Przekształtniki prądu stałego obniżające napięcie

W obniżających przekształtnikach prądu stałego napięcie wejściowe jest doprowadzane do odbiornika za pomocą cyklicznie załączanego i wyłączanego zaworu półprzewodnikowego w pełni sterowalnego. Najczęściej spotykanymi w praktyce obciążeniami są odbiorniki typu RLE (maszyna prądu stałego) i układy z wyjściowym filtrem indukcyjno-pojemnościowym LC (zasilanie falowników napięcia). W obu tych przypadkach, ze względu na występowanie indukcyjności obciążenia, konieczne jest zastosowanie diody rozładowczej D0, zwanej także diodą zerową.

Przekształtnik prądu stałego obniżający napięcie:
a) schemat układu przy obciążeniu RLE;

b) obciążenie z filtrem wyjściowym LC;
c) przebiegi czasowe sygnału sterującego T oraz napięć i prądów przekształtnika;
d) uproszczone przebiegi czasowe napięć i prądów przekształtnika przy pominięciu rezystancji odbiornika

Załączenie zaworu sterowanego T (może to być dowolny ppm w pełni sterowalny) powoduje pojawienie się na odbiorniku napięcia równego napięciu zasilania U_d, pomijając niewielki jego spadek na przewodzącym zaworze. Przy wyłączonym zaworze sterowanym napięcie na zaciskach odbiornika jest równe zeru, a prąd odbiornika płynie przez diodę rozładowczą.
Średnia wartość napięcia na odbiorniku U_o zależy od iloczynu czasu przewodzenia prądu t_p przez zawór sterowany i częstotliwości przełączeń f równej odwrotności okresu przełączeń T_i

U_o = U_d t_p f = U_d t_p / T_i

Średnią wartość napięcia wyjściowego przekształtnika obniżającego napięcie, przy stałej wartości napięcia zasilania U_d, można regulować zmianą stosunku t_p / T_i. Stosuje się przy tym dwie podstawowe metody. Pierwsza z nich, najczęściej spotykana, polega na zmianie czasu przewodzenia t_p zaworu sterowanego, przy tym samym okresie przełączeń T_i. Druga metoda polega na zmianie częstotliwości przełączeń f przy zachowaniu tej samej wartości czasu przewodzenia zaworu t_p. W obu przypadkach średnia wartość napięcia wyjściowego jest zawsze mniejsza od napięcia źródła zasilania.
Przebieg prądu odbiornika rezystancyjno-indukcyjnego przedstawiono na rys.c. W trakcie przewodzenia zaworu T prąd odbiornika wzrasta wykładniczo od wartości I_o1 do I_o2. Po jego wyłączeniu maleje, także zgodnie z krzywą wykładniczą, do wartości I_o1. Prąd odbiornika ma charakter ciągły. W przypadku obciążenia zawierającego źródło napięcia prąd odbiornika może mieć również przebieg impulsowy, co jest na ogół niepożądane. Zjawisko to można ograniczyć włączając w szereg z odbiornikiem dodatkowy dławik.

Oprócz dwóch wymienionych sposobów regulacji napięcia i prądu odbiornika stosuje się także dwustanową regulację prądu. Realizuje się ją w układzie automatycznej regulacji, którego głównym członem jest komparator z histerezą

Dwustanowa regulacja prądu w układzie z przekształtnikiem obniżającym napięcie:
a) schemat układu; b) przebieg czasowy prądu odbiornika;
c) zależność względnej częstotliwości łączeń od względnego napięcia odbiornika

Wartością zadaną jest wartość średnia prądu odbiornika I_oz, a o stanie pracy zaworu sterowanego decyduje różnica pomiędzy I_oz i wartością chwilową prądu odbiornika i_o, mierzoną za pomocą czujnika prądu PP.

Omawiane do tej pory układy charakteryzuje występowanie dużych tętnień prądu pobieranego ze źródła zasilania oraz napięcia i prądu odbiornika. W celu ich zmniejszenia stosuje się przekształtniki wielopulsowe złożone z połączonych równolegle kilku przekształtników jednopulsowych o przebiegach napięć wyjściowych wzajemnie przesuniętych w fazie . Połączenie równoległe wymaga zastosowania dławików wyrównawczych.

Dwupulsowy przekształtnik obniżający napięcie:
a) schemat układu; b) przebiegi czasowe napięć wyjściowych

Przekształtniki obniżające napięcie są stosowane najczęściej do zasilania obcowzbudnych i szeregowych silników prądu stałego (np. napędy trakcyjne). Sama struktura tych przekształtników bywa także wykorzystywana do impulsowego sterowania rezystancją.

Impulsowy sterownik rezystancji zasilany ze źródła napięcia

Zmieniając wartość czasu przewodzenia t_p zaworu sterowanego T można uzyskać efekt zbliżony do takiego, jaki wystąpiłby w przypadku rezystora o regulowanej rezystancji wynoszącej

R_z = R T_i / t_p

POWRÓT