Upravljanje DC Motorima Pomoću Čopera

UNIVERZITET U ISTOĈNOM SARAJEVU

ELEKTROTEHNIĈKI FAKULTET

UPRAVLJANJE DC MOTORIMA POMOĆU

ĈOPERA

Seminarski rad

Odsjek: Elektroenergetika

Predmet: Elektroenergetski pretvarači

Studenti:

Zorica Delic 943

Nikola Janjić 1049

Menotor:

Prof. dr Milan Radmanović

Istoĉno Sarajevo, mart 2013.

Upravljanje DC motorima pomoću čopera

1

Sadržaj:

1 UVOD ........................................................................................................................................... 3

2 PRINCIP RADA DC-DC ČOPERA ............................................................................................. 4

2.1 Opšti princip rada DC čopera i talasni oblici ........................................................................ 4

2.2 Tiristorski DC-DC pretvarač ................................................................................................. 7

2.3 IGBT DC-DC pretvarač (Darlingtonov jednosmjerni regulator) ........................................ 10

2.4 UtvrĎivanje karakteristika izvora za napajanje armature .................................................... 13

2.5 Četiri kvadranta u M-Ω i U-I dijagramu .............................................................................. 15

2.6 Promjena armaturnog napona primjenom širinske modulacije ........................................... 17

2.7 Potreba za promjenom armaturnog napona ......................................................................... 17

3 PRAKRIČAN RAD .................................................................................................................... 19

3.1 Regulacija pomoću tiristorskog DC-DC pretvarača ............................................................ 19

3.2 Regulacija pomoću IGBT DC-DC pretvarača ..................................................................... 24

4 ZAKLJUČAK ............................................................................................................................. 29

5 LITERATURA ........................................................................................................................... 30


2

Spisak slika:

Slika 2.1 DC čoper [1] .......................................................................................................................... 4

Slika 2.2 Idealna naponska i strujna karakteristika DC čopera [1] ...................................................... 5

Slika 2.3 Tiristorsi DC čoper regulator [1] .......................................................................................... 7

Slika 2.4 Naponi i struje u kolu tiristorskog čopera [1] ....................................................................... 8

Slika 2.5 Darlingtonov DC čoper regulator [1] ................................................................................. 10

Slika 2.6 Naponi i struje u kolu Darlingtonovog čopera [1] .............................................................. 11

Slika 2.7 Promjena položaja, brzine i momenta u jednom ciklusu [2] ............................................... 13

Slika 2.8 Četiri kvadranta U-I dijagrama i M-Ω dijagrama [2] .......................................................... 15

Slika 2.9 Uticaj širine impulsa na srednju vrijednost napona [2] ....................................................... 18

Slika 3.1 Šematski prikaz kola sa tiristorskim čoperom [1] ............................................................... 20

Slika 3.2 Povezivanje mjerne opreme ................................................................................................ 21

Slika 3.3 Zavisnost faktora ispune od snage motora .......................................................................... 23

Slika 3.4 Prikaz struje tiristora (crvena) i struje diode (žuta) na osciloskopu .................................... 23

Slika 3.5 Šematski prikaz kola sa Darlingtonovim čoperom [1] ........................................................ 25

Slika 3.6 Povezivanja mjerne opreme ................................................................................................ 26

Slika 3.7 Zavisnost faktora ispune od snage motora .......................................................................... 28

Slika 3.8 Prikaz struje IGBT prekidača (crvena) i struje diode (žuta) na osciloskopu ...................... 28


3

1 UVOD

Energetski pretvarači su ureĎaji koji električnu energiju transformišu iz jednog vida u drugi vid.

DC-DC pretvarači pretvaraju jednosmerni napon odreĎenih osobina u jednosmerni napon drugačijih

osobina. Oni se mogu shvatiti kao posebna vrsta transformatora jednosmernog napona, i rade na

principu tzv. „seckanja“ napona. Zbog toga se nazivaju „čoperima“ (ova reč potiče od engleske reči

koja označava iver tj. komad odsečenog drveta). [4]

Jedno široko područje primene tiristorskih pretvarača je regulacija brzine obrtanja elektromotora.

Najpoznatija vrsta DC čopera je Vard-Leonardova grupa, gdje je mehanički pogon jednosmjernog

generatora kontrolisan preko polja namotaja. Nedostaci Vard-Leonardove grupe su relativno slaba

efikasnost, visoki početni troškovi i ograničen faktor korekcije zbog pobudnog induktiviteta.

U slučaju modernih jednosmjernih regulatora, snaga iz jednosmjernog istema isporučuje se u čoper

preko odgovarajućih prekidačkih ureĎaja. Tiristori i moćni tranzistori se mogu koristiti za ovu

svrhu.

Tiristorski čoperi kao pretvarači nalaze primenu kod motora za jednosmernu struju (DC motori).

Ovo je grupa koja obuhvata veliki broj različitih vrsta mašina, meĎutim sa aspekta regulacije brzine,

od posebnog značaja je motor sa nezavisnom pobudom ili eventualno sa permanentnim magnetima.

Razlog za ovo je jednostavnost upravljanja u svim kvadrantima, što je posledica linearnih veza

izmeĎu pojedinih električnih i mehaničkih veličina. [5]

Za razliku od prekidanja naizmjenične struje pomoću poluprovodničkih ventila, gdje naizmjenična

struja mijenja smjer periodično, prolazi kroz nulu nakon svakog polutalasa, jednosmjerno kolo

može biti prekinuto samo inverznim naponom koji mora biti generisan od strana prekidačkog

ureĎaja. Zbog ovoga poluprovodnički ureĎaji zahtjevaju mogućnost prekidanja. Poluprovodnički

prekidački ureĎaji u jednosmjernim kolima su osobina samokomutirajućih pretvarača.


4

2 PRINCIP RADA DC-DC ĈOPERA

2.1 Opšti princip rada DC ĉopera i talasni oblici

Čoperi su regulatori jednosmjernog napona (struje) koji uključivanjem i isključivanjem

poluprovodničkih prekidača sjeckaju ulazni napon i tako na izlazu daju ispravljen jednosmjerni

napon (ili struju) koji je obično niži, ali može biti i viši od ulaznog.

Visina izlaznog napona odnosno jačina struje tereta zavisi od faktora ispune , odnosno od odnosa

izmeĎu trajanja perioda uzimanja energije iz jednosmjernog izvora i perioda T nakon kog se ciklus

ponavlja.

Čoperi u pravilu rade na višim frekvencijama (barem 1kHz) kako bi valovitost izlaznog napona

(struje) bila što manja, a time i kvalitet regulacije veći. [3]

Poluprovodnički prekidački ureĎaji u jednosmjernim kolima ne mogu se koristiti za otvaranje i

zatvaranje strujnog kola u bilo kom željenom trenutku. Ako se uključuju i isključuju periodično na

definisanoj prekidačkoj frekvenciji, snaga na izlazu može biti kontrolisana izvorom jednosmjernog

napona. Ova metoda upravljanja naziva se širinsko-impulsna modulacija. [1]

Slika 2.1 DC ĉoper [1]


5

Slika 2.2 Idealna naponska i strujna karakteristika DC ĉopera [1]

Ako se prekidač S zatvara periodično u trenutku 0t i ponovo otvara u trenutku 1 t , strujna i

naponska karakteristika će bit kao na slici 1.2.

Impulsni oblik napona 2U se generiše na izlazu. Amplituda odgovara naponu 1U , a širina trajanja

impulsa vremenu uključenja et . Tokom vremena isključenja at , struja protiče kroz diodu D .

Faktor ispune definišemo kao:

.

. .

e e

e a

t t

t t T

(1.1)

Srednji DC napon 2aVU može biti izračunat pomoću faktora ispune i jednosmjernog napona 1U :

2 1

· e

aV

e a

tU U

t t

(1.2)


6

Uz pretpostavku da je struja potpuno izravnana, ovo uzrokuje pravougaone strujne blokove na slici

1.2.2. Struja teče samo tokom vremena et . Srednja vrijednost struje može biti izračunata pomoću

faktora ispune i izlazne struje 2I :

1 2·

eaV

e a

tI I

t t

(1.3)

Može se uočiti da postoji konstantan DC napon sa ,,strujnim blokovima” sa strane jednosmjernog

naponskog izvora, ali i ,,naponski blokovi” sa konstantnom strujom na izlaznoj strani. [1]


7

2.2 Tiristorski DC-DC pretvaraĉ

Kod ove vrste DC-DC pretvarača tiristor 1V se koristi kao prekidački element. MeĎutim, tiristor se

jedino može uključiti pomoću svog gejta i može biti doveden u stanje neprovoĎenja jedino

kratkotrajnim prekidom protoka struje.

Ovo je ostvareno pomoću kola za isključenje, koje se sastoji od kondenzatora C, tiristora,

induktivnosti i diode 4D . [1]

Čoperi sa pomoćnim tiristorima po pravilu rade sa konstantnom frekvencijom odnosno

nepromjenljivim periodom T, tj. taktom upravljačkih impulsa dovedenih glavnom tiristoru iz

upravljačkog impulsnog sklopa. Faktor ispune se mijenja promjenom trenutka okidanja pomoćnog

tiristora koji ima ulogu gašenja glavnog tiristora. [3]

Vrijeme i fizički fenomeni koji se javljaju u tiristorima u glavnom kolu i kolu za gasenje objašnjeni

su sledećim dijagramima.

Slika 2.3 Tiristorsi DC ĉoper regulator [1]


8

Slika 2.4 Naponi i struje u kolu tiristorskog ĉopera [1]


9

Nakon što priključimo izvor jednosmjernog napona, tiristor 2V iz pomoćnog kola mora biti

uključen prije tiristora 1V iz glavnog kola. Kao rezultat toga, kondenzator C iz pomoćnog kola se

puni do napona 1U preko opterećenja.

Ako je tiristor 1V uključen u trenutku 0t , energija koja se skladišti u kondenzatoru C prenjeće se u

zavojnicu vL koja će ga inverzno polarisati.

Kondenzator C i zavojnica vL čine oscilatorno kolo u kojem dioda 4D sprečava ponovno

pražnjenje kondenzatora.

Kondenzator C iz kola za isključenje sada ima potreban polatiret, da dovede negativan napon na

tiristor 1V , prateći paljenje tiristora 2V u trenutku 1t . Struja 1I teče kroz 1V u kolo za isključenje

sve dok se protok struje kroz tiristor 1V ne prekine. Nakon toga tiristor 1V je opet u stanju

neprovoĎenja.

Vrijeme koje je potrebno da napon na kondenzatoru doĎe do nule naziva se vrijeme zadržavanja ct .

Ovo vrijeme mora biti duže od kritičnog vremena zadržavanja tiristora 1V .

Nakon što se tiristor isključi, izlazna struja koja protiče kroz induktivitet L, nastavlja da teče koroz

kolo za isključenje i mjenja polaritet kondenzatora C.

U trenutku 2t , napon na kondenzatoru postaje veći od napona 1U , i dioda 3V počinje da provodi.

Izlazna struja prelazi iz kola za gašenje u glavno kolo. Čitav proces se ponavlja kada se tiristor 1V

ponovo upali. [1]


10

2.3 IGBT DC-DC pretvaraĉ (Darlingtonov jednosmjerni regulator)

IGBT tranzistor se korosti kao prekidački ureĎaj u ovom tipu jednosmjernih regulatora. Za razliku

od tiristora, tranzistor se može uključiti pomoću svog gejta.

Naponski izvor nije potreban da bi se omogućio rad prekidača. MeĎutim, koristićemo jedan da bi se

ograničili prekidački gubici, koji bi inače izazvali nepotrebno povećanje temperature u prekidaču.

Vrijeme i fizički fenomeni koji se javljaju u glavnom kolu i kolu za gašenje objašnjeni su sledećim

dijagramima, pod pretpostavkom da je L zavojnica velike induktivnosti koja omogućava konstantnu

jednosmjernu struju na izlazu. [1]

Slika 2.5 Darlingtonov DC ĉoper regulator [1]


11

Slika 2.6 Naponi i struje u kolu Darlingtonovog ĉopera [1]


12

U trenutku 0t , prekidač T se zatvara i spaja redno naponski izvor 1U sa induktivnošću L i

opterećenjem. Do trenutka 1t , napon se izjednačava sa naponom 1U .

U isto vrijeme kondenzator C čiji je napon jednak naponu 1U , u trenutku 0t se prazni kroz otpornik

bR . Energija koja se sakuplja u kondenzatoru C se pretvara u toplotu u otporniku bR .

U trenutku 1t otpor prekidača T počinje konstantno da raste i prekidač prestaje da provodi.

MeĎutim, induktivitet L održava protok struje, pa će prekidač T tokom procesa gašenja znatne

gubitke pretvoriti u toplotu.

Trenutni gubici u prekidaču su 2·i R . Od trenutka 1t , kada je otpornost prekidača još uvijek jednaka

nuli, do trenutka 2t , ti gubici se povečaju na vrijednost 1 1·U i .

Da bi smanjili opterećenje tranzistora tokom tog vremena koristimo kondenzator C. Kada se

povećava otpornost prekidača T, struja opterećenja teče kroz kondenzator C i diodu 2V i puni

kondenzator dok dioda 1V ne počne da provovodi struju.

Pod pretpostavkom da je struja opterećenja konstantna i da napon na kondenzatoru raste linearno,

sledeća jednakost daje odnos izmeĎu gradijenta napona, kapacitivnosti kondenzatora i struje

opterećenja:

cU i

t C (3.1)

Stoga kondenzator C odreĎuje maksimalnu struju opterećenja i maksimalno vrijeme isključenja

tranzistora. [1]


13

2.4 UtvrĊivanje karakteristika izvora za napajanje armature

Motor za jednosmjernu struju uzima snagu dobijenu iz izvora, obavlja elektromehaničko

pretvaranje i daje mehaničku snagu i rad na izlaznom vratilu. Električni motori su najčešće obrtne

mašine koji na vratilu daju kretni momenat. Snaga koju prenesemo radnoj mašini, odnosno njenom

mehaničkom dijelu je jednaka proizvodu kretnog momenta i brzine obrtanja.

Slika 2.7 Promjena položaja, brzine i momenta u jednom ciklusu [2]

Bitno je utvrditi karakteristike koje treba imati izvor za napajanje armaturnog namaotaja. Motor za

jednosmjernu struju najčešće se koristi za upravljanje kretanjem alata, predmeta obrade, gotovih

proizvoda, vozila ili drugih objekata. Kretanjem se smatra polazak iz početnog položaja, kretanje

prema cilju, zaustavljanje u cilju i povratak u početni položaj. Na slici 2.1 dali smo primjer

promjene položaja , brzine i momenta emM tokom kretanja. [2]. Brojevima od 1 do 4

označene su karakteristične faze kretanja. U fazi 1 pošto je momenat pozitivan, rotor ubrzava i

započinje kretanje prema cilju. Po dostizanju željene brzine, moment se smanjuje, a brzina se


14

održava konstantnom. U fazi 2 položaj je bizu cilja. Počinje se razvijati momenat u negativnom

smijeru, da bi brzina bila nula u cilju. Pri kretanju unazad brzina i momenat koji postoje u fazama 3

i 4 suprotnog su smjera od brzine i momenta u fazama 1 i 2. Dolazi se do zaključka da kretanje na

slici 2.1 sadrži sve četiri kombinacije smjerova brzine i momenta.

0, 0 1 cm mM faza

0, 0 2cm mM faza

0, 0 3cm mM faza

0, 0 4cm mM faza

U prvoj i trećoj fazi električna mašina radi u motornom ražimu rada, a u drugoj i četvrtoj ona radi u

generatorskom režimu rada. Pošto je smjer momenta odreĎen smjerom armaturne struje, a armaturni

napon približno jednak indukovanoj elektromotornoj sili, čiji je znak odreĎen smjerom ugaone

brzine obrtanja, prikazani dijagram se može koristiti za sagledavanje karakteristika izvora iz koga

treba napajati armaturni namotaj. Na osnovu ovih zaključaka i relacija:

em m p aM k I (2.1)

a a e p mU E k (2.2)

može se zaključiti da tokom kretanja definisanog slikom 2.1 napon i struja armaturnog namotaja

mjenjaju smjer na sledeći način:

0, 0 ( 1 )a aI U faza

0, 0 ( 2)a aI U faza



Dakle, izvor koji napaja armaturni namotaj treba da omogući postojanje napona i struje u oba

smjera, i to u sve 4 kombinacije. Ovi zahtjevi odreĎuju topologiju statičkog pretvarača iz koga se

mašina napaja. Moguće su i primjene motora za jednosmjernu struju kod kojih nema promjene


15

smjera brzine i momenta. Za motor takve primjene jednostavnije je realizovati napajanje

armaturnog namotaja.

2.5 Ĉetiri kvadranta u M-Ω i U-I dijagramu

Ako se mašina za jednosmjernu struju koristi za kretanje prikazano na slici 2.1, onda ona u

različitim fazama prolazi kroz sva četiri kvadranta M-Ω dijagrama. Ukoliko se smjer fluksa pobude

ne mjenja, smjer momenta je odreĎen smjerom struje, a smjer elektromotorne sile je odreĎen

smjerom ugaone brzine obrtanja. Na osnovu veze momenta struje ( em m p aM k I ) kao i veze

napona i brzine obrtanja ( a a e p mU E k ), kvadranti dijagrama M-Ω i U-I se mogu prikazati na

zajedničkoj slici 2.2.

Slika 2.8 Ĉetiri kvadranta U-I dijagrama i M-Ω dijagrama [2]


16

I kvadrant:

Mašina razvija momenat pozitivne vrijednosti i obrće se u referentnom smjeru, pa je

0, 0cm mM . Armaturni napon i struja su pozitivni zato što je: a aU E i ~a mE , dok je

~ 0a emI M Snaga koja se uzima iz izvora je pozitivna, 0i a aP U I . Snaga elektromehaničkog

pretvaranja je takoĎe pozitivna, 0em em m a aP M E I . Mašina radi u motornom režimu rada.

II kvadrant:

Mašina razvija negativan momenat, a ugaona brzina obrtanja je pozitivna u odnosu na referentni

smjer, pa je 0cmM i 0m . Armaturni napon je pozitivan ali je struja negativna. Snaga uzeta iz

izvora je negativna jer napon i struja nemaju isti znak. Snaga elektromehaničkog pretvaranja je

takoĎe negativna jer su smjer momenta i struje različiti. Mašina tada radi u generatorskom režimu

rada. Mašina se protivi kretanju, to jest koči.

III kvadrant:

Mašina razvija negativan momenat i obrće se u smjeru suprotnom od referentnog, pa je 0cmM .

Armaturni napon i struja su manji od nule zbog 0a a mU E , dok je 0a emI M . Snaga koja

se uzima iz izvora je pozitivna, 0em em m a aP M E I . Mašina radi u motornom režimu rada.

IV kvadrant:

Mašina razvija pozitivan momenat i obrće se u smjeru suprotnom od referentnog, tako da je

0cmM i 0m . Armaturna struja je pozitivna, ali je napon negativan. Snaga koja se uzima iz

izvora je negativna zato što napon i struja nemaju isti znak. TakoĎe je i snaga elektromehaničkog

pretvaranja negativna, jer se smjer momenta razlikuje od smjera struje. Mašina radi u

generatorskom ražimu rada. Mašina se protivi kretanju i koči. [2]


17

2.6 Promjena armaturnog napona primjenom širinske modulacije

Napon može uzeti jednu od tri raspoložive vrijednosti, +E, -E i 0. Ovde se pokazuje da je u

pripremi električnih motora za jednosmjernu struju potrebno obezbjediti kontinualnu promenu

napona napajanja. Prekidačka struktura sa slike 2.4 ne može dati izlazni napon koji se kontinualno

mjenja. Moguće je, meĎutim generisati napon u obliku povorke impulsa promjenljive širine.

Promenom širine impulsa ne može se ostvariti kontinualna promjena trenutne vrjednosti napona, ali

je moguće mijenjati srednju vrijednost napona. Promjena širine impulsa se zove modulacija širine

impulsa ili Pulse Width Modulation.

2.7 Potreba za promjenom armaturnog napona

Kod industriskih robota, električnih vozila, kao i većine primjena gdje se upravlja kretanjem, postoji

potreba za kontinualnom promjenom brzine električnih motora. Napon koji treba dovesti na

armaturni namotaj jednak je a a a e p mU R I k . Namotaji električnih mašina se izvode tako da

im je otpornost realativno mala da bi gubici usljed Džulovog efekta bili što manji. Zato je

opravdano pretpostaviti da je a e p mU k . U uslovima kada je fluks konstantan, napon armature

treba mijenjati kontinualno kako bi se ostvarila kontinualna promjena brzine obrtanja. Raspoloživi

naponski izvori najčešće imaju konstantan napon iE . Po potrebi, napon se može umanjiti za aRI

povezivanjem u strujno kolo seriskog otpornika otpornosti R . Reostatski pristup regulisanju

armaturnog napona omogućuje da se napon a i aU E RI menja promenu otpornosti R . Ipak,

reostatska regulacija je energetski nepovoljna jer je praćena gubicima usled Džulovog efekta u

otporniku. U slučaju kad je potrebno imati 1

2a iU E , polovina ulazne snage bi se pretvorila u

toplotu na seriskom otporniku R , dok bi se druga polovina davala mašini za jednosmjernu struju.

[2]


18

Slika 2.9 Uticaj širine impulsa na srednju vrijednost napona [2]


19

3 PRAKRIĈAN RAD

3.1 Regulacija pomoću tiristorskog DC-DC pretvaraĉa

Za upravljanje DC motorom pomoću tiristorskog čopera koristili smo sledeću opremu:

Tabela 4.1 Potrebna oprema za realizaciju upravljanja DC motorom pomoću tiristorskog ĉopera

Broj Količina Opis Redni broj Oznaka

1 1 Jedinica za napajanje W3644-4B U

2 1 Tiristorski DC čoper regulator W3644-4C Q1

3 1 DC motor W3365-5C M1

4 1 Elektromagnetna kočnica W3360-1E B1

5 1 Montažni stalak W3360-8A R1

6 3 Voltmetar W3414-4E P1/P2/P3

7 2 Ampermetar W3414-4A P4/P5

8 1 Dvopolni prekidač W3414-4B S1

9 1 Pobuda W3360-1M E1

10 Kablovi W3904

11 1 Osciloskop sa diferencijalnim izlazima


20

Slika 3.1 Šematski prikaz kola sa tiristorskim ĉoperom [1]


21

Slika 3.2 Povezivanje mjerne opreme


22

Tabela 4.2 Rezultati mjerenja za tiristorski jednosmejrni regulator

Faktor

ispune

Ulazni

napon Ulazna struja Izlazni napon

Izlazna

struja

Ulazna snaga

1 1U I VA

Izlazna snaga

2 2U I VA Brzina

motora Snaga

e

e a

t

t t

1

1

P

U V

4

1

P

I A

izmjereno

2I A

izračunano

2

1

P

U V

izmjereno

1U V

izračunano 3

2

P

I A

izmjereno izračunano izmjereno izračunano / minn rev 1.2 2

60

n NmP

0,1 317 0,23 0,11 54 31,7 1,1 72,01 34,87 59,4 34,9 450 56,55

0,2 316,5 0,31 0,218 73 63,3 1,09 98,115 69 79,6 69 600 75,4

0,3 316 0,42 0,336 98 94,8 1,12 132,72 106,18 109,8 106,2 900 113,09

0,4 315,6 0,52 0,448 128 126,2 1,12 164,11 141,4 143,4 141,4 1100 138,23

0,5 314,1 0,71 0,575 175 157,25 1,15 223,01 180,61 204,7 180,6 1600 201,06

0,6 314 0,82 0,684 205 188,4 1,14 257,3 214,8 233,7 214,8 1800 226,2

0,7 313,5 0,9 0,805 224 219,45 1,15 282,15 252,4 257,6 252,4 2000 251,33

0,8 313,5 0,92 0,928 233 250,8 1,16 288,42 290,9 270,3 290,9 2110 263,9

0,9 313 0,91 1,044 254 281,7 1,16 284,83 326,7 294,6 326,8 2300 289,03

1


23

Slika 3.3 Zavisnost faktora ispune od snage motora

Slika 3.4 Prikaz struje tiristora (crvena) i struje diode (žuta) na osciloskopu


24

3.2 Regulacija pomoću IGBT DC-DC pretvaraĉa

Za upravljanje DC motorom pomoću IGBT čopera koristili smo sledeću opremu:

Tabela 4.2 Potrebna oprema za realizaciju upravljanja DC motorom pomoću IGBT ĉopera

Broj Količina Opis Redni broj Oznaka

1 1 Jedinica za napajanje W3644-4B U

2 1 Darlinov DC čoper regulator W3644-4D Q1

3 1 DC motor W3365-5C M1

4 1 Elektromagnetna kočnica W3360-1E B1

5 1 Montažni stalak W3360-8A R1

6 3 Voltmetar W3414-4E P1/P2/P3

7 2 Ampermetar W3414-4A P4/P5

8 1 Dvopolni prekidač W3414-4B S1

9 1 Pobuda W3360-1M E1

10 Kablovi W3904

11 1 Osciloskop sa diferencijalnim izlazima


25

Slika 3.5 Šematski prikaz kola sa Darlingtonovim ĉoperom [1]


26

Slika 3.6 Povezivanja mjerne opreme


27

Tabela 4.3 Rezultati mjerenja za IGBT jednosmjerni regulator

Faktor

kontrole

impulsa

Ulazni

napon Ulazna struja Izlazni napon

Izlazna

struja

Ulazna snaga

1 1U I VA

Izlazna snaga

2 2U I VA Brzina

motora Snaga

e

e a

t

t t

1

1

P

U V

4

1

P

I A

izmjereno

2I A

izračunano

2

1

P

U V

izmjereno

1U V

izračunano 3

2

P

I A

izmjereno izračunano izmjereno izračunano / minn rev 1.2 2

60

n NmP

0,1

0,2 316 0,19 0,22 34,13 63,2 1,09 60,04 69,5 37,2 68,8 400 50,3

0,3 315,8 0,3 0,34 74,3 94,7 1,12 94,7 107,3 83,2 106,1 650 81,7

0,4 314,8 0,43 0,46 108,1 125,9 1,15 135,4 144,8 124,3 144,8 950 110,4

0,5 314 0,56 0,58 143 157 1,16 175,8 182,1 165,9 182,1 1300 163,4

0,6 314 0,66 0,71 168 188,4 1,18 207,2 222,9 198,2 222,3 1500 188,5

0,7 313,5 0,76 0,83 192,6 219,5 1,18 238,3 260,2 227,3 259 1750 219,9

0,8 313 0,87 0,94 221,4 250,4 1,18 272,3 294,2 261,3 295,5 2050 257,6

0,9 312,5 1 1,07 255 281,25 1,19 312,5 334,4 303,5 334,7 2400 301,6

1


28

Slika 3.7 Zavisnost faktora ispune od snage motora

Slika 3.8 Prikaz struje IGBT prekidaĉa (crvena) i struje diode (žuta) na osciloskopu

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325


29

4 ZAKLJUĈAK

Rad se prvenstveno odnosi na upotrebu DC čopera u praksi, koji smo realizovali na taj način što

smo povezali već izraĎene modele, koji se nalaze u kutijama od pleksiglasa tako da se pojedine

komponente mogu uočiti. Zaključili da tiristorski DC čoper koriste se kao prekidački elementi koji

se sastoji od kondenzatora , tiristora , induktivnosti i diode. Bitno je spomenuti da Darlingtonov DC

čoper koristi tranzistor koji se može uključiti pomoću svog gejta. Karakteristično je da naponski

izvor nije potreban da bi se omogućio rad prekidača, ali se koristi radi smanjenja prekidačkih

gubitaka.

Za kontrolu brzine maišina jednosmjerne struje najčešće se koriste DC čoper, koji pripadaju familiji

pretvarača sa prinudnom komunikacijom. Poznate vrsta DC čoper koje se najčešće koriste su IGBT

DC-DC (Darlingtonov jednosmjerni pretvarac) i tiristorski DC čoper. U kolima jednosmjenrne

struje DC čoperi se koriste po principu širinsko-impulsne modulaacije.

Električni motor dobija snagu iz izvora napajanja, obavlaj elektromehaničko pretvaranje i predaje

mehaničku snagu i rad na vratilu mašine zbog toga Dc čoperi koriste se kod upravljanja motora

jednosmjerne struje.

Izvor koji napaja armaturni namotaj treba da omogući postojanje napona i struje u oba smjera i to u

sva četiri kvadranta, jer zavisno od primjena mašine odredjuje se u kom će kvadrantu ona raditi. Pri

tome se odreĎuje brzina obrtanja motora jednosmjerne struje koja zavisi od elektromagnetskog

momenta, koji je proporcionalan proizvodu armaturne struje i fluksa.


30

5 LITERATURA

[1] WUEKRO, „Training & Didactic Systems - DC Chopper Regulators“,

[2] Slobodan Vukosavić, „Elektricne masine“, Akademska misao, 2010.

[3] Dubravko Vučetić, „Energetska elektronika“, skripta, 2009.

[4] Nepoznat autor, „Elektro-energetski pretvarači“, skripta, 2006.

[5] Radojle Radetić, „Tiristorski pretvarači, Nauka, 2004.

Documents

Upravljanje DC Motorima Pomoću Čopera