Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Falowniki klasy E o podwyższonej sprawności

100%

Kaczmarczyk Z.

Zeszyty Naukowe. Elektryka / Politechnika Śląska

|

2006

|

tom z. 198

49-60

PL

W artykule przedstawiono koncepcję podwyższenia sprawności falownika klasy E, polegającą na dołączeniu dodatkowego, szeregowego obwodu rezonansowego. Odpowiednio dostrojony obwód dodatkowy umożliwia poprawę kształtu napięcia tranzystora oraz wpływa na podwyższenie sprawności falownika. Równocześnie zachowane są warunki komutacji miękkiej ZVS i ZdVS typowe dla klasy E. W celu potwierdzenia zaproponowanej koncepcji dokonano pomiarów laboratoryjnych klasycznego falownika klasy E oraz ulepszonych falowników klasy EF2 i E/F2. Zmierzone przy częstotliwości pracy l MHz wartości mocy wyjściowych wynosiły 366 W, 526 W i 447 W, jednocześnie wyznaczono sprawności całkowite 96,6%, 97,1% i 97,4%, odpowiednio dla falowników klasy E, EF2 i E/F3.

EN

The paper presents a new concept of efficiency increase of Class E inverters. It is based on inserting an additional series resonant circuit in a basic Class E topology. The properly tuned additional circuit improves the shape of transistor voltage waveform and, as a result, inverter efficiency. At the same time, ZVS and ZdVS soft-switching conditions typical of Class E, are preserved. Measurements results of a classic Class E inverter and improved Class EF2 and E/F3 inverters are given to verify the validity of the presented concept. The measured output power of the inverters was 366 W, 526 W, and 447 W, with the total efficiency of 96,6%, 97,1%, and 97,4% respectively at the operating frequency of l MHz.

2

A single-switch class E voltage-source inverter for induction heating - influence of the parameters of the resonant circuit elements on its performance at optimal control

84%

Skała A. , Waradzyn Z.

|

tom R. 93, nr 1

33--36

EN

The object of the article is a single-switch transistor inverter for induction heating operating optimally in class E. Results of measurements carried out in a novel inverter model at a few values of resonant capacitance for a few types of charge are presented. They are in a good accordance with the conclusions resulting from the theoretical analysis of the inverter.

PL

Przedmiotem artykułu jest jednołącznikowy falownik tranzystorowy do nagrzewania indukcyjnego pracujący optymalnie w klasie E. W artykule przedstawiono wyniki pomiarów zrealizowanych przy kilku wartościach pojemności rezonansowej dla kilku rodzajów wsadu w wykonanym oryginalnym modelu falownika. Potwierdzają one wnioski wynikające z analizy teoretycznej falownika.

3

Jednołącznikowy falownik napięciowy klasy E w zastosowaniu do nagrzewania indukcyjnego : topologia, cykle pracy oraz koncepcja sterowania modelu układu. Cz. 2

84%

Skała Ł. , Waradzyn Z.

|

2013

|

tom Vol. 54, nr 12

81-87

PL

W pierwszej części niniejszego artykułu została przedstawiona topologia jednołącznikowego tranzystorowego falownika napięciowego klasy E w zastosowaniu do nagrzewania indukcyjnego. Omówiono fazy (takty) jego pracy ze specjalnym uwzględnieniem pracy optymalnej. Podano założenia projektowe układu i obliczenia parametrów elektrycznych oraz przykładowe przebiegi czasowe prądów i napięć w falowniku otrzymane poprzez symulacje w programie IsSpice. W części drugiej artykułu zaprezentowano koncepcje układów sterowania falownika, który powinien zapewniać pracę w warunkach bliskich optymalnym, ich weryfikacje na podstawie badań symulacyjnych, zastosowany układ rozruchowy falownika, opis kilku bloków układu sterowania oraz przebiegi otrzymane w zbudowanym modelu falownika.

EN

The first part of this paper presents the topology of a single-switch voltagefed class E transistor inverter applied to induction heating. The modes of its operation with special emphasis on optimum operation have been discussed. The design assumptions and calculations of electrical parameters as well as sample waveforms of currents and voltages in the inverter obtained through simulations in the IsSpice have been presented. The second part of the paper includes: the concepts of the inverter control system, which should provide operation in conditions close to the optimum, their verification on the basis of simulation tests, soft-start system of the inverter, description of some control system blocks and the waveforms obtained experimentally in the model of the inverter.

4

Wyznaczanie sprawności układu jednołącznikowego falownika napięciowego ZVS-1S klasy E w zastosowaniu do nagrzewania indukcyjnego

84%

Skała A. , Waradzyn Z.

Zeszyty Naukowe. Elektryka / Politechnika Łódzka

|

2015

|

tom z. 126

171--179

PL

Artykuł jest próbą dyskusji i przedstawieniem koncepcji metody wyznaczania sprawności układów falowników wysokoczęstotliwosciowych wykorzystywanych w grzejnictwie elektrycznym. Na przykładzie wykonanego modelu układu jednołącznikowego falownika napięciowego ZVS–1S klasy E i wyników zrealizowanych pomiarów podjęto próbę oszacowania jego sprawności. Przedstawiono pokrótce analizę pracy oraz podstawowe zależności występujące w falowniku, koncepcję jego sterowania, założenia projektowe, trudności wykonawcze oraz określono źródła strat mocy w falowniku i wyznaczono jego sprawność dla różnych parametrów obciążenia.

EN

The paper is an attempt of discussion and presentation of the concept of a method for determining efficiency of the high frequency inverter systems used in electroheat processes. Based on the example of constructed model of a single – switch Class E ZVS-1S resonant inverter and obtained results of the measurements, an effort has been made of assessment its performance and efficiency. The paper presents a brief analysis of work and basic relationships in the inverter, the concept of control, conceptual design, difficulties during its implementation and it also identifies sources of power losses in the inverter and determines its efficiency for various load parameters.

5

Overview of class E inverters

84%

Kaczmarczyk Z.

|

2004

|

tom T. 10, z. 1/2

25-31

EN

A low-order Class E inverter family is the subject of consideration. The paper contains: the general definition of Class E switching conditions, the systematic classification of Class E inverter family members (e.g. into inverters with zero-voltage-switching and zero-current-switching, symmetric and asymmetric configuration, sinusoidal and nonsinusoidal output current), schematic diagrams of representative Class E inverters, their principle of operation and selected characteristics, and finally, the comparison of their main features and parameters.

PL

W pracy dokonano przeglądu i porównania falowników klasy E niskiego rzędu. W szczególności praca zawiera: ogólną definicję warunków przełączania w klasie E, systematyczną klasyfikację falowników klasy E (np. ze względu na przełączanie w zerze napięcia i zerze prądu, symetryczną i niesymetryczną konfigurację, sinusoidalny oraz niesinusoidalny prąd wyjściowy), schematy zastępcze reprezentatywnych falowników klasy E, opis ich zasady działania i wybranych właściwości oraz zbiorcze porównanie najważniejszych parametrów charakteryzujących ich właściwości.

6

Jednołącznikowy falownik z przełączaniem ZVS do nagrzewania indukcyjnego - praca optymalna

84%

Waradzyn Z. , Skała A. , Świątek B. , Klempka R. , Kieroński R.

Zeszyty Naukowe. Elektryka / Politechnika Łódzka

|

2013

|

tom z. 125

147--156

PL

W artykule omówiono pracę optymalną jednołącznikowego tranzystorowego falownika klasy E do nagrzewania indukcyjnego. Przedstawiono wykresy najważniejszych parametrów falownika w zależności od wartości elementów obwodu rezonansowego. Są nimi względny czas przewodzenia tranzystora, względna częstotliwość jego przełączania oraz względne warto ści maksymalnego napięcia na tranzystorze, maksymalnego prądu tranzystora oraz mocy falownika. Podane wyniki uzupełniono o przykładowe przebiegi czasowe prądów i napięć w falowniku otrzymane zarówno na podstawie analizy matematycznej, jak i poprzez symulacje w programie Spice. Przedstawiono również koncepcję układu sterowania falownika, który powinien zapewniać pracę w warunkach bliskich optymalnym.

EN

The optimum operation of a single-switch class E inverter for induction heating has been discussed in the paper. The graphs of the most important inverter parameters as a function of the values of the resonant circuit elements are shown. These parameters are: relative conduction time of the transistor, relative switching frequency, and relative values of the maximum voltage across the transistor, maximum transistor's current arid power of the inverter. The results presented have been illustrated with some current and voltage waveforms obtained on the basis of mathematical analysis as well as using Spice simulations. An idea of a control circuit has also been discussed, which should ensure nearly optimum operation of the inverter.

7

Metoda projektowania wysokoczęstotliwościowych falowników klasy E – Matlab-Simulink

84%

Kaczmarczyk Z.

|

tom R. 99, nr 3

65--70

PL

Specyficzne właściwości wysokoczęstotliwościowych falowników klasy E (niepomijalne parametry pasożytnicze) stanowią wyzwanie na etapie ich projektowania i konstruowania. Koncepcję stosunkowo prostej i dokładnej metody projektowania tego typu falowników w środowisku Matlab-Simulink przedstawiono w ramach artykułu. W tym celu wykorzystano opracowany model symulacyjny i procedurę obliczeniowooptymalizacyjną. Koncepcję zweryfikowano eksperymentalnie na podstawie badań skonstruowanego prototypu (20 MHz, 226 W, 92,5%).

EN

The specific properties of high-frequency Class E inverters (non-negligible parasitic parameters) present a challenge at the design and construction stage. The concept of a relatively simple and accurate design method of this type of inverters in the Matlab-Simulink environment is presented in the article. For this purpose, the developed simulation model and calculation-optimization procedure were applied. The concept was verified experimentally on the basis of tests of the built prototype.

8

ZVS single-switch inverter for induction heating – optimum operation

84%

Waradzyn Z. , Skała A. , Świątek B. , Klempka R. , Kieroński R.

|

tom R. 90, nr 2

32--35

EN

The optimum operation of a single-switch class E transistor inverter for induction heating has been discussed in the paper. The graphs of the most important inverter parameters as a function of the values of the resonant circuit components are shown. The results presented have been illustrated with some current and voltage waveforms obtained on the basis of mathematical analysis as well as using IsSpice simulation program. A concept of a control system has also been presented, which should ensure nearly optimum operation of the inverter.

PL

W artykule omówiono pracę optymalną jednołącznikowego tranzystorowego falownika klasy E do nagrzewania indukcyjnego. Przedstawiono wykresy najważniejszych parametrów falownika w funkcji wartości elementów obwodu rezonansowego. Podano przykładowe przebiegi czasowe prądów i napięć w falowniku otrzymane zarówno na podstawie analizy matematycznej, jak i poprzez symulacje w programie IsSpice. Przedstawiono również koncepcję układu sterowania falownika, który powinien zapewniać pracę w warunkach bliskich optymalnym.

9

Determination of efficiency in a single-switch class E ZVS-1S quasi-resonant inverter in application for induction heating

84%

Skała A. , Waradzyn Z.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2016

|

tom R. 92, nr 3

99--102

EN

The paper is an attempt of discussion and presentation of the concept of a method for determining efficiency of high frequency inverter systems used in electroheat processes. Based on the example of a constructed model of a single – switch Class E ZVS-1S quasi-resonant inverter and the obtained results of its measurements, an effort of assessment of the inverter performance and its efficiency has been made. The paper presents a brief analysis of the operation and basic relationships in the inverter, the concept of control, conceptual design, difficulties during its implementation and it also identifies sources of power losses in the inverter and determines its efficiency for various load parameters.

PL

Artykuł jest próbą dyskusji i przedstawieniem koncepcji metody wyznaczania sprawności układów falowników wysokoczęstotliwosciowych wykorzystywanych w grzejnictwie elektrycznym. Na przykładzie wykonanego modelu układu jednołącznikowego falownika napięciowego ZVS–1S klasy E i wyników zrealizowanych pomiarów podjęto próbę oszacowania jego sprawności. W referacie przedstawiono pokrótce analizę pracy oraz podstawowe zależności występujące w falowniku, koncepcję jego sterowania, założenia projektowe, trudności wykonawcze oraz określono źródła strat mocy w falowniku i wyznaczono jego sprawność dla różnych parametrów obciążenia.

10

Poprawa właściwości energetycznych falowników klasy e przez maksymalizację wykorzystania tranzystora

84%

Kaczmarczyk Z.

Zeszyty Naukowe. Elektryka / Politechnika Śląska

|

2007

|

tom z. 200

1-177

PL

Przedmiotem pracy są energoelektroniczne, rezonansowe falowniki klasy E i problematyka dotycząca ich właściwości energetycznych. Zasadniczym celem pracy jest kompleksowe przeanalizowanie możliwości zwiększenia mocy wyjściowej oraz sprawności falownika klasy E przez lepsze wykorzystanie parametrów pracy tranzystora. Do realizacji tego celu zastosowano odpowiednią analizę teoretyczną i weryfikujące badania laboratoryjne. Najważniejszymi założeniami obowiązującymi w ramach pracy są: zachowanie parametrów pracy tranzystora oraz dominacja strat mocy przewodzenia nad pozostałymi stratami tranzystora. Na początku pracy dokonano przeglądu stanu aktualnego zagadnienia (rozdz. 2). Następnie scharakteryzowano właściwości statyczne i dynamiczne tranzystorów mocy MOSFET, istotne z punktu widzenia ich stosowania w falownikach klasy E (rozdz. 3). Wskazano parametry tranzystorów ograniczające sprawność i moc wyjściową falowników. Ponieważ porównanie właściwości energetycznych oraz przeprowadzenie maksymalizacji sprawności falowników klasy E wymaga użycia odpowiednich współczynników, dlatego zdefiniowano sprawność drenową r\D, sprawność całkowitą rj, współczynnik mocy zainstalowanej tranzystora kvi oraz zmodyfikowany współczynnik wydajności mocy wyjściowej falownika CPQ (rozdz. 4). Wykazano, że kształt przebiegów napięcia i prądu tranzystora (wartość współczynnika &OT) ma wpływ na osiągane sprawności oraz moce wyjściowe falowników rezonansowych. W kolejnej części pracy wyjaśniono i uporządkowano terminologię z zakresu falowników klasy E (rozdz. 5) oraz dokonano systematycznego przeglądu i rozbudowanego porównania wybranych właściwości falowników klasy E (rozdz. 7). Zaproponowano nową, uogólnioną definicję układów klasy E, w której jako główny warunek podano maksymalnie miękkie przełączanie zaworu (diody, tyrystora, tranzystora). Znane z literatury klasy układów, uwzględniając ich specyficzne właściwości i charakterystyczne nazewnictwo, pogrupowano w klasy podstawowe, odwrotne, niepełne i mieszane. Następnie wyjaśniono współzależność pomiędzy wartościami parametrów falownika klasy E a realizowanym rodzajem pracy (pracą optymalną, suboptymalną lub nieoptymalną). Pokazano również możliwe, użyteczne lub całkowicie nieprzydatne praktycznie przypadki pracy optymalnej falownika klasy E. W celu oceny właściwości energetycznych różnych falowników rezonansowych wstępnie porównano pod tym względem wszystkie falowniki klasy E, falowniki klasy EF2 i E/F3 oraz kilka powszechnie znanych falowników klasy DE, D i D"1. Wymagane wartości ich parametrów obliczono na podstawie modeli komputerowych falowników. Modele te bazowały na równaniach stanu i ich rozwiązaniu za pomocą metody macierzy przejścia w programie Matlab (rozdz. 6, dodatek). Szczegółowa analiza właściwości falownika klasy E w funkcji jego parametrów wykazała (rozdz. 8), że niewielkie podwyższenie jego sprawności i kilkuprocentowe zwiększenie mocy wyjściowej można uzyskać stosując płytką pracę nieoptymalną, zmniejszając współczynnik wypełnienia przewodzenia tranzystora lub dołączając kondensator różnicowy w falowniku symetrycznym. Dlatego kontynuowano poszukiwania innych, bardziej efektywnych metod poprawy właściwości energetycznych falownika klasy E. Korzystniejszy kształt przebiegów napięcia i prądu tranzystora oraz wyższe sprawności i większe moce wyjściowe uzyskuje się w falownikach klasy EF2 i E/F3 (rozdz. 9). Falowniki te można utworzyć z dowolnego falownika klasy E. Wymagane jest jedynie dołączenie równoległe do tranzystora dodatkowego, szeregowego obwodu rezonansowego oraz właściwy dobór parametrów falownika. W falowniku klasy EF2 obwód ten dostrojony jest w przybliżeniu do częstotliwości drugiej harmonicznej, natomiast w falowniku klasy E/F3 do częstotliwości trzeciej harmonicznej. W obu falownikach tranzystor przełączany jest maksymalnie miękko, typowo dla układów klasy E. Na podstawie wyników analizy właściwości falowników klasy EF2 i E/F3 stwierdzono, że maksymalny przyrost ich mocy wyjściowych względem mocy falownika klasy E wynosi odpowiednio około 43% i 25% przy zachowaniu parametrów pracy tranzystora. Następnie kontynuowano analizę właściwości falowników klasy E, E?2 i E/F3. Przedstawiono i przedyskutowano pewne aspekty wpływu zmian parametrów falowników na ich właściwości. Na zakończenie pracy wybrane wyniki analizy teoretycznej potwierdzono eksperymentalnie (rozdz. 11). Skonstruowano oraz przebadano laboratoryjne falowniki klasy E, EF2 i E/F3, pracujące optymalnie z częstotliwością l MHz. Podczas pomiarów straty mocy (6,5 W) oraz wartość szczytową napięcia (455 V) tranzystora mocy MOSFET typu SPP20N65C3 utrzymywano na w przybliżeniu jednakowym poziomie. Dla kolejnych falowników klasy E, EF2 i E/F3 uzyskano następujące wyniki: sprawności drenowe 96,7%, 97,1%, 97,5%, sprawności całkowite 96,1%, 96,7%, 97,0% oraz moce wyjściowe 365,3 W, 525,3 W, 448,0 W. Stosunki mocy wyjściowych falowników klasy EF2 i E/F3 do mocy wyjściowej falownika klasy E wynosiły 1,44 oraz 1,23. Porównując wyniki obliczeń teoretycznych i pomiarów, pozytywnie zweryfikowano opracowane i wykorzystane w pracy modele komputerowe falowników klasy E, EF2 i E/F3. Falowniki klasy E i EF2 przebadano również przy częstotliwości pracy 16 MHz. Stosując specjalizowany tranzystor MOSFET typu DE375-102N10A, uzyskano odpowiednio: sprawności drenowe 88%, 91%, sprawności całkowite 86%, 89% oraz moce wyjściowe 800 W, 970 W. Praca zawiera również zestawienie ważniejszych określeń i terminów oraz dodatek, w którym zamieszczono szczegółowy opis modeli falowników klasy E, EF2 i E/F3 w programie Matlab.

EN

Power electronic, resonant Class E inverters and problems concerning their power capabilities are the subject of the work. The main aim is to carefully analyze the possibilities of increasing the output power and efficiency of a Class E inverter by improving the utilization of transistor parameters. With this end in view, a proper theoretical analysis and verifying laboratory research have been applied. The theoretical analysis has been carried out on the assumption that the transistor parameters are constant and conduction power losses dominate the rest of transistor power losses. At the beginning of the work, the state of the art of the subject was presented (Chapter 2). Next, the static and dynamic properties of power MOSFET transistors were described, which are particularly important when the transistors are used in Class E inverters (Chapter 3). The transistor parameters limiting efficiency and output power of inverters were indicated. In order to compare the power capabilities of Class E inverters and to maximize their efficiency, the following factors were defined: drain efficiency tjD, overall efficiency tj, factor of transistor installed power kui, and modified power output capability CPO (Chapter 4). It was shown, that the shape of the transistor voltage and current waveforms (the values of factor kui) determines the efficiency and the output power of resonant inverters. In the next part of the work, the terminology concerning Class E inverters (Chapter 5) was explained and arranged. Moreover, the systematic overview and the extended comparison of some properties of Class E inverters were carried out (Chapter 7). A new, generalized definition of Class E circuits was proposed, including in it as a fundamental condition maximum softswitching of a switch (a transistor, a thirstier or a diode). The known classes of circuits were grouped into basic, inverse, sub-, and mixed classes, taking into account their specific properties and nomenclature. Next, the correlation between selected parameters of the Class E inverter and its operation mode (optimum, suboptimum or non-optimum operation) was explained. There were also shown some possible and useful or totally useless modes of the optimum operation of the Class E inverter. In order to evaluate the power capabilities of different resonant inverters, all members of the Class E inverter family, Class E2 and EfF inverters, and several well-known Class DE, D, and D"1 inverters were compared in this regard. The required values of their parameters were computed by means of the computer models of the inverters. These models based on the state equations and their solutions using the method of matrix exponential in the Matlab program (Chapter 6, Appendix). The detailed analysis of the Class E inerter properties as a function of its parameters proved (Chapter 8), that a small increase in the efficiency and a few percent increase in the output power of the inverter can be obtained by applying its limited non-optimum operation, decreasing a transistor on-duty cycle or adding a differential capacitor in a symmetric inverter. Therefore, there were continued the further explorations of different, more effective methods to improve the power capabilities of a Class E inverter. The more beneficial shape of the transistor voltage and current waveforms, the higher efficiency and output power are obtained in Class EF2 and E/F3 inverters (Chapter 9). These inverters can be created from any Class E inverter. With this aim in view, an additional, series resonant circuit should be connected in parallel with the transistor and the inverter parameters should be properly adjusted. In the Class EF2 inverter this circuit resonates approximately at the second harmonic, and in the Class E/F3 inverter at the third harmonic. In both inverters the transistor is maximally soft-switched, which is typical of Class E circuits. Basing on the analysis of the properties of the Class EF2 and E/F3 inverters, it was found that the maximum increase in their output powers was approximately equal to 43% and 25%, respectively, in comparison with the Class E inverter performance. These results were obtained keeping the same transistor parameters for all the inverters. Next, the analysis of the properties of the Class E, EF2, and E/F3 inverters was continued. Some aspects of the influence of changing parameters on their properties were presented and discussed. In the last part of the work, selected results of the theoretical analysis were confirmed experimentally (Chapter 11). The laboratory Class E, EF2, and E/F3 inverters were designed and tested at the operating frequency of l MHz. During the measurements, the power losses (6.5 W) and the peak voltage (455 V) of a SPP20N65C3 MOSFET transistor were approximately kept at the constant level. The following results were obtained for the Class E, EF2, and E/F3 inverters, respectively: drain efficiency of 96.7%, 97.1%, 97.5%, overall efficiency of 96.1%, 96.7%, 97.0%, and output power of 365.3 W, 525.3 W, 448.0 W. The ratios of the output powers of the Class EF2 and E/F3 inverters to the Class E output power were equal to l .44 and l .23, respectively. The computer models of the Class E, EF2, and E/F3 inverters were successfully verified by comparing the results of their calculations and the measurements of the laboratory inverters. The Class E and EF2 inverters were also tested at the operating frequency of 16 MHz. Applying as a switching device a DE375-102N10A MOSFET transistor, the following results were obtained, respectively: drain efficiency of 88%, 91%, overall efficiency of 86%, 89%, and output power of 800 W, 970 W. The work also includes a set of relevant definitions and terms, and the appendix, where the computer models of the Class E, EF2, and E/F3 inverters in the Matlab program were detailed.