¿La impedancia de la fuente del convertidor DC-AC siempre representa pérdidas?

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Esta es una pregunta teórica fundamental sobre la potencia y la eficiencia de la fuente de voltaje de CA con una impedancia de salida muy baja, por ejemplo, un convertidor de CC-CA; Conversor de puente H o amplificador de clase E.

MI pregunta es:

¿La impedancia de la fuente del convertidor DC-AC siempre representa pérdidas?

Para seguir elaborando la pregunta,

Supongamos que el convertidor es una fuente sinusoidal pura con una impedancia de fuente de Rs . Entiendo que la impedancia de la fuente puede ser una cantidad variable en el tiempo, pero por el momento, supongamos que una impedancia de la fuente equivalente es Rs para una condición operativa determinada.

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Con esta representación, sabemos cuándo Rs = RL, la potencia máxima se entrega a la carga y la eficiencia se convierte en 50%.

Mi pregunta aquí es que en implementaciones reales de dicho convertidor electrónico de potencia, cuando la carga está optimizada para entregar potencia máxima, ¿la eficiencia siempre se limita al 50%? Si no, ¿cómo se puede explicar? O, en otras palabras, ¿la impedancia de la fuente del convertidor DC-AC siempre corresponde a pérdidas? Siento que me estoy perdiendo algo aquí.

Para profundizar esto,

Si ahora consideramos, por ejemplo, un convertidor de clase E, sabemos que la eficiencia máxima teórica es del 100%, en implementaciones prácticas, puede ser fácilmente superior al 90%. Pero la mayor eficiencia se logra no en la condición adaptada de impedancia y entiendo que no es una práctica habitual operar en una condición combinada para tal escenario, sin embargo, esto es para la comprensión teórica de dicha condición operativa.

Por ejemplo, la siguiente figura es de este papel IEEE , la eficiencia no parece ser inferior a 50 % cuando la potencia máxima se entrega a la carga.

Explicación adicional:

Incluso si asumimos que la resistencia de carga no es un valor fijo (puede ser una variable variable con carga, y también, puede ser una cantidad variable en el tiempo dependiendo de los transitorios de conmutación) podemos considerar una impedancia de fuente equivalente cuando la potencia de salida es maximo Por ejemplo, en el documento anterior, la potencia aproximada se maximiza a 4,5 ohmios (por ejemplo, la potencia se maximiza cuando la resistencia normalizada es de alrededor de 0,5 en el gráfico anterior), luego podemos deducir que la impedancia de la fuente observada por la carga es cercana a 4.5ohm. Si consideramos solo este punto de operación particular, ¿qué representa esta impedancia de la fuente (subrayo, puede ser equivalente o, incluso, puede ser un tiempo promediado)?

Además, si podemos estar de acuerdo en que la impedancia de la fuente es cercana a 4.5ohm, ¿la fuente incurre en pérdidas correspondientes a 4.5ohm? Entonces, como sugiere la respuesta de @Neil_UK, ¿la eficiencia debería ser siempre inferior al 50% en la condición de entrega de potencia máxima?

Utilicé esta referencia y números en particular para aclarar la pregunta. Mi pregunta no se limita necesariamente a este convertidor particular o topología de clase E. Es un general para convertidores DC-AC. No pude encontrar ninguna buena referencia que discuta este problema?

O, de otra manera, ¿es completamente incorrecto intentar modelar un convertidor de CC / CA de baja impedancia (suponiendo una Q alta y la corriente de carga es bastante sinusoidal) con este modelo?

    
pregunta Pojj

2 respuestas

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Depende de la potencia que elija entregar desde su fuente.

Si elige entregar el máximo posible variando la impedancia de carga para que sea igual a la impedancia de salida de la fuente, entonces sí, su eficiencia está limitada al 50%.

Si, en cambio, elige entregar mucho menos que esta potencia máxima, su eficiencia puede acercarse al 100%.

Considere una fuente de 200v, con una impedancia de salida de 0.1ohm. Este podría ser un modelo razonable de un convertidor DC-AC de tamaño mediano.

Si elige intentar extraer la máxima potencia posible ejecutándola en una carga de 0.1ohm, entonces 200v en 0.2ohms le da una corriente de carga de 1000A, con 100v en la carga, entregando 100kW a 50% de eficiencia.

Sin embargo, dije que era un convertidor de tamaño mediano, tal vez una potencia nominal de 2 kW, no va a manejar una corriente de salida de 1000 A, aunque tenga una baja impedancia de salida. A 2kW, 200v, estaríamos ejecutando una corriente de carga de 10A. 10A en la impedancia de salida de 0.1 ohm bajaría 1v, por lo que la eficiencia debido a la impedancia de salida solo es de alrededor del 99.5%.

El hecho de que un convertidor tenga una impedancia de salida baja no significa que sea capaz de entregar la potencia máxima de carga adaptada.

    
respondido por el Neil_UK
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La transferencia de potencia máxima se produce cuando Zs = Zl *, pero ese no es, en general, el punto de máxima eficiencia, y puede que no sea un punto de operación del que la fuente sea capaz incluso. También existe la suposición implícita de que el suministro parece una impedancia pura, rara vez lo hacen.

Por lo general, uno diseña fuentes que tengan una impedancia de salida muy baja (fuente de voltaje) o muy alta (fuente de corriente) incluso si se conduce a una carga de 50 ohmios, las restricciones en el valor de la carga tienen más que ver con mantener el amplificador en el interior su área de operación segura y región lineal (si corresponde).

La cosa de impedancia combinada tiene sentido cuando tienes una fuente que implícitamente tiene una impedancia que tampoco es cercana a cero o muy alta, por ejemplo, si estuvieras usando una antena que está transformando los 377 ohmios del espacio libre en algo más bajo, o algo con una línea de transmisión no despreciable donde la impedancia que mira dentro de la línea es importante.

    
respondido por el Dan Mills

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