Upload
others
View
8
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
Poluprovodni čke komponente koje se koristePoluprovodni čke komponente koje se koristeu energetskim u energetskim pretvara čimapretvara čima
SW-kontrolisani prekidački element (tranzistor ili tiristor)D-diodaL-induktivnostC-kapacitivnostF1,F2-zaštitni elementi(ultra brzi osigurači)
Prekidački elemenat - SW
TIRISTORI: SCR (Silicon Controlled Rectifiers)MCT (Mos Controlled Thyristor)GTO (Gate Turn- Off)
TRANZISTORI: BJT (Bipolar Junction Transistor)MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET)IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor
TIRISTORI - SCR
OPSEZI PRIMENE KONTROLISANIH PREKIDAČKIH ELEMENATA-SW
TIRISTORI ZA VELIKE SNAGE
IGBT tranzistor 150A/600V(danas najčešće korišćen poluprovodnički prekidač snage)
TIRISTORI - SCR
OPSEZI PRIMENE KONTROLISANIH PREKIDAČKIH ELEMENATA-SW
TIRISTORI ZA VELIKE SNAGE
IGBT tranzistor 150A/600V(danas najčešće korišćen poluprovodnički prekidač snage)
Podela oblasti primene energetskih prekida ča po snazi i radnoj u čestanosti
AKTUATORI U JEDNOSMERNOM POGONUPojačivači snagePojačivači snage
Uređaji za napajanje električnom energijom jednosmernih motora u pogonima, pre svega regulisanim.
ENERGETSKI ULAZ
AKTUATORUPRAVLJAČKI
P
Peu
+
u
+M
Ld
aη
Ld – dodatna induktivnost
AKTUATORULAZ
Puu ua e M
+ ia
a
aa
a
aeu
aauu
iuPP
iuP
ηη==
<<
caa uku =
Snaga na upravljačkom ulazu ima isključivo električnu prirodu.
ccuu iuP =Napon uc – KOMANDNI NAPON, može biti znatno manji od napona ua.
U najvećem broju slučajeva:
gde je ka – konstanta pojačanja aktuatora.
Vrste aktuatora
Elektromehanički:1. Generator jednosmerne
struje2. Amplidin
Statički (konvertori) aktuatori1. Ispravljači (AC/DC)2. Čoperi (DC/DC)3. Magnetni pojačivači
Snaga na energetskom ulazu može biti (u zavisnosti od vrste aktuatora) mehanička ili električna (u naizmeničnom ili jednosmernom obliku).
Iz perspektive danas aktuelnih ispravljača za pogone sa jednosmernimmotorom treba govoriti samo o poluprovodničkim ispravljačima, satiristorima i diodama, pri tome rešenja sa diodama, neregulisane ispravljače(samo diode) i poluupravljive ispravljače (razne kombinacije tiristora i dioda)treba samo pomenuti.
ISPRAVLJA ČIISPRAVLJA ČI
Sa stanovišta elektromotornog pogona, delimično ćemo proučiti samotrofazni mosni ispravljač kao primer regulisanog ispravljača.
Strukturna šema ispravljača:
MREŽA
Peu=λ V~ I~
λ ≈ cos (α)(“TESTERE”)
SINHRONI-ZACIJA
JEDNOSMERNI
IZLAZ (Pa;ua;ia)
TIRISTORSKI MOST
IMPULSI
POJAČAVAČIMPULSA
(“TESTERE”)GENERATOR
OKIDNIH IMPULSA
UGAO PALJENJA α
uc
SimulacioniSimulacioni blokblok dijagramdijagram
Dijagram pretvaranja komandnog napona uc u ugao paljenja α
Ω∙t
uc
uc max αmin
αmaxuc min
Pojačanje generatora impulsa: [ ]min max max min
max min max/ V
0gic c c
ku u u
α α α α− −= = − °
− −
α
π 2παα
Trofazni tiristorski mostOva konfiguracija ispravljača danas se najčešće koristi u praksi.
Principijelna šema trofaznog mosta data je na slici.
∼- +v
isa a ia
ua
∼
∼
∼
-
-
-
+
+
+
van
vbn
vcn
isb
isc
b
c
Q1Q3 Q5
Q6 Q4 Q2
i3
i6
i1
i4
i5
i2
iG3
iG6
iG1 iG5
iG2iG4
n
0
V2v vab vbc vca
π 2πΩ t
Kod ovog načina ispravljanja postoje režimi sa prekidnom i neprekidnom strujom, kao i u slučaju monofaznog ispravljača.
Režim PREKIDNIH STRUJA nećemo proučavati iz dva razloga:
•zbog višefaznog ispravljanja ovaj režim se ne javlja često;
•analiza režima prekidnih struja je u principu ista kod svih vrsta ispravljanja.
Simulacioni blok dijagramSimulacioni blok dijagram
P
v
VabcAA
VabcA
B
c
A
B
B
c
B
va vc vbvb vc va vb
vab vac vbc vba vca vcb vab vac
Ea
V2
isa
vb
vcb t
Režim neprekidnih strujaispravlja čki režim rada
ua
iai6 i1 i2
0
α
vcb vab vac vbc vba vca vcb vab
i6i5 i1 i2 i3 i4 i5 i6
i3 i4 i5 i6 i1
π 2π Ω t
Srednja struja je:
( ) ( )a
faa R
UI
ωψαωα
−=,
Mehanička karakteristika, koja je linearna je:
RV23e
f
a
f
MRV
2cos
23ψ
απψ
ω −=
Familije mehaničkih karakteristika za različite uglove paljenja date su na slici.
ω [o/min]
1500
1000
500α=75o
α=60o
α=45o
α=30o
α=0o
Granica prekida Ld=0
Prekidni režim
Menom
0
-500
-1000
-1500
50 100 150 200 250
α=180o
α=150o
α=135o
α=120o
α=105o
α=90oNeprekidni režim
Me [Nm]Menom
Funkcija prenosa mosta
Most je nelinearan sistem! Poja čanje se odre đuje linearizacijom.
( )aU
V
α
[ ]α °
3 2
π⋅
( )[ ]
o ocos30 cos1503 20,0195 V/
30 150a
mosU V
k Vα π
−∆ ⋅= = = − ⋅ °∆ −
[ ]α °
3 2
π⋅−
U dinamičkim režimima most unosi transportno kašnjenje, međutim, zbog pojednostavljenja analize most se može predstaviti kao član sa kašnjenjem prvog reda:
( )1
mosmos
d
kG p
pT=
+
Gde je: Td – srednje vreme kašnjenja koje je za trofazni most napajan iz naizmenične mreže sa 50Hz:
1 1 11,66ms
TT = ⋅ = ⋅ =
Promena ugla paljenja se može dogoditi bilo kada, dok promena napona nastaje tek nakon uključenja odgovarajućeg tiristora.
ua
Ua1
0
Ua2
4π3πα1 π 2π
α2
Ω Td
α1
1 1 11,66ms
2 6 2 6dT
Tf
= ⋅ = ⋅ =⋅
Ukupno pojačanje ispravljača
( )max minmax
0,0195 /ois gi mosc
Vk k k
uα α = ⋅ = −
U praksi je:min
max
10 30
150 160
αα
= − °= − °max
Funkcija prenosa ispravljača:
( )1
isis
d
kG p
pT=
+
ČOPERI
U ZAVISNOSTI U KOJIM KVADRANTIMA U ZAVISNOSTI U KOJIM KVADRANTIMA JE MOGUĆ RAD, DELIMO IH NA KLASE:
A, B, C, D i E
Ua
Ia0
Klasa A
Ua
Ia
0
Klasa B
Ua
Ia0
Klasa CKlasa A Klasa BUa
Ia
0
Klasa D
Ua
Ia
0
Klasa E
Na slici je prikazana šema ovog čopera i dijagrami karakterističnih veličina u režimu sa prekidnom strujom i u režimu sa neprekidnom strujom.
U
is
vAK1
Q1
ČOPER KLASE A(spuštač napona)
ona
tU V
T=
Ia
Ua
0 Ea+-
+- V
iaiG1
vAK1
iDUaD1
La Ra+ - -+vReL
ona
tU V=
0.5
1
i g1(t
)
ČOPER KLASE ARežim sa prekidnom
strujom
ap
U VT
=0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02
0
t = Vreme [s]
0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02
0
20
40
t = Vreme [s]
i a(t)
0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.020
50
100
t = Vreme [s]
u a(t),
e(t
)
100V, 40V
1 , 1mH
0,002 500Hza a
p p
V e
R L
T s F
= == Ω == =
ČOPER KLASE ARežim sa neprekidnom strujom
0.02 0.022 0.024 0.026 0.028 0.03 0.032 0.034 0.036 0.038 0.040
0.5
1
t = Vreme [s]
i g1(t
)
15I
100V,
40V
1 ,
10mHa
V
e
R
L
==
= Ω=
0.02 0.022 0.024 0.026 0.028 0.03 0.032 0.034 0.036 0.038 0.040
5
10
15
t = Vreme [s]
i a(t)
0.02 0.022 0.024 0.026 0.028 0.03 0.032 0.034 0.036 0.038 0.040
50
100
t = Vreme [s]
u a(t),
e(t
)
Ia1
Ia210mH
0,002
500Hz
a
p
p
L
T s
F
==
=
Šema i dijagram karakterističnih veličina u režimu sa neprekidnom strujom je data na slici.
ČOPER KLASE B(podizač napona)
Ua
Ia
0+-
+- V
is
ia
iG2vAK2
Q2
iQ
Ua
D2
La Ra+ - -+
vR
(a)
eL
Ea
+
2
ČOPER KLASE B
p ona
p
T tU V
T
−=
100V, 110V
1 , 1mH
0,002 500Hza a
p p
V e
R L
T s F
= == Ω == =
g 1
0.02 0.022 0.024 0.026 0.028 0.03 0.032 0.034 0.036 0.038 0.04
0
0.5
1
t = Vreme [s]
i g2(t
)
-50
0
i a(t) Ia1
I
ČOPER KLASE BRežim sa neprekidnom strujom
0.02 0.022 0.024 0.026 0.028 0.03 0.032 0.034 0.036 0.038 0.04-100
t = Vreme [s]
0.02 0.022 0.024 0.026 0.028 0.03 0.032 0.034 0.036 0.038 0.04
0
50
100
t = Vreme [s]
u a(t),
e(t
)
0.02 0.022 0.024 0.026 0.028 0.03 0.032 0.034 0.036 0.038 0.04
-100
-50
0
t = Vreme [s]
i s(t) iD2=is
Ia2
Ovaj čoper omogućava rad u dva kvadranta i predstavlja kombinaciju prethodna dva. Šema i karakteristični dijagrami dati su na slici.
i
ČOPER KLASE C
Ua
Ia
0+-
+-
is
ia
iG2
Q1
iQ1
Ua
D2
La Ra+ - -+vReL
Ea
V
Q2iQ2
iG1
iD2
iD1
D1
g 12
g 12
ČOPER KLASE C
g 1
ona
p
tU V
T=
100V, 40V
1 , 1mH
0,002 500Hza a
p p
V e
R L
T s F
= == Ω == =
0.02 0.022 0.024 0.026 0.028 0.03 0.032 0.034 0.036 0.038 0.04
0
0.5
1
t = Vreme [s]
i g1(t
)
0
20
40
i a(t)
Ia1
Ia2
iQ1 iD1
iD2iQ2
Čoper klase CRežim rada sa neprekidnom strujom
0.02 0.022 0.024 0.026 0.028 0.03 0.032 0.034 0.036 0.038 0.04-20
t = Vreme [s]
0.02 0.022 0.024 0.026 0.028 0.03 0.032 0.034 0.036 0.038 0.04
0
50
100
t = Vreme [s]
u a(t),
e(t
)
0.02 0.022 0.024 0.026 0.028 0.03 0.032 0.034 0.036 0.038 0.04-20
0
20
40
t = Vreme [s]
i s(t)
Ia2iD2iQ2
Šema čopera:
Ua
is
Q1 D2
L R+ - -+Eia
ČOPER KLASE D
Ia
0
+ -
Ua
L R+ - -+vR
eL
E
+V iG1
ia
D1
Q2
iG2
V
D P
PWM Generator(DC-DC)
+
Ra La
e
0.5
Duty cycle
Scope
ContinuousIdeal SwitchNo Snubber
powergui
i+ -
I.a
U.a
i+ -
I.s
Q1
D1Q2
D2
[Q2]
[Q1]
[Q1]
[Q2]1
TrueManual Switch
p
0.02 0.022 0.024 0.026 0.028 0.03 0.032 0.034 0.036 0.038 0.04
0
0.5
1
t = Vreme [s]
i g1(t
)
15
ČOPER KLASE D
Režim rada sa neprekidnom strujom
0.02 0.022 0.024 0.026 0.028 0.03 0.032 0.034 0.036 0.038 0.040
5
10
t = Vreme [s]
i a(t)
0.02 0.022 0.024 0.026 0.028 0.03 0.032 0.034 0.036 0.038 0.04
0
50
100
t = Vreme [s]
u a(t),
e(t
)
0.02 0.022 0.024 0.026 0.028 0.03 0.032 0.034 0.036 0.038 0.040
5
10
15
t = Vreme [s]
i s(t)
100V, 40V
1 , 10mH
0,002 500Hza a
p p
V e
R L
T s F
= == Ω == =
Kombinacija dva čopera klase C omogućava četvoro-kvadrantni rad. Šema čopera je na slici.
Ua
Ia0
Q1 - Q4 - ON
Q2 - Q3 - ON
D1 - Q4 - ON
D1 - Q4 - ON
D1 - D4 - ONQ2 - D3 - ON
D2 - Q3 - ON
D2 - D3 - ON
ČOPER KLASE E
+ -+-
is
ia
Q1
Ua
D2 La Ra+ - -+
vReL
Ea
V
Q2 D1
D4
D3
Q3
Q4
-
+vD
v+ -
g 12
g 12
ČOPER KLASE E
g 12
g 12
100V, 40V
1 , 10mH
0,002 500Hza a
p p
V e
R L
T s F
= == Ω == =
0.02 0.022 0.024 0.026 0.028 0.03 0.032 0.034 0.036 0.038 0.04
0
0.5
1
t = Vreme [s]
i g1(t
)
5
10
15
i a(t)
Čoper klase ERežim rada sa neprekidnom strujom
0.02 0.022 0.024 0.026 0.028 0.03 0.032 0.034 0.036 0.038 0.040
t = Vreme [s]
0.02 0.022 0.024 0.026 0.028 0.03 0.032 0.034 0.036 0.038 0.04
0
50
100
t = Vreme [s]
u a(t),
e(t
)
0.02 0.022 0.024 0.026 0.028 0.03 0.032 0.034 0.036 0.038 0.040
5
10
15
t = Vreme [s]
i s(t)
Predstavljanje čopera funkcijom prenosa
( )1
čč
d
pT č
kG p
pT
k−
=+
⋅ ≈
- Energetski pretvarači se za potrebe upravljanja elektromotornim pogonom mogu predstaviti funkcijom prenosa sa kašnjenjem prvog reda, što važi i za čoper.
1dpT č
č
d
kk e
pT−⋅ ≈
+
1 p
V
pT+d Ua
; ;onč d p
p
td k V T T
T= = =
/
1p
p
V T
pT+
ton Ua
;č d pp
Vk T T
T= =