kapcsolási módban működik. összefüggésből látható, hogy az áramkörben található rezonáns áramkör induktivitása vagy kapacitása és az ohmos ellenállás hányadosától függ Q értéke. Ez visszavezethető arra, hogy a kapacitív és induktív elemek ideális esetben nem disszipálnak energiát, míg az ohmos ellenállás nem tárol energiát. Így adható meg a különböző jellegű ellenállások felhasználásával az áramkör energiatároló képességét, azaz minőségét jellemző érték. A Q értéke a különböző erősítési görbék nagyságának és szélességének aránya. Ebből következően a nagyobb Q értékkel rendelkező görbével rendelkező konverter szabályozhatósága jobb, hiszen kis frekvenciaváltozással érhető el nagy erősítésbeli változás.
164
Az ábrán észrevehető, hogy a könnyű terhelés által igényelt alacsonyabb feszültség – főként alacsony Q értékkel bíró áramkör esetén – nagymértékű frekvenciaváltoztatással érhető csak el.
A kimenő feszültség tartásának céljából a frekvenciát tehát nagymértékben kell növelni, ha könnyű terhelést táplál a konverter vagy nincs terhelés. Emellett hátránya a soros elrendezésű rezonáns konvertereknek, hogy a frekvencia növekedésével a rezonáns áramkör impedanciája megnő, így nő a terhelés helyett a rezonáns körben cirkuláló energia, azaz a veszteség.
5.5.2.3.Rezonáns átalakítók kimenő feszültségének szabályozása
A rezonáns konverter kimenő feszültségének vagy leadott teljesítményének szabályozása a négy kapcsolóelemet tartalmazó kétfázisú inverter kapcsolóelemeinek időben aszinkron módon történő kapcsolásával érhető el. Ez azt jelenti, hogy az egyszerre vezető kapcsolóelemek, így például a H hidas kialakításban T1 és T4 kapcsolóelemek vezető állapotba kapcsolása nem egy időben történik.
Az 5.56. ábra bemutatja, hogy a kapcsolóelemek együttesen történő kapcsolása esetén a kimenő feszültség a T1 és T4 bekapcsolt állapota esetén egész idő alatt +Ud, míg T2 és T3 bekapcsolt állapota esetén egész idő alatt –Ud feszültséggel rendelkezik. Ebből következően megállapítható, hogy a kimenő teljesítmény maximalizálása az egyszerre vezetésben levő félvezető elemek egyidejű kapcsolásával, míg a lezárni kívánt félvezető elemek szintén egyidejű és pontosan 180°-kal eltolt kapcsolásával tehető meg.
5.56. ábra. Maximális kimenő feszültséget biztosító kapcsolási szekvencia
A kimeneti feszültség szabályozása a kapcsolóelemek egymáshoz képest történő bekapcsolásuknak késleltetésével tehető meg. A T1 félvezető bekapcsolásának időpontjához képest a T4 kapcsoló bekapcsolása csak α szöggel később történik meg, ezáltal az inverter kimenetén megjelenő feszültség kisebb lesz, mint azonos időben történő kapcsolás esetén (5.57. ábra). Természetesen ugyanezt a módszert követve a T2 és T3 kapcsolók kikapcsolási ideje között is α szög differenciát szükséges bevezetni.
165
5.57. ábra. Az átalakító kimenő feszültségének csökkentése
Amikor a T1 kapcsoló vezetésben van együtt a T3 kapcsolóval – a T4 kapcsoló pedig még lezárt állapotban – a kimenő feszültsége az inverternek nulla, az áram pedig az időbeli késés miatt negatívból pozitív értékűvé válik a T1 kapcsolón, a T3 kapcsolón pedig éppen fordítva, pozitív értékből negatív érétkűvé válik. Ennek megfelelően eleinte a T1 kapcsolóval ellenpárhuzamosan kötött dióda vezet áramot a T3 kapcsolóval együtt a rezgőkörön keresztül, ezt követően pedig a T3 kapcsoló ellenpárhuzamos diódája vezet negatív áramot, miközben a T1 kapcsoló átvette a vezetést saját diódájától. Az T3 α szöggel késleltetett – és a dióda vezetése alatt történő, kímélő – kikapcsolását követően a T4 kapcsoló bekapcsolása megtörténik, amely nulla áramról kezdi meg a pozitív áramvezetést. Csak ekkor válik az inverter kimenetén +Ud értékűre a feszültség, és csak addig tartja ezt az értéket, míg a T1 kapcsoló lekapcsolásra nem kerül. Így megállapítható, hogy a kimenő feszültség értéke α szöggel később lesz +Ud értékű és szintén α szöggel előbb lesz 0 V az első α = 0°
kapcsolási technikához képest.
5.5.2.4.Párhuzamos rezonáns és kvázirezonáns átalakítók
A párhuzamos rezonáns konvertereknél – hasonlóan a soros kivitelhez – akár közvetlenül, akár transzformátoros úton történhet az egyenirányítóhoz az energiaátvitel.
166
5.58. ábra. A párhuzamos átalakító szabályozási karakterisztikája
A párhuzamos konverter szabályozási karakterisztikájának köszönhetően kis terhelések feszültségigényének kielégítéséhez nem szükséges nagymértékű frekvenciaváltoztatás. Ez, a soros konverter esetében jelentkező hátrány ugyan kiküszöbölhető, de a párhuzamos konverter esetében a nagy cirkuláló energia csökkenti a hatásfokát az átalakítónak – amelynek értéke még könnyű terhelések esetében is jelentős. Terhelésmentes állapotban a konverter kimenete – a párhuzamosan bekötött rezonáns kondenzátornak köszönhetően – impedanciával rendelkezik, ezért jön létre még ebben az esetben is cirkuláló energia formájában veszteség.
A két fent részletezett konverter típus előnyeit egyesíti a soros-párhuzamos rezonáns konverter.
Felépítését tekintve a rezonáns áramkörben található egy a terheléssel sorba és párhuzamosan bekötött kondenzátor is. Ebből következően hívják LCC konverternek is. Ötvözi a szabályozási karakterisztikák előnyeit, így elmondható, hogy szűk frekvenciatartományban jól szabályozható a terhelés által kívánt feszültség értéke, ugyanakkor a cirkuláló energia kisebb, mint a párhuzamos konverternél tapasztalt. A soros-párhuzamos konverter hátrányai közt említhető, hogy a vezetésből és kapcsolásból eredő veszteségek nagyobbak, mint a soros illetve párhuzamos konverter esetében.
167
5.6. A kommutációt érintő általános következtetések
Ez a fejezet áttekintette azokat a kommutációs eljárásokat, melyeket a mai teljesítményelektronika használ. Megismételjük azt a fontos gondolatot, hogy az összes átalakító típus megvalósítható az összes vizsgált kommutációs eljárás alkalmazásával. A külső természetes kommutáció és a belső kényszer kommutáció elérte fejlődésük határait, technológiájuk kiforrottá vált. Ezeket leginkább a nagy és nagyon nagy teljesítmény átalakítókban alkalmazzák. A kis, a közepes és a nagy teljesítményeket a belső saját kommutációs eljárásokat részesítik előnyben, melyek sokkal rugalmasabbak, és könnyebben felruházhatóak újabb funkcionalitásokkal. Ezt a területet ma is intenzíven kutatják, és újabb topológiák és eljárások megjelenése várható.
168