Tecnologia / Guida tecnica
Potenza istantanea, accumulo e dissipazione nei convertitori
La potenza in ingresso e quella in uscita non devono necessariamente coincidere in ogni istante, anche in un modello ideale di convertitore senza perdite. Gli elementi di accumulo elettrico possono assorbire o rilasciare energia durante i cambiamenti del circuito. Aggiungere la dissipazione a questo bilancio spiega perché una differenza transitoria tra ingresso e uscita non costituisca automaticamente una perdita di conversione misurata.
Includi le variazioni dell'energia accumulata nel bilancio di potenza.
Il confine, la convenzione dei segni e l'intervallo di media determinano se una differenza indica accumulo, dissipazione o un altro percorso di trasferimento.
01 / Definizione della potenza
Tensione e corrente devono appartenere alla stessa porta.
Con la convenzione passiva dei segni, la potenza elettrica istantanea è p = vi, dove la corrente entra nel morsetto contrassegnato con il segno positivo della tensione.
Con la convenzione passiva dei segni, la potenza elettrica istantanea è p = vi, dove la corrente entra nel terminale contrassegnato con la polarità positiva della tensione. La potenza positiva entra nel perimetro di quell'elemento. Definire invece come positiva la potenza erogata in uscita modifica i segni nel bilancio a livello di sistema.
OpenStax spiega la potenza elettrica come il tasso di trasferimento dell'energia. Tensione e corrente devono riferirsi a punti e istanti corrispondenti. Moltiplicare una tensione media per una corrente media non riproduce generalmente la media del loro prodotto istantaneo quando entrambe variano.
02 / Confine completo
Contare ogni trasferimento incluso prima di indicare la differenza.
Per un modello dichiarato di convertitore elettrico, definire pin totale come la potenza entrante attraverso le porte di ingresso incluse e pout come la potenza uscente attraverso le porte di uscita incluse.
Per un modello dichiarato di convertitore elettrico, definire pin totale come la potenza che entra nelle porte di ingresso incluse nel modello e pout come la potenza che esce dalle porte di uscita incluse. Con dissipazione non negativa ploss, il suo bilancio energetico è pin − pout = dWstored/dt + ploss.
Ulteriori percorsi ausiliari o altri percorsi di trasferimento devono comparire tra quelle porte oppure essere esplicitamente esterni al confine scelto. Ignorare un percorso modifica il conteggio. Il bilancio non stabilisce quale topologia, quali componenti di accumulo o quali circuiti ausiliari contenga un convertitore reale.
03 / Termini di accumulo
L'energia elettrica e quella magnetica possono variare indipendentemente.
Per elementi ideali, lineari e costanti, un condensatore immagazzina ½Cv² e un induttore immagazzina ½Li².
Per elementi ideali lineari e costanti, un condensatore immagazzina ½Cv² e un induttore immagazzina ½Li². Un modello a più elementi include la somma pertinente di questi termini di accumulo energetico. L'accoppiamento mutuo o la non linearità richiedono il modello energetico appropriato anziché sommare indiscriminatamente espressioni indipendenti a L costante.
La pagina Guida al bus DC. si concentra sul confine di un singolo condensatore. Il Guida LCL aggiunge stati induttivi e capacitivi distinti, mostrando perché la sola tensione invariata del condensatore non dimostra che ogni termine dell'energia immagazzinata sia costante.
04 / Esempio di transitorio
Un deficit all’uscita può caricare un sistema di accumulo.
Considera un intervallo ipotetico con pin = 100 W, pout = 80 W e ploss = 5 W.
Consideriamo un intervallo ipotetico con pin = 100 W, pout = 80 W e ploss = 5 W. Il bilancio fornisce dWstored/dt = 15 W. Se quei valori ipotizzati rimangono costanti per 2 s, l'energia immagazzinata aumenta di 30 J.
La differenza tra ingresso e uscita è di 20 W, ma nelle ipotesi indicate vengono dissipati solo 5 W. Il resto modifica l'energia accumulata. Questo calcolo non rappresenta alcuna forma d'onda né alcuna efficienza di MARSTON e una diversa variazione dell'energia accumulata può invece far sì che l'uscita superi temporaneamente l'ingresso senza creare energia.
05 / Media sul periodo
Il ritorno allo stesso stato di accumulo elimina un termine mediato.
Su un intervallo T, la potenza media di accumulo è [Wstored(T) − Wstored(0)]/T.
Su un intervallo T, la potenza media di accumulo è [Wstored(T) − Wstored(0)]/T. Se un modello periodico ritorna esattamente allo stesso stato di accumulo agli estremi dell'intervallo, tale termine è zero anche mentre l'energia entra ed esce dai singoli elementi durante tutto il ciclo.
Con quel particolare confine, l'ingresso medio meno l'uscita media è uguale alla dissipazione media. Una finestra temporale arbitraria durante un transitorio potrebbe non soddisfare la condizione agli estremi dell'intervallo. Una forma d'onda ciclica e una visualizzazione apparentemente stabile costituiscono evidenze diverse per stabilire se lo stato energetico si ripeta effettivamente.
06 / Ambito del rendimento
Un rapporto richiede porte corrispondenti e un intervallo utile.
L'interpretazione del rendimento si riferisce a grandezze definite di energia o potenza in ingresso e in uscita, nelle condizioni applicabili.
L'interpretazione del rendimento si riferisce a grandezze definite di energia o potenza in ingresso e in uscita, nelle condizioni applicabili. Un rapporto in regime transitorio può essere influenzato dal rilascio di energia precedentemente accumulata; non deve essere usato come dichiarazione universale del rendimento di conversione a regime stazionario. I confini della sorgente, del convertitore e del carico alimentato rimangono distinti.
Non viene attribuita a MARSTON alcuna forma d'onda istantanea, energia dei componenti, valore di perdita o efficienza. La guida non fornisce prove a gradino di carico, procedure di scarica o regolazioni operative; spiega la conservazione dell'energia e perché letture istantanee non corrispondenti non possono identificare autonomamente la potenza dissipata.
Guide tecniche correlate: Stati del filtro LCL, Oscillazione Libera e Condizioni al Contorno. · Carica del condensatore DC, tensione iniziale e corrente di spunto · Resistenza termica, capacità termica e modelli RC transitori..
Per un ulteriore argomento sull'accumulo di energia magnetica, consulta traferri degli induttori ed energia immagazzinata.
Informazioni generali: OpenStax: la potenza elettrica come tasso di trasferimento dell'energia · OpenStax: energia immagazzinata in un condensatore ideale · OpenStax: energia induttiva nel caso lineare e relativa potenza variabile. Questi riferimenti spiegano concetti del settore; sono distinti dai documenti MARSTON di prodotto e di progetto applicabili.
Concetti e condizioni fondamentali.
Leggere ogni grandezza insieme al riferimento, alle unità e alle condizioni dichiarate. Una relazione generale non stabilisce un valore specifico di un modello.
| Concetto / grandezza | Significato / relazione | Condizioni / limiti |
|---|---|---|
| Potenza alla porta | p = vi in W | Riferimenti e tempi di tensione/corrente corrispondenti. |
| Bilancio del sistema | pin − pout = dWstored/dt + ploss | Porte di trasferimento e convenzioni di segno dichiarate. |
| Energia di accumulo | ½Cv² e ½Li² in J | Elementi ideali, indipendenti, costanti e lineari. |
| Media sulla finestra | ΔWstored/T in W | Gli estremi e l'intervallo sono espliciti. |
| Condizione periodica | Stessa energia immagazzinata in entrambi gli estremi. | Una variazione media nulla dell'energia immagazzinata non implica l'assenza di scambi istantanei. |
Domande ingegneristiche.
La differenza istantanea tra ingresso e uscita è sempre una perdita?
No. L'energia immagazzinata e altre modalità di trasferimento dichiarate possono contribuire.
L'uscita può superare brevemente l'ingresso senza creare energia?
Sì. L'energia precedentemente immagazzinata può essere rilasciata nell'ambito del bilancio indicato.
Una tensione del bus invariata dimostra che tutta l'energia accumulata rimane costante?
No. Altri stati capacitivi o induttivi possono ancora variare.
Quando è nulla la potenza media di accumulo?
Quando l'energia immagazzinata all'inizio e alla fine dell'intervallo scelto è uguale.
L'esempio da 30 J è una misurazione su un prodotto?
No. Deriva da potenze costanti inventate su un intervallo ipotizzato.
Stabilisce l'efficienza del convertitore MARSTON?
Non vengono attribuiti alcuna forma d'onda effettiva, alcun risultato di perdita, alcuna topologia o alcuna dichiarazione di efficienza.
Richiesta tecnica
Discutere la questione tecnica.
La potenza in ingresso e quella in uscita non devono necessariamente coincidere in ogni istante, nemmeno in un modello ideale di convertitore senza perdite. Condividi il modello e le informazioni operative o di progettazione applicabili per una discussione tecnica.