Диссертация (Повышение эффективности статического преобразователя в электроэнергетических системах с солнечными фотоэлектрическими установками), страница 4

При этом рассматриваемые устройства безгальванической развязки следует подразделить:- на понижающие конвертеры;- на повышающие конвертеры;- инвертирующие конвертеры;- конвертеры с разделительным конденсатором.В качестве примеров на рисунках 1.8-1.10 представлены силовые схемыпонижающего, повышающего и инвертирующего конвертеров соответственно. Нарисунке 1.8 приведена силовая схема понижающего конвертера, которая имеетдва характерных интервала работы. На первом интервале времени, когда ключ VTвключен, электрическая энергия от источника питания поступает к потребителям.При этом происходит накопление электромагнитной энергии в дросселе L иэлектростатической энергии в конденсаторе С. На втором интервале времени,когда ключ VT выключен, указанная накопленная энергия в дросселе L и25конденсаторе С поддерживает заданный уровень выходного напряжения напотребителях.В результате, за счет изменения длительности включенного состояниясилового ключа VT можно регулировать выходное напряжение от 0 В до уровнянапряжениявходногоисточникапитания.Основнымидостоинствамирассматриваемой силовой схемы являются линейный закон регулирования,возможность реализации защиты от короткого замыкания, наличие небольшогоколичества реактивных элементов.При этом напряжение, прикладываемое к силовому ключу VT в закрытомсостоянии, теоретически не выше напряжения источника питания.

К недостаткамданной схемы можно отнести существенные пульсации входного тока.Силовая схема повышающего конвертера представлена на рисунке 1.9,которая функционирует следующим образом. Когда транзистор VT включен, засчет роста тока происходит накопление электромагнитной энергии в дросселе L.При этом ранее накопленная электростатическая энергия в конденсаторе Споддерживает заданный уровень выходного напряжения на потребителях.

Наинтервале времени, когда силовой ключ VT выключен, энергия от источникапитания и дросселя L поступает к потребителям и в конденсатор С. В результате,за счет изменения длительности включенного состояния силового ключа VT,можно регулировать выходное напряжение от уровня напряжения входногоисточника питания до теоретически бесконечно больших значений.26Рисунок 1.8Рисунок 1.9Рисунок 1.1027К достоинствам силовой схемы повышающего конвертера целесообразноотнести возможность снижения пульсаций входного тока, малые пульсации,наличие небольшого количества реактивных элементов.

Недостатками являютсянелинейный закон регулирования, отсутствие защиты от короткого замыкания иналичие напряжения, прикладываемого к силовому ключу VT в закрытомсостоянии, выше напряжения источника питания.Особенностьюсиловойсхемыинвертирующегоконвертерабезгальванической развязки (рисунок 1.10) является формирование напряжения навыходе преобразователя с обратной полярностью.

Когда силовой ключ VTвключен, за счет роста тока происходит накопление электромагнитной энергии вдросселе L. При этом ранее накопленная электростатическая энергия вконденсаторе С поддерживает заданный уровень выходного напряжения напотребителях. На интервале времени, когда силовой ключ VT выключен, энергия,накопленная в дросселе L, поступает к потребителям и в конденсатор С. За счеттого, что потребители параллельно подключены к дросселю L, полярностьвыходного напряжения имеет обратный знак по сравнению с источникомпитания.

В результате, за счет изменения длительности включенного состояниясилового ключа VT можно регулировать выходное напряжение от 0 В дотеоретически бесконечно больших значений.Основными достоинствами рассматриваемой силовой схемы являютсявозможность реализации защиты от короткого замыкания и наличие небольшогоколичествареактивныхэлементов.Котличительнойособенностиинвертирующего конвертера следует отнести возможность работы как в режимепонижения, так и в режиме повышения выходного напряжения.Недостаткамиданнойсиловойсхемыявляются нелинейныйзаконрегулирования и существенные пульсации входного тока. При этом напряжение,прикладываемое к силовому ключу VT в закрытом состоянии, может достигатьзначения выше напряжения источника питания.28Также к существенному недостатку инвертирующего конвертера следуетотнести передачу электрической энергии от источника входного напряжения кпотребителям только за счет промежуточного накопления электромагнитнойэнергии в дросселе L, что ограничивает выходную мощность устройства.Одним из примеров силовой схемы конвертера с разделительнымконденсатором является схема Кука, представленная на рисунок 1.11.Когда силовой ключ VT включен, за счет роста тока происходит накоплениеэлектромагнитной энергии в дросселе L1.

В то же время, буферный конденсаторС1 передает ранее накопленную электростатическую энергию через дроссель L2 вконденсатор С2, который в свою очередь поддерживает заданный уровеньвыходного напряжения на потребителях.На интервале времени, когда силовой ключ VT выключен, ток поддействием ЭДС самоиндукции дросселя L1 начинает протекать по цепи:положительный потенциал входного источника питания – дроссель L1 буферный конденсатор С1 – диод VD – отрицательный потенциал входногоисточника питания, за счет чего происходит накопление электростатическойэнергиивбуферномконденсатореС1.Приэтомранеенакопленнаяэлектростатическая энергия в конденсаторе С1 поддерживает заданный уровеньвыходного напряжения на потребителях.В результате за счет изменения длительности включенного состояниясилового ключа VT можно регулировать выходное напряжение от 0 В дотеоретически бесконечно больших значений.В схеме Кука входной ток имеет непрерывный характер, что позволяетисключить входной LC-фильтр. При этом благодаря непрерывному характерутока, протекающего через дроссель L2, существует возможность снижениеемкости накопительного конденсатора С2.Другимпримеромсиловойсхемыконвертерасразделительнымконденсатором является, так называемая, силовая схема KY с двумя силовымиключами VT1 и VT2 (рисунок 1.12).29Рисунок 1.11Рисунок 1.1230К существенному недостатку рассмотренных конвертеров следует отнестипередачу электрическойпотребителямэнергиитолькоот источника входного напряжения кпосредствомпромежуточногонакопленияэлектростатической энергии в буферном конденсаторе, что ограничиваетвыходную мощность устройства.Результатыпроведенногосравнительногоанализаконвертеровбезгальванической развязки входного источника питания от выходного напряженияпредставлены в таблице 1.4.Таблица 1.4№Фактор1 Уровень выходногонапряжения2 Характер законарегулирования3 Возможностьснижения пульсацийвходного тока4 Наличие защиты откороткогозамыкания5 Число реактивныхэлементов6 Максимальноенапряжение назакрытом силовомключе7 Поступлениеэнергиинепосредственно отисточника питанияКонвертер сПонижающий Повышающий ИнвертирующийразделительнымконвертерконвертерконвертерконденсаторомОт 0 В доОт напряжениянапряженияисточникаОт 0 В доОт 0 В доисточникапитания добесконечностибесконечностипитаниябесконечностиЛинейныйНелинейныйНелинейныйНелинейныйНетЕстьЕстьЕстьЕстьНетЕстьНет2224На уровненапряженияисточникапитанияВыше уровнянапряженияисточникапитанияВыше уровненапряженияисточникапитанияВыше уровнянапряженияисточникапитанияДаДаНетНетРассматриваемыепреобразователицелесообразно подразделить:- на однотактные конвертеры;- на двухтактные конвертеры.31сгальваническойразвязкойВ однотактных конвертерах, в отличие от двухтактных, передачаэлектрической энергии происходит в течение одного интервала времени (такта) запериод.

В свою очередь, однотактные конвертеры следует подразделить наобратноходовые и прямоходовые конвертеры.В качестве примера на рисунке 1.13 представлена силовая схемаоднотактного обратноходового конвертера [21, 22, 54, 55], который работаетследующим образом.Привключенномнарастающеготокасостояниивсиловогопервичнойключаобмотке,VTподпроисходитдействиемнакоплениеэлектромагнитной энергии в трансформаторе TV. При этом ранее накопленнаяэлектростатическая энергия в конденсаторе С поддерживает заданный уровеньвыходного напряжения на потребителях.На интервале времени, когда силовой ключ VT выключен, накопленнаяэлектромагнитная энергия трансформатора TV через вторичную обмоткупоступает потребителям и в конденсатор С.В результате, за счет изменения длительности включенного состояниясилового ключа VT можно регулировать выходное напряжение от 0 В дотеоретически бесконечно больших значений.К существенному недостатку обратноходового конвертера следует отнестипередачу электрическойпотребителямтолькоэнергииот источника входного напряжения кпосредствомпромежуточногонакопленияэлектромагнитной энергии в трансформаторе TV, что ограничивает выходнуюмощность устройства.На рисунке 1.14 представлен прямоходовой конвертер с двумя силовымиключами [56, 57], который работает следующим образом.32Рисунок 1.13Рисунок 1.1433Когда два силовых ключа VT1 и VT2 включены, к первичной обмоткеприложеновходноенапряжениеисточникапитания,котороепослепреобразования поступает через диод VD3 и дроссель L к потребителям.В то же время происходит накопление электромагнитной энергии вдросселе L и электростатической энергии в конденсаторе С2.