Boris Pleša

0069058103

Tehnički fakultet RijekaSmjer: PSS Elektrotehnike

Dat

um :

10. s

tude

nog

2015

.

Energetska elektronika

OSNOVNE SKLOPKE I SKLOPOVI

Vježba broj 1

1. PRIKAZ DOBIVENIH REZULTATA

1. Statički uvijeti

Slika 1. shema simulaciskog modela za statičke uvijete.

Naziv elementa: Tip modela: Parametri:

E1 EMF EMF = 100VI1 I1 = 10 APULSE 1 Amplitude = 7.5

Offset = 7.5Frequency = 50 kHz

1-1

Uz prethodnu shemu vezani su slijedeći grafovi:

Slika 2. Valni oblik napona i struje na statičkoj diodi ( 10V/d.s., 10A/d.s., 5µs/d.s.)

Slika 3, Valni oblik napona i struje statičkog modela IGBT tranzistora( 10V/d.s., 10A/d.s., 5µs/d.s.)

1-2

Slika 4. Valni oblik gubitaka statickog modela diode i IGBT tranzistora,(2W/d.s., 5µs/d.s.)

1-3

2. Dinamički uvijeti:

Slika 5. Shema simulaciskog modela za dinamičke uvijete

Naziv elementa: Tip modela: Parametri:

E1 EMF EMF = 100VE2 Pulse Amplitude: 7.5V

Offset = 7.5Frequency = 50 kHz

I1 I1 = 10AR1 R1 = 10 Ohm

1-4

Uz prethodnu shemu vezani su slijedeći grafovi:

Slika 6. Valni oblik napona i struje dinamičkog modela IGBT-a( 10V/d.s., 5A/d.s (Scale=2)., 5µs/d.s.)

1-5

Slika 7. Valni oblik napona i struje dinamičkog modela diode( 20V/d.s., 10A/d.s., 5µs/d.s.)

Slika 8. Valni oblik gubitaka dinamičkog modela diode ((10W/ds)Scale=10) i IGBT-a (100W/ds) , 5µs/d.s.

1-6

Slika 9. Ukljucenje IGBT tranzistora( 100V/d.s., 100W/d.s., 10A/d.s.(scale = 10), 0.25µs/d.s.

Slika 10. Ukljucenje IGBT tranzistora( 100V/d.s., 100W/d.s., 10A/d.s.(scale = 10), 0.25µs/d.s.)

Statičkom analizom s komponentama D1 i IGBT1 mozemo jedino analizirati gubitke vođenja.Dok dinamičkom analizom s komponentama Diode601 i NIGBT61 mozemo analizirati i gubitke sklapanja i isklapanja. Kao rezultat su netrnutačne promjene napona i struje pri uključenju i isključenju ventila.

1-7

3.2. Poluvalni ispravljač uz djelatno trošilo

Slika 11. Shema poluvalnog ispravljača uz dijelatno trošilo

Parametri modela elemenata:

Ime elementa Tip modela ParametriE1 Sinusni naponski izvor RMS=220V, f=50 HzD1 Equivalent Line Forward Voltage=0.8, Bulk Resistance=1m,

Reverse Resistance=100kR1 100

1-8

Dobili smo sljedeće grafove:

Slika 12. Valni oblik napona na trošilu(50V/d.s., 5ms/d.s.)

Slika 13. Valni oblik struje na trošilu(50mA/d.s., 5ms/d.s.)

1-9

3. Srednja vrijednost napona na trošilu:

Analitički:Izraz za izračun srednje vrijednosti napona na trošilu je:

Prema tome srednja vrijednost napona je:

V d=220∗0.45=99VSimulacijski:

Mean Value, koji mozemo očitat iz karakteristika grafa, nam prikazuje srednju vrijednost napona. Razlika koja se javlja između analitičkog izračuna i simulacijskog očitanja javlja se zbog razlike maksimalnog napona. Ta razlika maksimalnog napona javlja se zbog pada napona na diodi koji mi pri analitičkom izračunu zanemarujemo.

Slika 14. Valni oblik napona na trosilu s karakteristikom(50V/d.s., 5ms/d.s)

Kod poluvalnog ispravljača uz djelatno trošilo dioda D1 će provest za vrijeme pozitivne poluperiode izmjeničnog izvora vS = 2 VS sin(t). Za vrijeme negativne popluperiode dioda D1 prestaje voditi.Sto se vidi na Slika12. Zbog dijelatnog trošila struja na trošilu bit ce u fazi s naponom, a vrijednost srednje stuje mozemo izračunat prema formuli Id = Vd / R.

1-10

3.3. Poluvalni ispravljač uz indiktivno trošilo

Slika 15. Shema poluvalnog ispravljača uz induktivno trošilo

Parametri modela elemenata.

Ime elementa Tip modela ParametriE1 Sinusni naponski izvor RMS=220V, f=50 HzD1 Equivalent Line Forward Voltage=0.8V, Bulk Resistance=1m,

Reverse Resistance=100kR1 100L1 100mH/500mH

1-11

Slika 16. Valni oblik napona na trošilu (L1=100mH), 50V/d.s., 5ms/d.s.

Slika 17.Valni oblik struje kroz trošilo (L1=100mH) 500mA/d.s., 5ms/d.s.

1-12

Slika 18. Valni oblik napona na trošilu(L1= 500mH) 100V/d.s., 5ms/d.s

Slika 19. Valni oblik struje kroz trošilo(L1=500mH) 200mA/d.s., 5ms/d.s

1-13

Kod poluvalnog ispravljača s induktivnim trošilom dioda također vodi za vrijeme pozitivne poluperiode izmjeničnog izvora, al zbog induktiviteta L1 koji smo spojili serijski s otporom R1, dioda neće prestati voditi s padom napona izmjeničnog izvora na 0, već će vodit jos neko vrijeme zbog akumulirane energije u zavojnici L1. Npr. za 100 mH možemo vidjeti da pozitivna poluperioda završava pri 10ms, međutim dioda jos vodi narednih 0.96ms zbog akumulirane energije(Slika 17). Za L1 = 500mH, akomulirana energija će biti veća samim time će i struja kroz trošilo dulje teći , teći će dulje za 3.36ms (Slika 19). Srednja vrijednost napona za L1 = 100mH je Vd = 73.04 V, a za L1 = 500mH, Vd = 96.10 V.

3.3. Poluvalni ispravljač s porednom diodom

Upotrebom Schematica nacrtao sam shemu simulacijskog modela:

Slika 20. Shema poluvalnog ispravljača s porednom diodom

Parametri modela elemenata:

Ime elementa Tip modela ParametriE1 Sinusni naponski izvor RMS=220V, f=50 HzD1 Equivalent Line Forward Voltage=0.8V, Bulk Resistance=1m,

Reverse Resistance=100kD2 Equivalent Line Forward Voltage=0.8V, Bulk Resistance=1m,

Reverse Resistance=100kR1 100L1 500mH

1-14

Slika 21. Valni oblik napona na trošilu (50V/d.s., 5ms/d.s)

Slika 22. Valni oblik struje kroz trošilo (200mA/d.s., 5ms/d.s)

Poredna dioda kod ovog ispravljača osigurava ne isprekidanu (kontinuiranu) struju kroz trošilo. Za vrijeme pozitivne poluperiode izmjeničnog izvora vodi dioda D1, za vrijeme negativne poluperiode dioda D1 prestaje voditi struju, a dioda D2 kreće voditi. Akumulirana energija na induktivitetu L1 praznit će se kroz trošilo R1 i diodu D2. Ako je L/R >> T valovitost struje postaje jako malena.Srednja vrijednost napona na trošilu Vd = Vmax/π = 98.11V.

1-15

3.3. Poluvalni ispravljač s naponskim izvorom u krugu trošila

Slika 23. Shema poluvanog ispravljača s naponskim izvorom u krugu trošila

Parametri modela elemenata:

Ime elementa Tip modela ParametriE1 Sinusni naponski izvor RMS=220V, f=50 HzE2 EMF EMF=50VD1 Equivalent Line Forward Voltage=0.8V, Bulk Resistance=1m,

Reverse Resistance=100kL1 500mH

Slika 24. Valni oblik napona na L1 i struje kroz L1 (25V/d.s.)(25A/d.s.)( 5ms/d.s)

1-16

Slika 25. Valni oblik napona na serijskom spoju induktiviteta L1 i naponskog izvora E2.(100V/d.s.)( 5ms/d.s)

Dioda D1 će provest kad napon izvora bude veći od protuelekromotorne sile E1 > E2. Dioda će voditi struju induktivnog trošila i onda kada napon E1 padne ispod napona E2.Razlog tome je taj što će induktivitet akumulirati određenu vrijednost energije te dioda neće iskopčati sve dok se ta akumulirana energija ne potroši. Kada dioda ne vodi napon na induktivitetu je jednak naponu protuelektromotorne sile.

1-17

ZAKLJUČAK

1. Kako se dijele poluvodički ventili s obzirom na upravljivost. Navedite primjere.2. Navedite vrste gubitaka kod poluvodičkih ventila. Koje gubitke može simulirati statički model

poluvodičkih ventila.3. Kojim modelom je moguće simulirati reverznu struju oporavljanja kod diode. 4. Koji dio periode (koliko dugo) vodi dioda kod poluvalnog ispravljača s djelatnim trošilom. Kolika

je srednja vrijednost napona na trošilu.5. Koji dio periode (koliko dugo) vodi dioda kod poluvalnog ispravljača s induktivnim trošilom. O

čemu ovisi to vrijeme. Kako se mijenja srednja vrijednost napona na trošilu povaćanjem vrijednosti induktiviteta trošila.

6. Kolika je srednja vrijednost napona na trošilu kod poluvalnog ispravljača s porednom diodom i induktivnim trošilom. Da li srednja vrijednost napona na trošilu ovisi o vrijednosti induktiviteta.

7. Kako se mijenja valovitost struje trošila s povećanjem induktiviteta, a kako srednja vrijednost struje trošila.

8. Kako protuelektromotorna sila utječe na ponašanje poluvalnog ispravljača s porednom diodom i induktivnim trošilom. Pod kojim uvjetom se napon protuelektromortorne sile «vidi» u naponu trošila.

9. Koja komponenta se može modelirati serijskim spojem otpora, induktiviteta i protuelektromotorne sile.

1-18

ODGOVRI

1. Ventili s obzirom na upravljivost dijele se na ne upravljive (diode, dijak), poluupravljive (tiristori, trijaci), upravljivi ( tranzistori i GTO tranzistori).

2. Vrste gubitaka kod poluvodičkih ventila su gubici vođenja, gubici ukljucenja i isključenja. Statički model može modelirat gubitke vođenja.

3. Dinamičkim modelom je moguće simulirati reverznu struju oporavljanja kod diode.

4. Dioda vodi za vrijeme pozitivne poluperiode izmjničnog izvora. Srednja vrijednost napona na trošilu je Vav = Vmax/π.

5. Dioda vodi vremenski malo duže od pozitivne poluperiode izmjeničnog izvora. To vrijeme ovisi o induktivitetu s kojim je djelatno trošilo serijski spojeno. Veća vrijednost induktiviteta produljit će vrijeme vođenja diode sto će smanjiti srednju vrijednos napona.

6. Srednja vrijednost napona na trošilu kod poluvalnog ispravljača s porednom diodom i induktivnim trošilom je Vm/π. Srednja vrijednost napona na trošilu ne ovisi o induktivitetu.

7. Povećanjem induktiviteta valovitost se smanjuje, srednja struja na trošilu ne ovisi o induktivitetu.

8. Protuelektromotorna sila utječe tako da dioda D1 neće provest sve dok napon izvora ne bude veći od protuelekromotorne sile. Također utječe i na srednju vrijednost struje trošila. Ukoliko je struja trošila isprekidana, napon protuelektromotorne sile vidi se u valnom obliku napona na trošilu Vd.

9. Serijskim spojem otpora, induktiviteta i protuelektromotorne sile možemo modelirati diodu s parazitivnim induktivitetom, i istosmjerni motor.

1-19