Pomiar układu laboratoryjnego przy obniżonym napięciu

W podrozdziale 3.5.4 zamieszczono analizę zjawisk zachodzących w interwale czasu martwego, z której wynika, że maksymalna bezwzględna wartość pochodnej prądu gałęzi rezonansowej w interwale czasu martwego zależna jest od napięcia U_N, oraz chwilowej wartości napięcia na kondensatorze rezonansowym. Jak wykazano w analizie z podrozdziału 3.5.4, przy pewnej krytycznej wartości napięcia zasilania oraz wartości prądu obciążenia, zanik prądów gałęzi rezonansowych w interwale czasu martwego może być całkowicie nieskuteczny. Również przy pewnej krytycznej wartości napięcia w interwale czasu martwego mogą samoistnie zachodzić zjawiska powodujące wzrost prądów gałęzi rezonansowych. Jeżeli takie zjawiska występują, to przekształtnik MRSCC pracuje niepoprawnie w stanie odstrojenia lub także przy rezonansowej częstotliwości impulsowania jak dowodzą wyniki symulacyjne z rys. 3.26. Wyniki zamieszczone w tym podrozdziale są weryfikacją eksperymentalną niekorzystnych zjawisk występujących przy pracy z obniżonym napięcie zasilania, a przewidzianych we wnioskach z analizy z rozdziału 3.5.4.

Na rys. 3.45, 3.46 oraz 3.47 zamieszczono przebiegi prądów oraz napięć zarejestrowane w układzie przekształtnika laboratoryjnego pracującego w trybie BOOST przy napięciu U_N = 100V. Pomiary wykonano w układzie kaskadowym przy obciążeniu zmniejszonym względem nominalnego. W tabeli 3.11 zamieszczono wartości skuteczne prądów gałęzi rezonansowych wyliczone z zarejestrowanych przebiegów oscyloskopowych. Wartości skuteczne unormowano według (3.99) do wartości wynikających z analizy z przybliżeniem pierwszą harmoniczną dla danych wartości prądu I_N, przy których wykonano pomiary. Pomiary dla przypadków d_DT=1,0, oraz d_DT=1,1 wykonano przy I_N=4,8A, zatem referencyjne wartości skuteczne prądów gałęziowych wynoszą:

√ √ ^(3.155) √ √ ^(3.156) √ √ ^(3.157)

Pomiary dla przypadku d_DT=0,9, wykonano przy I_N=3,7A, zatem referencyjne wartości skuteczne prądów gałęziowych wynoszą:

148 √ √ ^(3.158) √ √ ^(3.159) √ √ ^(3.160)

Na rys. 3.49 zamieszczono charakterystyki sprawności energetycznej oraz efektywności napięciowej układu kaskadowego w funkcji mocy wyjściowej dla trzech wartości współczynnika d_DT. Z analizy przebiegów wynika, że przy pracy ze współczynnikiem d_DT=1,0 oraz d_DT=1,1 układ funkcjonuje poprawnie, przy czym zmniejszenie napięcia wejściowego spowodowało organicznie sprawności energetycznej i efektywności napięciowej. Dla d_DT=1,1 zanik prądu w interwale czasu martwego przebiega skutecznie jednak z takim zastrzeżeniem, że w przebiegach prądu szczególnie i_GR1 widoczna jest asymetria i zanik prądu odbywa się w jednym interwale czasu martwego przy komutacji z łączników nieparzystych na parzyste (t₁-t₂).

Przekształtnik pracuje poprawnie ze współczynnikiem dDT=0,9 przy niewielkich obciążeniach. Po przekroczeniu obciążenia krytycznego dochodzi do poważnego zmniejszenia sprawności i efektywności napięciowej. W zakresie większych obciążeń zastępcza szeregowa rezystancja wyjściowa przekształtnika jest tak duża, że przy zwiększaniu prądu obciążenia dochodzi do zmniejszania się mocy wyjściowej i z tego powodu wykreślona charakterystyka jest niejednoznaczna dla pewnego zakresu mocy wyjściowej. Przyczyną znacznego pogorszenia parametrów pracy układu jest zbyt mała bezwzględna wartość pochodnej prądu gałęzi rezonansowych w interwałach czasu martwego. W efekcie prąd gałęzi rezonansowych nie zanika całkowicie w interwałach czasu martwego i dochodzi do znacznego przesunięcia fazowego prądu gałęzi rezonansowych oraz dużego wzrostu wartości tych prądów, jak wskazują dane z tabeli 3.11 oraz oscylogramy z rys. 3.47. Należy jednak zwrócić uwagę, że prezentowane charakterystyki dotyczą całej kaskady przekształtników. Wywołane zjawisko występuje także w drugim przekształtniku, pracującym w trybie BUCK, i to nawet w większym stopniu, o czym świadczą przebiegi zamieszczone na rys. 3.48. Wynika to z tego, że drugi przekształtnik pracuje przy mniejszym napięciu ze względu na utratę efektywności napięciowej pierwszego przekształtnika. Wartości skuteczne prądów gałęzi rezonansowych w przekształtniku pracującym w trybie BUCK osiągnęły wartości znacznie przekraczające wartości referencyjne i z tego powodu zostały także umieszczone w tabeli 3.11. Obciążenia prądowe gałęzi rezonansowej L_R3’C_R3’ było na tyle duże, że pomiary wykonano przy znacznie zmniejszonym prądzie I_N=3,7A, tak by układ nie uległ uszkodzeniu. Prezentowane wyniki pomiarów układu eksperymentalnego potwierdzają wnioski z analizy teoretycznej zawartej w rozdziale 3.5.4 oraz wskazują na możliwość uszkodzenia przekształtnika w przypadku, gdy zanik prądu w interwale czasu martwego jest nieskuteczny, a jedną z przyczyn może być zbyt małe napięcie pracy przekształtnika. Wyniki potwierdzają także, że przypadek odstrojenia częstotliwości impulsowania powyżej częstotliwości rezonansowej (d_DT=1,1) jest korzystniejszy niż przypadek przeciwny (d_DT=0,9).

149

Rys. 3.45 Wynik pomiarów oscyloskopowych układu MRSCC pracującego w trybie podnoszenia napięcia ze współczynnikiem odstrojenia dDT=1,1 oraz znacznie obniżonym napięciem wejściowym

UN=100V przy IN=4,8A.

Rys. 3.46 Wynik pomiarów oscyloskopowych układu MRSCC pracującego w trybie podnoszenia napięcia ze współczynnikiem odstrojenia dDT=1,0 oraz znacznie obniżonym napięciem wejściowym

150

Rys. 3.47 Wynik pomiarów oscyloskopowych układu MRSCC pracującego w trybie podnoszenia napięcia ze współczynnikiem odstrojenia dDT=0,9 oraz znacznie obniżonego napięcia wejściowego

UN=100V, przy IN=3,7A.

Rys. 3.48 Wynik pomiarów oscyloskopowych układu MRSCC pracującego w trybie obniżania napięcia ze współczynnikiem odstrojenia dDT=0,9 oraz znacznie obniżonym napięciem wejściowym UN=100V,

przy IN=3,7A. Są to pomiary dotyczące drugiego przekształtnika kaskady będące uzupełnianiem dla rys. 3.47.

151

Tabela 3.11 Zestawienie wartości skutecznych unormowanych prądów gałęzi rezonansowych oraz efektywności

napięciowej. Wyników eksperymentalne, przy obniżonym napięciu zasilania UN.

d_DT=0,9 d_DT=1 BOOST d_DT=1,1 BOOST BOOST BUCK POMIAR I_GR1RMSpu 1,18 1,97 1,03 1,03 I_GR2RMSpu 1,22 2,86 1,04 1,03 I_GR3RMSpu 1,64 4,61 1,08 1,04

Rys. 3.49 Sprawność enegetyczna oraz efektywność napięciowa w zależności od obciążenia. Wykreślono trzy krzywe dla różnych wartości odstrojenia dDT. Pomiary dotyczą całej kaskady

152

3.6.6. Dławik wspomagający komutację łączników i dodatkowe gałęzie