Chopper – Eine allgemeine Einführung

Chopper

Ein Chopper ist im Grunde ein DC / DC-Wandler, dessen Hauptfunktion / Verwendung darin besteht, einstellbare Gleichspannung aus festen Gleichspannungsquellen unter Verwendung von Halbleitern zu erzeugen.

Arten von Choppern

Die Hauptklassifikation der Chopper-Typen ist in einem anderen Beitrag angegeben. Werfen Sie einen Blick – ARTEN VON CHOPPER–SCHALTUNGEN

Es gibt zwei Arten von Choppern – AC und DC.

Zwischenkreis-Chopper

Bei einem Zwischenkreis-Chopper wird zunächst DC mit Hilfe eines Inverters in AC umgewandelt. Danach wird Wechselstrom durch einen Transformator verstärkt oder abgesenkt, der dann durch einen Diodengleichrichter wieder in Gleichstrom umgewandelt wird. Ac Link Chopper ist teuer, sperrig und weniger effizient, da die Umwandlung in zwei Stufen erfolgt.

DC-Chopper

Ein DC-Chopper ist ein statisches Gerät, das eine feste DC-Eingangsspannung direkt in eine variable DC-Ausgangsspannung umwandelt. Ein Chopper kann als Gleichstromäquivalent eines Wechselstromtransformators bezeichnet werden, da er sich identisch verhält. Diese Art von Chopper sind effizienter, da sie eine einstufige Umwandlung beinhalten. Genau wie ein Transformator kann ein Chopper verwendet werden, um die feste DC-Ausgangsspannung zu erhöhen oder zu verringern. Chopper werden in vielen Anwendungen auf der ganzen Welt in verschiedenen elektronischen Geräten eingesetzt. Ein Chopper-System hat einen hohen Wirkungsgrad, schnelle Reaktion und eine reibungslose Steuerung.

Prinzip von Chopper Betrieb

EIN chopper kann gesagt werden als hohe geschwindigkeit auf/off semiconductor schalter. Quelle zu last verbindung und trennung von last zu quelle geschieht in einer schnellen geschwindigkeit. Betrachten Sie die Figur, hier kann eine gehackte Lastspannung aus einer konstanten Gleichspannungsversorgung erhalten werden, die eine Größe Vs. Chopper ist derjenige, der durch „SW“ in einem gepunkteten Quadrat dargestellt wird, das nach Wunsch ein- oder ausgeschaltet werden kann.

Ausgangsspannungs- und Stromwellenformen

Werfen wir nun einen Blick auf die Ausgangsstrom- und Spannungswellenformen eines Choppers. Während der Zeitdauer Ton ist der Chopper eingeschaltet und die Lastspannung ist gleich der Quellenspannung Vs. Während des Intervalls Toff ist der Chopper ausgeschaltet und der Laststrom fließt durch die Freilaufdiode FD. Die Lastanschlüsse sind durch FD kurzgeschlossen und die Lastspannung ist daher während Toff Null. Somit wird an den Lastanschlüssen eine gehackte Gleichspannung erzeugt. Wir können aus dem Diagramm sehen, dass der Laststrom kontinuierlich ist. Während der Zeitdauer T N steigt der Laststrom an, während Toff fällt der Laststrom ab.

Die durchschnittliche Lastspannung ist gegeben durch

V0 = Tonne / (Tonne + Toff) * Vs = (Tonne / T) V = A Vs………………(1.0)

Tonne: auf-zeit

Toff: off-zeit

T = Tonne + Toff = hacken zeitraum

A = Tonne/T = duty zyklus

So wir wissen, dass die last spannung kann gesteuert werden durch variation der duty zyklus A. gleichung 1.0 zeigt, dass die last spannung ist unabhängig von laststrom es kann auch geschrieben als

V0 = f. Ton.Vs

f = 1 / T = Chopping-Frequenz

Step–Up–Chopper

Im Fall der Chopper-Schaltung (siehe Abbildung 1 – „Chopper-Schaltung“), die am Anfang dieses Artikels gezeigt wird, ist V0 oder die durchschnittliche Ausgangsspannung kleiner als die Eingangsspannung Vs, so dass diese Art von Chopper als Step-Down-Chopper bezeichnet wird. Für einen Hochsetzsteller können wir eine durchschnittliche Ausgangsspannung V0 erhalten, die größer als die Eingangsspannung ist. Abbildung (a) zeigt die elementare Form eines Hochsetzstellers.

Arbeitsprinzip eines Aufwärts-Choppers

Im Aufwärts-Chopper ist eine große Induktivität, L, in Reihe mit der Quellenspannung Vs. Dies bildet einen geschlossenen Pfad, wie in der Abbildung (b) gezeigt. Während des Zeitraums, in dem sich der Chopper auf dem Induktor befindet, speichert Energie. Wenn der Chopper ausgeschaltet ist, wird der Strom gezwungen, eine Zeit lang durch die Diode und die Last zu fließen, und der Induktorstrom kann nicht plötzlich absterben. Wenn der Strom abnimmt, wird die Polarität der in L induzierten EMK umgekehrt. Abb. (c). Infolgedessen ist die an der Last zur Verfügung stehende Gesamtspannung durch die Gleichung V0 = Vs + L (di/dt) gegeben. Die Spannung V0 übersteigt die Quellspannung und daher wirkt die Schaltung als Hochsetzsteller und die in L gespeicherte Energie wird an die Last abgegeben.

Spannungs- und Stromverläufe

Wenn der Chopper eingeschaltet wird, steigt der Strom durch die Induktivität L von I1 auf I2 an. Da der Chopper eingeschaltet ist, wird die Quellspannung an L angelegt, die vL = VS ist.

Wenn der Chopper AUSGESCHALTET ist, kann die KVL für die Figur (c) als

vL – V0+ Vs =0 oder vL =V0 -Vs geschrieben werden, wobei vL die Spannung über L ist. Nehmen wir an, dass die Variation des Ausgangsstroms linear ist, der Energieeintrag in die Induktivität von der Quelle während des Zeitraums Ton ist

Win= Vs (I1+I2/2) Ton

Während der Zeit Toff ist der Chopper ausgeschaltet, so dass die von der Induktivität an die Last abgegebene Energie

Woff = (V0-Vs) (I1+I2/2) ist.Toff

Nehmen wir an, dass das System verlustfrei ist, dann sind die beiden Energien Win und Woff gleich.

Wenn wir diese beiden gleichsetzen, erhalten wir

Vs (I1+I2/2) Vs = (V0-Vs)(I1+I2/2).Toff

Gegen Tonne = (V0-Vs) Toff

V0Toff = Vs (Toff + Tonne) = Vs .T

V0 = GEGEN (T / Toff) = GEGEN (T / T-Ton) = GEGEN (1 /(1-A) ………….(2.0)

Aus der Gleichung 2.0 können wir sehen, dass die durchschnittliche Spannung an der Last durch Variieren des Tastverhältnisses erhöht werden kann. Wenn der Chopper in der Abbildung (a) immer ausgeschaltet ist, ist A=0 und V0= Vs. Wenn der Chopper immer eingeschaltet ist, ist A = 1 und V0 = unendlich, wie wir aus der Grafik sehen können. In praktischen Anwendungen wird der Chopper ein- und ausgeschaltet, so dass die erforderliche Aufwärts-durchschnittliche Ausgangsspannung, mehr Quellspannung erhalten wird.

Abbildung zeigt Variation der Lastspannung V0 mit Tastverhältnis.

Anwendung von Step-up Chopper

Abbildung zeigt regeneratives Bremsen des Gleichstrommotors.

Das Prinzip des Step-Up-Choppers kann für das regenerative Bremsen von Gleichstrommotoren verwendet werden. Die Ankerspannung Ea ist analog zur VS und die Spannung V0 ist die DC-Quellenspannung. Wenn der Chopper eingeschaltet ist, speichert der Induktor L die Energie und wenn er ausgeschaltet ist, gibt der Induktor die Energie frei. Wenn Ea / (1-A) V0 überschreitet, arbeitet die Gleichstrommaschine als Gleichstromgenerator und der Ankerstrom fließt in eine Richtung, die dem Fahrmodus entgegengesetzt ist. Da der Strom jetzt von der Gleichstrommaschine zur Quelle V0 fließt, führt dies zu einem regenerativen Abschalten des Gleichstrommotors. Auch bei sinkenden Motordrehzahlen kann eine regenerative Abschaltung vorgesehen werden, da der Motoranker Ea direkt proportional zu Feldfluss und Motordrehzahl ist.