4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

Embed Size (px)

Citation preview

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    1/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 1

    4. KZ-KZ BIHURGAILUAK.

    4.1. KZ-KZ BIHURGAILUAREN OINARRIZKO IDEIAK.

    4.1.1. Sarrera.

    4.1.1.1. Elikatze-iturri ezberdinak.4.1.1.2. Elikatze-iturriaren iragazkia.

    4.2. KZ-KZ BIHURGAILU EZ-ISOLATUAK.

    4.2.1. Sarrera.

    4.2.2. A klaseko Chopper-a ( 1. Koadrantea ).

    4.2.3. B klaseko Chopper-a ( 2. Koadrantea ).

    4.2.4. C klaseko Chopper-a ( 1. eta 2. Koadranteak ).

    4.2.5. D klaseko Chopper-a ( 1. eta 4. Koadrantea ).

    4.2.6. E klaseko Chopper-a ( 4 koadrantetan edo zubia ).4.2.6.1. Polobakarreko aktibazioa.

    4.2.6.2. Aktibazio bipolarra.

    4.2.7. Buck bihurgailua ( stepdown ).

    4.2.7.1. Korronte etengabe bezala.

    4.2.7.2. Korronte eten bezala.

    4.2.7.3. Tentsio eta intentsitatearen erregulazioa.

    4.2.7.3.1. Tentsiozko kontrola.

    4.2.7.3.2. Korrontezko kontrola.

    4.2.7.3.3. Histeresizko kontrola.4.2.7.4. Potentzia-faktore zuzentzailea ( PFC).

    4.2.8. Boost bihurgailua ( step-up ).

    4.2.8.1. Korronte etengabe bezala.

    4.2.8.2. Korrontea eten bezala.

    4.2.9. Buck-Boost bihurgailua ( step-down step-up ).

    4.2.9.1. Korronte etengabe bezala.

    4.2.9.2. Korronte eten bezala.

    4.3. KZ-KZ BIHURGAILU ISOLATUAK.

    4.3.1. Transformadoreak.4.3.2. Flyback bihurgailua.

    4.3.3. Dispertsio induktantziaren eragina.

    4.4. ARIKETAK.

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    2/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 2

    4. KZ-KZ BIHURGAILUAK.

    4.1. KZ-KZ BIHURGAILUAREN OINARRIZKO IDEIAK.

    4.1.1. Sarrera.

    KZ/KZ bihurgailua, etengailu estatiko edo Chopper gisa jarduten du, erdieroaleak

    erabiliz (transistore eta tiristoreak) seinale bat beste seinale baten bidez eteten duelarik.

    Korronte zuzeneko tentsio iturri konstantea erabiliz errendimendu handiko korronte zuzeneko

    tentsio aldakorra lortzeko erabiltzen dira. Horrela, bataz besteko tentsioa doitu daiteke:

    Irteerako tentsioa sarrerako tentsioa baino handiagoa edo txikiagoa, eta zeinu berekoa edo

    kontrakokoa izan daiteke. Chopper-ak KZ motorrak kontrolatzeko erabiltzen dira batez ere.

    KZ-KZ bihurgailu sinple bat 4.1.1. irudian agertzen da, bertan, etengailu bat eta kargabat jartzen da. Bihurgailutik ateratzen den uhin forma 4.1.2. irudian ikus dezakegu.

    4.1.1. KZ-KZ bihurgailu sinple bat.

    4.1.2. KZ-KZ bihurgailu sinple baten irteerako tentsioaren uhinak.

    Kommutazio frekuentzia handiak erabiltzen dira kondentsadoreen kapazitatea

    murrizteko, horrela zirkuituaren bolumen, pisu eta presioa gutxituz. Kommutazio frekuentzia

    horiek bihurgailuaren sarrerako eta irteerako uhinarenak baino askoz altuagoak dira eta honek

    behe paseko iragazkiak erabiltzea ahalbidetzen du, nahi ez ditugun harmonikoak

    desagerrarazteko.

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    3/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 3

    Etengailuen kontrol seinalea sortzeko zirkuituaren eskema 4.1.3. irudian azaltzenzaigu. Konparadore bat erabiliz pultsu zabaleraren modulazioa (PWM) egiten da, 4.1.4.

    irudiko grafikoan ikusten den bezala.

    4.1.3. Etengailuaren kontrol seinalea sortzeko zirkuitua.

    On egoeran: Vkontrola > st (zerra-hortza tentsioa) eta Off egoeran: Vkontrola

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    4/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 4

    4.1.4. Etengailuaren kontrol seinalearen uhinak.

    4.1.1.1. Elikatze-iturri ezberdinak.

    Elikatze-iturri linealak eta kommutatuen arteko desberdintasunak ikusiko ditugujarraitua:

    Elikatze- iturri linealak:

    50 Hz-ko transformadoreak behar dira elikatze iturri linealetarako. Hauek handiak etapisutsuak izaten dira maiztasun handiko transformadoreekin alderatuz gero. Aparagailuhauekin, transistoreak zona aktiboan egiten du lan, beraz potentzia handia barreiatzen da(beroa). Errendimendua baxua da elikatze mota honetan, normalean %30-%60. Potentzia baxueta ertainetan erabiltzen da bakarrik (errendimendu txarra dela medio). Ez ditu EMIak sortzeneta kontrol-zirkuitua ez da konplexua.

    4.1.5. Elikatze- iturri linealak.

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    5/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 5

    Elikatze-iturri kommutatuak:

    Maiztasun handietan lan egiten dute (>50kHz), hau dela eta transformadoreak, harilaketa kondentsadoreak dezente txikiagoak dira eta hortaz, elikatze-iturrien tamaina txikiagoa da.

    Transistoreak kommutazio egoeran egiten dute lan. Errendimendu handiagoa edukiko du:%70-%90. Baina kommutazioek EMIa sortzen dute eta sarreran EMI iragazki bat jarri beharizaten da. Kontrol-zirkuitua konplexua da. Irteerako tentsioaren aldaketak zuzentzen, elikatze-iturri linealak baino denbora gehiago behar izaten dute.

    4.1.6. Elikatze-iturri kommutatuak.

    4.1.1.2.Chopper-aren elikatze-iturriaren iragazkia.

    Zatikatzailean sortzen diren korronte harmonikoek perturbazioak sor ditzakete,paraleloan jartzen ditugun beste bihurgailuen funtzionamenduan. Hori gerta ez dadin, LCiragazteko zelula erantsi beharko da bihurgailuaren eta iturriaren artean, harmonikoak Ckondentsadorearen bitartez deribatzeko.

    4.1.7. Iragazkiaren efektua.

    4.1.7. irudian bihurgailua sarreran LC iragazkiarekin agertzen da A klaseko

    etengailuan.

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    6/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 6

    4.1.8. Iragazkia bihurgailuan.

    Elikatze-iturriko eta iragazkiaren ondorengo korronteen arteko erlazioa formula honenbitartez adierazten da:

    Ideala I1 korronte zuzena izatea da, eta horretarako harmoniko guztiak ezeztatubeharra dago. Bi korronteen arteko erlazioa txikia izan dadin, honako baldintzak bete beharditu, non wo = 2/Tp Chopper-aren maiztasuna den:

    Goiko bi formulak elkartuz, baldintza hau irtengo zaigu:

    Iragazkiaren erresonantzia-maiztasunaren (Wf)balioa jaitsi nahi bada, induktantzia eta

    kondentsadorearen balioak igo egin beharko dira. Balio horiek prezioak eta bolumenakmugaturik egongo dira. Wf-ren balioa txikia den kasua gertatzen bada, geratzen den espresioahonako hau da:

    2

    0

    21

    f

    w

    w

    0l

    2 2

    0 0 0

    1/ 1

    1/ 1

    c

    n Harmonikoarens L Cordena

    Z jw nCI

    I Z Z jw nL jw nC w n LC

    l

    2 2

    0

    1

    n Harmonikoarensordena

    I

    I w n LC

    1fw

    LC 2 2

    0 1w n L C

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    7/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 7

    4.2. KZ-KZ BIHURGAILU EZ-ISOLATUAK.

    4.2.1. Sarrera.

    KZ motorrak kontrolatzeko KZ-KZ bihurgailuen sailkapena Vo eta Io positiboak edonegatiboak izatearen araberakoa da. Horrela, 5 mota ezberdinetako bihurgailuak aterakozaizkigu :

    4.2.1. Bost bihurgailu motak.

    4.2.2. A Klaseko Chopper-a ( 1. koadrantea).

    A klaseko Chopper-etan Io eta Vo positiboak izango dira beti. Zirkuitu hauek egiteko

    erabiltzen diren etengailuak BJT, MOSFET, IGBT, Tiristorea (blokeoa behartuarekin ) izan

    ohi dira. Kargan R eta L-rekin batera, E indar elektroeragilea jartzen da seriean.

    4.2.2. A klasea.

    Vo > 0

    Io > 0

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    8/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 8

    4.2.3. A klaseko bihurgailua.

    Tiristorea eta diodoaren egoeren arabera, 3 zirkuitu aterako zaizkigu, 4.2.4. irudian

    ageri direnak. Bertan ikusten da, Q1-en bidez korrontea guk nahi dugun tokitik igaroko

    daitekeela. Ton denboran korrontea Q1-etik zehar igaroko da eta Toffdenboran berriz D1-anzehar. Korronte zuzeneko makinak korrontea xurgatuko du trakzio-natuz.

    4.2.4. Hiru egoeren zirkuituak.

    Kargatik doan korrontea, etengabea edo etena izan daiteke:

    Korronte etengabe bezala:

    Io kargako korrontea ez da inoiz ezeztatzen, etengabe eroaten du. Toff tarte osoankargako tentsioa zero izango da. 4.2.5. irudiko grafikoen arabera, tentsioaren batez besteko

    balioa lortuko dugu, horretarako kargako induktantziaren batez besteko balioa zero dela

    hartuko dugu kontutan.

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    9/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 9

    Batez besteko irteerako tentsio eta intentsitatea, eta sarrerako intentsitateak ekuazio

    hauek izango dituzte:

    4.2.5. Korronte etengabe uhinak.

    Korronte eten bezala:

    Kasu honetan, Toff denbora tartean Io kargako korrontea ezeztatu egingo denez,

    eroapen etena izango da. Horregatik, bihurgailuak eroapen etenean jarduten duela esan ohi da.

    Vo tentsioaren eta Io-ren batez besteko balioa, ezin izango da berehala kalkulatu etengabea

    zeneko kasuan bezala. Baina kargako batez besteko tentsioa handiagotzen dela egiazta daiteke

    ( )0( )0

    avg

    avg

    V EI R

    ( )ON

    avgo

    p

    tV V

    T

    ( ) ( )ON

    avg avgs o

    p

    tI I

    T

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    10/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 10

    bi kasuetan. Kargako korrontea txikiagotzen bada, korrontea eten bihurtzera iritsiko da, eta

    berehalako balioan eta Vo batez besteko tentsioa handiagotu egingo da.

    D aldatzean, Vo(avg) aldatzen da, eta ondorioz, baita motorraren abiadura-momentua

    ere. Irteerako bataz besteko korrontea positiboa denez, irteerako bataz besteko tentsioa, E

    baino handiagoa izan behar du; hurrengo formuletan ikusten den bezala:

    4.2.6. Korronte eten moduko uhinak.

    Etengailuak dituen potentzia-galerak aurkitzeko, formula hauek erabiliko ditugu,sarrerako eta irteerako potentzien formulen bidez:

    on

    p

    tD

    T

    ( )0( ) ( )0

    avgavg avg

    o

    V EI V E

    R

    ( )

    0 0

    1 1. ( ) . ( ) .

    p pT T

    avgs s s

    p p

    Pbat V I t dt V I t dt V I T T

    ( ) ( )

    0

    1( ) ( )

    pT

    avg avgo o o o o

    p

    P V t I t dt V I T

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    11/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 11

    Potentzia balantzea beraz, hurrengoa izango da:

    Ditugun bi zirkuitu baliokideetatik ( ikusi 4.2.4. irudia ), bi ekuazio aterako ditugu bialdagaiekin ( 4.2.7. irudiko Iomin, Iomax ), hasierako baldintzekin eta irudiko uhinakirudikatzeko ekuazioekin.

    4.2.7. Irteerako korrontearen uhinak.

    Zirkuitu baliokide a):

    Irteerako korronteak honelako ekuazioa izango du, non den :

    Hasierako baldintzetatik A aterako dugu:

    A hasierako formulan ordezkatuz:

    ( ) ( ) ( )avg avg avg

    s o o

    VI V I

    L

    R

    ( ) .t

    o

    V EI t A e

    R

    0t min( 0)o oI t I

    0

    min .oV E

    I A eR

    min( )o

    V EA I

    R

    min( ) ( )t

    o o

    V E V E I t I e

    R R

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    12/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 12

    Lehenengo ekuazioa horrelakoa izango da:

    Zirkuitu baliokidea b)

    Irteerako korronteak honelako ekuazioa izango du:

    Hasierako baldintzetatik A aterakok dugu:

    A hasierako formulan ordezkatuz:

    Eta bigarren ekuazioa:

    4.2.3. B Klaseko Chopper-a ( 2. koadrantea).Kasu honetan, motorra trakzioaren noranzkoa mantenduz biratuko da. Trakzio era hori

    makina maldan behera doanean, galgatzen denean edo aparailua gelditu nahi dugunean

    erabiltzen da. Vo E baino txikiagoa denean, xurgatutako korrontea alderantzikatu egiten da,

    baita momentua ere, abiaduraren kontrako noranzkoa hartuz eta galga gisa arituz.

    ( )t

    o

    EI t A e

    R

    0

    max max.o oE E

    I A e A IR R

    '

    max( ) ( )t

    o o

    E EI t I e

    R R

    min max( ) ( )offt

    off p on o off o o

    E Et t t t I t t I I e

    R R

    max min( ) ( )ont

    on o on o o

    V E V E t t I t I I e

    R R

    0t o maxI ( 0) ot I

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    13/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 13

    4.2.8. B klasea.

    4.2.9. B Klaseko Chopper-a.

    Bi diodoen portaeraren arabera, bi zirkuitu aterako zaizkigu, bi korronte ezberdinekin:

    4.2.10. B Klaseko Chopper-aren bi zirkuituak.

    Vo > 0

    Io < 0

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    14/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 14

    Ton denboran, korrontea Q2-an zehar iragango da eta Toff denboran, berriz, D2-ean

    zehar. Korronte zuzeneko makinak iturrira korrontea emanez jarduten du. 4.2.11. irudian

    bihurgailu baten tentsioaren eta korrontearen uhin-formak ikus daitezke.

    4.2.11. B Klaseko Chopper-aren uhinak.

    Bateria V kargatzen ari da:

    Potentzia balantzea:

    Tentsio zuzeneko motorrak kasu honetan, sorgailu bezala egiten du lan, energia

    mekanikoa energia elektriko bihurtuz, energia hau baterian metatuz.

    ( )( ) ( )

    avgoavg avg

    o o

    V EI V E

    R

    ( ) ( ) ( )avg avg avgs o oVI V I

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    15/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 15

    4.2.4. C Klaseko Chopper-a ( 1. eta 2. koadranteak).

    Kasu honetan, korrontea alderantzikatu daiteke baina tentsioa ezin daiteke negatiboa

    izan, eta korrontea beti etengabea izango da. Horrela, intentsitatearen norabidearen arabera,motor edo sorgailu bezala lan egin dezake:

    4.2.12. C klasea.

    4.2.13. C Klaseko Chopper-aren zirkuitua.

    Irteerako bataz besteko tentsio eta intentsitatearen ekuazioak, C klaseko bihurgailu

    batean, hauek izango dira:

    Maiztasuna edo L handitzean, korrontearen kizkurdura gutxitu egiten da. Hau dela

    eta, komenigarria da ahalik eta maiztasun handienarekin lan egitea. Maiztasunaren muga,

    ( )ON

    avgo

    p

    tV V

    T

    ( )( )

    avgo

    avgo

    V EI

    R

    ( ) ( )

    ( ) ( )

    Motorra

    Sorgailua

    avg avgo o

    avg avgo o

    V E I

    V E I

    Vo > 0

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    16/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 16

    potentziako erdieroaleen kommutazioko galerek ezartzen dute. Hau da, zenbat eta maiztasunhandiago orduan eta galera handiagoak edukiko ditu.

    4.2.14. C Klaseko Chopper-aren uhinak.

    4.2.5. D Klaseko Chopper-a ( 1. eta 4. koadrantea).

    Kontrol egokia erabilita, zatikatzaile mota honekin makina motor bezala edo etasorgailu bezala funtziona dezake. Zatikatzaileak kargako tentsioaren noranzkoa alda dezake,

    baina ez korrontearena.

    4.2.15. D klasea.

    Io > 0

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    17/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 17

    4.2.16. D Klaseko Chopper-aren zirkuitua.

    Irteerako bataz besteko intentsitatea honelakoa izango da:

    Lehenengo koadrantean lan egiten badu Chopper-ak:

    4.2.17. D Klaseko Chopper-aren uhinak.

    ( )( )

    avgoavgo

    V EI

    R

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    18/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 18

    Potentzia balantzea honako hau izango da:

    Laugarren koadrantean lan egiten badu Chopper-ak:

    E < 0 eta |E| < V denean, energia kargatik sarera doa, hau da, E negatiboa izango da

    eta E-ren modulua sarrerako tentsioa baino txikiagoa.

    Kasu honetan, potentzia balantzea honako hau izango da:

    4.2.18. D Klaseko Chopper-aren uhinak.

    ( ) ( ) ( )

    + - - +

    avg avg avgS o oVI V I

    ( ) ( ) ( )

    + + + +

    avg avg avgS o oVI V I

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    19/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 19

    4.2.6. E Klaseko Chopper-a ( 4 koadrantetan edo zubia).

    Lau koadranteetako zatikatzailea motor txikiak kontrolatzeko asko erabiltzen da.

    Motorraren biraketaren noranzko bietan trakzio-natu eta galga daiteke eragozpenik gabe, etabiraketa aldatzen edo abiadura txikiagotzen denean energia berreskuratuz galga daiteke.

    4.2.19. E Klasea.

    4.2.20. E Klaseko Chopper-a.

    Zirkuitua kontrolatzeko bi aktibatze mota daude: polobakarreko aktibazioa etaaktibazioa bipolarra:

    4.2.6.2. Polobakarreko aktibazioa.

    Polobakarreko aktibazioa egiteko, 4.2.21. irudian ikusten den bezala, bi konparadoreerabiliko ditugu kontrol tentsio bat eta tentsio triangeluar bat konparatzeko. Baina bigarrenkonparadorean kontrol bezala erabiliko dugun tentsioa inbertitu egingo dugu, horrela bitentsio sortuz: VAN eta VBN.

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    20/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 20

    4.2.21. Polobakarreko aktibazioa.

    Polobakarreko aktibazioarekin ateratzen diren uhinak hauexek dira, bertan aktibatzekoerabiltzen diren bi uhinak eta irteerako tentsioa eta korronteak (- +) ikus ditzakegu 4.2.22.irudian.

    Bataz besteko irteerako tentsioaren balioa ateratzeko formula honetaz baliatuko gara:

    Lan-zikloaren arabera, irteerako batez besteko tentsioak balio ezberdinak edukiko ditu

    eta hurrengo ekuazioekin espresaturik agertzen dira:

    Irteerako bataz besteko tentsioaren balioa honela kalkula daiteke:

    ( )avgo KontrolV KV

    ( )

    . ( ). .

    2. .(2 1) .

    ON p ON ON OFF avgo

    p p

    ON p Kontrol

    p tri

    T V T T T V T V V

    T T

    T T VV V D V

    T V

    ( )

    ( )

    ( )

    0.5 0

    0.5

    0.5

    avgo

    avgo

    avgo

    D V

    D V

    D V

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    21/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 21

    4.2.22. E klaseko Chopper-aren uhinak polobakarreko aktibazioa.

    Kargako korrontearen eta tentsioaren noranzkoak polobakarreko kontrolarekin, behekoirudian agertzen dira:

    4.2.23. Korrontearen noranzkoa polobakarreko kontrolarekin.

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    22/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 22

    4.2.6.2. Aktibazio bipolarra.

    Kasu honetan, konparadore bat soilik erabiliko dugu aktibazio bipolarra egiteko, bainakonparadoreko irteera inbertituz bi tentsio irtengo zaizkigu: VAN eta VBN.

    4.2.24. Aktibazio bipolarra.

    4.2.25. E klaseko Chopper-aren uhinak aktibazio bipolarrarekin.

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    23/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 23

    Aktibazio bipolarra erabiltzean ateratzen diren uhinak 4.2.25. irudian agertzen dira.Han, aktibatzeko erabiltzen diren bi uhinak, irteerako tentsioa eta korronteak (- +) ikusditzakegu. Aktibazio hau hobea da irteeran, maiztasun bikoitza eta kizkurdura tentsio

    baxuagoa baitu; hau 4.2.26. irudian ikus daiteke.

    4.2.26. Kizkurdura polobakar eta bipolarrean.

    Kargako korrontearen eta tentsioaren noranzkoak kontrol bipolarrarekin, behekoirudian agertzen dira.

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    24/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 24

    4.2.27. Korrontearen noranzkoa polobakarreko kontrolarekin.

    Bataz besteko irteerako tentsioaren balioa ateratzeko formula honetaz baliatuko gara:

    E klaseko Chopper-a aktibazio bipolarrarekin simulatzeko zirkuitua agertzen da

    hurrengo irudian:

    4.2.28. E klaseko Chopper-a aktibazio bipolarrarekin simulatzeko zirkuitua.

    1( )

    4

    controlavg

    o

    p tri

    VtV V V

    T V

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    25/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 25

    Irteerako bataz besteko tentsioaren balioa formula honen bidez kalkulatuko dugu:

    = 120 0,6/1 = 72 V, 4.2.29.irudiko grafikoan (Vmotor) bezala.

    Lan-zikloaren arabera, irteerako batez besteko tentsioak balio ezberdinak edukiko ditu:

    Gure kasuan, D = Vent/ref = 0.6/1 = 0.6 denez, 0.5 baino handiagoa, Vo positiboa

    izango da.

    Simulatu dugun zirkuitutik, hurrengo uhinak ikusiko ditugu 4.2.29. irudiko grafikoan:

    Vref, Vent, Vmotorra eta Imotorra. Bertan ikusten den bezala, Vmotor +Vcc eta Vcc tarteetanibiliko da (120), teorian bezala. Korronte jarraitua izango da beti. Zenbat eta denbora

    gutxiago egon Ton-en (+120), Imotor-eko kizkurdura gutxitu egingo da.

    4.2.29. E klaseko Chopper-a aktibazio bipolarrarekin simulaturiko uhinak.

    ( )

    . ( ). . ON p ON ON OFF avg

    o

    p p

    T V T T T V T V V

    T T

    ( )

    ( )

    ( )

    0.5 0

    0.5

    0.5

    avgo

    avgo

    avgo

    D V

    D V

    D V

    2. .(2 1) .

    ON p Kontrol

    p tri

    T T VV V D V

    TV

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    26/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 26

    4.2.29. grafikoko Imotor uhina hobeto ikusteko zelan doan 0-raino, denbora gehiago

    simulatuko dugu:

    4.2.30. Simulaturik ateratako Imotor-eko uhina.

    4.2.7. Buck bihurgailua (stepdown).

    Buck bihurgailua (erreduzitzailea), potentzia bihurgailu bat da irteeran sarrerako

    tentsioa baino txikiagoa edukitzea lortzen duena. Horretarako, bobina bat bi erdieroaleen

    bitartez kontrolatzen da.

    4.2.31. Buck bihurgailuaren zirkuitua.

    Bi egoera ezberdin ditu funtzionatzeko: modu etengabea ( energia guztia kargara doa

    korrontea ezereztu gabe) eta modu etena ( kargak, zirkuituak ziklo batean eman dezakeen

    energia baino gutxiago behar du). Bi kasu hauek aztertuko ditugu jarraian:

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    27/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 27

    4.2.7.1. Buck bihurgailua korronte etengabe bezala.

    Induktoretik doan korrontea, kommutazio ziklo batean ez bada 0-tik jaisten

    bihurgailua modu etengabean dagoela esaten da. Bi zirkuitu aterako zaizkigu transistore eta

    diodoaren egoeren arabera:

    4.2.32. Bi egoerak.

    Suposatzen da C-ren kapazitatea handia izango dela, horregatik, Vo ia konstantea delaesan dezakegu (kizkurdura baxua). Teorian sortzen diren uhinak hurrengo irudian ikusten dira:

    4.2.33. Buck bihurgailuaren teoriako uhinak etengabe bezala.

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    28/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 28

    Bobina-sarreratik irteerara energia transferitzeko erabiltzen da. Gordeta duen energia

    On egoeran handitu (etengailua zabalik) egiten da eta Off egoeran gutxitu (etengailua itxita).

    Harilaren batez besteko tentsioa (VL) 0 da 4.2.33. irudian ikusten den bezala. D 1

    baino txikiagoa denez Vo, Vi baino txikiagoa izango da. Bertatik, formula hau atera dezakegueta Vo balioa jakin:

    .

    Potentzia balantzetik Ii atera dezakegu :

    L aukeratzen da hurrengo bi kondizioetatik, korrontea etengabea izan dadin:

    C-ren ondorioz Vo-ren uhinean kizkurdura sortzen da. Kondentsadoreek bere zirkuitubaliokidean erresistentzia serie bat dute ESR deiturikoa eta horrek tentsio kizkurdura sortzendu. Kizkurduraren balioa ekuazio honen bitartez jakin dezakegu:

    4.2.34. Vo-ren kizkurdura C-ren ondorioz .

    VoIoViIi Vi

    VoIoIi

    1Vi Vo DT Vo D T

    o DVi

    IoIi

    TDL

    VoDT

    L

    VoViIL

    1

    IominIL

    2 Iomin

    L

    TDVo

    2

    1 fIomin

    DVoL

    2

    1

    ESR CV I ESR

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    29/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 29

    Kizkurdura hau kondentsadorearen balio kapazitiboak sortzen duena baina handigoaizaten da:

    4.2.7.2.Buck bihurgailua korronte eten bezala.

    Kasu batzuetan, kargak behar duen energia hain da txikia kommutazio denbora amaitu

    baino lehen energia transferitu dezakeela. Kasu honetan, bobinatik doan korrontea 0

    bilakatzen da momentu batez eta bobina osorik deskargatuko da. Horrek ekuazioetan eragina

    izango du aurrerago ikusiko dugun bezala.

    4.2.35. Buck bihurgailuaren zirkuitua.

    3 zirkuitu ezberdin aterako zaizkigu korronte eten bezala:

    VoQC

    222

    1 LITQ

    28

    12

    1

    22

    1

    222

    1

    fLC

    D

    CVo

    L

    TDVoT

    CVo

    IT

    CVo

    Q

    Vo

    Vo

    L

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    30/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 30

    4.2.36. Buck bihurgailuaren zirkuituaren egoera ezberdinak korronte eten bezala.

    4.2.37. Buck bihurgailuaren zirkuituaren uhinak korronte eten bezala.

    Harilaren batez besteko tentsioa (VL) 0 da 4.2.37. irudian ikusten den bezala. Bertatik,formula hau atera dezakegu eta Vo-ren balioa jakin:

    Beraz D+D1 > D denez, orduan V0 < Vi izango da.

    11

    D

    Vi Vo DT VoD T Vo ViD D

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    31/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 31

    Potentzia balantzetik Ii-ren balorea jakin dezakegu:

    Kirchoff eginez elkarteetan, korronteen erlazio hau atera dezakegu:

    Kondentsadorearen eta harilaren batez besteko korrontea:

    Harilaren gailurreko korrontea ekuazio honetatik atera dezakegu:

    Vo-ren kalkulua f(Vi, D, R, L,T):

    IL zero egiten da, D1 balio hau duenean:

    Horrela D1-ren balorea atera dezakegu:

    Eta azkenik, Vo-ren formula eskura dezakegu, jakinda IL zero egiten dela D1-karinagoko balioa duenean:

    oCL III

    DiL III

    TDL

    VDT

    L

    VVI

    ooiLpk 1

    1 1 1

    Korrontearen azalera

    1 1 1( ) ( )

    2 2

    o oLpkL o

    V VI I I D D T D D D T

    R T L

    02

    12

    1 RT

    LDDD

    2

    821

    RTLDDD

    RTLDD

    DViVo

    8

    2

    2

    1

    DVo Vi

    D D

    IoIi

    0CIRVII ooL

    VoIoViIi Vi

    VoIoIi

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    32/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 32

    4.2.7.3. Tentsio eta intentsitatearen erregulazioa.

    KZ/Kzeko bihurgailuak kondizio zehatz batzuetan lan egiteko diseinatzen dira,

    irteerako tentsioa (Vo), sarrerako tentsio nominala (Vs) eta kargako balorea. Horrela zein

    izan behar den lan sikloa jakin daiteke. Baina, errealitatean kanpo agente batzuen menpe berejokabidea alda dezake, elikatze iturrietako perturbazioak eta kargaren aldaketen ondorioz.

    Erresistentzia parasitiboak eta elementu erreaktiboetako tentsio beherapenaren

    ondorioz, kontrol korapilo (lazo) bat ipini beharra dago irteerako tentsioa erregulatu nahibadugu.

    4.2.7.3.1. Tentsiozko kontrola buck bihurgailuan.

    Zirkuitu hauekin irteerako tentsioan kanpoko aldaketek eraginik ez edukitzea bilatzenda. Hau lortzeko retro-elikaturiko integratu proportzional (PI) bat ipiniko dugu, 4.2.38.

    irudian ikusten den bezala.

    4.2.38. Tentsiozko kontrolaren eskema.

    4.2.39. Tentsiozko kontrola Buck bihurgailuan.

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    33/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 33

    4.2.7.3.2. Korrontezko kontrola Buck bihurgailuan.

    Transistorean korronte jakin bat agertzean kontroleko transistorea kommutatu egingo

    da, pasoko transistorearen baseko korrontea mantenduz. Anplifikadore bat erabiliz

    konparadore bezala korrontea antzemateko zirkuitua hobetu daiteke; adibidez LM310Abatekin. 4.2.40. irudian ESR ere agertzen da, hau da, kondentsadorearen erresistentzia

    parasitiboak. Kontutan eduki beharrekoa kontroladorea diseinatzerako orduan.

    4.2.40. Tentsiozko kontrolaren eskema.

    4.2.41. Korrontezko kontrola Buck bihurgailuan.

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    34/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 34

    4.2.7.3.3. Histeresizko kontrola Buck bihurgailuan.

    Histeresizko kontrola oso famatua egin da elikatze iturrietan, oso soluzio sinplea baita.Irteerako tentsioaren kizkurdura kontrolatzeko eta histeresi eremuan, erreferentzia tentsio

    baten zentratua egoteko erabiltzen da (4.2.42. irudia).

    4.2.42. Histeresi eremua.

    4.2.43. Histeresizko kontrola Buck bihurgailuan.

    4.2.7.4. Potentzia-faktore zuzentzailea ( PFC ).

    Aparatu honekin korrontearen kalitatea hobetu daiteke, gainera interferentzi

    elektromagnetikoen emisioa gutxitu, potentzia faktorea handitu eta harmonikoak gutxitzen

    ditu. Artezgailuak kondentsadorea badu iragazki bezala, sarrerako korrontea ez da sinusoidala

    izango eta tentsioaren gailurren inguruetan korronte pultsu estuak eta altuak azalduko dira.

    Horrek, potentzia-faktore txarra suposatzen du eta maiztasun baxuko harmonikoak agertuko

    dira. Arau batzuk daude harmoniko hauek mugatzen dituztenak: IEC 1000-3-2 adibidez.

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    35/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 35

    4.2.44. Eskema.

    4.2.45. Uhinak.

    4.2.46. irudian sarrerako uhinak ageri dira, VLINEA eta ILINEA, eta argi ikusten da

    intentsitatearen distortsioa.

    4.2.46. Vac eta Iac-ren uhinak.

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    36/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 36

    Potentzia faktorea honako ekuazio hau du:

    4.2.47. PFC.

    4.2.8. Boost bihurgailua (step-up).

    Boost bihurgailua (erreduzitzailea), potentzia bihurgailu bat da irteeran sarrerako

    tentsio zuzena baino handiagoa edukitzea lortzen duena. Horretarako, bobina bat bi

    erdieroaleen bitartez kontrolatzen da, nahi dugun tokira konektatuz. Sarritan, kondentsadore

    eta induktoreen bitartez eginiko filtroak gehitzen dira errendimendua hobetzeko.

    4.2.8.1. Boost bihurgailua korronte etengabe bezala.

    Bihurgailua modu etengabean dagoela esaten da; induktoretik doan korrontea,

    kommutazio ziklo batean, ez bada 0-tik jaisten. Bi zirkuitu baliokide aterako zaizkigu

    transistorearen egoeraren arabera:

    ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )_ 1 1 1 2 2 2 3 3 3

    ( ) ( )

    cos( ) cos( ) cos( ) ...1

    avg avg rms rms rms rms rms rmsbatez besteko

    prms rmsaparentea

    P V I V I V I V I Pk

    P S V I

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    37/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 37

    4.2.48. Boost bihurgailua korronte etengabe bezala.

    4.2.49. Bi zirkuituak.

    Etengailua itxita dagoenean (On egoera), bobinak energia gordetzen du iturritik, eta

    kondentsadoreak karga elikatzen du. Etengailua zabalik dagoenean (Off egoera) korronteak

    duen bide bakarra diodotik da. Horrela, osorik kargatu arte kondentsadoretik korrontea eta

    kargatik joango da.

    4.2.50. Boost bihurgailuaren uhina.

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    38/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 38

    4.2.50. irudian ikusten den bezala harilaren batez besteko tentsioa (VL) 0 da. Bertatik,formula hau atera dezakegu eta Vo-ren balioa jakin:

    Espresio horretan ikus daiteke, irteerako tentsioa sarrerakoa baino handiagoa izangodela, D 0-tik 1-era baitoa.

    Potentzia balantzea:

    L aukeratzen da honen korrontea, iL, etengabea izan dadin. Horretarako, kasurik

    okerrena, Ii = Iimin denean aztertzen da:

    C dela medio Vo-k duen kizkurdura:

    Kondentsadoreak bere zirkuitu baliokidean erresistentzia-serie bat dute ESR, honektentsio kizkurdura sortzen du eta bere balioa hauxe izango da:

    Kizkurdura hau kondentsadorearen balio kapazitiboak sortzen duena baino handiagoaizaten da .

    4.2.8.2. Boost bihurgailuakorrontea eten bezala.

    Kasu batzuetan, kargak behar duen energia hain da txikia ze, kommutazio denbora

    amaitu baino lehen energia transferitu dezakeela. Kasu honetan, bobinatik doan korrontea 0

    bilakatzen da momentu batez bobina osorik deskargatuz. Horrek ekuazioetan eragina izango

    du.

    ESR CV I ESR

    minmin

    2

    LI Vo Io

    IiVi

    1LVi Vo Vi

    I DT D TL L

    min

    2

    Vi DT Vo Io

    L Vi

    2

    2 min

    Vi DL

    Vo Io f

    Q

    C Q IoDT Vo

    Vo Q IoDT IoD

    Vo CVo CVo C f Vo

    1

    1

    1

    ViDT Vo Vi D T Vo Vi

    D

    VoIo

    ViIi VoIo Ii Ii IoVi

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    39/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 39

    4.2.51. Boost bihurgailua.

    4.2.52. 3 zirkuituak.

    4.2.53. Boost bihurgailua korrontea eten bezala.

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    40/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 40

    Potentzia balantzea eginda ekuazio hau aterako zaigu:

    Kirchoff elkarteetan eginik:

    4.2.53. irudiko VL-ren uhinetik ekuazio hau aterako zaigu. Bertatik harilaren batezbesteko tentsioa atereaz :

    Kondentsadoreko eta diodoko batez besteko korronteak:

    Gailurreko korrontea hariletik:

    Orain arte ikusi ditugun formulak ID-ren ekuazioan ordezkatuz, D1-en ekuazioaedukiko dugu D-ren menpe:

    Horrela Vo-ren ekuazioa D-ren menpe soilik ipini dezakegu:

    Vo-ren kizkurdura hurrengo ekuazioarekin irudikatzen da:

    IoVoIiVi

    DQL III oCD III

    TDVVDTV ii o 1)( 1

    1

    D

    DDVV io

    0CIR

    VII

    ooD

    TDL

    VVDT

    L

    VI

    ioiLpk 1

    TDDL

    VTDI

    TR

    VII

    iLpk

    ooD 11

    2

    1

    2

    11

    RDTL

    Vi

    VoD 21

    L

    RTDViVo

    2211

    2

    1

    L

    VoQ D T C Vo

    R

    CfR

    D

    Vo

    Vo

    L

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    41/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 41

    4.2.9. Buck-Boost bihurgailua (step-down step-up).

    BuckBoost bihurgailua, irteeran sarrerako tentsio zuzena baino handiagoa edo

    txikiagoa edukitzea lortzen duen potentziako bihurgailua da, transistorearen lan zikloaaldatuz. Horretarako, bobina bat kontrolatzen da bi erdieroaleen bitartez.

    4.2.9.1. korrontea etengabe bezala.

    4.2.54. Buck-Boost bihurgailua.

    Bihurgailua modu etengabean dagoela esaten da induktoretik doan korrontea,

    kommutazio ziklo batean, ez bada 0-tik jaisten. Bi zirkuitu baliokide aterako zaizkigu

    transistorearen egoeraren arabera:

    4.2.55. Buck-Boost bihurgailua etengabe bezala.

    4.2.56. irudiko VL-ren uhinetik ekuazio hau aterako zaigu. Bertatik harilaren batezbesteko tentsioa atereaz :

    TDVoViDT )1( ViD

    DVo

    1

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    42/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 42

    4.2.56. Buck-Boost bihurgailuaren uhinak etengabe bezala.

    Korrontea hariletik, iL, etengabea izan dadin L aukeratzen da. Kasurik okerrena

    ILmin = ILmin + Iomin denean izaten da, hau da:

    Potentzia balantzea eginik Ii-ren ekuazioa atera dezakegu:

    VoIoViIi Vi

    VoIoIi

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    43/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 43

    Vo-ren kizkurdura C dela medio horrelako formula edukiko du:

    Kondentsadoreak bere zirkuitu baliokidean erresistentzia-serie bat du tentsiokizkurdura sortzen duena, ESR. Kizkurdura hau kondentsadorearen balio kapazitiboak sortzenduena baina handigoa izaten da:

    Modu etengabean simulatuko dugu eta 0.5-eko dutizikle-arekin:

    4.2.57. Buck-Boost modu etengabean simulatzeko zirkuitua.

    Simulaturik, Vtri eta Vkliskatze uhinak:

    Vo

    QC

    IoDTQ

    Vo Q IoDT IoD

    Vo CVo CVo C f Vo

    ESR CV I ESR

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    44/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 44

    4.2.58. Simulaturiko zirkuituko kontrol-uhinak .

    Simulaturik IL, Io eta Vo -ren uhinak:

    4.2.59. Simulaturiko zirkuituko uhinak.

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    45/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 45

    Zoom bat eginez harileko korronteari (IL) ikusten da etengabea dela:

    4.2.60. IL -ren uhinak.

    4.2.57. iruditik datu hauek jakin ditzakegu:

    Vi=24V, L=0.001H, R=5, eta F=5000Hz.

    Modu etengabeko formulak erabiliz irteerako tentsioa honako balorea izango du:

    Vo = -Vin D / (1-D) = -24 0.5 / 1-0.5 = -24 v

    4.2.59. irudiko Vo grafikoen balore bera ematen dute teorian ere.

    Irteerako korrontea:

    Io= Vo / R = 24 / 5 = 4.8A

    Korrontea hariletik, iL, etengabea izan dadin L aukeratzen da. Kasurik okerrena

    ILmin = ILmin + Iomin denean izaten da, hau da:

    L-ren ekuazioan gure baloreak sartuz:

    L 24 (1- 0.5) / 2 4.8 5000 = 6/480 = 0.000125 H.

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    46/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 46

    Gure L= 0.001 denez orduan, grafikoan ikusten den bezala, IL etengabea izango da.

    Etena izan dadin, 0.000125 baino txikiagoa ipiniko dugu: L=0.0001.

    4.2.9.2. Modu etenean.

    Kasu batzuetan, kargak behar duen energia hain da txikia kommutazio denbora amaitu

    baino lehen energia transferitu dezakeela. Kasu honetan, bobinatik doan korrontea 0

    bilakatzen da momentu batez eta bobina osorik deskargatuko da. Horrek ekuazioetan eragina

    izango du.

    4.2.61. Buck-Boost bihurgailua.

    3 egoera ezberdineko zirkuituak aterako zaizkigu:

    4.2.62. Buck-Boost modu eteneko 3 egoeren zirkuituak.

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    47/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 47

    4.2.63. Buck-Boost modu eteneko uhinak.

    Potentzia balantzea:

    Kirchoff elkarteetan eginez:

    4.2.63. irudiko VL-ren uhinetik ekuazio hau aterako zaigu. Bertatik harilaren batezbesteko tentsioa atereaz :

    Kondentsadoreko batez besteko korrontea:

    Di IIIL oCD III

    IoVoIiVi

    TDVDTV oi 11D

    DVV io

    0CIR

    VII

    o

    oD

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    48/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 48

    Harileko gailurreko korrontea:

    Vo-ren kalkulua f(Vi, D, R, L,T):

    Hemendik D1 aterako dugu:

    Eta Vo -ren ekuazioan sartuta, tentsioa D-ren menpe bakarrik utziko dugu:

    Modu etenean simulatzeko, datu hauek aldatuko dizkiogu gure simulatzeko

    zirkuituari:

    4.2.64. Korronte etena edukitzeko simulazio zirkuitua.

    IL, Io eta Vo -ren uhinak:

    RT

    LDTDDTILpkD

    T L

    Vo

    R

    VoIoID

    2111

    2

    11

    2

    11

    RDTL

    Vi

    VoD 21

    L

    RTViDVo

    2

    L

    RTViD

    D

    DViVo

    21

    TDL

    VDT

    L

    VI

    oiLpk 1

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    49/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 49

    4.2.65. Buck-Boost modu etenean simulaturiko uhinak.

    IL grafikoan zoom bat eginez argi ikusten da etena dela:

    4.2.66. IL-ren uhina.

    4.3.64. iruditik datu batzuk eskuratu ditzakegu:

    Vi=24V, L=0.0001H, R=5 eta F=5000Hz. Vo = -24V guk aukeratuko dugu.

    Modu eteneko formulak erabiliz:

    =( 2 0.0001 / 5 (1/5000) = 0.447RT

    LDTDDTILpkD

    T L

    Vo

    R

    VoIoID

    2111

    2

    11

    2

    11

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    50/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 50

    Horrela D-ren emaitza:

    D = Vo D1 / Vi = 24 0.00044 / 24 = 0.447

    D jakinda Vdc jakin dezakegu:

    D = Vdc / tri

    Vdc = 0.447 2 = 0.89

    Diodotik iragaten den korrontea:

    = 24/5 = 4.8 A

    Harileko gailurreko korrontea:

    = (24/0.0001) 0.447 (1/5000) = 21.4 A

    4.3. KZ-KZ BIHURGAILU ISOLATUAK.

    4.3.1. Transformadoreak.

    Transformadoreak erabiltzen dira isolamendu galbanikoa lortzeko bi zirkuituen artean.

    Karga eramaileak ez ditu uzten igarotzen. Hau egokia da, bi zirkuituren masak banandurik

    nahi ditugunean segurtasuna dela medio.

    4.3.1. Zirkuitu baliokideak.

    Korronteak garai berean sartu edo irteten badira puntu berberetik, sortzen direnfluxuak noranzko bera dute. Zirkuitu baliokidean, fluxua Lm-ri lotuta dago, hau da, korrontemagnetizatzaileak Im, ezin du denbora hutsean aldatu.

    R

    VII

    ooD

    TDL

    VDT

    L

    VI

    oiLpk 1

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    51/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 51

    Transformadore ideal batean ekuazio hauek agertzen dira:

    Primario eta sekundarioko tentsioa eta debanatuen espira kopuruak erlazionaturik

    hurrengo formulan ageri da:

    Fluxua konstante mantenduko da:

    Inpedantzia bestalde ekuazio honekin aterako dugu:

    Dispertsioko harilak ahalik eta baxuenak izan behar du, hau da; primario etasekundarioen artean akoplamendu magnetiko handia egon behar da. Dispertsioko harilakmetatzen duten energia potentziako etengailuak jasan behar izaten dute.

    Magnetizazio harilak ahalik eta handiena izan behar du (Flyback bihurgailuan izan

    ezik), korronte magnetizatzailea debanatuetatik doan korrontearekin batzen baita, eta orduanpotentziako etengailutik doan korronteak galerak handitu egiten dituelako.

    4.3.2. Flyback bihurgailua. Modu etenean.

    Flyback bihurgailua, isolamendu galbanikoko KZ-KZ bihurgailu bat da, Buck-Boost

    zirkuituak bobina bat eduki beharrean bi izango ditu kasu honetan. Isolamendua ez du

    transformadoreak ematen, bigarren bobinak baizik. Potentzia eta sarrerako tentsio baxuekin

    erabiltzea komeni da.

    Flyback bihurgailuaren eskema kontrola erakutsiz:

    2

    2

    1

    1

    N

    V

    N

    V

    22110)22(110 ININININNI

    22

    2

    1

    21

    2

    22

    1

    1

    11 Z

    N

    N

    IN

    N

    VN

    N

    I

    VZ

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    52/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 52

    4.3.2. Flyback bihurgailua.

    4.3.3. 3 zirkuitu baliokideak.

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    53/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 53

    4.3.4. Flyback bihurgailua.

    Flyback bihurgailuaren uhinak 4.3.5. irudian daude. Adibide honetan zirkuituaegonkortu dadin korrontea modu etenean hari da (DCM).

    4.3.5. Flyback-aren uhinak.

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    54/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 54

    Potentzia balantzea erabiliz Vo-ren balorea ateratzeko ekuazioa lortuko dugu:

    Horrela Vo:

    Korrontea eten bezala lan egiteko kondizioetatik D-ren balorearen hurbilketa egindezakegu:

    C dela medio Vo-ren kizkurdura:

    Vo

    QC

    Q Io DT

    RfC

    D

    CVo

    TDIo

    CVo

    Q

    Vo

    Vo

    PoPin

    Lm

    TDVin

    T

    LmVinDTDT

    VinT

    ImpkDTVinVinIinPin

    2

    21

    21 22

    R

    VoVoIoPo

    2

    Lm

    RTDVinVo

    2

    22

    fLm

    RVinDVo

    2

    DTLm

    Vindmt

    Lm

    Vo

    N

    NImpk

    2

    1

    VoN

    NTDVintdm

    1

    2

    TDtdm 1

    TDVoN

    NTDVin 1

    1

    2

    Vo

    Vin

    N

    ND

    1

    21

    1

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    55/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 55

    4.3.3. Dispertsio-induktantziaren eragina.

    Primarioaren eta sekundarioaren arteko akoplamendua dela eta dispertsioko fluxu

    batzuk agertzen dira induktantzia parasitiboak sortuak. Transistorea OFF

    egoerara iragateaninduktantziako korronteak ez du nondik joan, transistorean gaintentsio bat eraginez.

    Soluzioa Clamp zirkuitu bat ipintzea da gaintentsioa mantentzeko. Zirkuitu honekdiodo, kondentsadore eta erresistentzi bat ditu lan horretarako. Transistoreak clamp zirkuituakezarritako tentsioa gainditu nahi duenean diodoa gidatzen hasten da, eta tentsioa ez da igoko.

    Clamp zirkuituak, motorretan ignizioa egiteko, telefono mugikorren baterientzakopotentzia baxuko elikadura iturri kommutatuetan, ordenagailuen elikadura iturrietarakoerabiltzen dira batez ere.

    Flyback muntaia Clamp zirkuitua agertzen da 4.3.6. irudian. Bertan dispertsiokoinduktantzia (Lleakage) ikus dezakegu. Honek gordetako energia erresistentziak xurgatzen du.RC-ren ordez diodo Zener bat ipini dezakegu.

    4.3.6. Flyback muntaia Clamp zirkuituarekin.

    4.4. ARIKETAK.

    Ariketa 1:

    Buck bihurgailu bat diseinatu nahi da irteeran 18V lortu ahal izateko 10ko karga

    batentzat. Irteerako kizkurdurak %0.5 baino baxuago izan behar du. Sarrerako tentsioa 48V

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    56/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 56

    da. Diseinatu bihurgailua etengabe moduan lan egin dezan kommutazio maiztasuna 40kHzbada. Ebatzi lan-zikloa, harila eta kondentsadorea, erdieroaleen gailurreko tentsioak etabobinatik eta kondentsadoretik doan korrontearen balio efikaza.

    4.4.1. Buck bihurgailua.

    Modu etengabean lan egiten badu lan-zikloa izango da:

    Aukeratu behar da harila etengabe moduan lan egiteko. L-ren balio minimoa da:

    Harila minimoa baino %25 handiago aukeratzen da, etengabe modua ziurtatzeko.

    Harilaren batez besteko korrontea eta korronte gehikuntza dira:

    Korrontearen balio maximoa eta minimoa dira:

    375.048

    18

    Vin

    VoDDVinVo

    RIo

    Vo

    H

    fIo

    DVoL

    min

    78

    400002

    375.0110

    2min

    1min

    HHLL 5.977825.1min25.1

    AR

    VoI

    L8.1

    10

    18

    ADTL

    VoVinton

    L

    VoVin

    Li 88.2

    40000

    1375.0

    105.97

    1848

    6

    ALi

    R

    Vo

    LiAL

    i

    R

    Vo

    Li 36.044.18.1

    2(min)24.344.18.1

    2(max)

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    57/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 57

    Korronte triangeluarraren balio efikaza da:

    4.4.2. Uhin triangeluarra.

    Beraz:

    Eskatzen den kizkurdurarako (0.09V) kondentsadorearen balioa izango da:

    Kondentsadorearen korronte gailurra L/2 = 1.44A da eta honen balio efikaza,

    (kontuan hartu kondentsadorearen korronteak ez duela balio zuzenik, hau da, triangeluarra

    alternoa offsetik gabekoa da).

    Aukeratzerakoan 200 F-ko kondentsadore bat aukeratuko dugu ordea, horrela

    kondentsadorearen balio kapazitiboa dela eta kizkurdura 0.045V-koa izango da.

    Kizkurduraren beste zatia kondentsadorearen ESRak sortzen du, beraz, kondentsadorearen

    ESR maximoa izango da,

    AIi

    IL

    L

    rmsL98.18.1

    3

    44.1

    3

    2/2

    2

    2

    2

    ,

    F

    fVo

    VoL

    DC 100

    4000018

    09.0105.978

    375.01

    8

    1

    262

    AIrmsC

    83.03

    44.1

    ,

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    58/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 58

    4.4.3. Zirkuitua.

    Diodoak eta transistoreak jasan behar duten gailurreko tentsioa Vin da, hau da, 48V.

    Harilaren tentsioa transistoreak eroaten duenean da Vin-Vo = 48 18 = 30V eta eroaten ezduenean 18V eta hortza kondentsadoreak 18V jasan behar du.

    Ariketa 2:

    Irudiko Buck-Boost bihurgailuak honako parametroak ditu :

    Vin =24V; D = 0.4; RL = 5; L = 100H; C = 400F; f =20KHz.

    Ebatzi irteerako tentsioa, harileko korrontea eta irteerako tentsioaren kizkurdura

    4.4.4. Zirkuitua eta uhinak.

    mESRESRicVoESR

    1588.2

    045.0

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    59/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 59

    Irteerako tentsioa:

    Harileko korrontea:

    Harileko korronte maximoa:

    Harileko korronte minimoa:

    Ikusten den bezala modu etengabean egiten du lan, beraz:

    Transistoreak jasan behar duen tentsioa 24+16 = 40V da.

    Ariketa 3:

    Irudiko Boost bihurgailuak honako parametroak ditu:

    Vin =20V; D = 0.6; RL = 50; L = 100H; C = 100F; f =15KHz.

    Frogatu harileko korrontea etena dela. Ebatzi irteerako tentsioa, harileko korronte

    maximoa eta irteerako tentsioaren kizkurdura.

    VDD

    VinVo 164.01

    4.0

    241

    AV

    R

    VoII Do 2,3

    5

    16

    VoIoViIi A

    Vi

    VoIoIi 13,2

    AIII DiL 33,5

    AHL

    TDVinIi

    LL73.7

    1002

    2000014.024

    33.52(max)

    A

    HL

    TDVinIi

    LL93.2

    1002

    2000014.024

    33.5

    2(min)

    %101.0200004005

    4.0

    FCfR

    D

    Vo

    Vo

    L

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    60/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 60

    4.4.5. Zirkuitua eta uhinak.

    Suposatzen bada bihurgailua era etengabean ari dela lanean eta korronte minimoa

    kalkulatzen bada:

    Korronte negatiborik ez da posible harilean, honek frogatzen du harila era etenean aridela.

    Irteerako tentsioa,

    1

    11

    ViDT Vo Vi D T Vo ViD

    /

    L I

    Io Vo R

    VoIoI I

    Vi

    A

    H

    iIi L

    LL 5.11002

    1500016.020

    6.0150

    20

    2 2(min)

    VHL

    TRDVinVo L 60

    100

    150001506.02

    112

    20211

    2

    22

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    61/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK

    Eibarko IITUE 26ko IRA 61

    Harileko korronte maximoa era etenean

    Kargako korrontea Io, Vo/RL =1.2A da,

    Irudia ikusita kizkurdura tentsioa irteeran izango da,

    4.4.6. Uhinak.

    Eta t denbora triangeluaren erlazioa kontuan edukiz 17 s da

    Eta beraz karga gehikuntza:

    Eta tentsio kizkurdura ESR kontuan eduki gabe,

    AHL

    TDViniL

    8100

    150001

    6.020(max)

    2D

    Vo L

    D RDTVi

    sDR

    L

    Vin

    VoTDt

    L

    DD 202

    CsQ 578.6172

    1

    VC

    QVo 578.0

  • 7/29/2019 4- KZ-KZ BIHURGAILUAK.pdf

    62/62

    POTENTZIA ELEKTRONIKOA KZ-KZ BIHURGAILUAK