.2.40. irudian ESR ere agertzen da, hau da, kondentsadorearen erresistentzia
parasitiboak. Kontutan eduki beharrekoa kontroladorea diseinatzerako orduan.
4.2.40. Tentsiozko kontrolaren eskema.
4.2.41. Korrontezko kontrola Buck bihurgailuan.
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
34/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 34
4.2.7.3.3. Histeresizko kontrola Buck bihurgailuan.
Histeresizko kontrola oso famatua egin da elikatze iturrietan, oso soluzio sinplea baita.Irteerako tentsioaren kizkurdura kontrolatzeko eta histeresi eremuan, erreferentzia tentsio
baten zentratua egoteko erabiltzen da (4.2.42. irudia).
4.2.42. Histeresi eremua.
4.2.43. Histeresizko kontrola Buck bihurgailuan.
4.2.7.4. Potentzia-faktore zuzentzailea ( PFC ).
Aparatu honekin korrontearen kalitatea hobetu daiteke, gainera interferentzi
elektromagnetikoen emisioa gutxitu, potentzia faktorea handitu eta harmonikoak gutxitzen
ditu. Artezgailuak kondentsadorea badu iragazki bezala, sarrerako korrontea ez da sinusoidala
izango eta tentsioaren gailurren inguruetan korronte pultsu estuak eta altuak azalduko dira.
Horrek, potentzia-faktore txarra suposatzen du eta maiztasun baxuko harmonikoak agertuko
dira. Arau batzuk daude harmoniko hauek mugatzen dituztenak: IEC 1000-3-2 adibidez.
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
35/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 35
4.2.44. Eskema.
4.2.45. Uhinak.
4.2.46. irudian sarrerako uhinak ageri dira, VLINEA eta ILINEA, eta argi ikusten da
intentsitatearen distortsioa.
4.2.46. Vac eta Iac-ren uhinak.
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
36/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 36
Potentzia faktorea honako ekuazio hau du:
4.2.47. PFC.
4.2.8. Boost bihurgailua (step-up).
Boost bihurgailua (erreduzitzailea), potentzia bihurgailu bat da irteeran sarrerako
tentsio zuzena baino handiagoa edukitzea lortzen duena. Horretarako, bobina bat bi
erdieroaleen bitartez kontrolatzen da, nahi dugun tokira konektatuz. Sarritan, kondentsadore
eta induktoreen bitartez eginiko filtroak gehitzen dira errendimendua hobetzeko.
4.2.8.1. Boost bihurgailua korronte etengabe bezala.
Bihurgailua modu etengabean dagoela esaten da; induktoretik doan korrontea,
kommutazio ziklo batean, ez bada 0-tik jaisten. Bi zirkuitu baliokide aterako zaizkigu
transistorearen egoeraren arabera:
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )_ 1 1 1 2 2 2 3 3 3
( ) ( )
cos( ) cos( ) cos( ) ...1
avg avg rms rms rms rms rms rmsbatez besteko
prms rmsaparentea
P V I V I V I V I Pk
P S V I
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
37/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 37
4.2.48. Boost bihurgailua korronte etengabe bezala.
4.2.49. Bi zirkuituak.
Etengailua itxita dagoenean (On egoera), bobinak energia gordetzen du iturritik, eta
kondentsadoreak karga elikatzen du. Etengailua zabalik dagoenean (Off egoera) korronteak
duen bide bakarra diodotik da. Horrela, osorik kargatu arte kondentsadoretik korrontea eta
kargatik joango da.
4.2.50. Boost bihurgailuaren uhina.
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
38/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 38
4.2.50. irudian ikusten den bezala harilaren batez besteko tentsioa (VL) 0 da. Bertatik,formula hau atera dezakegu eta Vo-ren balioa jakin:
Espresio horretan ikus daiteke, irteerako tentsioa sarrerakoa baino handiagoa izangodela, D 0-tik 1-era baitoa.
Potentzia balantzea:
L aukeratzen da honen korrontea, iL, etengabea izan dadin. Horretarako, kasurik
okerrena, Ii = Iimin denean aztertzen da:
C dela medio Vo-k duen kizkurdura:
Kondentsadoreak bere zirkuitu baliokidean erresistentzia-serie bat dute ESR, honektentsio kizkurdura sortzen du eta bere balioa hauxe izango da:
Kizkurdura hau kondentsadorearen balio kapazitiboak sortzen duena baino handiagoaizaten da .
4.2.8.2. Boost bihurgailuakorrontea eten bezala.
Kasu batzuetan, kargak behar duen energia hain da txikia ze, kommutazio denbora
amaitu baino lehen energia transferitu dezakeela. Kasu honetan, bobinatik doan korrontea 0
bilakatzen da momentu batez bobina osorik deskargatuz. Horrek ekuazioetan eragina izango
du.
ESR CV I ESR
minmin
2
LI Vo Io
IiVi
1LVi Vo Vi
I DT D TL L
min
2
Vi DT Vo Io
L Vi
2
2 min
Vi DL
Vo Io f
Q
C Q IoDT Vo
Vo Q IoDT IoD
Vo CVo CVo C f Vo
1
1
1
ViDT Vo Vi D T Vo Vi
D
VoIo
ViIi VoIo Ii Ii IoVi
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
39/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 39
4.2.51. Boost bihurgailua.
4.2.52. 3 zirkuituak.
4.2.53. Boost bihurgailua korrontea eten bezala.
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
40/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 40
Potentzia balantzea eginda ekuazio hau aterako zaigu:
Kirchoff elkarteetan eginik:
4.2.53. irudiko VL-ren uhinetik ekuazio hau aterako zaigu. Bertatik harilaren batezbesteko tentsioa atereaz :
Kondentsadoreko eta diodoko batez besteko korronteak:
Gailurreko korrontea hariletik:
Orain arte ikusi ditugun formulak ID-ren ekuazioan ordezkatuz, D1-en ekuazioaedukiko dugu D-ren menpe:
Horrela Vo-ren ekuazioa D-ren menpe soilik ipini dezakegu:
Vo-ren kizkurdura hurrengo ekuazioarekin irudikatzen da:
IoVoIiVi
DQL III oCD III
TDVVDTV ii o 1)( 1
1
D
DDVV io
0CIR
VII
ooD
TDL
VVDT
L
VI
ioiLpk 1
TDDL
VTDI
TR
VII
iLpk
ooD 11
2
1
2
11
RDTL
Vi
VoD 21
L
RTDViVo
2211
2
1
L
VoQ D T C Vo
R
CfR
D
Vo
Vo
L
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
41/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 41
4.2.9. Buck-Boost bihurgailua (step-down step-up).
BuckBoost bihurgailua, irteeran sarrerako tentsio zuzena baino handiagoa edo
txikiagoa edukitzea lortzen duen potentziako bihurgailua da, transistorearen lan zikloaaldatuz. Horretarako, bobina bat kontrolatzen da bi erdieroaleen bitartez.
4.2.9.1. korrontea etengabe bezala.
4.2.54. Buck-Boost bihurgailua.
Bihurgailua modu etengabean dagoela esaten da induktoretik doan korrontea,
kommutazio ziklo batean, ez bada 0-tik jaisten. Bi zirkuitu baliokide aterako zaizkigu
transistorearen egoeraren arabera:
4.2.55. Buck-Boost bihurgailua etengabe bezala.
4.2.56. irudiko VL-ren uhinetik ekuazio hau aterako zaigu. Bertatik harilaren batezbesteko tentsioa atereaz :
TDVoViDT )1( ViD
DVo
1
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
42/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 42
4.2.56. Buck-Boost bihurgailuaren uhinak etengabe bezala.
Korrontea hariletik, iL, etengabea izan dadin L aukeratzen da. Kasurik okerrena
ILmin = ILmin + Iomin denean izaten da, hau da:
Potentzia balantzea eginik Ii-ren ekuazioa atera dezakegu:
VoIoViIi Vi
VoIoIi
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
43/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 43
Vo-ren kizkurdura C dela medio horrelako formula edukiko du:
Kondentsadoreak bere zirkuitu baliokidean erresistentzia-serie bat du tentsiokizkurdura sortzen duena, ESR. Kizkurdura hau kondentsadorearen balio kapazitiboak sortzenduena baina handigoa izaten da:
Modu etengabean simulatuko dugu eta 0.5-eko dutizikle-arekin:
4.2.57. Buck-Boost modu etengabean simulatzeko zirkuitua.
Simulaturik, Vtri eta Vkliskatze uhinak:
Vo
QC
IoDTQ
Vo Q IoDT IoD
Vo CVo CVo C f Vo
ESR CV I ESR
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
44/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 44
4.2.58. Simulaturiko zirkuituko kontrol-uhinak .
Simulaturik IL, Io eta Vo -ren uhinak:
4.2.59. Simulaturiko zirkuituko uhinak.
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
45/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 45
Zoom bat eginez harileko korronteari (IL) ikusten da etengabea dela:
4.2.60. IL -ren uhinak.
4.2.57. iruditik datu hauek jakin ditzakegu:
Vi=24V, L=0.001H, R=5, eta F=5000Hz.
Modu etengabeko formulak erabiliz irteerako tentsioa honako balorea izango du:
Vo = -Vin D / (1-D) = -24 0.5 / 1-0.5 = -24 v
4.2.59. irudiko Vo grafikoen balore bera ematen dute teorian ere.
Irteerako korrontea:
Io= Vo / R = 24 / 5 = 4.8A
Korrontea hariletik, iL, etengabea izan dadin L aukeratzen da. Kasurik okerrena
ILmin = ILmin + Iomin denean izaten da, hau da:
L-ren ekuazioan gure baloreak sartuz:
L 24 (1- 0.5) / 2 4.8 5000 = 6/480 = 0.000125 H.
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
46/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 46
Gure L= 0.001 denez orduan, grafikoan ikusten den bezala, IL etengabea izango da.
Etena izan dadin, 0.000125 baino txikiagoa ipiniko dugu: L=0.0001.
4.2.9.2. Modu etenean.
Kasu batzuetan, kargak behar duen energia hain da txikia kommutazio denbora amaitu
baino lehen energia transferitu dezakeela. Kasu honetan, bobinatik doan korrontea 0
bilakatzen da momentu batez eta bobina osorik deskargatuko da. Horrek ekuazioetan eragina
izango du.
4.2.61. Buck-Boost bihurgailua.
3 egoera ezberdineko zirkuituak aterako zaizkigu:
4.2.62. Buck-Boost modu eteneko 3 egoeren zirkuituak.
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
47/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 47
4.2.63. Buck-Boost modu eteneko uhinak.
Potentzia balantzea:
Kirchoff elkarteetan eginez:
4.2.63. irudiko VL-ren uhinetik ekuazio hau aterako zaigu. Bertatik harilaren batezbesteko tentsioa atereaz :
Kondentsadoreko batez besteko korrontea:
Di IIIL oCD III
IoVoIiVi
TDVDTV oi 11D
DVV io
0CIR
VII
o
oD
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
48/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 48
Harileko gailurreko korrontea:
Vo-ren kalkulua f(Vi, D, R, L,T):
Hemendik D1 aterako dugu:
Eta Vo -ren ekuazioan sartuta, tentsioa D-ren menpe bakarrik utziko dugu:
Modu etenean simulatzeko, datu hauek aldatuko dizkiogu gure simulatzeko
zirkuituari:
4.2.64. Korronte etena edukitzeko simulazio zirkuitua.
IL, Io eta Vo -ren uhinak:
RT
LDTDDTILpkD
T L
Vo
R
VoIoID
2111
2
11
2
11
RDTL
Vi
VoD 21
L
RTViDVo
2
L
RTViD
D
DViVo
21
TDL
VDT
L
VI
oiLpk 1
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
49/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 49
4.2.65. Buck-Boost modu etenean simulaturiko uhinak.
IL grafikoan zoom bat eginez argi ikusten da etena dela:
4.2.66. IL-ren uhina.
4.3.64. iruditik datu batzuk eskuratu ditzakegu:
Vi=24V, L=0.0001H, R=5 eta F=5000Hz. Vo = -24V guk aukeratuko dugu.
Modu eteneko formulak erabiliz:
=( 2 0.0001 / 5 (1/5000) = 0.447RT
LDTDDTILpkD
T L
Vo
R
VoIoID
2111
2
11
2
11
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
50/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 50
Horrela D-ren emaitza:
D = Vo D1 / Vi = 24 0.00044 / 24 = 0.447
D jakinda Vdc jakin dezakegu:
D = Vdc / tri
Vdc = 0.447 2 = 0.89
Diodotik iragaten den korrontea:
= 24/5 = 4.8 A
Harileko gailurreko korrontea:
= (24/0.0001) 0.447 (1/5000) = 21.4 A
4.3. KZ-KZ BIHURGAILU ISOLATUAK.
4.3.1. Transformadoreak.
Transformadoreak erabiltzen dira isolamendu galbanikoa lortzeko bi zirkuituen artean.
Karga eramaileak ez ditu uzten igarotzen. Hau egokia da, bi zirkuituren masak banandurik
nahi ditugunean segurtasuna dela medio.
4.3.1. Zirkuitu baliokideak.
Korronteak garai berean sartu edo irteten badira puntu berberetik, sortzen direnfluxuak noranzko bera dute. Zirkuitu baliokidean, fluxua Lm-ri lotuta dago, hau da, korrontemagnetizatzaileak Im, ezin du denbora hutsean aldatu.
R
VII
ooD
TDL
VDT
L
VI
oiLpk 1
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
51/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 51
Transformadore ideal batean ekuazio hauek agertzen dira:
Primario eta sekundarioko tentsioa eta debanatuen espira kopuruak erlazionaturik
hurrengo formulan ageri da:
Fluxua konstante mantenduko da:
Inpedantzia bestalde ekuazio honekin aterako dugu:
Dispertsioko harilak ahalik eta baxuenak izan behar du, hau da; primario etasekundarioen artean akoplamendu magnetiko handia egon behar da. Dispertsioko harilakmetatzen duten energia potentziako etengailuak jasan behar izaten dute.
Magnetizazio harilak ahalik eta handiena izan behar du (Flyback bihurgailuan izan
ezik), korronte magnetizatzailea debanatuetatik doan korrontearekin batzen baita, eta orduanpotentziako etengailutik doan korronteak galerak handitu egiten dituelako.
4.3.2. Flyback bihurgailua. Modu etenean.
Flyback bihurgailua, isolamendu galbanikoko KZ-KZ bihurgailu bat da, Buck-Boost
zirkuituak bobina bat eduki beharrean bi izango ditu kasu honetan. Isolamendua ez du
transformadoreak ematen, bigarren bobinak baizik. Potentzia eta sarrerako tentsio baxuekin
erabiltzea komeni da.
Flyback bihurgailuaren eskema kontrola erakutsiz:
2
2
1
1
N
V
N
V
22110)22(110 ININININNI
22
2
1
21
2
22
1
1
11 Z
N
N
IN
N
VN
N
I
VZ
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
52/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 52
4.3.2. Flyback bihurgailua.
4.3.3. 3 zirkuitu baliokideak.
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
53/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 53
4.3.4. Flyback bihurgailua.
Flyback bihurgailuaren uhinak 4.3.5. irudian daude. Adibide honetan zirkuituaegonkortu dadin korrontea modu etenean hari da (DCM).
4.3.5. Flyback-aren uhinak.
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
54/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 54
Potentzia balantzea erabiliz Vo-ren balorea ateratzeko ekuazioa lortuko dugu:
Horrela Vo:
Korrontea eten bezala lan egiteko kondizioetatik D-ren balorearen hurbilketa egindezakegu:
C dela medio Vo-ren kizkurdura:
Vo
QC
Q Io DT
RfC
D
CVo
TDIo
CVo
Q
Vo
Vo
PoPin
Lm
TDVin
T
LmVinDTDT
VinT
ImpkDTVinVinIinPin
2
21
21 22
R
VoVoIoPo
2
Lm
RTDVinVo
2
22
fLm
RVinDVo
2
DTLm
Vindmt
Lm
Vo
N
NImpk
2
1
VoN
NTDVintdm
1
2
TDtdm 1
TDVoN
NTDVin 1
1
2
Vo
Vin
N
ND
1
21
1
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
55/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 55
4.3.3. Dispertsio-induktantziaren eragina.
Primarioaren eta sekundarioaren arteko akoplamendua dela eta dispertsioko fluxu
batzuk agertzen dira induktantzia parasitiboak sortuak. Transistorea OFF
egoerara iragateaninduktantziako korronteak ez du nondik joan, transistorean gaintentsio bat eraginez.
Soluzioa Clamp zirkuitu bat ipintzea da gaintentsioa mantentzeko. Zirkuitu honekdiodo, kondentsadore eta erresistentzi bat ditu lan horretarako. Transistoreak clamp zirkuituakezarritako tentsioa gainditu nahi duenean diodoa gidatzen hasten da, eta tentsioa ez da igoko.
Clamp zirkuituak, motorretan ignizioa egiteko, telefono mugikorren baterientzakopotentzia baxuko elikadura iturri kommutatuetan, ordenagailuen elikadura iturrietarakoerabiltzen dira batez ere.
Flyback muntaia Clamp zirkuitua agertzen da 4.3.6. irudian. Bertan dispertsiokoinduktantzia (Lleakage) ikus dezakegu. Honek gordetako energia erresistentziak xurgatzen du.RC-ren ordez diodo Zener bat ipini dezakegu.
4.3.6. Flyback muntaia Clamp zirkuituarekin.
4.4. ARIKETAK.
Ariketa 1:
Buck bihurgailu bat diseinatu nahi da irteeran 18V lortu ahal izateko 10ko karga
batentzat. Irteerako kizkurdurak %0.5 baino baxuago izan behar du. Sarrerako tentsioa 48V
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
56/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 56
da. Diseinatu bihurgailua etengabe moduan lan egin dezan kommutazio maiztasuna 40kHzbada. Ebatzi lan-zikloa, harila eta kondentsadorea, erdieroaleen gailurreko tentsioak etabobinatik eta kondentsadoretik doan korrontearen balio efikaza.
4.4.1. Buck bihurgailua.
Modu etengabean lan egiten badu lan-zikloa izango da:
Aukeratu behar da harila etengabe moduan lan egiteko. L-ren balio minimoa da:
Harila minimoa baino %25 handiago aukeratzen da, etengabe modua ziurtatzeko.
Harilaren batez besteko korrontea eta korronte gehikuntza dira:
Korrontearen balio maximoa eta minimoa dira:
375.048
18
Vin
VoDDVinVo
RIo
Vo
H
fIo
DVoL
min
78
400002
375.0110
2min
1min
HHLL 5.977825.1min25.1
AR
VoI
L8.1
10
18
ADTL
VoVinton
L
VoVin
Li 88.2
40000
1375.0
105.97
1848
6
ALi
R
Vo
LiAL
i
R
Vo
Li 36.044.18.1
2(min)24.344.18.1
2(max)
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
57/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 57
Korronte triangeluarraren balio efikaza da:
4.4.2. Uhin triangeluarra.
Beraz:
Eskatzen den kizkurdurarako (0.09V) kondentsadorearen balioa izango da:
Kondentsadorearen korronte gailurra L/2 = 1.44A da eta honen balio efikaza,
(kontuan hartu kondentsadorearen korronteak ez duela balio zuzenik, hau da, triangeluarra
alternoa offsetik gabekoa da).
Aukeratzerakoan 200 F-ko kondentsadore bat aukeratuko dugu ordea, horrela
kondentsadorearen balio kapazitiboa dela eta kizkurdura 0.045V-koa izango da.
Kizkurduraren beste zatia kondentsadorearen ESRak sortzen du, beraz, kondentsadorearen
ESR maximoa izango da,
AIi
IL
L
rmsL98.18.1
3
44.1
3
2/2
2
2
2
,
F
fVo
VoL
DC 100
4000018
09.0105.978
375.01
8
1
262
AIrmsC
83.03
44.1
,
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
58/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 58
4.4.3. Zirkuitua.
Diodoak eta transistoreak jasan behar duten gailurreko tentsioa Vin da, hau da, 48V.
Harilaren tentsioa transistoreak eroaten duenean da Vin-Vo = 48 18 = 30V eta eroaten ezduenean 18V eta hortza kondentsadoreak 18V jasan behar du.
Ariketa 2:
Irudiko Buck-Boost bihurgailuak honako parametroak ditu :
Vin =24V; D = 0.4; RL = 5; L = 100H; C = 400F; f =20KHz.
Ebatzi irteerako tentsioa, harileko korrontea eta irteerako tentsioaren kizkurdura
4.4.4. Zirkuitua eta uhinak.
mESRESRicVoESR
1588.2
045.0
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
59/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 59
Irteerako tentsioa:
Harileko korrontea:
Harileko korronte maximoa:
Harileko korronte minimoa:
Ikusten den bezala modu etengabean egiten du lan, beraz:
Transistoreak jasan behar duen tentsioa 24+16 = 40V da.
Ariketa 3:
Irudiko Boost bihurgailuak honako parametroak ditu:
Vin =20V; D = 0.6; RL = 50; L = 100H; C = 100F; f =15KHz.
Frogatu harileko korrontea etena dela. Ebatzi irteerako tentsioa, harileko korronte
maximoa eta irteerako tentsioaren kizkurdura.
VDD
VinVo 164.01
4.0
241
AV
R
VoII Do 2,3
5
16
VoIoViIi A
Vi
VoIoIi 13,2
AIII DiL 33,5
AHL
TDVinIi
LL73.7
1002
2000014.024
33.52(max)
A
HL
TDVinIi
LL93.2
1002
2000014.024
33.5
2(min)
%101.0200004005
4.0
FCfR
D
Vo
Vo
L
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
60/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 60
4.4.5. Zirkuitua eta uhinak.
Suposatzen bada bihurgailua era etengabean ari dela lanean eta korronte minimoa
kalkulatzen bada:
Korronte negatiborik ez da posible harilean, honek frogatzen du harila era etenean aridela.
Irteerako tentsioa,
1
11
ViDT Vo Vi D T Vo ViD
/
L I
Io Vo R
VoIoI I
Vi
A
H
iIi L
LL 5.11002
1500016.020
6.0150
20
2 2(min)
VHL
TRDVinVo L 60
100
150001506.02
112
20211
2
22
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
61/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK
Eibarko IITUE 26ko IRA 61
Harileko korronte maximoa era etenean
Kargako korrontea Io, Vo/RL =1.2A da,
Irudia ikusita kizkurdura tentsioa irteeran izango da,
4.4.6. Uhinak.
Eta t denbora triangeluaren erlazioa kontuan edukiz 17 s da
Eta beraz karga gehikuntza:
Eta tentsio kizkurdura ESR kontuan eduki gabe,
AHL
TDViniL
8100
150001
6.020(max)
2D
Vo L
D RDTVi
sDR
L
Vin
VoTDt
L
DD 202
CsQ 578.6172
1
VC
QVo 578.0
-
7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf
62/62
POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK