Przekształtniki prądu stałego podwyższające napięcie

Zadanie przekazywania energii elektrycznej ze źródła o niskim napięciu stałym do odbiornika wymagającego wyższego napięcia można zrealizować za pomocą przekształtnika przedstawionego na rysunku poniżej

 

 Przekształtnik prądu stałego podwyższający napięcie:

a)       schemat układu;

b)      stany przewodzenia zaworu sterowanego oraz przebiegi czasowe napięć i prądów przy ciągłym prądzie dławika;

c)       stany przewodzenia zaworu sterowanego oraz przebiegi czasowe napięć i prądów przy impulsowym prądzie dławika

d)      zależności napięć i prądów w układzie

W przedziałach czasu w których przewodzi zawór sterowany T prąd dławika id wzrasta pod wpływem napięcia źródła zasilania Ud. Gdy zawór nie przewodzi, prąd id płynie nadal przez dławik L przekazując nagromadzoną w nim energię, poprzez diodę D, do obwodu odbiornika Co-Zo. W trakcie przewodzenia diody D prąd id zmniejsza się powodowany napięciem o wartości Uo-Ud. Pełniący rolę filtru kondensator Co może, dzięki diodzie D, rozładowywać się tylko w obwodzie odbiornika.
Przyjmując pewne założenia upraszczające, można napisać, że napięcie odbiornika wynosi

Uo = Ud Ti / tw

Z powyższej zależności wynika, że napięcie odbiornika zależy od czasu przewodzenia zaworu sterowanego, ale jego wartość zawsze jest większa od napięcia źródła zasilania Ud.

Przykładem tranzystorowego przekształtnika podwyższającego napięcie, stosowanego do przekazywania energii elektrycznej z odbiornika do źródła zasilania jest układ z rysunku poniżej.

 

Tranzystorowy przekształtnik podwyższający napięcie:
a) schemat układu;

b) przebiegi czasowe napięcia i prądów;
c) obszar charakterystyk napięciowo-prądowych

Odbiornikiem może być w tym przypadku hamowana odzyskowo maszyna prądu stałego. Wielkością zadaną jest średnia wartość prądu maszyny Ioz, która powinna być utrzymana poprzez generowanie impulsów sterujących tranzystora T za pomocą układu regulacji złożonego z członu pomiaru prądu io i regulatora prądu RIo. Indukcyjność obwodu twornika Lo pełni funkcję indukcyjności magazynującej energię w trakcie przewodzenia tranzystora. Przy załączonym zaworze prąd maszyny zwiększa się od wartości Io1 do Io2 pod wpływem napięcia wewnętrznego Eo. Gdy tranzystor znajduje się w stanie blokowania, prąd odbiornika płynie poprzez diodę D do źródła zasilania Ud i zmniejsza się ponownie do wartości Io1 pod wpływem napięcia Ud - Eo. Napięcie odbiornika, będące w tym przypadku źródłem energii, wyraża się zależnością

Uo= Ud ( 1 - tp / Ti )

przy czym tp / Ti - względny czas przewodzenia łącznika.
Ze względu na przepływ energii od odbiornika do źródła zasilania charakterystyki zewnętrzne odbiornika znajdują się w drugim kwadrancie układu współrzędnych .

Podobnie jak w przypadku przekształtników obniżających napięcie, strukturę układów podwyższających można wykorzystać do impulsowego sterowania rezystancją .

                                  

 

 

 Impulsowy sterownik rezystancji zasilany ze źródła prądu

W trakcie przewodzenia zaworu sterowanego T prąd wejściowy id płynie przez łącznik i napięcie na rezystorze jest w przybliżeniu równe zeru. Przy wyłączonym zaworze prąd płynie przez rezystor, na którym występuje napięcie id R. Rezystancję zastępczą takiego układu określa zależność

Rz = R ( 1 - tp / Ti )

Przekształtniki prądu stałego podwyższające napięcie są najczęściej wykorzystywane do przetwarzania energii ogniw słonecznych charakteryzujących się niskimi wartościami napięć.

powrót