21.01.2015 Views

2.4. DC/AC átalakítók (váltóirányítók, inverterek) Az DC/AC ...

2.4. DC/AC átalakítók (váltóirányítók, inverterek) Az DC/AC ...

2.4. DC/AC átalakítók (váltóirányítók, inverterek) Az DC/AC ...

SHOW MORE
SHOW LESS

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.

<strong>2.4.</strong> <strong>DC</strong>/<strong>AC</strong> átalakítók (váltóirányítók, <strong>inverterek</strong>)<br />

<strong>Az</strong> <strong>DC</strong>/<strong>AC</strong> átalakítók, váltóirányítók, <strong>inverterek</strong>, olyan kapcsolások, amelyek<br />

egyenfeszültségbıl elvben tetszıleges frekvenciájú és amplitúdójú váltakozó feszültséget<br />

állítanak elı.<br />

A jelenlegi megoldásokban be- és kikapcsolható félvezetı elemeket alkalmaznak.<br />

Segítségükkel elvben tetszıleges fázisszámú feszültségrendszer elıállítható. A gyakorlatban<br />

1F és 3F megoldások használatosak.<br />

A kapcsolások emellett három alapvetı csoportba sorolhatók:<br />

• Állandó frekvenciás megoldások, (szünetmentes energiaellátó rendszerek elektronikus<br />

tápegységei)<br />

• Változó frekvenciás megoldások, (váltakozóáramú villamos hajtások)<br />

• Különféle technológiai igényeket kielégítı speciális megoldások.<br />

<strong>2.4.</strong>1. Egyfázisú váltóirányító kapcsolások<br />

<strong>Az</strong> egyfázisú megoldásoknak három alapváltozata ismeretes:<br />

• <strong>Az</strong> egyfázisú hídkapcsolású inverter<br />

• <strong>Az</strong> egyfázisú, középpont-megcsapolású inverter<br />

• A középpont-megcsapolású egyenfeszültséget igénylı egyfázisú félhíd.<br />

<strong>2.4.</strong>1.1. <strong>Az</strong> egyfázisú, hídkapcsolású váltóirányító mőködése<br />

A kapcsolás felépítése a <strong>2.4.</strong>1.1.-1. ábrán, a jellemzı mennyiségek idıfüggvényei a <strong>2.4.</strong>1.1.-2.<br />

ábrán láthatók, induktivitás terhelést feltételezve.<br />

A szaggatott vonallal keretezett dióda-kapcsoló elrendezés be- és kikapcsolható félvezetıt<br />

helyettesít (bipoláris tranzisztor, FET, IGBT, GTO stb.)<br />

<strong>2.4.</strong>1.1.-1. ábra


<strong>2.4.</strong>1.1.-2. ábra<br />

Megjegyzések<br />

• <strong>Az</strong> alkalmazható vezérlés elsı alapgondolata, hogy a kapcsolók egy hídfélen belül az<br />

egyenáramú oldali zárlat elkerülése céljából csak ellenütemben vezérelhetık.<br />

• Maximális kimeneti feszültséget akkor kapunk, ha az 1-4 ill. 2-3 kapcsolókat vezéreljük<br />

egyidejőleg.<br />

• Ha egyidejőleg legalább két kapcsoló van bekapcsolva, akkor a kimeneti feszültség értékét<br />

a bekapcsolt félvezetık egyértelmően, a terhelı áram irányától függetlenül meghatározzák.<br />

(<strong>Az</strong> áram legfeljebb nem a bekapcsolt kapcsolón, hanem a vele ellenpárhuzamosan<br />

kapcsolt visszáramdiódán folyik)<br />

• Olyan induktív terhelést tételezünk fel, amelynek igen kismértékő ellenállása van.<br />

• Ebben az esetben a terhelés feszültségegyenletébıl:<br />

u T = i T ’ L T + i T R T , ⇒ i T ’= (U T - i T R T )/L T ,<br />

és i T R T


• A gyakorlatban állandósult visszatáplálás is lehetséges, azaz I BAV < 0. Ebben az esetben a<br />

fogyasztói, (váltakozó áramú) oldalon aktív generátor szükséges, (villamos motor<br />

fékezése).<br />

<strong>2.4.</strong>1.2. <strong>Az</strong> egyfázisú, középpont-megcsapolású transzformátoros váltóirányító mőködése<br />

A kapcsolás felépítése a <strong>2.4.</strong>1.2.-1.ábrán, a jellemzı mennyiségek idıfüggvénye a <strong>2.4.</strong>1.2.-2.<br />

ábrán látható.<br />

A kapcsolás elınye, hogy mindig csak egy félvezetın folyik áram, ellentétben a<br />

hídkapcsolású megoldással. Ezzel szemben az egy félvezetıt terhelı zárófeszültség az U B<br />

bemeneti feszültség kétszerese.<br />

Következésképpen:<br />

• A hídkapcsolású megoldást nagyobb U B feszültségnél alkalmazzuk, a gyakorlatban 100V<br />

felett.<br />

• A középpont-megcsapolású transzformátoros megoldást pedig kisebb feszültségeknél,<br />

(12V, 24V, stb.)<br />

<strong>2.4.</strong>1.2.-1. ábra<br />

<strong>2.4.</strong>1.2.-2. ábra


Megjegyzések<br />

• A kimeneti feszültség értékét a bekapcsolt félvezetı egyértelmően, a terhelı áram irányától<br />

függetlenül meghatározza. (<strong>Az</strong> áram legfeljebb nem a bekapcsolt kapcsolón, hanem a vele<br />

ellenpárhuzamosan kapcsolt visszáramdiódán folyik.)<br />

• Olyan induktív terhelést tételezünk fel, amelynek igen kismértékő ellenállása van. Ebben<br />

az esetben az elızı pontnak megfelelıen a terhelés árama egyenes darabokból áll és<br />

középértéke állandósult állapotban nulla.<br />

• A transzformátor primer oldalán folyó áramok meghatározásakor a gerjesztési törvényt kell<br />

figyelembe venni, miszerint, ha ideális vasmagot tételezünk fel, i p N p =i s N s .<br />

• <strong>Az</strong> elızıekben ismertetett megjegyzések az energiaáramlás irányairól itt is érvényesek.<br />

<strong>2.4.</strong>2. A háromfázisú, hídkapcsolású váltóirányító felépítése, vezérlése<br />

A kapcsolás felépítése a <strong>2.4.</strong>2.-1.ábrán látható a vezérlési sémával együtt.<br />

A kapcsolás mőködését részletesebben nem tárgyaljuk, érdeklıdıknek a 6.4. példa<br />

áttanulmányozását javasoljuk.<br />

GY<br />

1 2<br />

GY<br />

T<br />

2<br />

T<br />

t<br />

6<br />

3<br />

GY<br />

T<br />

2<br />

T<br />

t<br />

2<br />

5<br />

T<br />

2<br />

T<br />

t<br />

<strong>2.4.</strong>2.-1. ábra<br />

Megjegyzések<br />

• A kapcsolás tulajdonképpen az egyfázisú hídkapcsolás kiegészítése.<br />

• A cél a kimeneti pontokon (A,B,C) szimmetrikus háromfázisú feszültség létrehozása.


• <strong>Az</strong> alkalmazható vezérlés elsı alapgondolata, hogy a kapcsolók egy hídfélen belül az<br />

egyenáramú oldali zárlat elkerülése céljából csak ellenütemben vezérelhetık.<br />

• Emellett az egyes fázisokat képezı félhidak félvezetıit a szimmetrikus háromfázisú<br />

rendszernek megfelelıen 120 0 -os eltolással vezéreljük.<br />

<strong>2.4.</strong>3. A váltóirányítók kimeneti feszültségének szabályozása<br />

A megoldási lehetıségek<br />

• <strong>Az</strong> alapmegoldás a hídfelek eltolt vezérlése. A vezérlési séma a <strong>2.4.</strong>3.-1.ábrán látható. (A<br />

megoldás kimenıfeszültségének felharmonikus-tartalma nagy.)<br />

• A feszültségszabályozás lehetıségei általánosabban is megfogalmazhatók a <strong>2.4.</strong>3.-2b<br />

ábra vázlatos hídkapcsolását felhasználva.<br />

Eszerint:<br />

A kimenıfeszültség pozitív, ha az 1 – 4 kapcsolókat kapcsoljuk be.<br />

A kimenıfeszültség negatív, ha a 2 – 3 kapcsolókat kapcsoljuk be.<br />

A kimenıfeszültség nulla, ha az 1 – 2, ill. a 3 -4 kapcsolókat kapcsoljuk be.<br />

• A kimenıfeszültség alacsony rendszámú felharmonikusainak amplitúdói jelentısen<br />

csökkenthetık, ha a félperiódusokon belül egyszerő impulzusszélesség modulációt (ISZM,<br />

PWM) alkalmazva (l. <strong>2.4.</strong>3.-2a ábra), változtatjuk U T effektív értékét.<br />

<strong>2.4.</strong>3.-1. ábra


• További csökkenés érhetı el, ha szinuszos impulzusszélesség modulációt, SPWM,<br />

alkalmazunk, (l. <strong>2.4.</strong>3.-3.ábra), amikor félperióduson belül is változtatjuk a bekapcsolási<br />

idıt, mégpedig úgy, hogy a bekapcsolt impulzus területe az elvárt szinusz amplitúdójának<br />

megfelelıen változzék.<br />

• Különösen az utóbbi vezérlési módot alkalmazva az alacsonyabb rendszámú<br />

felharmonikusok értéke jelentısen csökkenthetı. Ezzel szemben magasabb rendszámú<br />

felharmonikusok jelennek meg.<br />

• Viszont a nagyfrekvenciás felharmonikusok sokkal könnyebben, olcsóbban szőrhetık<br />

• A gyakorlatban alkalmazott modulációs frekvencia 50Hz kimeneti frekvenciájú<br />

<strong>inverterek</strong>nél is10 kHz körüli érték.<br />

• Speciális vezérlési mód a csúszó-módú, (sliding mode) szabályozás. Ebben az esetben a<br />

tápegység szabályozója szinuszos alapjelet kap, amit a valóságos kimenı jellel<br />

összehasonlítva kapjuk a hibajelet. A vezérlés az inverter kapcsolóit úgy kapcsolgatja,<br />

hogy az hibajel minimális legyen. Ebben az esetben az inverter kimeneti frekvenciája<br />

félperióduson belül is változik, a terhelés és a megengedett hiszterézis is befolyásolja.<br />

1 2<br />

U B<br />

T M<br />

1,2 1,2<br />

T be<br />

1,4 1,4<br />

T/2<br />

3,4<br />

t<br />

U B<br />

u T<br />

2,3<br />

<strong>2.4.</strong>3.-2.a,b ábra<br />

3 4<br />

t<br />

<strong>2.4.</strong>3.-3. ábra<br />

<strong>2.4.</strong>4. A kimeneti feszültség szőrése<br />

A gyakorlatban megfelelı minıségő szinuszos feszültséget kell a váltóirányító kimenetén<br />

biztosítani. E célból a váltóirányító kimenetére szőrıköröket csatlakoztatunk.<br />

Megjegyzések:<br />

<strong>Az</strong> általános szőrıelrendezés a <strong>2.4.</strong>4.-1.ábrán látható.<br />

Megjegyzések


• A szőrı tulajdonképpen egy frekvenciafüggı feszültségosztó. A bemeneti L s -C s kört az<br />

alapharmonikus frekvenciára hangoljuk, hogy alapharmonikus feszültségesése nulla<br />

legyen, (soros rezonancia).<br />

• <strong>Az</strong> L p -C p párhuzamos rezgıkört ugyancsak az alapharmonikus frekvenciára hangoljuk,<br />

hogy C p meddı teljesítménye a váltóirányítót ne terhelje, (párhuzamos rezonancia).<br />

• A kimenettel párhuzamosan csatlakozó L sn -C sn rezgıköröket felharmonikus frekvenciákra<br />

hangolva szükséges mennyiségő felharmonikus rövidzárat hozunk létre.<br />

• A <strong>2.4.</strong>3.-1.ábra szerinti feszültségszabályozást alkalmazva a szükséges szőrı mérete nagy,<br />

típusteljesítménye kb. megegyezik a félvezetıs egység típusteljesítményével.<br />

L S C S<br />

L S C P<br />

L S1<br />

L Sn<br />

u 1 u 2<br />

C S1<br />

C Sn<br />

<strong>2.4.</strong>4.-1. ábra<br />

• Nagyfrekvenciás, (10-20 kHz), PWM, ill. SPWM modulációt alkalmazva az elıbbiekben<br />

bemutatott szőrıelrendezés jelentısen redukálható. A modern berendezésekben általában a<br />

<strong>2.4.</strong>4.-2.ábrán látható megoldást alkalmazzák.<br />

L S<br />

u 1<br />

C<br />

L P u 2<br />

P<br />

<strong>2.4.</strong>4.-2. ábra<br />

• A <strong>2.4.</strong>4.-2. ábra szerinti megoldásnál a szőrı induktív elemeit a feszültségillesztési ill.<br />

szigetelési szempontból általában szükséges kimeneti transzformátor adja. (<strong>Az</strong> L S<br />

induktivitást a transzformátor szórása, az L P induktivitást pedig a mágnesezı áram adja.<br />

Mivel a zárt vasmagos transzformátorok mágnesezı árama kicsi (a névleges áram néhány<br />

százaléka), légrést kell alkalmazni.<br />

<strong>2.4.</strong>5. Számpéldák<br />

<strong>2.4.</strong>5.1. Példa<br />

5.1. Példa<br />

A <strong>2.4.</strong>5.1-1. ábrán vázolt idealizált egyfázisú inverterkapcsolásban a félvezetıket<br />

sorbakapcsolt diódával és kapcsolóval helyettesítjük. <strong>Az</strong> inverter terhelése legyen L T induktivitás.<br />

Rajzoljuk meg az i B , i T , i D1 , i D2 , i D3 , i D4 , i Th1 , i Th2 , i Th3 , iT h4 áram, és az u T feszültség<br />

idıbeni lefolyását, és számítsuk ki a tirisztorok és a diódák áramának I ThAV és I DAV<br />

középértékét, ha U B = 100 V, L T = 1 mH, f = 100 Hz.


<strong>2.4.</strong>5.1-1. ábra. Egyfázisú, hídkapcsolású váltóirányító kapcsolás idealizált kapcsolási rajza<br />

<strong>2.4.</strong>5.1-2. ábra. A <strong>2.4.</strong>5.1-1. ábrában megadott kapcsolás<br />

jellemzı mennyiségeinek idıfüggvényei<br />

Megoldás<br />

Mivel a terhelés áramát mindig a bekapcsolt kapcsolók, ill. ellentétes áramirány esetén a<br />

kapcsolókkal ellenpárhuzamosan kapcsolt visszáramdiódák vezetik, a bekapcsolt kapcsolók<br />

az u T feszültség nagyságát és polaritását egyértelmően meghatározzák. <strong>Az</strong> u T feszültség tehát<br />

U B amplitúdójú periodikus négyszögfeszültség lesz (<strong>2.4.</strong>5.1-2.a ábra). <strong>Az</strong> i T áram<br />

meredekséggel változik.<br />

Feltételezve, hogy a gyakorlati esetekben az áramkörnek mindig van egy kis ellenállása,<br />

kvázistacionárius állapotban a terhelés áramának középértéke I TAV = O lesz (<strong>2.4.</strong>5.1-2.b ábra).


<strong>Az</strong> i T áramot a tirisztorok és visszáramdiódák váltakozva vezetik (<strong>2.4.</strong>5.1-2.c és d ábrák). A<br />

tápforrásból felvett áramot a <strong>2.4.</strong>5.1-2.e ábra mutatja. Hatásos teljesítményfelvétel nincs, az<br />

energia a szinuszos feszültségő hálózatra kapcsolt induktivitás esetéhez hasonlóan a termelı<br />

és fogyasztó között leng (meddı teljesítmény). A <strong>2.4.</strong>5.1-2. ábra alapján belátható, hogy a<br />

tirisztorok és diódák áramának középértéke megegyezik, és a következıképpen számítható:<br />

mivel<br />

így<br />

<strong>2.4.</strong>5.2. Példa<br />

5.2. Példa<br />

A <strong>2.4.</strong>5.2.-1. ábrán megadott idealizált egyfázisú inverterkapcsolásban a félvezetıket<br />

sorbakapcsolt diódával és kapcsolóval helyettesítjük. A terhelés legyen párhuzamosan<br />

kapcsolt R T ellenállás, és L T induktivitás. Rajzoljuk meg az i B , i T , i D1 , i D2 , i D3 , i D4 , i Th1 , i Th2 ,<br />

i Th3 , i Th4 áram és az U T feszültség idıbeni lefolyását, és számítsuk ki a tirisztorokon és a<br />

diódákon átfolyó áramok középértékét, ha U B =100 V, L T =1 mH, f = 100 Hz<br />

és A) R T = 1 Ω, B) R T =0,4 Ω, C) R T =0,2 Ω.<br />

<strong>2.4.</strong>5.2.-1. ábra. Egyfázisú, hídkapcsolású váltóirányító<br />

idealizált kapcsolási rajza<br />

Megoldás.<br />

A <strong>2.4.</strong>5.1. példához hasonlóan U T most is periodikus négyszögfeszültség lesz (<strong>2.4.</strong>5.2.-2.<br />

ábra). A párhuzamosan kapcsolt terhelések közül az L T induktivitás árama ugyanolyan<br />

lefolyású, mint az <strong>2.4.</strong>5.1. példában. Csúcsértéke is ugyanúgy számítható, azaz


(((Javítás: 5.18 → <strong>2.4.</strong>5.2.-1., 5.19 → <strong>2.4.</strong>5.2.-1.)))<br />

<strong>Az</strong> ellenállás ágárama követi az U T feszültség idıbeni változását, amplitúdója a különbözı<br />

esetekben:<br />

<strong>Az</strong> eredı i T = i R +i L áramot mindhárom esetre a <strong>2.4.</strong>5.2.-2b ábra mutatja.<br />

Csökkenı ellenállással az induktivitás árama az eredı áramból viszonylag kisebb részt tesz ki,<br />

ezért a tirisztorok hosszabb ideig (<strong>2.4.</strong>5.2.-2c ábra), a visszáramdiódák rövidebb ideig, ill. a<br />

B) és C) esetben egyáltalán nem (<strong>2.4.</strong>5.2.-2d ábra) vezetnek áramot. A tápegységbıl felvett<br />

áram középértéke már nem nulla. (Hatásos teljesítményfelvétel van (<strong>2.4.</strong>5.2.-2e ábra).) A<br />

tranzisztorok és diódák áramának középértéke a vizsgált három esetre:<br />

a) A tranzisztorok áramvezetésének ideje<br />

a tranzisztorokon és a diódákon átfolyó áramok középértéke:


<strong>2.4.</strong>5.3. Példa<br />

5.3. Példa<br />

A <strong>2.4.</strong>5.3.-1. ábrában megadott idealizált egyfázisú hídkapcsolású inverterkapcsolásban a<br />

tranzisztorokat sorbakapcsolt diódával és kapcsolóval helyettesítjük. A terhelés sorbakapcsolt<br />

R T ellenállás és L T induktivitás. Rajzoljuk meg az i B , i T , i D1 , i D2 , i D3 , i D4 , i Th1 , i Th2 , i Th3 , i Th4<br />

áram, és az u T feszültség idıbeni lefolyását, és számítsuk ki a tranzisztorok és a diódák<br />

áramának középértékét, ha U B = 100 V, L T =1 mH, R T =0,4 Ω és f = 100 Hz!<br />

<strong>2.4.</strong>5.3.-1. ábra. Egyfázisú, öngerjesztéső,<br />

hídkapcsolású váltóirányító<br />

idealizált kapcsolási vázlata<br />

(<strong>2.4.</strong>5.3. példához)<br />

Megoldás<br />

A <strong>2.4.</strong>5.1. példához hasonlóan, az u T most is periodikus négyszögfeszültség lesz (<strong>2.4.</strong>5.3.-1a<br />

ábra). A terhelıáram T T =L T /R T idıállandójú exponenciális görbedarabokból összetett<br />

periodikus függvény, amelynek értéke a t=0 idıpontban I T0 , a t=T/2 pillanatban<br />

pedig I TT/2 . <strong>Az</strong> U T = U B feszültséggel táplált R T - L T kör differenciálegyenlete:<br />

<strong>Az</strong> egyenlet megoldása<br />

A peremfeltételek


Ezen kívül stacionárius állapotban:<br />

A részletszámítások elvégzése után az i T (t) függvény a 0< t< T/2 tartományban (<strong>2.4.</strong>5.3.-1b<br />

ábra):<br />

<strong>2.4.</strong>5.3.-2. ábra. A <strong>2.4.</strong>5.3.-1. ábrában megadott kapcsolás<br />

jellemzı mennyiségeinek idıfüggvényei<br />

c.) ábrában az ith2,3 ua mint ith1,4 pedig nem kéne<br />

A t=0 idıpontban az áram értéke:<br />

a megadott értékekbıl<br />

és


<strong>Az</strong> i T (t1)=0 egyenletbıl a diódák vezetési ideje<br />

<strong>Az</strong> egy diódán átfolyó áram középértéke:<br />

<strong>Az</strong> egy tranzisztoron átfolyó áram középértéke:<br />

<strong>2.4.</strong>5.4. Példa<br />

5.4. Példa<br />

A <strong>2.4.</strong>5.4.-1. ábrában megadott idealizált egyfázisú öngerjesztéső inverterkapcsolásban a<br />

tranzisztorokat sorbakapcsolt diódával és kapcsolóval helyettesítjük. <strong>Az</strong> inverter transzformátoron<br />

keresztül tisztán L T induktivitásból álló terhelést táplál. Rajzoljuk meg az i B , i T , i D1 ,<br />

i D2 , i Th1 i Th2 áram, és az u T feszültség idıbeni lefolyását, és számítsuk ki a tirisztorok és diódák<br />

áramának középértékét, ha U B = 100 V, L T = 1 mH, f = 100 Hz, a transzformátor ideális és a<br />

féltekercsre vonatkoztatott áttétele 1: 1!<br />

<strong>2.4.</strong>5.4.-1. ábra. Egyfázisú váltóirányító idealizált<br />

kapcsolási vázlata (<strong>2.4.</strong>5.4. példához)<br />

Megoldás


<strong>Az</strong> <strong>2.4.</strong>5.1. példához hasonlóan a terhelésre jutó u T feszültség periodikus négyszögfeszültség<br />

(<strong>2.4.</strong>5.4.-2a ábra). Így i T idıbeni lefolyása is megegyezik az ott megadottal. <strong>Az</strong> azonos<br />

számértékek miatt az eredmények számszerően is egyeznek. A gondolatmenetben az eltérés<br />

csak annyi, hogy a diódák és tirisztorok áramát a terhelési áram ismeretében a gerjesztési<br />

törvény segítségével határozzuk meg.<br />

<strong>Az</strong> áramok középértéke<br />

A két kapcsolás a terhelıkör és a tirisztor áramterhelése szempontjából egyenértékő.<br />

<strong>2.4.</strong>5.4.-2. ábra. <strong>Az</strong> <strong>2.4.</strong>5.4.-1.ábrában megadott<br />

kapcsolás jellemzı mennyiségeinek idıfüggvényei<br />

<strong>2.4.</strong>5.5. Példa<br />

5.5. Példa<br />

A <strong>2.4.</strong>5.5.-1. ábrában megadott idealizált egyfázisú öngerjesztéső inverterkapcsolásban a<br />

tirisztorokat sorbakapcsolt diódával és kapcsolóval helyettesítjük. A terhelés LT induktivitás.<br />

Rajzoljuk meg az iB1, IBC, TI, iD1, iD2, iTh1, iTh2 áram, és az UT feszültség idıbeni<br />

lefolyását, és számítsuk ki a tirisztorok és diódák áramának iThAV, iDAV középértékét, ha<br />

UB =100 V, LT =1 mH, f= 100 Hz!


<strong>2.4.</strong>5.5.-1. ábra. Egyfázisú, kéttelepes, öngerjesztéső váltóirányító idealizált kapcsolási vázlata<br />

(<strong>2.4.</strong>5.5. példához)<br />

<strong>2.4.</strong>5.5.-2. ábra. A tápforrások áramai a <strong>2.4.</strong>5.5. kapcsolással<br />

megadott váltóirányítóban<br />

<strong>2.4.</strong>5.6. Példa<br />

5.7. Példa<br />

Két azonos, egyfázisú inverterkapcsolás kimeneteit feszültségszabályozás céljából<br />

sorbakapcsoljuk (<strong>2.4.</strong>5.6.-1. ábra). Vizsgáljuk meg a kapcsolás üzemviszonyait, ha az egyes<br />

<strong>inverterek</strong>et úgy vezéreljük, hogy a kimeneti feszültségek egymáshoz viszonyított<br />

fáziseltolási szöge π/2! A könnyebb áttekinthetıség céljából a tranzisztorokat ismét diódával<br />

és kapcsolóval helyettesítjük (1. a <strong>2.4.</strong>5.6.-1. ábrát). Rajzoljuk meg a kapcsolás u T , u T1 ,<br />

u T2 feszültségének és i D , i Th , i B1 , i B2 , i B áramának idıbeni lefolyását, és számítsuk ki az egyes<br />

áramok középértékét, ha U B = 100 V, f = 100 Hz, és a) R T = 1 Ω; b) L T = 1 mH!<br />

A transzformátorok féktekercsre vonatkoztatott áttétele 1: 1, az egyenirányító elemek és a<br />

transzformátor ideálisak.<br />

<strong>2.4.</strong>5.6.-1. ábra. A kimeneti feszültség szabályozása céljából<br />

sorbakapcsolt kimenető, egyfázisú, öngerjesztéső<br />

váltóirányító kapcsolások (<strong>2.4.</strong>5.6. példához)<br />

Megoldás


<strong>Az</strong> u T1 , u T2 részfeszültség most is a terheléstıl függetlenül U B amplitúdójú, periodikus<br />

négyszögfeszültség (<strong>2.4.</strong>5.6.-2aés b ábra). A terhelés feszültsége UT = u T1 + u T2 (<strong>2.4.</strong>5.6.-2c<br />

ábra).<br />

<strong>Az</strong> áramok meghatározása<br />

a) Ellenállás-terheléskor a feszültséggel megegyezı alakú áramot a tranzisztorok felváltva<br />

vezetik (<strong>2.4.</strong>5.6.-2d ábra), a diódák árama nulla, ahol<br />

<strong>2.4.</strong>5.6.-2. ábra<br />

b) Induktív terheléskor az i T terhelıáram<br />

meredekségő egyenes szakaszokból tevıdik össze, és középértéke nulla (<strong>2.4.</strong>5.6.-3b ábra). A<br />

tirisztorok és diódák felváltva vezetik az áramot. A két inverter azonos elemei<br />

aszimmetrikusan terhelıdnek ((<strong>2.4.</strong>5.6.-3c, d, e és f ábra). A tápforrás áramát az<br />

egyenletekbıl határozzuk meg ((<strong>2.4.</strong>5.6.-3g, h és i ábra).


<strong>2.4.</strong>5.6.-3 ábra. A <strong>2.4.</strong>5.6.-1. ábrában megadott kapcsolás jellemzı mennyiségeinek<br />

idıfüggvényei induktív terheléskor<br />

<strong>Az</strong> 1. inverter tápáramának I B1AV középértéke láthatóan negatív, tehát a tápforrás<br />

szempontjából termelıként, a 2. inverter tápáramának I B2AV középértéke pozitív, tehát a<br />

tápforrás szempontjából fogyasztóként viselkedik. <strong>Az</strong> egyes <strong>inverterek</strong> által leadott és felvett<br />

teljesítmény kiegyenlíti egymást, a kapcsolás eredıben a hálózatból hatásos teljesítményt nem<br />

vesz fel (I BAV = 0).<br />

<strong>Az</strong> áramközépértékek meghatározása:<br />

<strong>2.4.</strong>5.7. Példa<br />

5.8. Példa


Hídkapcsolású, egyfázisú inverter kapcsolóval és soros diódával helyettesített Th1 - Th3 és<br />

Th2 – Th4 tranzisztorpárjait fázisban π/2-re eltolva vezéreljük feszültségszabályozás céljából.<br />

A tranzisztorokat kapcsolóval és diódával helyettesítjük (<strong>2.4.</strong>5.7.-1. ábra).<br />

Rajzoljuk meg az u T feszültség és az i D , i Th , i B áramok idıbeni lefolyását, és számítsuk ki az<br />

áramok középértékeit, ha U B =100 V, f = 100 Hz és a) R T =1 Ω; b) LT =1 mH! <strong>Az</strong><br />

egyenirányító elemek ideálisak.<br />

<strong>2.4.</strong>5.7.-1. ábra. Egyfázisú, soros oltású, hídkapcsolású, öngerjesztéső váltóirányító idealizált<br />

kapcsolási rajza (<strong>2.4.</strong>5.7. példához)<br />

Megoldás<br />

A tápforrást két részre bontva fiktív nullapontot alakítunk ki. <strong>Az</strong> u 10 és u 20 feszültséget a<br />

kapcsolók és visszáramdiódák egyértelmően meghatározzák (<strong>2.4.</strong>5.7.-2a és b ábra). <strong>Az</strong> u T<br />

feszültséget az u T = u 10 -u 20 összefüggésbıl határozhatjuk meg (<strong>2.4.</strong>5.7.-2c ábra).<br />

a) <strong>Az</strong> i T áram alakra megegyezik az u T feszültséggel. A terhelıáram és tranzisztoráram<br />

maximuma<br />

A visszáramdiódák áramot nem vezetnek, a tranzisztorok áramát az <strong>2.4.</strong>5.7.-2d ábra mutatja.<br />

A tirisztoráram középértéke:


<strong>2.4.</strong>5.7.-2. ábra. A <strong>2.4.</strong>5.7.-1. ábrában megadott váltóirányító jellemzı mennyiségeinek<br />

idıfüggvényei impulzusszélesség-szabályozáskor, ha a terhelés ellenállás jellegő<br />

<strong>2.4.</strong>5.7.-3 ábra. A <strong>2.4.</strong>5.7.-1. ábrában megadott váltóirányító jellemzı mennyiségeinek<br />

idıfüggvényei impulzusszélesség-szabályozáskor, ha a terhelés induktivitás<br />

b) <strong>Az</strong> i T áram<br />

meredekségő egyenes szakaszokból áll, és középértéke nulla (<strong>2.4.</strong>5.7.-3b ábra), ahol


és

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!