CURS 5

CONVERSIA REZONANTA A PUTERIIELECTRICE

Cuprins:

1. Introducere si clasificare

2. Modelul retelei cu comutatoare controlate

3. Modelul retelei de redresare si a retelei filtru

capacitiv

4. Modelul retelei rezonante

5. Solutia convertorului rezonant modelat prinfunctii de transfer

6. Concluzii

1.Introducere si clasificare

• Convertoarele rezonante contin retele rezonanteL-C ale caror tensiuni si curenti variazasinusoidal in timpul unui sau mai multorintervale de comutatie.

• Clasificare dupa tipul convertorului: c.c.-c.c, c.c-c.a(invertor).

• Clasificare dupa modul de control:cu frecventafixa de comutatie, frecventa variabila decomutatie.

• Clasificare dupa tipul reteleirezonante:serie,paralel,CLL,LLC.

Tehnologie folosita in prezent

Eficienta:95.5%

Vout 12V@33A

Vin 36V~75V

Tehnologie folosita in prezent

• Eficienta:94%

• Vout 8V~14V

• Vin 220V~450V

• Pout=3.5kW

Tehnologie folosita in prezent

Eficienta:97%

Vout 170V~380V

Vin 350V

Avantajele si dezavantajele conversiei rezonante aputerii electrice

pierderi in comutatie scazute, prin mecanismelede comutatie la curent si tensiunezero:ZCS,ZVS.

Eliminiarea surselor interferentelorelectromagnetice(EMI).

Capacitatea de functionare la frecvente mari decomutatie - reducerea dimensiuniicomponentelor magnetice.

Dificulatea obtinerii unei eficiente ridicate pentruo gama larga de sarcini si de tensiuni de intrare.

Amplitudine mai mare a formelor de unda decat

in cazul convertoarelor PWM.

Convertor rezonant si retelele rezonante

Circuit rezonant neamortizat

Reglarea tensiunii de iesire a convertorului

Frecventa de comutatie

Frecventa de rezonanta a retelei rezonante

Prin modificarea frecventei de comutatie maiaproape sau mai departe de frecventa derezonanta , se pot controla amplitudinile tensiunii

si curentului de sarcina.

sf

0f

Analiza sinusoidala

• Presupunem ca spectrelede frecventa al tensiunii sicurentului de la iesirea siintrarea retelei rezonantecontin doar componentafundamentala a frecventeide comutatie.

2.Modelul retelei cu comutatoare controlate

Reteaua de comutatoare controlate este comandata pentru aproduce o tensiune dreptunghiulara de frecventa / 2s sf

Aceasta tensiune dreptunghiularapoate fi dezvolata in serie Fourier dupa cum urmeaza:

1,3,5,...

4 1sinD

s sn

Vv t n t

n

1 1

4sin sing

s s s s

Vv t w t V t

Modelarea portului de intrare in reteaua decomutatoare

Pentru aceasta este necesara calculareacomponentei continue a curentului de intrarein reteaua de comutatoare

DI Di t

1 sins s s si t I t

Circuitul echivalent pentru reteaua de comutatoare

• Componenta continua, sau valoarea medie acurentului de intrare,

poate fi calculata prin integrarea pe o jumatatedin perioada de comutatie:

2 2

1 1

0 0

2 2 2sin cos

s s

s

T T

D D s s s s sTs s

i t i d I d IT T

Analiza sinusoidala

• puterea continua furnizata de sursa de tensiune este convertitaintr-o tensiune alternativa la iesire.

• Daca componetele armonice ale sunt neglijabile, tensiunea deiesire din retea poate fi reprezentata prin componenta safundamentala:

1 1

4sin sinD

s s s s

Vv t w t V t

3.Modelul retelei de redresare si al retelei cu filtrucapacitiv

• In cazul convertoruluirezonant dc-dc serie, prinpuntea de diode de la iesireva circula un curent

sinusoidal Ri t

• La iesirea puntii este plasat un condensator de valoaremare

• Tensiunea de iesire va contine armonici neglijabile alefrecventei de comutatie

• Putem face aproximarea de riplu mic:

FC

,Ov t V I t I

• Tensiunea de intrare inpunte este o tensiunedreptunghiulara.

• Tensiunea de intrare inpunte este dezvoltata inserie Fourrier

Rv t

1,3,5,...

4 1sinO

R s Rn

Vv t n t

n

Modelul retelei de redresare si al retelei cu filtrucapacitiv

Aceasta tensiune este furnizata pe portul de iesire dinreteaua rezonanta.

Daca reteaua rezonanta raspunde doar la componentafundamentala atunci tensiunea de intrare in puntea dediode este aproximata prin componenta sa fundamentala:

sf

1 1

4sin sinO

R s R R s R

Vv t t V t

• Componenta fundamentalaare o amplitudine de

ori mai mare decat tensiuneacontinua de iesire .

4

Modelul retelei de redresare si al retelei cu filtrucapacitiv

OV

Circuitul echivalent al puntii redresoare

• Curentul de iesire redresat este filtrat decondensatorul .Deoarece prin condensator nu poatetrece curent continuu, componenta continua a luieste egala cu valoarea curentului de sarcina in regimstationar:

Ri t

FC Ri t

2

1 1

0

2 2sin

sT

R s R R

s

I I t dt IT

• In concluzie, curentul de sarcina si curentul de iesire

din iesirea filtrului sunt direct proportionali in regimstationar.

Circuitul echivalent al puntii redresoare

1 1

4sin sinO

R s R R s R

Vv t t V t

• Componentele fundamentaleale tensiunii si curentuluisunt in faza;puntearedresoare prezinta o sarcinaefectiva rezsitiva

1

21

8R Oe

R

v t VR

i t I

1

21

8R Oe

R

v t VR

i t I

2

80.8106eR R R

Circuitul echivalent al puntii redresoare

4. Modelul retelei rezonante

• In paragrafele anterioare am stabilit caefectele componentelor armonice pot fineglijate

• reteaua de comutatoare poate fi modelata ca osursa de tensiune cu o componentafundamentala

• puntea redresoare poate fi modelata prinfolosirea unei resitente efective de valoare

• In continuare putem analiza reteaua rezonantafolosind o analiza liniara standard.

1sv t

eR

Modelul retelei rezonante

1

1

R

s

v sH s

v s

1

1

R

s js

VH s

V

11

RR s

e e

v s H si s v s

R R

1 1

ss j

R s

e

H sI V

R

5.Solutia convertorului rezonant

2 1 4s

O

s jD e

VM R H s

V R

11 1

1 1 1

2 1 4, , , ,

s

O sR R

s jR e R s D

V VI I VR H s

I I R V V V

s

O

s jD

VH s

V

• raportul de conversie al convertoului rezonant este egalcu functia de transfer a retelei rezonante evaluata la

frecventa de comutatie

6. Concluzii

Control cu frecventa variabila de comutatie

Se analizeaza prin aproximare sinusoidala

Raportul de conversie al convertorului este egal cuvaloarea functiei de transfer a retelei rezonanteevaluate la frecventa de comutatie