เครื่องใช้ไฟฟ้า - เครื่องสับ

เครื่องสับใช้ความเร็วสูงในการเชื่อมต่อและตัดการเชื่อมต่อจากโหลดต้นทาง แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงคงที่จะใช้กับโหลดต้นทางเป็นระยะ ๆ โดยการเปิด / ปิดสวิตช์เปิด / ปิดอย่างต่อเนื่อง ช่วงเวลาที่สวิตช์เปิด / ปิดค้างอยู่เรียกว่าเวลาสถานะเปิดและปิดของสับตามลำดับ

เครื่องบดสับส่วนใหญ่จะใช้กับรถยนต์ไฟฟ้าการแปลงพลังงานลมและแสงอาทิตย์และตัวควบคุมมอเตอร์กระแสตรง

สัญลักษณ์ของ Chopper

การจำแนกประเภทของ Choppers

ขึ้นอยู่กับเอาท์พุทแรงดันไฟฟ้าตัวสับถูกจัดประเภทเป็น -

  • Step Up Chopper (ตัวแปลงเพิ่ม)
  • Step Down Chopper (ตัวแปลงบั๊ก)
  • Step Up / Down Chopper (ตัวแปลง Buck-boost)

Step Up Chopper

เอาต์พุตแรงดันไฟฟ้าเฉลี่ย (V o ) ในตัวสับแบบ step up มีค่ามากกว่าแรงดันไฟฟ้าอินพุต (V s ) รูปด้านล่างแสดงการกำหนดค่าของตัวสับแบบ step up

รูปคลื่นกระแสและแรงดัน

V 0 (เอาท์พุทแรงดันไฟฟ้าเฉลี่ย) เป็นบวกเมื่อสับเปิดและลบเมื่อสับปิดอยู่ดังแสดงในรูปคลื่นด้านล่าง

ที่ไหน

T ON - ช่วงเวลาที่สับเปิดอยู่

T OFF - ช่วงเวลาเมื่อปิดเครื่องสับ

V L - โหลดแรงดันไฟฟ้า

V s - แรงดันไฟฟ้าที่มา

T - ช่วงเวลาการสับ = T ON + T OFF

V oให้โดย -

$$ V_ {0} = \ frac {1} {T} \ int_ {0} ^ {T_ {ON}} V_ {S} dt $$

เมื่อสับ (CH) เปิดอยู่โหลดจะลัดวงจรดังนั้นแรงดันไฟฟ้าขาออกสำหรับช่วงเวลาดังกล่าว TONเป็นศูนย์ นอกจากนี้ตัวเหนี่ยวนำจะถูกชาร์จในช่วงเวลานี้ สิ่งนี้ให้ V S = V L

$ L \ frac {di} {dt} = V_ {S}, $ $ \ frac {\ Delta i} {T_ {ON}} = \ frac {V_ {S}} {L} $

ดังนั้น$ \ Delta i = \ frac {V_ {S}} {L} T_ {ON} $

Δi = คือจุดสูงสุดของตัวเหนี่ยวนำจนถึงจุดสูงสุดในปัจจุบัน เมื่อสับ (CH) ปิดอยู่การคายประจุจะเกิดขึ้นผ่านตัวเหนี่ยวนำ L ดังนั้นผลรวมของ V sและ V Lจะได้รับดังนี้ -

$ V_ {0} = V_ {S} + V_ {L}, \ quad V_ {L} = V_ {0} -V_ {S} $

แต่$ L \ frac {di} {dt} = V_ {0} -V_ {S} $

ดังนั้น$ L \ frac {\ Delta i} {T_ {OFF}} = V_ {0} -V_ {S} $

สิ่งนี้ทำให้$ \ Delta i = \ frac {V_ {0} -V_ {S}} {L} T_ {OFF} $

การเท่ากับΔiจากสถานะเปิดเป็นΔiจากสถานะปิดจะให้ -

$ \ frac {V_ {S}} {L} T_ {ON} = \ frac {V_ {0} -V_ {S}} {L} T_ {OFF} $, $ V_ {S} \ left (T_ {ON } + T_ {OFF} \ right) = V_ {0} T_ {OFF} $

$ V_ {0} = \ frac {TV_ {S}} {T_ {OFF}} = \ frac {V_ {S}} {\ frac {\ left (T + T_ {ON} \ right)} {T}} $

สิ่งนี้ให้แรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยเป็น

$$ V_ {0} = \ frac {V_ {S}} {1-D} $$

สมการข้างต้นแสดงให้เห็นว่า V oสามารถแปรผันได้ตั้งแต่ V Sถึงอินฟินิตี้ มันพิสูจน์ได้ว่าแรงดันไฟฟ้าขาออกจะมากกว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้าเสมอดังนั้นจึงเพิ่มหรือเพิ่มระดับแรงดันไฟฟ้า

ขั้นตอนลง Chopper

สิ่งนี้เรียกอีกอย่างว่าตัวแปลงบั๊ก ในสับนี้แรงดันเอาท์พุทเฉลี่ย V Oน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าอินพุต V S เมื่อเครื่องบดสับเปิดอยู่ V O = V Sและเมื่อเครื่องสับปิดอยู่ V O = 0

เมื่อเครื่องบดสับเปิดอยู่ -

$ V_ {S} = \ left (V_ {L} + V_ {0} \ right), \ quad V_ {L} = V_ {S} -V_ {0}, \ quad L \ frac {di} {dt} = V_ {S} -V_ {0}, \ quad L \ frac {\ Delta i} {T_ {ON}} = V_ {s} + V_ {0} $

ดังนั้นโหลดกระแสสูงสุดถึงจุดสูงสุดจะได้รับจาก

$ \ Delta i = \ frac {V_ {s} -V_ {0}} {L} T_ {ON} $

แผนภูมิวงจรรวม

ที่ไหน FD คือไดโอดล้อหมุนฟรี

เมื่อตัวสับปิดอยู่การกลับขั้วและการคายประจุจะเกิดขึ้นที่ตัวเหนี่ยวนำ กระแสจะผ่านไดโอดล้ออิสระและตัวเหนี่ยวนำไปยังโหลด สิ่งนี้ให้

$$ L \ frac {ดิ} {dt} = V_ {0} .................................. ...... \ left (i \ right) $$

เขียนใหม่เป็น - $ \ quad L \ frac {\ Delta i} {T_ {OFF}} = V_ {0} $

$$ \ Delta i = V_ {0} \ frac {T_ {OFF}} {L} ............................. ...... \ left (ii \ right) $$

สมการสมการ (i) และ (ii) ให้;

$ \ frac {V_ {S} -V_ {0}} {L} T_ {ON} = \ frac {V_ {0}} {L} T_ {OFF} $

$ \ frac {V_ {S} -V_ {0}} {V_ {0}} = \ frac {T_ {OFF}} {T_ {ON}} $

$ \ frac {V_ {S}} {V_ {0}} = \ frac {T_ {ON} -T_ {OFF}} {T_ {ON}} $

สมการข้างต้นให้;

$$ V_ {0} = \ frac {T_ {ON}} {T} V_ {S} = DV_ {S} $$

สมการ (i) ให้ -

$ \ Delta i = \ frac {V_ {S} -DV_ {S}} {L} DT $ จาก $ D = \ frac {T_ {ON}} {T} $

$ = \ frac {V_ {S} - \ left (1-D \ right) D} {Lf} $

$ f = \ frac {1} {T} = $ สับถี่

รูปคลื่นกระแสและแรงดัน

รูปคลื่นกระแสและแรงดันแสดงไว้ด้านล่าง -

สำหรับการสับแบบ step down แรงดันไฟฟ้าขาออกจะน้อยกว่าแรงดันไฟฟ้าขาเข้าเสมอ แสดงโดยรูปคลื่นด้านล่าง

Step Up / Step Down Chopper

สิ่งนี้เรียกอีกอย่างว่าตัวแปลง buck-boost ทำให้สามารถเพิ่มหรือลดระดับแรงดันไฟฟ้าเข้าได้ แผนภาพด้านล่างแสดงตัวสับเพิ่มบัค

เมื่อสับเปิดอยู่ที่เหนี่ยวนำ L กลายเป็นเรียกเก็บโดยแหล่งที่มาของแรงดันไฟฟ้า V s ดังนั้น V s = V L

$$ L \ frac {di} {dt} = V_ {S} $$ $$ \ Delta i = \ frac {V_ {S}} {L} T_ {ON} = \ frac {V_ {S}} {L } T \ frac {T_ {ON}} {T} = \ frac {DV_ {S}} {Lf} $$

เพราะว่า -

$ D = \ frac {T_ {ON}} {T} $ และ$ f = \ frac {1} {T} ....................... ....................... \ left (iii \ right) $

เมื่อปิดเครื่องบดสับขั้วของตัวเหนี่ยวนำจะกลับด้านและทำให้คายประจุผ่านไดโอดและโหลด

ดังนั้น

$$ V_ {0} = - V_ {L} $$ $$ L \ frac {di} {dt} = - V_ {0} $$

$ L \ frac {\ Delta i} {T_ {OFF}} = - V_ {0} $ ดังนั้น $ \ Delta i = - \ frac {V_ {0}} {L} T_ {OFF} ..... ........................... \ ซ้าย (iv \ ขวา) $

การประเมินสมการ (iii) และ (iv) ให้ -

$ \ frac {DV_ {S}} {Lf} = - \ frac {V_ {0}} {L} T_ {OFF} $, $ DV_ {S} = - DV_ {S} = - V_ {0} T_ { OFF} f $

$ DV_ {S} = - V_ {0} \ frac {T-T_ {ON}} {T} = - V_ {0} \ left (1- \ frac {T_ {ON}} {T} \ right) $ , $ V_ {0} = - \ frac {DV_ {S}} {1-D} $

เพราะ$ D = \ frac {T_ {ON}} {T} = \ frac {T-T_ {OFF}} {1-D} $

สิ่งนี้ให้

$ V_ {0} = \ frac {DV_ {S}} {1-D} $

D สามารถเปลี่ยนแปลงได้ตั้งแต่ 0 ถึง 1 เมื่อ D = 0; V O = 0

เมื่อ D = 0.5, V O = V S

เมื่อ D = 1, V O = ∞

ดังนั้นในช่วง 0 ≤ D ≤ 0.5 แรงดันขาออกจะแตกต่างกันไปในช่วง 0 ≤ V O <V Sและเราจะลดขั้นตอนลงหรือการทำงานของบั๊ก ในขณะที่ในช่วง 0.5 ≤ D ≤ 1 แรงดันขาออกจะแตกต่างกันไปในช่วง V S ≤ V O ≤∞และเราจะได้รับการเพิ่มขึ้นหรือเพิ่มขึ้น