Чопер (електротехника)

Чопери или импулсни регулатори једносмјерног напона су енергетски претварачи који врше претварање једносмерног напона у једносмерни напон различите средње вредности. Ови претварачи служе да смање или повећају једносмјерни напон на улазу. Такође представљају електронске уређаје који претварају једносмјерну електричну енергију једних параметара у једносмјерну енергију других параметара. Могу бити индиректни (комбинација инвертора и исправљача) или директни. Чопери се користе за контролу брзине обртања једносмерног мотора, као извори напајања или појачивачи.

Постоје сљедећи типови импулсних регулатора – чопера :

• Чопери за снижење напона (Шаблон:Јез-енг)
• Чопери за повећање напона (Шаблон:Јез-енг)
• Чопери за снижење/повећање напона (Шаблон:Јез-енг)

Прва два типа чине базичне конверторске топологије, док остали тип чини њихову комбинацију. Као компоненте за израду директних чопера се могу користити GTO тиристори, обични тиристори и IGBT транзистори. IGBT транзистори се користе за мање снаге, а тиристори за веће снаге.

Спуштач напона

Шема спуштача напона

Спуштачи напона (Шаблон:Јез-енг) као што им и име говори користе се за добијање нижег једносмјерног излазног напона. Уколико је капацитивност -{C}- јако велика, излазни напон -{Vd(t)}- је константан. Ако се претпостави да чопер ради у непрекидном режиму рада, таласни облици напона и струје кроз индуктивитет ће изгледати као на слици десно.

Таласни облик напона и струје кроз индуктивитет код спуштача напона

Док је прекидач -{S}- затворен (вријеме -{DT}-, 0 < -{D}- <1) из извора тече струја, пролази кроз прекидач -{S}-, индуктивитет -{L}-, кондензатор -{C}- и отпорник -{R}-, док диода -{D}- не проводи струју. Струја кроз индуктивитет -{L}- линеарно расте. Индуктивитет -{L}- се напаја магнетском енергијом. Капацитет -{C}- се пуни и напон се на њему повећава.

Док је прекидач -{S}- отворен (вријеме -{(1−D)T}-) из извора престаје тећи струја. Диода -{D}- води струју јер је пропусно поларизована. Струја кроз индуктивитет -{L}- линеарно пада. Магнетска енергија индуктивитета -{L}- се ослобађа. Капацитет -{C}- се празни и напон се на њему смањује. Ако се примјени правило да средња вриједност напона на индуктивитету у периоду -{T}- мора увијек бити једнака нули, слиједи:

$(V_{\mathrm{b}}-V_{\mathrm{d}})DT=V_{\mathrm{d}}(1-D)T$

Сређивањем претходног израза добијамо да је:

$V_{\mathrm{d}}=D{V}_{\mathrm{b}}$

Струјна једначина добија се изједначавањем улазне и излазне снаге што је већ објашњено у претходном примјеру па је:

$I_{\mathrm{d}}=\frac{I_{\mathrm{b}}}{D}$

Подизач напона

Шема подизача напона

Поред спуштача напона који на свом излазу увијек „даје“ мањи излазни напон од улазног, постоји и тип чопера који омогућава добијање излазног једносмјерног напона, већег од улазног једносмјерног напона. Овакав тип се назива подизач напона (Шаблон:Јез-енг). Излазни напон се може мијењати од Вб до бесконачности. Таласни облици напона и струје кроз индуктивитет су приказани на слици 4.

Таласни облик напона и струје кроз индуктивитет код подизача напона

Док је прекидач -{S}- затворен (вријеме -{DT}-) из извора тече струја, пролази кроз прекидач -{S}- и индуктивитет -{L}-. Напон на индуктивитету једнак је -{Vb}-. Индуктивитет -{L}- се напаја магнетском енергијом. Струја кроз индуктивитет линеарно расте, а диода -{D}- не проводи струју. Кондензатор -{C}- се празни и тјера струју Id кроз отпорник -{R}-.

У тренутку када је прекидач -{S}- отворен (вријеме -{(1−D)T}-) струја извора која је једнака струји индуктивитета, почиње линеарно падати. Узрок томе је негативни напон на индуктивитету (Vd−Vb), а магнетска енергија индуктивитета -{L}- се ослобађа. Управо пад струје кроз индуктивитет изазива негативни напон самоиндукције -{Vl}-, а који настаје ради тога што се индуктивитет супродставља смањењу струје. Тај напон самоиндукције се сабира са напоном батерије (истог су предзнака), диода -{D}- води струју јер је пропусно поларизована, капацитет -{C}- се напаја на већи напон од напона извора. Будући да је отпор -{R}- паралелно спојен капацитету -{C}-, напон на отпору -{R}- једнак је напону на капацитету -{C}-.

$V_{\mathrm{b}}DT=(V_{\mathrm{d}}-V_{\mathrm{b}})(1-D)T$

Сређивањем претходне једнакости добијамо:

$V_{\mathrm{b}}=V_{\mathrm{d}}(1-D)$

А струјна једначина се добија изједначавањем улазне и излазне снаге:

$\frac{I_{\mathrm{d}}}{I_{\mathrm{b}}}=1-D$

Подизач-спуштач напона

Шема подизача-спуштача напона

Код подизач-спуштача напона (Шаблон:Јез-енг) излазни напон може бити већи или мањи у односу на улазни, при чему је поларитет излазног напона (који се може теоретски мијењати од 0 до бесконачности) супротан улазном. У суштини то је каскадна спрега спуштача и подизача напона. Таласни облици напона и струје кроз индуктивитет приказани су на слици десно.

Датотека:Slika 6.jpg

Таласни облик напона и струје кроз индуктивитет код подизача-спуштача напона

Рад претварача се може објаснити на сљедећи начин - док је прекидач -{S}- затворен (вријеме -{DT}-) из извора тече струја, пролази кроз капацитет -{C}- и индуктивитет -{L}-. Напон на индуктивитету једнак је (-{Vb}-). Индуктивитет -{L}- се напаја магнетском енергијом. Струја кроз индуктивитет линеарно расте. Кондензатор -{C}- се празни и тјера струју ид кроз отпорник -{R}-. Док је прекидач -{S}- отворен (вријеме -{(1−D)T}-) диода -{D}- отвара, струја индуктивитета се затвара кроз капацитет, отпорник и диоду и почиње линеарно опадати. Узрок томе је негативни напон на индуктивитету. Магнетска енергија индуктивитета -{L}- се ослобађа. Управо пад струје кроз индуктивитет изазива негативни напон самоиндукције -{Vl}-, који настаје ради тога што се индуктивитет супротставља смањењу струје.

$V_{\mathrm{b}}DT=V_{\mathrm{d}}(1-D)T$

Уређивањем ове једнакости добија се:

$\frac{V_{\mathrm{d}}}{V_{\mathrm{b}}}=\frac{D}{1-D}$

Струјна једначина добија се изједначавањем улазне и излазне снаге:

$\frac{I_{\mathrm{d}}}{I_{\mathrm{b}}}=\frac{1-D}{D}$

Ћуков претварач

Шаблон:Main Ћуков претварач се састоји од два индуктивитета, два кондензатора, прекидача (обично транзистора) и диоде. Ћуков претварач инвертује поларитет излазног напона.

Литература

• Проф. др. Ђорђе Јовановић, Енергетска електроника
• Доц. др. сц. Данко Кезић, Енергетска електроника
• Шаблон:Cite book