energetska elektronika predavanja-ozujak 2014

8/17/2019 Energetska Elektronika Predavanja-ozujak 2014

1/10

20

OBRTNIČKA I TEHNIČKA ŠKOLA OGULIN

Predmet – Energetska elektronika

Nastavna cijelina:Pretvarači

Nastavne jedinice:1. Istosmjerni pretvarači2. Izmjenični pretvarači

Materijali za nastavnu cjelinu izrađeni za učenike zato što za predmetne postoji nikakva preporučena literatura. Učenici te materijale trebajupresnimiti sebi na računalo i isprinatati. To je gradivo koje se obrađujena nastavnom satu zamjene prof. Borića sata gospođe Vučić (Energetska elektronika – ožujak mjesec 2014. godine)

Materijali koji su korišteni su sa nastavnih materijala nastavnika izŠibenika, Karlovca i materijali s prezentacija sa fer-a

Nadam se da ovi materijali mogu u potpunosti koristiti učenici nanastavnom satu iz kojih mogu učiti i pripremati se za nastavu.Zdravko Borić, prof.Ogulin; 16.3.2014.

Sustav AU

1 , I 1, f 1 , P 1

Sustav BU

2 , I 2 , f 2 , P 2Energetski dio

(energetski krug)

Informacijski dio

Tok energije

Informacija o željenim izlaznimveli č inama pretvara č a

Pretvara č


2/10

21

1. ISTOSMJERNI PRETVARAČI

1.1. Osnovni pojmovi i podjela

Istosmjerni pretvara či su pretvara čki ure đaji koji povezuju istosmjerne sisteme.Osnovni parametri koji su podvrgnuti promjeni su iznos napona i struje. Dok se to uizmjeni čnim sistemima jednostavno radi pomo ću transformatora, u istosmjernimsistemima je to znatno složenije.

Tzv. indirektni pretvarači su serijska kombinacija izmjenjiva ča i ispravlja ča.Izme đu njih može se staviti transformator radi galvanskog odvajanja. Nedostatak oveizvedbe je lošija korisnost zbog trostruke pretvorbe.

Druga mogu ćnost je impulsno doziranje toka prenesene energije iz jednog sistemau drugi, čime je mogu će, u odre đenoj mjeri, utjecati na promjenu napona ili struje trošila.Pretvorba je jednostruka pa je korisnost u pravilu bolja u odnosu na sistem izmjenjiva č-ispravlja č (tzv. direktni pretvarači).

Osnovna zna čajka istosmjernih pretvara ča je sloboda u izboru radne frekvencijekoja je ograni čena gubicima u poluvodi čkim ventilima i reaktivnim komponentama. Uspojevima s tiristorima kre će se do 20kHz, a u spojevima s tranzistorima 50kHz.

1.2. Principi rada istosmjernih pretvarača

Sl. 1.1.principna shema spoja istosmjernog pretvara č a optere ćenog omskim trošilom

Izme đu istosmjernog izvora napona E i trošila otpora R uklju čena je sklopka čijise kontakti sklapaju frekvencijom f. Unutar intervala vo đenja t v kroz sklopku te če strujatrošila i s = E / R, a na trošilu je napon izvora.


3/10


4/10

23

Sklop sa slike prikazuje realizaciju ovog principa. U trenutku zatvaranja sklopke

sav napon je na prigušnici i struja kroz nju raste, dakle, u intervalu vo đenja u njoj seakumulira magnetska energija. Kroz to vrijeme kondenzator napaja trošilo. Diodasprije čava izbijanje kondenzatora preko sklopke.

Unutar intervala pauze (sklopka otvorena) energija akumulirana u prigušniciprenosi se u kondenzator i u trošilo.

Srednja vrijednost napona i struje trošila iznosi:

E t T

U p

d ×= I

T

t I pd ×=

Drugi na čin jest korištenje transformatora. Odabiranjem prijenosnog omjera

transformatora ostvaruje se željeno podizanje napona. Uz to, na ovaj na čin postiže se igalvansko odvajanje ulaza od izlaza. Uvo đenje transformatora dovodi i do novihproblema jer primarom transformatora, osim struje trošila, te če i struja magnetiziranja.Njenim prekidanjem dolazi do opasnih prenapona. Nuldioda pridodana primaru rješavaproblem samo ako je sklopka dovoljno dugo otvorena da se stigne razgraditi akumuliranaenergija u induktivitetu. To toliko smanjuje radnu frekvenciju sklopke da se u praksi nekoristi.

a) b)

Sl. 1.5.isklapanje transformatora sklopkomu krugu prama shemi a) vodi na opasne prenapone, dokisklapanje transformatora sklopkom u krugu prema shemi b) vodi na drasti č no smanjenje radne frekvencije sklopke.

Pravo rješenje je da se magnetska energija pohranjena u transformatoru što brževrati u izvor (sl.1.6.) ili prenese u trošilo(sl.1.7.).

Sl.1.6. tzv. propusni spoj (engleski: forward) kod kojeg semagnetska energija tercijarnim namotom w 3 vra ća u izvor.


5/10


6/10

25

1.3. Primjeri spojeva tiristorskih istosmjernih pretvarača

Sl17.9. shema spoja jednog tiristorskogistosmjernog pretvara č a.

Sl.1.10. neregulirani dio izlaznog napona (šrafirana površina) pove ćava srednju vrijednost izlaznog napona,smanjuje radnu frekvenciju i onemogu ćuje rad pretvara č au praznom hodu.

Slika 1.9. prikazuje jedan od naj češće korištenih spojeva istosmjernih pretvara čačije su osnovne komponente tiristor s komutacijskim krugom i nuldioda. Izlazni napon serazlikuje od idealnog (sl.1.3.). Trajanje vo đenja odre đeno je razmakom izme đu okidnihimpulsa tiristora T 1 i T 2. Zbog zahtjeva za vremenom odmaranja u izlaznom naponupojavljuje se interval unutar kojeg struju trošila vodi komutacijski kondenzator koji se pritome prepolarizira. Posljedica je dio izlaznog napona na koji se ne može utjecatiregulatorom (neregulirani dio).

Kondenzator se prepolarizira strujom trošila pa pretvara č ne može raditi upraznom hodu. Dio problema može se riješiti postavljanjem diode antiparalelno glavnomtiristoru.

Da bi se izbjegao u potpunosti neregulirani dio izlaznog napona koriste se shemeu kojima se procesi u komutacijskom krugu odvijaju neovisno od procesa u krugu trošila.Takvi se pretvara či po svojstvima približavaju tranzistorskim pretvara čima.

Sl.1.11. shema spoja istosmjernog pretvara č a bez nereguliranog dijela izlaznog napona.


7/10

26

2. IZMJENIČNI PRETVARAČI

2.1. Osnovni pojmovi i podjela

Izmjeni čni pretvara či su pretvara čki ure đaji koji povezuju izmjeni čne sistemerazli čitih parametara (broja faza, frekvencije, valnog oblika napona odnosno struje i dr.).Slika prikazuje mogu će na čine podjele:

Sl.2.1. podjela izmjeni č nih pretvara č a

Ako povezuje dva izmjeni čna sistema razli čitog napona ali iste frekvencije,naziva se izmjenični pretvarač napona. Tok prenesene energije iz jednog sistema udrugi dozira se impulsno, analogno istosmjernim pretvara čima.

Ako izmjeni čni pretvara č povezuje dva izmjeni čna sistema razli čite frekvencijenaziva se pretvarač frekvencije. Uz frekvenciju pretvara čem se može mijenjati broj fazai iznos izmjeni čnog napona.

Pretvara č frekvencije se može izgraditi serijskom kombinacijom ispravlja ča iizmjenjiva ča (indirektni pretvara či frekvencije) ili se izravno iz valnog oblika ulaznog

izmjeni čnog napona uklapanjem odnosno isklapanjem poluvodi čkih ventila dobivaželjeni oblik izlaznog napona i frekvencija (direktni pretvara či frekvencije).

2.2. princip rada izmjeničnih pretvarača napona

Izme đu izmjeni čnog izvora i omskog trošila uklju čena je sklopka čiji se kontaktisklapaju u ritmu dvostruke frekvencije izmjeni čnog izvora. Fazni pomak izme đu nulto čkenapona izvora i trenutka prorade sklopke se može podesiti na razli čite na čine tako da sena trošilu mogu dobiti razli čiti valni oblici napona.

Sl2.2. principna shema spoja izmjeni č nog pretvara č a napona


8/10

27

Sl.2.3. neki od mogu ćih valnih oblika napona trošila

Od tri nacrtana valna oblika najjednostavnije je dobiti prvi tako da se sklopkazamijeni s dva antiparalelno spojena tiristora jer se tiristori isklapaju na kraju svakepoluperiode bez potrebe za posebnim komutacijskim krugovima. Efektivna vrijednostnapona na trošilu ovisi o kutu upravljanja α koji se može mijenjati od vrijednosti 0° do180° pri čemu se napon na trošilu mijenja od vrijednosti napona izvora do nule.

Sl.2.4. shema spoja izmjeni č nog pretvara č a napona optere ćenog omskim trošilom

Za praksu je vrlo važan slu čaj omsko-induktivnog optere ćenja. Ako zamislimo dasu tiristori T 1 i T 2 kratko spojeni nakon uklju čenja sklopa i nestanka prijelazne pojaveuspostavlja se kroz trošilo sinusna struja s faznim pomakom φ=arctgL/R premaizmjeni čnom naponu.

Sl.2.5. shema spoja izmjeni č nog pretvara č a optere ćenog omsko-induktivnim trošilom i karakteristi č ni valni oblicinapona i struje za slu č aj α≤φ


9/10

28

Pove ćavanjem kuta upravljanja α od 0º do φ ne dolazi do promjena, struja je idalje sinusna. Tek kada α naraste iznad φ struja trošila postaje diskontinuirana. Izme đuvođenja tiristora pojavljuju se pauze. Kada α dostigne 180º struja trošila postaje jednakanuli. Odavde slijedi da se efektivna vrijednost napona na trošilu odnosno struje trošilamože regulirati od maksimalno mogu će vrijednosti do nule promjenom kuta upravljanja upodru č ju φ≤α≤π .

Osim jednofaznih pretvara ča napona grade se i trofazni. Analiza njihova rada jevrlo sli čna izloženoj.

Sl.2.6. primjer sheme spoja trofaznog pretvara č a napona

8.3. principi rada pretvarača frekvencije

U analizi polazimo od najjednostavnije mogu će sheme, poznate iz analize jednofaznih pretvara ča napona. Energetski sklop s ovom shemom postaje pretvara č frekvencije promjenom na čina upravljanja. Kroz n perioda mrežnog napona vodi tiristor

T1, a zatim tiristor T 2. Izlazna frekvencija je niža od ulazne frekvencije. Efektivnuvrijednost napona može se regulirati promjenom kuta upravljanja α.

Sl.2.7. shema spoja pretvara č a frekvencije i valni oblik izlaznog napona (šrafirani dio)


10/10

29

Mogu ća je i druk čija interpretacija. Može se re ći da se pretvara č sastoji od dvaispravlja ča u protuspoju, aktivna u razli čitim vremenskim periodima. Ovakvi ispravlja čkispojevi se u usmjeriva čkoj tehnici nazivaju reverzioni usmjeriva či.

Slika prikazuje shemu jednofaznog usmjeriva ča u mosnom spoju:

Sl.2.8. izborom zakona upravljanja reverzioni usmjeriva č postaje pretvara č frekvencije

Sl.2.9. valni oblici napona na trošilu: a) anvelopnog pretvara č a (kut upravljanja je fiksan unutar periode T 2=1/f 2), i b) fazno upravljivog pretvara č a (kut upravljanja se mijenja unutar periode T 2).

Ovaj se sklop može koristiti kao pretvara č frekvencije s dva razli čita na činaupravljanja.

Pri prvom na činu upravljanja (a) kroz n poluperioda vodi jedan ispravlja č (α=konst.), a zatim kroz isti broj poluperioda drugi ispravlja č. Izlazni napon je anvelopa(ovojnica) mrežnog napona, odatle naziv anvelopni pretvarači frekvencije.

Drugi na čin upravljanja je da se α unutar jedne poluperiode simetri čno mijenja na jednom ispravlja ču od minimalne do maksimalne vrijednosti i natrag. Pri tome je oblikizlaznog napona bliži sinusnom, te su i eventualni filteri za dobivanje sinusnog naponamanji. Pretvara či s ovim na činom upravljanja se nazivaju fazno upravljivi pretvarači.

Usporedbom jednopulsnog i dvopulsnog reverzionog usmjeriva ča da se vidjeti da je izlazni napon bliži sinusnom obliku ako je broj pulzacija ve ći. Stoga se u praksi koristeisklju čivo trofazni reverzioni usmjeriva či,u pravilu u mosnom spoju.

energetska elektronika predavanja-ozujak 2014

Documents