Problem ze spadkiem napięcia w falowniku - jak rozwiązać

Ilekroć PWM jest używany w falowniku, aby umożliwić wyjście fali sinusoidalnej, napięcie falownika spadek staje się poważnym problemem, zwłaszcza jeśli parametry nie są obliczane poprawnie.

Na tej stronie można było natknąć się na wiele koncepcji falowników sinusoidalnych i falowników czystej fali sinusoidalnej wykorzystujących źródła PWM lub integracje SPWM. Chociaż koncepcja działa bardzo dobrze i pozwala użytkownikowi uzyskać wymagane wyjścia równoważne fali sinusoidalnej, wydaje się, że borykają się z problemami ze spadkiem napięcia wyjściowego pod obciążeniem.

W tym artykule nauczymy się, jak to naprawić poprzez proste zrozumienie i obliczenia.

Po pierwsze, musimy zdać sobie sprawę, że moc wyjściowa falownika jest jedynie iloczynem napięcia wejściowego i prądu dostarczanego do transformatora.

Dlatego tutaj musimy upewnić się, że transformator jest odpowiednio przystosowany do przetwarzania zasilania wejściowego, tak aby wytwarzał żądaną moc wyjściową i był w stanie wytrzymać obciążenie bez żadnego spadku.

Z poniższej dyskusji postaramy się przeanalizować za pomocą prostych obliczeń metodę pozbycia się tego problemu, poprzez prawidłowe skonfigurowanie parametrów.

Analiza napięcia wyjściowego w falownikach prostokątnych

W obwodzie falownika prostokątnego zazwyczaj znajdujemy przebieg, jak pokazano poniżej, na urządzeniach zasilających, które dostarczają prąd i napięcie do odpowiedniego uzwojenia transformatora zgodnie ze współczynnikiem przewodzenia mosfet przy użyciu tej fali prostokątnej:

Tutaj widzimy, że szczytowe napięcie wynosi 12 V, a cykl pracy wynosi 50% (równy czas włączenia / wyłączenia przebiegu).

Aby przejść do analizy Najpierw musimy znaleźć średnie napięcie indukowane na odpowiednim uzwojeniu transformatora.

Przypuśćmy, że używamy środkowego zaczepu 12-0-12V / 5 amperów trafo i zakładając, że cykl pracy 12 V @ 50% jest zastosowany do jednego z uzwojeń 12 V, wówczas moc indukowaną w tym uzwojeniu można obliczyć w następujący sposób:

12 x 50% = 6 V.

Jest to średnie napięcie na bramkach urządzeń elektroenergetycznych, które odpowiednio obsługują uzwojenie trafo z tą samą szybkością.

Dla dwóch połówek uzwojenia trafo otrzymujemy 6V + 6V = 12V (łącząc obie połówki środkowego zaczepu trafo.

Pomnożenie tego 12 V przez pełne natężenie prądu 5 A daje nam 60 watów

Ponieważ rzeczywista moc transformatora również wynosi 12 x 5 = 60 watów, oznacza to, że moc indukowana na stronie pierwotnej trafo jest pełna, a zatem moc wyjściowa będzie również pełna, co pozwoli na pracę wyjścia bez spadku napięcia pod obciążeniem .

Te 60 watów jest równe rzeczywistej mocy znamionowej transfomeru, tj. 12 V x 5 A = 60 watów. dzięki temu wyjście z trafo pracuje z maksymalną siłą i nie powoduje spadku napięcia wyjściowego nawet przy podłączeniu maksymalnego obciążenia 60 W.

Analiza napięcia wyjściowego falownika opartego na PWM

Teraz załóżmy, że zastosujemy przerywanie PWM przez bramki mosfetów mocy, powiedzmy w tempie 50% cyklu pracy na bramkach mosfetów (które już działają z 50% cyklem pracy od głównego oscylatora, jak omówiono powyżej)

To ponownie oznacza, że ​​na poprzednio obliczoną średnią 6 V ma teraz wpływ dodatkowo ten zasilacz PWM z 50% cyklem pracy, zmniejszając średnią wartość napięcia na bramkach mosfet do:

6 V x 50% = 3 V (chociaż szczyt nadal wynosi 12 V)

Łącząc tę ​​średnią 3V dla obu połówek uzwojenia, które otrzymujemy

3 + 3 = 6 V.

Pomnożenie tego 6 V przez 5 A daje nam 30 watów.

Cóż, to o 50% mniej niż to, co transformator jest przystosowany do obsługi.

Dlatego przy pomiarze na wyjściu, chociaż wyjście może wykazywać pełne 310 V (ze względu na szczyty 12 V), ale pod obciążeniem może to szybko spaść do 150 V, ponieważ średnie zasilanie na stronie pierwotnej jest o 50% niższe niż wartość znamionowa.

Aby rozwiązać ten problem, musimy zająć się dwoma parametrami jednocześnie:

1) Należy upewnić się, że uzwojenie transformatora odpowiada średniej wartości napięcia dostarczanej przez źródło za pomocą chopping PWM,

2), a prąd uzwojenia należy odpowiednio dobrać tak, aby wyjściowy prąd przemienny nie spadał pod obciążeniem.

Rozważmy nasz powyższy przykład, w którym wprowadzenie 50% PWM spowodowało zmniejszenie napięcia wejściowego do uzwojenia do 3 V, aby wzmocnić i rozwiązać tę sytuację, musimy zapewnić, że uzwojenie trafo musi być odpowiednio ocenione na 3 V. Dlatego w tej sytuacji transformator musi mieć napięcie 3-0-3V

Bieżące specyfikacje transformatora

Biorąc pod uwagę powyższy wybór trafo 3-0-3V i biorąc pod uwagę, że moc wyjściowa trafo jest przeznaczona do pracy z obciążeniem 60 watów i stałym napięciem 220 V, możemy potrzebować prądu pierwotnego trafo o wartości 60/3 = 20 amperów. Tak, to jest 20 A, które trafo będzie potrzebować, aby zapewnić podtrzymanie napięcia 220 V, gdy do wyjścia zostanie podłączone pełne obciążenie 60 watów.

Pamiętaj, że w takiej sytuacji, jeśli napięcie wyjściowe jest mierzone bez obciążenia, można zaobserwować nienormalny wzrost wartości napięcia wyjściowego, który może wydawać się przekraczać 600V. Może się tak zdarzyć, ponieważ chociaż średnia wartość indukowana na mosfetach wynosi 3 V, wartość szczytowa zawsze wynosi 12 V.

Ale nie ma się czym martwić, jeśli zdarzy się, że zobaczysz to wysokie napięcie bez obciążenia, ponieważ szybko opadnie do 220 V, gdy tylko obciążenie zostanie podłączone.

Powiedziawszy to, jeśli użytkownicy uważają, że grzechoczą widząc tak zwiększony poziom napięcia bez obciążenia, można to skorygować, stosując dodatkowo obwód regulatora napięcia wyjściowego które już omówiłem w jednym z moich wcześniejszych postów, możesz skutecznie zastosować to samo również do tej koncepcji.

Alternatywnie, podwyższone napięcie można zneutralizować poprzez podłączenie kondensatora 0,45 uF / 600 V na wyjściu lub dowolnego kondensatora o podobnej wartości znamionowej, co również pomogłoby w odfiltrowaniu PWM do płynnie zmieniającego się przebiegu sinusoidalnego.

Problem wysokiego prądu

W omawianym powyżej przykładzie widzieliśmy, że przy przerywaniu PWM 50% jesteśmy zmuszeni zastosować trafo 3-0-3V dla zasilania 12 V, zmuszając użytkownika do przejścia na transformator 20 A tylko po to, aby uzyskać 60 watów, co wygląda dość nierozsądnie.

Jeśli 3 V wymaga 20 amperów, aby uzyskać 60 watów, oznacza to, że 6 V wymagałoby 10 amperów do wygenerowania 60 watów, a ta wartość wygląda na całkiem rozsądną ....... lub aby była jeszcze lepsza, 9 V pozwoliłoby ci pracować z trafo 6,66 ampera, które wygląda jeszcze rozsądniej.

Z powyższego stwierdzenia wynika, że ​​zwiększając średnie indukowanie napięcia na uzwojeniu trafo zmniejsza się zapotrzebowanie na prąd, a skoro średnie napięcie jest zależne od czasu załączenia PWM to po prostu oznacza, że ​​aby uzyskać wyższe średnie napięcia na pierwotnym trafo, po prostu musisz zwiększyć czas włączenia PWM, to kolejny alternatywny i skuteczny sposób na prawidłowe wzmocnienie problemu spadku napięcia wyjściowego w falownikach opartych na PWM.

Jeśli masz jakieś sprecyzowane pytania lub wątpliwości dotyczące tematu, zawsze możesz skorzystać z pola komentarza poniżej i zanotować swoje opinie.