Τι είναι ο μηχανισμός φόρτισης των φορτιστών;
Μηχανισμός Φόρτισης Φορτιστών
Αυτή η ενότητα επεξηγεί την αρχή φόρτισης των φορτιστών παρουσιάζοντας χωριστά παραδείγματα των τοπολογικών δομών κυκλωμάτων μονόδρομων και αμφίδρομων φορτιστών.
Μονοκατευθυντική Τοπολογία Φόρτισης
Ο φορτιστής πραγματοποιεί τη μετατροπή μεταξύ AC και DC μέσω ηλεκτρονικών συσκευών ισχύος. Αναπόφευκτα, οι ηλεκτρονικές συσκευές ισχύος εισάγουν άεργο ισχύ και η υπερβολική άεργη ισχύς μπορεί να οδηγήσει σε διακυμάνσεις της τάσης του δικτύου ισχύος, μειωμένη ποιότητα τροφοδοσίας και αυξημένες απώλειες γραμμής. Ο λόγος της ενεργού ισχύος προς τη φαινόμενη ισχύ σε ένα κύκλωμα ορίζεται ως ο συντελεστής ισχύος. Για την καταστολή της υπερβολικής άεργου ισχύος που παρέχεται από τον τελικό χρήστη στο ηλεκτρικό δίκτυο, επιβάλλονται αυστηροί περιορισμοί στον συντελεστή ισχύος τόσο για οικιακή όσο και για βιομηχανική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, συνήθως όχι λιγότερο από 0,8~0,9. Μία από τις μεθόδους που υιοθετήθηκαν είναι η τεχνολογία PFC (Διόρθωση Συντελεστή Ισχύος), η οποία μπορεί να εξαλείψει την αρμονική ρύπανση από ηλεκτρονικές συσκευές ισχύος και να βελτιώσει τον συντελεστή ισχύος εισόδου.
Η τεχνολογία PFC μονής-πλήρης-γέφυρας μονής σταδίου προσφέρει πλεονεκτήματα όπως απλή δομή, υψηλή απόδοση και μετασχηματιστή υψηλής-συχνότητας με διέγερση διπλού-άκρου, καθιστώντας τον κατάλληλο για εφαρμογές υψηλής- ισχύος. Ένας μετατροπέας PFC με-πλήρη-γέφυρα ενός σταδίου που βασίζεται στη δομή πλήρους-γέφυρας φαίνεται στο Σχήμα 11-21. Λειτουργεί σε δύο καταστάσεις:αγωγιμότητα του άνω και κάτω βραχίονακαιαγωγιμότητα αντίθετου βραχίονα. Κατά τη διάρκεια της αγωγιμότητας του άνω και του κάτω βραχίονα, το ρεύμα στον επαγωγέα εισόδου αυξάνεται. Κατά την αντίθετη αγωγιμότητα του βραχίονα, το ρεύμα στον επαγωγέα εισόδου πέφτει. Το σύστημα ελέγχου προσαρμόζει την αναλογία (κύκλο λειτουργίας) του χρόνου αγωγιμότητας του άνω και του κάτω βραχίονα εντός του κύκλου φόρτισης και εκφόρτισης του επαγωγέα εισόδου για να ρυθμίσει το μέγεθος του ρεύματος στον επαγωγέα εισόδου, καθιστώντας το ρεύμα εισόδου ένα ημιτονοειδές κύμα σε φάση με την τάση εισόδου. Αυτό τελικά εξαλείφει τις αρμονικές ρεύματος υψηλής-τάξης και επιτυγχάνει διόρθωση συντελεστή ισχύος.
Αναλύοντας τη διαδικασία ροής ενέργειας, μπορεί να φανεί ότι κατά τη διάρκεια της αγωγιμότητας του άνω και του κάτω βραχίονα, η τάση στον μετασχηματιστή υψηλής-συχνότητας είναι 0 και ο πυκνωτής του φίλτρου εξόδου παρέχει ενέργεια στο φορτίο. κατά τη διάρκεια της αντίθετης αγωγιμότητας του βραχίονα, ο μετασχηματιστής υψηλής-συχνότητας μεταφέρει την ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στον επαγωγέα εισόδου και την τροφοδοτεί
Η ενέργεια από το καλώδιο εισόδου μεταφέρεται στη δευτερεύουσα πλευρά του μετασχηματιστή. Μετά από διόρθωση και φιλτράρισμα υψηλής-συχνότητας, παρέχει ενέργεια στο φορτίο. Ρυθμίζοντας τον κύκλο λειτουργίας του συστήματος, η τάση εξόδου μπορεί να αλλάξει, διατηρώντας την τάση εξόδου στην ονομαστική τιμή. Μέσα σε έναν κύκλο λειτουργίας, το πηνίο εισόδου ολοκληρώνει δύο κύκλους φόρτισης και εκφόρτισης και ο μετασχηματιστής υψηλής-συχνότητας διεγείρεται δύο φορές, με τις δύο κατευθύνσεις διέγερσης να είναι αντίθετες. Αυτό χρησιμοποιεί τον μαγνητικό πυρήνα με τρόπο ώθησης-έλξης, βελτιώνοντας τον ρυθμό χρήσης του μαγνητικού πυρήνα του μετασχηματιστή.
Τοπολογία αμφίδρομης φόρτισης
Το σχήμα 11-22 δείχνει την τοπολογική δομή του κύριου κυκλώματος για τη φόρτιση και την εκφόρτιση ενός αμφίδρομου φορτιστή, το οποίο περιλαμβάνει έναν ανορθωτή PWM με πηγή τάσης τριών φάσεων τριών φάσεων και έναν μετατροπέα DC/DC διπλής κατεύθυνσης.
Τριφασικές-πηγές εναλλασσόμενου ρεύματος χρησιμοποιούνται συνήθως σε βιομηχανικές εφαρμογές υψηλής-τάσης και υψηλής-τροφοδοσίας. Αμφίδρομη σημαίνει ότι η ροή ενέργειας μπορεί να είναι από την πλευρά του δικτύου προς την μπαταρία του οχήματος ή από την πλευρά της μπαταρίας προς την πλευρά του δικτύου. Ο ανορθωτής PWM τριών φάσεων-μισής φάσης-πηγής-πηγής PWM στο σχήμα είναι ένας τύπος αμφίδρομου ανορθωτή PWM, ο οποίος έχει πλεονεκτήματα, όπως η επίτευξη αμφίδρομης ροής ενέργειας, γρήγορη δυναμική απόκριση και καλή απόδοση σε σταθερή-κατάσταση. Όταν βρίσκεται στοκατάσταση διόρθωσης, η ενέργεια ρέει από την πλευρά του δικτύου, το ρεύμα είναι ημιτονοειδές και η φάση του είναι ίδια με την τάση του δικτύου. όταν λειτουργεί στοενεργή κατάσταση αναστροφής, η ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στην μπαταρία του ηλεκτρικού οχήματος τροφοδοτείται πίσω στο ηλεκτρικό δίκτυο και το πλευρικό ρεύμα και η κυματομορφή ρεύματος του δικτύου-είναι αμφότερα ημιτονοειδή, με διαφορά φάσης 180 μοιρών .
Ο αμφίδρομος μετατροπέας DC/DC έχει πλεονεκτήματα όπως γρήγορη δυναμική απόκριση, υψηλή απόδοση μετατροπής ενέργειας και λιγότερες συσκευές ισχύος. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 11-22, όταν ο φορτιστής φορτίζει την μπαταρία του ηλεκτρικού οχήματος, κάντε διακόπτηS1είναι αγώγιμο, ενώ διακόπτηςS2είναι πάντα σβηστό. Επομένως, ο αμφίδρομος ανορθωτής PWM λειτουργεί σε κατάσταση ανόρθωσης και ο αμφίδρομος μετατροπέας DC/DC βρίσκεται σε κατάσταση βηματικής-κάτω buck και η ενέργεια ρέει από την πλευρά του δικτύου προς την πλευρά της μπαταρίας. όταν η μπαταρία αποφορτίζεται, αλλάξτεS2είναι απενεργοποιημένο, διακόπτηςS1είναι αγώγιμο, ο αμφίδρομος μετατροπέας DC/DC βρίσκεται σε ανοδική-κατάσταση ενίσχυσης και ο αμφίδρομος ανορθωτής PWM λειτουργεί στην ενεργή κατάσταση αναστροφής και η ενέργεια που αποθηκεύεται στην μπαταρία τροφοδοτείται πίσω στο ηλεκτρικό δίκτυο μέσω του ανορθωτή.
