elektromehaniČki sustavi – uČinska elektronika

ELEKTROMEHANIČKI SUSTAVI –

UČINSKA ELEKTRONIKA

Kakvo nam je napajanje potrebno u elektromehaničkim sustavima ?

I. izmjenična struja i(t) i/ili napon u(t) promjenjive frekvencije i amplitude




I.

II.istosmjerna struja I i/ili napon U promjenjive amplitude




I.

II.

III. posebni slijedovi strujnih i/ili naponskih impulsa (primjerice za koračne motore)


UČINSKA ELEKTRONIKAŠto nam stoji na raspolaganju?

I.izmjenična napojna mreža (jednofazna i trofazna)

II. istosmjerni izvori napajanja (naponski

fotopaneli, akumulatori, gorivni članci...)130 W cca. 600 USD



Sve ostalo moramo sami napraviti, problem je na koji način?

Pomaže nam učinska elektronika (energetska elektronika, power electronics, Leistungselektronik...)

Definicija iz Tehničkog leksikona:

ELEKTRONIČKA UČINSKA PRETVORBADefinicija iz Tehničkog leksikona:

Vrste elektroničke energetske pretvorbe

IZMJENIČNAPRETVORBA

ISTOSMJERNAPRETVORBA

IZRAVNA IZRAVNA

NEIZRAVNANEIZRAVNA

∼ –

∼ –

– ∼

tok energije

ISPRAVLJANJE

IZMJENJIVANJE

ISTOSMJERNAPRETVORBA

IZMJENIČNA

PRETVORBA


ISPRAVLJANJE


IZMJENJIVANJE


ISTOSMJERNA IZRAVNA I NEIZRAVNA PRETVORBA

Vrste elektroničke energetske pretvorbeVrste elektroničke energetske pretvorbe

IZMJENIČNA IZRAVNA PRETVORBA

Vrste elektroničke energetske pretvorbeVrste elektroničke energetske pretvorbe

IZMJENIČNA NEIZRAVNA PRETVORBA

ELEKTRONIČKA UČINSKA SKLOPKADefinicija iz Tehničkog leksikona:

Učinska (poluvodička) sklopka je operativna cjelina. Sastoji se od:

− jednog ili više poluvodičkih ventila,

− zaštite od prenapona i prekostruja,

− pobudnog (upravljačkog) stupnja,

− rashladnog tijela.

ELEKTRONIČKA UČINSKA SKLOPKAOsnovna komponenta pretvaračkog sklopa je elektronička sklopka. Jasno je da su inženjeri nastojali razviti elektroničku sklopku u svemu jednaku idealnoj mehaničkoj električkoj sklopki (sklapa kod oba polariteta napona, vodi struju u oba smjera i nema gubitaka).

sklopka otvorena: i(t) = 0

sklopka zatvorena: v(t) = 0

u oba slučaja:

p(t) = i(t) v(t) = 0Elektronička sklopka funkcionalno jednaka mehaničkoj sklopki je veoma složena (sastoji se od više elektroničkih ventila). Ipak, operativna cjelina koja ima samo neke funkcije mehaničke sklopke naziva se elektronička sklopka.

ELEKTRONIČKI UČINSKI VENTILDefinicija iz Tehničkog leksikona:

Poluvodički ventil je poluvodička komponenta za uklapanje i isklapanje struje. Samostalno je inoperativna.

Poluvodički ventil

To je složena struktura unutar monokristala silicija. Primjerice, IGBT u jednom smjeru može držati napon i uklapati i isklapati struju, a u drugom smjeru eventualno može držati napon (samo neke izvedbe) i ne može voditi struju.

IGBT

Svaki poluvodički ventil ima gubitke: gubitke uklapanja, gubitke isklapanja i gubitke vođenja. Primjerice, tijekom isklapanja diode, na diodi istodobno postoji napon i teče znatna struja (umnožak napona i struje daje vremenski tijek gubitaka):

zaostali naboj

Naponsko-strujno naprezanje diode tijekom isklapanjavrijeme oporavljanja

Ili, tijekom uklapanja tranzistora poteče struja prije nego je započelo opadanje napona:

Naponsko-strujno naprezanje tranzistora tijekom uklapanja

Podjela električkih (poluvodičkih) ventila:

Osnovne vrste današnjih poluvodičkih ventila

Gdje se upotrebljavaju poluvodički ventili?

Istosmjerni veleprijenosi

Kompenzatori

Elektrolize

Vuča

Neprekinuto napajanje

Indukcijsko zagrijavanje

Elektromotorni pogoni

Visokofrekvencijsko zavarivanje

Napajanje

Radna područja poluvodičkih sklopki

Primjer jednokvadrantnog

rada sklopke:ON - Stanje vođenja

OFF - Stanje nevođenja

napon u stanju nevođenja

struja u stanju vođenja

Radna područja poluvodičkih sklopki

vOFF

vOFF

iON

iON

iON

vOFF

Jednokvadrantna

sklopka

(strujno jednosmjerna, naponski unipolarna)

Dvokvadrantna

sklopka

(strujno dvosmjerna, naponski unipolarna)

vOF

F

iONDvokvadrantna

sklopka

(strujno jednosmjerna, naponski bipolarna)

Četverokvad-rantna sklopka

(strujno dvosmjerna, naponski bipolarna)

Modeli poluvodičkih ventila - DIODA

iON

vOFF

Jednokvadrantna

sklopka

(strujno jednosmjerna, naponski jednopolna)

• neupravljiva, jednokvadrantna sklopka,

• vodi struju u jednom, propusnom smjeru (od anode A prema katodi K),

• preuzima nagativni (zaporni) napon u stanju nevođenja,

• sklopno stanje ovisi samo o struji i/ili naponu na stezaljkama A i K

A

K

Modeli poluvodičkih ventila - TIRISTOR

vOF

F

iONDvokvadrantna

sklopka

(strujno jednosmjerna, naponski dvopolna)

• (polu)upravljiva, samo uklopiva, dvokvadrantna sklopka,


• preuzima negativni (zaporni) napon ili pozitivni (blokirni) u stanju nevođenja,

• uklapa pomoću pozitivnog impulsa na upravljačkoj elektrodi (geitu) pod uvjetom da se nalazio u stanju blokiranja

G

A

K

Modeli poluvodičkih ventila – GTO (geitom isklopiv tiristor)

vOF

F

iONDvokvadrantna

sklopka

(strujno jednosmjerna, naponski dvopolna)

• upravljiva, uklopiva i isklopiva, dvokvadrantna sklopka,


• preuzima negativni (zaporni) napon ili pozitivni (blokirni) u stanju nevođenja,

• uklapa pomoću pozitivnog impulsa na upravljačkoj elektrodi (geitu) pod uvjetom da se nalazio u stanju blokiranja

• isklapa pomoću negativnog impulsa na upravljačkoj elektrodi (geitu)

G

A

K

(engl. gate turn off thyristor, GTO)

Modeli poluvodičkih ventila – BJT (bipolarni tranzistor)

• upravljiva, uklopiva i isklopiva, jednokvadrantna sklopka,

• vodi struju u jednom smjeru

• preuzima pozitivni (blokirni) u stanju nevođenja,

• uklapa pomoću pozitivnog strujnog impulsa na upravljačkoj elektrodi (bazi)

B

C

E

(engl. bipolar junction transistor)

iON

vOFF

Jednokvadrantna

sklopka


Modeli poluvodičkih ventila – IGBT

(bipolarni tranzistor s izoliranom upravljačkom elektrodom)(engl. insulated gate bipolar transistor)

iON

vOFF

Jednokvadrantna

sklopka


G

D (C)

S (E)

• upravljiva, uklopiva i isklopiva, jednokvadrantna sklopka,

• vodi struju u jednom smjeru

• preuzima pozitivni (blokirni) u stanju nevođenja, samo neki tipovi IGBT-a mogu preuzeti negativni (zaporni) napon

• uklapa pomoću pozitivnog naponskog impulsa na upravljačkoj elektrodi (geitu), isklapa nakon uklanjanja tog impulsa

Modeli poluvodičkih ventila – MOSFET

(MOS tranzistor s efektom polja)(engl. Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)

G

D

S

• upravljiva, uklopiva i isklopiva, dvokvadrantna sklopka,

• vodi struju u dva smjeru (u jednom FET u drugom ugrađena dioda),

• preuzima pozitivni (blokirni) u stanju nevođenja,

• uklapa pomoću pozitivnog naponskog impulsa na upravljačkoj elektrodi (geitu), isklapa nakon uklanjanja tog impulsa

U primjenama često trebamo strujno dvosmjernu sklopku, možemo je ostvariti kombinacijom ventila

Bipolarnom tranzistoru (isto tako i IGBT-u) možemo dodati povratnu diodu.

Ukoliko nas dinamička svojstva ugrađene diode MOSFET-a ne zadovoljavaju, rješenje je sljedeće

B

C

E

Primjer za primjenu dvokvadrantne strujno dvosmjerne sklopke je kod izmjenjivača s naponskim ulazom.

Bipolarnom tranzistoru (isto tako i IGBT-u ili MOSFET-u) možemo u seriju dodati diodu koja preuzima napon kojeg tranzistor ne bi mogao preuzeti.

U primjenama može zatrebati i strujno jednosmjerna sklopka, a naponski bipolarna sklopka koju također možemo ostvariti kombinacijom ventila

(tranzistor preuzima napon)

(dioda preuzima napon)

B

E

Primjer za primjenu dvokvadrantne naponski bipolarne sklopke je kod izmjenjivača sa strujnim ulazom.

Idealni nadomjestak za mehaničku sklopku je četverokvadrantna električka sklopka, koja se na različite načine može ostvariti kombinacijom poluvodičkih ventila

• upravljiva, uklopiva i isklopiva, četverokvadrantna sklopka,

• vodi struju u dva smjeru i preuzima napon u dva smjera,

• uklapa pomoću pozitivnog naponskog impulsa na upravljačkoj elektrodi, isklapa nakon uklanjanja tog impulsa

Primjer za primjenu četverokvadrantne sklopke je kod matričnih pretvarača.

Svi naponi i struje su izmjenični, sklopke moraju biti četverokvadrantne. Potrebno je 9 takvih sklopki.



Kako ćemo raditi, što nam stoji na raspolaganju?

IPES (Interactive Power Electronics Simulation)

www.ipes.ethz.ch

SIMPLORER

www.ansoft.com

Daniel W. Hart,

INTRODUCTION TO POWER ELECTRONICS

http://www.ipes.ethz.ch/

IPES (Interactive Power Electronics Simulation)

SIMPLORER Simulation of a single-phase inverter with 2-point-hysteresis controller

ICA:

L_load.I [A] I_LWR I_UPR R_load.I [A]

t [s]

4.00e+001

-4.00e+001

0

-2.50e+001

2.50e+001

0 20m10m

E1

TR1

ignit1

TR2ignit2

D1 D2

TR3ignit3

D3 TR4

ignit4D4

R_load L_load

EXP1

OMEGA := 2 * PI * FX

FX := 50

A := 30

D := 0.1

ON14

SET: := ignit4:=1

SET: := ignit2:=0

SET: := ignit1:=1

SET: := ignit3:=0(R_load.I>=I_UPR)

ON23

SET: := ignit2:=1

SET: := ignit1:=0

SET: := ignit4:=0

SET: := ignit3:=1

(R_load.I<=I_LWR)

circuitassignments

controloutput

0.2k

quick4

®Simulation properties:Step width max1mStep width min10uSimulation end time 20m

EQU

I_SET := A * sin(OMEGA * t)

I_UPR := I_SET + D * A

I_LWR := I_SET - D * A

ICA -Inital Condition Assignment. VA -Variable Assignment,

called during simulation

Reference for model characteristic. In Simplorer 5, it is possible for the user to select

the characteristic line from the internal function of the component or simply linked

using the same name "EXP1"



Što je potrebno znati, što treba ponoviti?

# Računanje snage i energije

# Razgradnja zatečene energije (u L)

# Snaga kod sinusnih i nesinusnih veličina, Fourierov red

i još mnogo toga...

Daniel W. Hart,

INTRODUCTION TO POWER ELECTRONICS

PONAVLJANJE - Računanje snage i energije

Trenutačna vrijednost, srednja vrijednost, efektivna vrijednost veličine (struje, napona)

PONAVLJANJE – Odzivi L i C

PONAVLJANJE - Razgradnja energije zatečene u L – (I)

Primjena kod višefaznog DC pretvarača za reluktantne motore.

PONAVLJANJE - Razgradnja energije zatečene u L – (II)

V, I efektivne vrijednosti napona i struje

PONAVLJANJE - Snaga kod sinusnih i nesinusnih veličina

Faktor snage iskazuje koliko se angažira prividne snage za dobivanje djelatne snage.

Opći slučaj: nesinusna struja i nesinusni napon

Opći slučaj: nesinusna struja i nesinusni napon

Nesinusni izvor i linearno trošiloPrimjenjuje se načelo superpozicije !

PONAVLJANJE - Pokazatelji izobličenja valnog oblika

PROVJERA ZNANJA - Znamo li ispravno razmišljati ?

Nacrtajmo strujno-naponske odnose za različite tipove trošila !



Osnovni sklopovi učinske elektronike:

• sklopka s tranzistorom

• sklopka s tiristorom

• rad s osnovnim vrstama trošila (R, RL, RLE, poredna dioda...)

Ispravljači, fazno upravljivi ispravljači, usmjerivači.

Idealizirani valni oblici tijekom rada sklopke: a) pojednostavnjeni induktivni sklop s porednom diodom, b) valni oblici struje i napona sklopke (vT, iT), c) valni oblik trenutačnih gubitaka na sklopki pT .

OSNOVNI SKLOP UČINSKE ELEKTRONIKE S ISTOSMJERNIM IZVOROM

OSNOVNI SKLOP UČINSKE ELEKTRONIKE S IZMJENIČNIM

IZVOROM

Poluvalni diodni ispravljač i karakteristični valni oblici uz djelatno trošilo

OSNOVNI SKLOP UČINSKE ELEKTRONIKE S IZMJENIČNIM

IZVOROM

FAZNO UPRAVLJANJE

Poluvalni tiristorski ispravljač i karakteristični valni oblici uz djelatno trošilo

ISPRAVLJAČI – Pretvorba izmjeničnog sustava u istosmjerni sustav

ISPRAVLJAČI – Pretvorba izmjeničnog sustava u istosmjerni sustav

Istosmjerni sustav može sadržati istosmjerne veličine, ili pak izmjenične veličine s istosmjernom komponentom !

Analizu započinjemo najjednostavnijim spojem, poluvalnim ispravljačem s djelatnim trošilom,

nakon toga dodajemo induktivitet u krug trošila,

zatim dodajemo još i protuelektromotornu silu,

a vidjet ćemo i utjecaj poredne diode na rad sklopa.

Na kraju, diodu zamjenjujemo tiristorom i uvodimo fazno upravljanje.

ISPRAVLJAČI – Poluvalni ispravljač s djelatnim trošilom

Srednja vrijednost napona na trošilu

Srednja vrijednost struje trošila dobiva se dijeljenjem s otporom


Srednja vrijednost snage na trošilu

Efektivne vrijednosti napona i strujeza poluvalno ispravljeni sinusni valni oblik su sljedeće

ISPRAVLJAČI – Poluvalni ispravljač s omsko-induktivnim trošilom

Rješavanje naponsko-strujnih odnosa nije trivijalno.

Uočite da srednja vrijednost napona trošila ovisi o vremenskoj konstanti trošila.

ISPRAVLJAČI – Poluvalni ispravljač s omsko-induktivnim trošilom

ISPRAVLJAČI – Poluvalni ispravljač s RLE trošilom

Kada dioda počinje voditi?

Važno je uočiti da je snaga izmjeničnog izvora jednaka zbroju snage istosmjernog izvora i snage na otporu.

ISPRAVLJAČI – Poluvalni ispravljač s porednom diodom

Primjetimo da obje diode ne mogu voditi istovremeno !

Nakon nekoliko perioda doseže se ustaljeno stanje, u kojem je struja trošila neisprekidana, za razliku od prethodnih sklopova.


Strujno-naponski odnosi u ustaljenom stanju za tipično omsko-induktivno trošilo.

Strujno-naponski odnosi uz pretpostavku jako induktivnog trošila. To ćemo često pretpostavljati !

ISPRAVLJAČI – Poluvalni ispravljač s kapacitivnim teretom

To je najčešće rješenje za dobivanje glatkog ispravljenog napona.

Izračun nije trivijalan (Hart), no korisno je znati konačna rješenja.

Vršna vrijednost struje diode

Približni izraz za valovitost izlaznog napona

ISPRAVLJAČI – Upravljivi poluvalni ispravljač, R trošilo

Srednja vrijednost napona na trošilu, to je upravljačka karakteristika

Efektivna vrijednost napona na trošilu, zapamtite izraz, još ćemo se susresti.


Primjer: Jednofazni poluvalni upravljivi ispravljač s djelatnim trošilom

Projektirajte sklop koji na trošilu daje srednju vrijednost napona od 40 V na otporu od 100 Ω, a na ulazu mu je izmjenični izvor amplitude 120 V i frekvencije 60 Hz. Izračunajte snagu disipiranu na otporniku kao i faktor snage izmjeničnog izvora.

y

Najjednostavnije i najekonomičnije rješenje je uporaba jednofaznog poluvalnog upravljivog ispravljača s gore opisanom upravljačkom karakteristikom.

Korištenjem gornje jednadžbe i uvrštavanjem poznatih podataka dobiva se potrebni kut upravljanja α.


Za izračunavanje snage trošila potrebna nam je efektivna vrijednost napona na trošilu.

Sada se može izračunati snaga trošila.

Te konačno slijedi izračunavanje faktora snage kao omjera djelatne i prividne snage.

ISPRAVLJAČI – Upravljivi poluvalni ispravljač, RL trošilo

Rješavanje naponsko-strujnih odnosa ponovo nije trivijalno. Može se pronaći u literaturi.

Trajanje vođenja struje ovisi o vremenskoj konstanti trošila

ISPRAVLJAČI – Upravljivi poluvalni ispravljač, RLE trošilo

Rješenje je slično kao kod neupravljivog ispravljača, no vođenje diode počinje tek ukoliko postoji okidni impuls na geitu tiristora.

ISPRAVLJAČI – Punovalni, jednofazni i višefazni

Prednosti – srednja vrijednost struje izvora jednaka je nuli,

manja valovitost istosmjernog napona.

Usložnjavanjem jednofaznog poluvalnog ispravljača dolazimo do najčešće korištenog jednofaznog spoja – mosni spoj

ISPRAVLJAČI – Jednofazni mosni spoj, R trošilo

Uočimo temeljna svojstva:

- Spoj je simetričan, ventili vode u dijagonalnim parovima.

- Diode predstavljaju komutator, pretvaraju izmjenični sustav u istosmjerni.

- Vršna vrijednost zapornog napona na ventilima jednaka je vršnoj vrijednosti napona izvora.

- Efektivna vrijednost struje izvora jednaka je efektivnoj vrijednosti struje trošila.

- Osnovna frekvencija u izlaznom naponu je dvostruka frekvencija izvora, postoje parni harmonici i istosmjerna komponenta.

ISPRAVLJAČI – Jednofazni mosni spoj, R trošilo

Srednja vrijednost napona na trošilu

Efektivna vrijednost struje trošila jednaka je efektivnoj vrijednosti struje izmjeničnog izvora.

Srednja vrijednost struje trošila

ISPRAVLJAČI – Jednofazni mosni spoj, RL trošilo

Stvarni valni oblici

Idealizirani valni oblici za veliki L

ISPRAVLJAČI – Jednofazni mosni spoj, RL trošilo

Porastom reda harmonika, amplituda naponskih harmonika opada, dok impedancija trošila Z raste.

Stoga amplituda strujnih harmonika naglo opada s porastom reda harmonika.

Može se primjeniti načelo superpozicije.

U slučaju velike vremenske konstante trošila, svi viši harmoici struje mogu se zanemariti, struja trošila ima samo istosmjernu komponentu.

Srednja vrijednost struje trošila je istosmjerna komponenta

Viši harmonici struje trošila

ISPRAVLJAČI – Jednofazni mosni spoj, RLE trošilo

Ovaj se tip trošila često javlja u praksi, istosmjerni motor, punjač baterija.

Struja trošila može biti neisprekidana (kontinuirana) i isprekidana (diskontinuirana).

To su 2 različita načina rada.

Za isprekidani način rada točan proračun je složen.

Za neisprekidani način rada za srednju vrijednost struje trošila vrijedi:

FAZNO UPRAVLJIVI ISPRAVLJAČI –

Jednofazni mosni spoj, R trošilo

Diode zamjenjujemo tiristorima i uvodimo načelo faznog upravljanja.

Za djelatno (R) trošilo analiza je trivijalna, izrazi za srednju vrijednost napona i struje trošila sliče onima kod poluvalnog ispravljača.


Jednofazni mosni spoj, RL trošilo

Postoje 2 načina rada, uz isprekidanu i neisprekidanu struju trošila. Način rada određuje upravljačku karakteristiku, kao i pojačanje sklopa.

isprekidana i neisprekidana struja


Jednofazni mosni spoj, RL trošilo

Granica isprekidanog načina rada

Napon trošila pri neisprekidanom radu

Srednja vrijednost napona trošila pri neisprekidanom radu

Izračunavanje viših harmonika napona i struje trošila


Jednofazni mosni spoj, RLE trošilo

Ponovo razlikujemo isprekidani i neisprekidani način rada.

U isprekidanom načinu rada u valnom obliku izlaznog napona vidi se protuEMS.

U neisprekidanom načinu rada u valnom obliku izlaznog napona ne vidi se protuEMS.

U oba načina rada iznos EMS utječe na srednju vrijednost struje trošila.


Primjer


Upravljačka karakteristika


Izlazna karakteristika

Izlazna karakteristika je ovisnost srednje vrijednosti izlaznog napona o struji trošila.

Razmislite kako izgleda izlazna karakteristika za do sada promatrane pretvarače ?

Kako izgleda stvarna izlazna karakteristika ?


USMJERIVAČI

USMJERIVAČ, elektronički učinski tiristorski pretvarač koji se s izmjenične strane spaja na izmjeničnu energetsku mrežu (izmjenični električni energetski sustav), a s istosmjerne strane daje ili uzima istosmjernu struju (istosmjerni električni energetski sustav). Komutiran je izmjeničnom energetskom mrežom; zato je impulsni uređaj koji daje impulse za okidanje tiristora nužno sinkroniziran na napon izmjenične mreže). Jednosmjerni usmjerivač može dati ili pozitivnu ili negativnu srednju vrijednost napona kod jednog smjera struje; ako je srednja vrijednost napona pozitivna izmjenična energetska mreža daje energiju (ispravljački način rada), a ako je negativna ju prima (izmjenjivački način rada). Dvosmjerni usmjerivač (sastoji se od dva antiparalelno spojena jednosmjerna usmjerivačka sklopa) može dati ili pozitivnu ili negativnu srednju vrijednost napona kod oba smjera struje (naziva se i reverzibilni usmjerivač, jer se upotrebljava za reverziranje smjera vrtnje istosmjernih motora). Usmjerivači se upotrebljavaju npr. u istosmjernim veleprijenosima, u sustavima uzbude sinkronih generatora i istosmjernim elektromotornim pogonima. Riječ usmjerivač uveo je prof. Zlatko Plenković, oko 1945. godine, na tadašnjem zagrebačkom Tehničkom fakultetu, kao prijevod njemačke riječi Stromrichter, uvedene u njemački jezik 1932. godine. U zadnje vrijeme pojam usmjerivač obuhvaća i autonomne pretvarače koji mogu procesirati električnu energiju u oba smjera, a spajaju izmjenični s istosmjernim energetskim sustavom (npr. PWM usmjerivač).


USMJERIVAČI - moguća promjena smjera toka energije

Načelo izmjenjivačkog načina rada

Srednja vrijednost izlaznog napona fazno upravljivog ispravljača u jednofaznom mosnom spoju iznosi:

Da li može biti α > 90˚el. ?

Zadržati nepromijenjen smjer struje, a promijeniti polaritet izlaznog napona moguće je samo dodavanjem naponskog izvora u istosmjerni krug (krug trošila).

Kako to ostvarujemo u praksi?

FAZNO UPRAVLJIVI ISPRAVLJAČI – USMJERIVAČI

Nadomjesna shema usmjerivača u izmjenjivačkom načinu rada

Snaga se iz istosmjernog izvora u iznosu Ed Id prenosi u izmjeničnu mrežu.

Ova nadomjesna shema u stvari predstavlja usrednjeni model.

Izmjenjivački način rada upotrebljava se, primjerice, za kočenje nezavisnog istosmjernog motora.

Svaki usmjerivač je fazno upravljivi ispravljač, no obratno ne vrijedi ! Razmislite zašto !Svaki usmjerivač je fazno upravljivi ispravljač, no obratno ne vrijedi ! Razmislite zašto !


USMJERIVAČI – primjer IPES – dvosmjerni usmjerivač


USMJERIVAČI – primjer sunčevih ćelija

Primjer: Jednofazni usmjerivački most u izmjenjivačkom načinu rada

Istosmjerni izvor u shemi predstavlja polje sunčevih ćelija napona Vdc = 110 V. Sunčeve ćelije mogu proizvesti snagu od Pdc = 1000 W. Efektivna vrijednost napona izmjeničnog izvora iznosi 120 V, djelatni otpor trošila Rd = 0,5 Ω, a induktivitet L je dovoljno velik da se može pretpostaviti nevalovita istosmjerna struja. Izračunajte kut upravljanja α potreban da se osigura da sunčeve ćelije predaju snagu Pdc ! Izračunajte snagu predanu izmjeničnoj mreži Pac i gubitke na djelatnom otporu PR ! Pretpostavite idealne tiristore.

Da bi ćelije predavale snagu od 1000 W, srednja vrijednost struje ćelija mora iznositi

Srednja vrijednost izlaznog napona usmjerivača mora biti jednaka zbroju napona istosmjernog izvora i pada napona na djelatnom trošilu.

Sada se jednostavno može izračunati potrebni kut upravljanja tiristora usmjerivača.

Snaga koju istosmjerni sustav (sunčeve ćelije) predaje izmjeničnom sustavu (napojnoj mreži) umanjena je za snagu potrošenu na djelatnom dijelu trošila (otpor R).

AV

PI

dc

dcO 09,9

110

1000


USMJERIVAČI – primjer sunčevih ćelija

Gubici na djelatnom otporu R jednostavno se mogu izračunati pomoću izraza (uočite da je efektivna vrijednost istosmjerne nevalovite struje jednaka njenoj amplitudi)

Pri rješavanju ovog zadatka pretpostavili smo da su tiristori idealni, tj. pad napona na njima u stanju vođenja jednak je 0 V. U ovom slučaju to možda i nije bilo opravdano, jer su vrijednost istosmjernog napona i izlaznog napona usmjerivača vrlo bliske. Izračunajmo glavne rezultate uz pretpostavku da je pad napona na tiristoru u stanju vođenja jednak 1 V.

Budući da istovremeno vode 2 tiristora, izlazni napon usmjerivača se zbog toga smanjuje za 2 V.

Struja trošila tada iznosi

što je znatno smanjenje u odnosu na idealan slučaj. Zaključujemo da je sklop osjetljiv na promjene parametara (kut upravljanja, padovi napona).

Pokušajte izračunati koju snagu sada daju sunčeve ćelije !


USMJERIVAČI – primjer proračuna

Pitanja: Koliki je kut upravljanja α, ako je struja magneta 400 A? Kako brzo se može struja magneta od te vrijednosti dovesti do nule?

Izraz za srednju vrijednost napona usmjerivača (upravljačka karakteristika) je

Već znamo da srednju vrijednost struje trošila određuje djelatni otpor trošila R

Usmjerivač radi u ispravljačkom načinu rada. Da bi najbrže smanjili struju na nulu, moramo prevesti u izmjenjivački način rada.

Ideja proračuna vremena demagnetizacije

A5092,5

1273

V1273cos20002

dv


USMJERIVAČI – analiza rada usmjerivača pomoću

SIMPLORERa


USMJERIVAČI – najčešće korišteni spoj je 3FM

Srednja vrijednost napona na trošilu (pri kontinuiranoj struji trošila, u izrazu je vršna vrijednost linijskog napona)

Ukoliko se u izrazu koristi efektivna vrijednost faznog napona, dobiva se

cos34,2 SO VV


ŠTO SU TO POLUUPRAVLJIVI SPOJEVI ?

Kod poluupravljivih spojeva na trošilu se ne može pojaviti negativni napon.

Mogu raditi samo u jednom kvadrantu.

Različita je raspodjela struje između ventila.

Poluupravljivi spojevi imaju manji utjecaj na mrežu od punoupravljivih (bolji faktor snage).

FAZNO UPRAVLJIVI ISPRAVLJAČI – PREGLED

elektromehaniČki sustavi – uČinska elektronika

Documents