41307 Kraftelektroniske motordrifter Løsningsforslag Kapittel 9 Likespenningsomformere- DC/DC omformere

Transkript

1 437 Krafelekroniske moordrifer øsningsforslag Kapiel 9 ikespenningsomformere- DC/DC omformere OPPGAE Nedransformerende omformer. Glaespolen lagrer energi når de går srøm gjennom den. Denne energien blir bruk il å oppreholde srømmen i kresen når krafhalvlederen slukkes. Friløpsdioden sørger for a denne srømmen får en vei å gå når halvlederen slukker. Alernaiv ville de bli sa opp en svær sor spenning over bryeren, og denne ville med sor sannsynlighe bli ødelag.. i u () I u u - U inn uu () C U u as Figur - Ekvivalenskjema, ransisoren leder i u () I u u - u u () C U u as Figur - Ekvivalenskjema, ransisoren sperrer.3 Ser av Figur -og Figur - a spenningen over glaespolen blir: u U inn - U u u -U u når ransisoren leder når ransisoren sperrer.4 i ve a middelverdien il spenningen over glaespolen,, skal være lik null ved sasjonær drif: U ---- u ()d Krafelekroniske moordrifer Side av

2 Kapiel 9 ikespenningsomformere- DC/DC-omformere ( U inn U ) u d U u T pa d T pa (U inn - U u ) på - U u ( - på ) U u på / U inn D U inn ; D på /.5 I oppgave.3 fan vi spenningen over spolen. I den perioden ransisoren leder, er spenningen over spolen U inn - U u. Når de ligger en konsan spenning over spolen, vil srømmen sige lineær. Med våre definisjoner,vil den sasjonær sige fra I m il I p i inervalle der ransisoren leder. Mosa vil den synke lineær fra I p il I m når ransisoreen sperrer. Srømmen får alså e forløp som vis i Figur -3. i u () I p I u I m på T Middelverdien av denne blir: Figur -3 Srøm i spolen I u ---- i u () d I u / (areale under kurven) I ---- I T I u p I m I p I m m s pa ( T s pa ) I ---- I T I u p I m ( m s pa pa ) I I --- I p m m ---- I p I m.6 Usyringen (duy-cycle) blir: U u pa U inn D U inn D U u U inn.7 I idsinervalle < < på gjelder følgende sammenheng: U I U inn U u ; I I p I m pa Krafelekroniske moordrifer Side av

3 Kapiel 9 ikespenningsomformere- DC/DC-omformere U I p I inn U p u pa (. ) 9A.3 Middelverdien il ugangssrømmen, I u, blir: I u -- ( I p I m ) 7A.8 i inn I p I m i u på T T på T I p I m i D på T T på T I p I m på T T på T u u inn -u u A AA på T T på T A -u u u u U inn U u på T T på T Figur -4 Srømmer og spenninger i en nedransformerende DC/DC-omformer med koninuerlig srøm Krafelekroniske moordrifer Side 3 av

4 Kapiel 9 ikespenningsomformere- DC/DC-omformere.9 i ser bor fra alle ap. Da må effek inn fra høyspensiden være lik effek u på lavspensiden. i har ana a U inn og U u er hel glae spenninger. Effekene kan da beregnes u fra: P inn U inn. I inn,mid P u U u. I u,mid i får da: P inn P u > I u /I inn U inn /U u /D ær klar over a dee omseningsforholde gjelder middelverdien av srøm inn og srøm u. De momenane omseningsforholde vil variere i løpe av en periode. OPPGAE Fullbro DC / DC omformer.. I I U U a) b) Figur - a)enkvadranomformer, b) firekvadranomformer Omformer a) kan bare operere i førse kvadran. Spenningen u er allid posiiv, og srømmen kan bare gå en veg. Omformer b) er en full firekvadranomformer. Spenningen u kan være både posiiv og negaiv, og srømmen kan gå i begge reninger uavhengig av spenningen. (Forusa a de i den ilkoblede kresen finnes kilder som kan drive srømmen gjennom omformeren mo spenningen.). I de flese ilfeller vil en presisjons servomoordrif si a mooren må kunne gå i begge reninger, og både som moor og brems/generaor. Dee krever en firekvadran-omformer. Omformer b) velges..3 Når mooren bremses, vil effek leveres fra mooren (som går som generaor) il omformeren. Denne effeken lagres i form av øk spenning over glaekondensaoren. Hvis ikke noe gjøres, vil denne spenningen vokse over alle grenser og føre il a kondensaoren eller halvlederkomponener ødelegges. For å hindre dee, kan flere ing gjøres: - En mosand kobles parallel med kondensaoren. Dee hindrer overspenning, men gir sore ap fordi de går srøm i mosanden hele iden. Dårlig løsning. - Isede for diodelikereer brukes en syr likereer (yrisorlikereer) som også kan gå som vekselreer hvis ennvinkelen er over 9. Denne syres slik a like-spenningen Krafelekroniske moordrifer Side 4 av

5 Kapiel 9 ikespenningsomformere- DC/DC-omformere holdes på 75. Denne løsningen er relaiv dyr, og egner seg når mooren går så mye som brems/generaor a energien som kan leveres ilbake il nee er mer verd enn omformerens eksrakosnad. - En mosand i serie med en ransisor kobles parallel med kondensaoren. Transisoren slås på når spenningen siger over f.eks. 85 og av når den går under ca. 8. Bremseenergien kokes da bor i mosanden, mens de ikke går srøm i mosanden ellers. Dee er billig, og gir lave ap hvis mooren hovedsakelig går som moor og sjelden som brems/generaor. Se Figur -. ac o U ref Figur - Syrbar bremsemosand.4 Middelverdien av spenningen over ugangen fra vekselreeren er 5. Forholde mellom og er gi av conrol (se side 9- i kompendie) conrol ri ri -- 3 D on der er Påida il T a og T on b. D -- conrol ri ri v conrol 75 v o () v ri () -75 5µs a) b) Figur -3 a)generering av syresignal, b)ugangsspenning 5µs conrol T s ri 8.3µs Krafelekroniske moordrifer Side 5 av

6 Kapiel 9 ikespenningsomformere- DC/DC-omformere Når Når Når <, > leder T a og T b - slik a v < 8.3-6, > leder T b og T a - slik a v - < 6.6-6, > leder T a og T b - slik a v.5 Rippelfrekvensen er lik svisjefrekvensen, khz..6 Reguleringssyseme er konsruer slik a maksimal ankersrøm er A. Mooren sår i ro slik a induser spenning E a. Spenningen på ugangen av omformeren blir da: R a I a.5 Usyringsforholde D blir da: conrol D ˆri o En seer allid en srømgrense (meningsgrense) på srømregulaoren på omkring merkesrøm (Den srømmen som mooren skal kunne rekke sasjonær). Ofe seer en I refmax ca.-.3 I ON slik a en får li mer momen under akselerasjon. (Man har i illegg ermisk vern på moor som hindrer den i å brenne opp.) OPPGAE 3 3. En ønsker å syre ampliude og frekvens på ugangsspenningen. 3. ed indukiv/kapasiiv las vil i og v være faseforskjøve. Se Figur 3-. o i o 4 3 Figur 3- Srøm og spenning ved indukiv las. kvadran : og i er posiive, effeken ilføres lasen. kvadran : negaiv og i posiiv, effek leveres fra las 3. kvadran : negaiv og i negaiv, effek ilføres lasen 4. kvadran : posiiv og i negaiv, effek leveres fra las ekselreere som ikke kun skal brukes il ren ohmske laser må derfor kunne operere i alle fire kvadraner. 3.3 Høy svisjefrekvens gir overharmoniske med høy frekvens som er le å filrere bor. En vil il gjengjeld få sore svisjeap slik a virkningsgraden går ned, og en får probemer med å kjøle komponenene. Svisjefrekvenser i område 6 - khz vil også kunne medføre hørbar søy. ave svisjefrekvenser gir små svisjeap slik a en får overfør mer effek uen a komponenene går varm. (Temperaur er som ofes den mes kriiske fakoren for Krafelekroniske moordrifer Side 6 av

7 Kapiel 9 ikespenningsomformere- DC/DC-omformere krafelekronikk-komponener ) De er ikke uvanlig å pårykke sore moorer firkanspenning. (Dee gir en svisjefrekves på 5 Hz) 3.4 Ampliudemodulasjonsforholde Frekvensmodulasjonsforholde f s : frekvens il rekansignal f : frekvens il ugangsspenningen grunnharmonisk komponen. m a m f conrol ri f s --- f 3.5 Når en bruker synkron PBM, dvs. a m f er e helall, velger en av prakiske årsaker mosa helning på sinusreferansen og rekansignale når de krysser hverandre i null-linjen. På denne måen er de mye leere å få krysningen il å reffe akkura i null-linjen slik a en får færre harmoniske frekvenser, og en vil forere komme opp i firkanmodulasjon når en hever ampliuden il sinusreferansen. 3π/ π/ π På grensen il firkanmodulasjon er: Figur 3- På grensen il firkanmodulasjon ri 3π conrol sin----- conrol m a π 36, ri sin----- o som funksjon av m a blir omren som vis i figur Krafelekroniske moordrifer Side 7 av

8 Kapiel 9 ikespenningsomformere- DC/DC-omformere 4/π o /...4 m a Figur 3-3 Spenningsregulering ved variasjon av m a 3.6 De re forelese prinsippene for srømsyring er: a)toleranse bånd Hvis en benyer oleransebånd srømregulering, slår en av svisjen(e) når srømmen er sege il en besem verdi over srømreferansen. Srømmen vil da begynne å synke. Når srømmen har sunke il en besem verdi under srømreferansen, skrur en på svisjen(e) igjen. ed denne syringen får en konsan srømrippel, men rippelfrekvensen vil variere. En må også være oppmerksom på a hvis referansen er nær null kan en risikere å ikke få påslag. Syrespenning,v c I / i I,middel Påslag på b)konsan av-id av Avslag Påslag Når srømmen er bli like sor som referansen, slår en av svisjen. Eer en besem id, som er fassa på forhånd, slår en på svisjen igjen. I dee ilfelle vil får en både variabel rippelsrøm og rippelfrekvens. Syrespenning,v c I i konsan av på av på av c)konsan frekvens Krafelekroniske moordrifer Side 8 av

9 Kapiel 9 ikespenningsomformere- DC/DC-omformere Svisjen(e) blir slå på av en klokkepuls. De blir slå av når srømmen blir like sor som referansen. Dee er den mes bruke måen og regulere srømmen på. En vil få variabel rippelsrøm men konsan rippelfrekvens. Dee gjør de leere å lage ugangsfiler. Syrespenning,v c I i på av på av konsan periodeid OPPGAE 4 Frekvensmodulasjonsforholde er lik svisjefrekvensen del på frekvensen il referansesignale. m f f s f 4. ed å velge m f lik e oddeall, vil vi få ulike symmeri og halvbølge symmeri. i får derfor bare odde harmoniske komponener igjen.( like harmoniske komponener forsvinner fra ugangssignale) 4. Ampliudeverdien il lasspenningen o er 5. ikespenningen er 5. m a o Krafelekroniske moordrifer Side 9 av

10 Kapiel 9 ikespenningsomformere- DC/DC-omformere, ˆ ( o ) h, f m f m f m f f v o v ο π π ω ˆ ( o ) h π -- π d sinω dω -- 4 π d o: harmoniske komponener i firkanspenning : harmoniske komponener fra oppgave,,6. f m f m f m f f Krafelekroniske moordrifer Side av

11 Kapiel 9 ikespenningsomformere- DC/DC-omformere 4.6. Spenningen er firkanforme med som ampliude. i - v o R,, Tidskonsanen τ ---.5s R Frekvens 5 Hz i.s og o - i.s Da τ >>.s, kan en see R som en god ilnærming. I Dee gir: - di ---- d o ( I) d s 5mH 5A 4.3 For å svare på dee spørsmåle, ar vi ugangspuk i a usrømmen er posiiv og T a og T b - leder. Omformeren senger så venilene T a og T b -, og åpner T a - og T a. Indukansen i lasen vil oppreholde srømmen. Srømmen vil derfor fremdeles være posiiv. Siden T a og T b - er seng og T a - og T b ikke kan lede negaiv srøm, er diodene D3 og D den enese veien srømmen kan gå. Hvis en ar vekk disse diodene vil srømmen gjennom spolen bli bru når ransisorene svisjer, og vi får en høy overspenning som vil kunne ødelegge både omformeren og lasen Krafelekroniske moordrifer Side av