primenjena20energetska20elektronika

7/26/2019 primenjena20energetska20elektronika

1/69

1

PRIMEWENA ENERGETSKA ELEKTRONIKA

POLUPROVODNICI

Kristalna struktura i provodnost poluprovodnika

Atom je sastavqen od jezgra (protoni pozitivnonaelektrisani i neutroni neutralni) i omota~a(elektroni negativno naelektrisani). Broj protona ielektrona u atomu je isti i atom je elektri~no neutralan.Omota~ je sastavqen od quski a posledwa se naziva valentnai moè imati maksimalno 8 elektrona. Ako se u valentnojqusci nalazi malo elektrona, jedan ili dva, delovawem malesile ovi elektroni mogu da napuste atom i da u~estvuju uprovo|ewu; ovi elementi su provodnici. Ako se u valentnojqusci nalazi puno elektrona, me|uelektronske sile suvelike i potrebna je velika sila da bi elektroni napustiliatom; ovi elementi su izolatori. Poluprovodnici u

valentnoj qusci imaju 4 elektrona. Bi}e obja{weno dapoluprovodnici pod odre|enim okolnostima mogu bitiprovodnici. Najpoznatiji poluprovodnici su silicijum (sl.1) (oznaka Si, redni broj 14) i germanijum (oznaka Ge, rednibroj 32).

Atomi poluprovodnika su raspore|eni u oblikukristalne re{etke i nalaze se u rogqevima kocki. Na sl. 2predstavqen je presek sa ~etiri stranice kristalnestrukture silicijuma. Na slici nisu prikazani elektroniiz unutra{wih quski ni odgovaraju}i

protoni. Kovalentni elektroni kruè oko dva jezgra (sl. 3). Nasl. 2 oko jednog atoma kruè 4 sopstvena elektrona i 4 od

odgovaraju}ih okolnih atoma, tj. u posledwoj qusci se nalaze 8elektrona i ovakva struktura poluprovodnika nije provodnik.

N

tip poluprovodnika

Primese (ne~isto}e) su elementi koji u spoqnoj qusciimaju 3 ili 5 valentnih elektrona. Primesa koja dajeslobodan elektron naziva se donor.

Ako se tehnolo{kim postupkom u poluprovodnik ubacipetovalentni element (antimon Sb, fosfor P, arsenAs) (sl. 4)jedan elektron postaje slobodan i predstavqa glavni

(ve}inski) nosioc elektriciteta (u slede}em pitawu bi}eobja{weni mawinski nosioci elektriciteta). Slobodanelektron se i pri maloj sili moè kretati i u~estvovati uprovo|ewu.

Kada slobodan elektron (obeleàva se: ) usledspoqa{we energije napusti atom poremeti se elektri~na neutralnost i stvara sepozitivan jon (obeleàva se: ).

Sl. 1. Atom silicijuma.

Sl. 2. Kristalnastruktura silicijuma.

Sl. 3. Zajedni~kielektroni dva atoma u

kovalentnoj vezi.

Sl. 4. N tippoluprovodnika.


2/69

2

Ptip poluprovodnika

Ako se tehnolo{kim postupkom u poluprovodnik ubacitrovalentni element (aluminijum Al) (sl. 5) u kristalnojstrukturi nedostaje jedan elektron i na tom mestu je{upqina (obeleàva se: +). Primesa koja stvara {upqinunaziva se akceptor.

Kada slobodan elektron popuni {upqinu poremeti seelektri~na neutralnost i stvara se negativan jon(obeleàva se: ). Da bi se ponovo uspostavila elektri~naneutralnost potrebno je dovestipozitivno naelektrisawe.Elektri~na neutralnost se postiè odlaskom elektrona, tj.stvarawem {upqine, ilidolaskom{upqine. Iz ove analizese moè usvojiti da je {upqina pozitivno naelektrisana. U

Ptipu poluprovodnika {upqine su ve}inski nosioci elektriciteta.Mawinski (sporedni) nosioci elektriciteta uglavnom nastaju usled

nepravilnosti u kristalnoj strukturi. Wih ima znatno mawe nego ve}inskih iuglavnom se zanemaruju. U P tipu poluprovodnika mawinski nosioci su elektroni a u

Ntipu {upqine.

ObrazovawePNspoja

Na sastavu P i N poluprovodnikaformira se PN spoj (sl. 6). Usled blizineslobodni elektroni iz N oblasti popuni}e{upqinu u P oblasti, tako da u N oblastiostaje pozitivan jon a u P oblasti ostajenegativan jon (sl. 7). Postupak popuwavawa{upqine elektronom naziva serekombinacija. Na spoju ostaju

nekompenzovani nepokretni joni(sl. 8) i izme|u wih se uspostavqaelektri~no poqe usmereno od pozitivnogka negativnom naelektrisawu (unutra{we;u slede}em pitawu pomenu}e se i spoqa{weelektri~no poqe). Smer kretawa elektrona u elektri~nompoqu je suprotan od smera elektri~nog poqa, ali je u po~etku

elektri~no poqe malo i elektroni iz N oblasti se mogu rekombinovati sa{upqinama iz Poblasti. Rekombinacijom se pove}ava broj nekompenzovanih jona {touti~e na pove}awe veli~ine elektri~nog poqa. Kada elektri~no poqe dostigneodre|enu vrednost prestaje rekombinacija jer smer poqa ne dozvoqava kretaweelektronima i {upqinama.

Prostor bez elektrona i {upqina gde se nalaze samo nekompenzovani joninaziva se prostorni tovar.

Direktna polarizacija PNspoja

Da bi se nastavila rekombinacija na PN spoju, potrebno je dovesti spoqa{weelektri~no poqe suprotnog smera od unutra{weg i ve}eg intenziteta (sl. 9). Primalim vrednostima spoqa{weg poqa unutra{we poqe ne dozvoqava rekombinaciju.Kada spoqa{we poqe dostigne odre|enu vrednost (prag provo|ewa: 0,50,7 V; kodgermanijumskih: 0,2 V) omogu}ava se rekombinacija. Daqim malim pove}awem

Sl. 5. P tippoluprovodnika.

Sl. 6. PN spoj.

Sl. 7. Prelazakelektrona i

stvarawe jona naPN spoju.

Sl. 8. PN spoj poslerekombinacije.


3/69

3

spoqa{weg poqa dobija se velikopove}awe struje (sl. 10). Da bi seza{titio PN spoj u kolo se postavqaza{titni otpor R koji se prora~unavada se ne dozvoli prekomerna strujakroz PNspoj.

Pri provo|ewu rezultantno poqe

ime smer spoqa{weg poqa pa seelektroni potiskuju iz N oblasti u Poblast, a {upqine iz P oblasti u Noblast i prostorni tovar se suàva.

Inverzna polarizacija PNspoja

Pri inverznoj polarizaciji smerovispoqa{weg i unutra{weg poqa sepoklapaju (sl. 11). Rezultantno poqepotiskuje elektrone u N oblast a{upqine u P oblast i prostorni tovar se

{iri.Glavnim nosiocima je onemogu}eno

kretawe, ali sporedni nosioci mogu da sekre}u pod uticajem rezultantnog poqa.Kako sporednih nosioca ima vrlo malo istruja je vrlo mala i ~esto se moè

zanemariti. Broj sporednih nosioca ne zavisi od poqa i moè se smatrati da jekonstantan pa je i struja inverzne polarizacije konstantna.

Ukoliko se uspostavi veliko spoqa{we poqe (u zavisnosti od PN spoja od50800 V) elektroni iz spoqa{we quske mogu dobiti dovoqnu energiju da napusteatom i tada se stvara veliki broj elektrona, odnosno, struja postaje velika {to

dovodi do uni{tewa PN spoja (sl. 12). Napon pri kome dolazi do uni{tewa PN spojanaziva se probojni napon.

Diode

PN spoj u ku}i{tu sa metalnimprikqu~cima predstavqa diodu.Prikqu~ak na Ptip se zove anoda (A) a naNtip katoda (K) (sl. 13).

Diode se prave za razli~ite namene imogu biti razli~itog oblika. Ukoliko je potrebno darade sa velikim strujama oblik je prilago|en

postavqawu na hladwake. Hla|ewe moè biti prirodno iprinudno.

Najprostije diodno kolo je predstavqeno na slici14. Dioda je propusno (direktno) polarisana jer je anodana ve}em potencijalu od katode. Prema II Kirhofovomzakonu je

EUDRID = 0 .

Sl. 9. Direktnapolarizacija PN spoja. Sl. 10.

Karakteristikadirektne polariza-

cije PNspoja.

Sl. 12. Karakte-ristika inverzne

polarizacije PNspoja.

Sl. 11. Inverznapolarizacija PN spoja.

Sl. 13. Oznakadiode.

Sl. 14. Dioda u elektri~nomkolu.


4/69

4

Princip rada tranzistora

Tranzistor se sastoji od dva PN spoja (sl. 15).Raspored tipova poluprovodnika moè biti dvojak:

NPN ili PNP. Princip rada tranzistora se obra|ujena modelu NPN. U jednom N tipu se nalazi mnogoslobodnih elektrona i prikqu~ak je nazvan emitor

(E). U Ptipu ima malo {upqina i fizi~ki je znatnomawi od N tipova; prikqu~ak je nazvan baza (B).Drugi N tip ima mawe elektrona od prvog, aliznatno vi{e nego {upqina u P tipu; prikqu~ak jenazvan kolektor (C).

Na spoju izme|u baze iemitora javqa se unutra{wepoqe koje spre~ava daqurekombinaciju. Da bi seomogu}ila rekombinacija

potrebno je spoj B-E direktno polarisati izvorom EBE. Usleddirektne polarizacije elektroni iz emitora prelaze u bazu imali broj se rekombinuje sa malim brojem {upqina u bazi.Usled male veli~ine baze na elektrone deluje unutra{we poqena spoju B-C i prebacuje ih u kolektor. Elektroni u kolektoru se pomo}u poqaizvoraECEusmeravaju ka emitoru i time je zatvoren strujni krug.

Na slici 16 prikazane su oznake tranzistora.

Osnovne komponente struja u tranzistoru

Elektroni iz emitorskog dela ~ine strujuemitora; mali broj elektrona koji se rekombinuje ubaznom delu ~ini struju baze; ve}i deo koji dospe u

kolektorski deo ~ini struju kolektora (sl. 17).Moè se zakqu~iti da je:

BCE III += .

Struja baze je mnogo mawa (vi{e od 100 puta) odstruja emitora i kolektora i moè se zanemariti:

CBB III ,


5/69

5

Ako se èli pro{iriti radna olast u domen ve}ih snaga potrebno je tranzistorpostaviti na hladwak.

Poja~ava~ sa zajedni~kim emitorom

Pri obja{wavawu principa rada tranzistorakori{}ena su dva jednosmerna izvora. U praksi se iz

prakti~nih razloga polarizacija PN spojevaostvaruje jednim jednosmernim izvorom (sl. 19).

Spoj B-E se polari{e otpornikom RB kojim jeodre|ena struja baze.

B

BECB

R

UEI

= .

Otpornik RC omogu}ava promenu izlaznognapona. Izlazna struja se odre|uje iz izraza:

C

CECC

R

UEI

= .

Ovim jedna~inama je odre|en jednosmerni

reìm rada poja~ava~a sa zajedni~kim emitorom. Poja~ava~i uglavnom poja~avajunaizmeni~ne veli~ine i da se ne bi poremetio jednosmerni reìm rada(prikqu~ivawem naizmeni~nog izvora i potro{a~a) koriste se razdvojnikondenzatori koji imaju ulogu da propuste samo naizmeni~ni signal.

Poja~ava~ sa zajedni~kim kolektorom

Kod poja~ava~a sa zajedni~kim kolektorom(sl. 20) kolektor je za jednosmerni signal vezan zajednosmerno napajawe, a za naizmeni~ni prekojednosmernog izvora na nulu (ve} je re~eno da jejednosmerni izvor kratak spoj za naizmeni~nisignal i da se sprege odre|uju u naizmeni~nomreìmu).

Ulazni signal je za UBE ve}i od izlaznog i zaveliki nivo (preko 5 V) ulaznog signala UBE semoè zanemariti pa sledi da se ulazni signalprenosi na izlaz, odnosno, da je naponsko poja~awepribli`no jedan.

1=

==ul

ul

ul

beul

ul

izu

U

U

U

UU

U

UA .

Strujno poja~awe je:

e

b

be

b

c

b

e

ul

izi hI

Ih

I

I

I

I

I

IA 2121 ==== .

Ovaj poja~ava~ se koristi kao izlaz iz elektronskih ure|aja male snage;odre|eni napon se prosle|uje sa pove}anom strujom. Nedostatak sna`nih tranzistoraje malo strujno poja~awe (od 10 do 30).

Darlingtonov spoj

Malo strujno poja~awe sna`nih tranzistora se kompenzuje postavqawem jo{jednog tranzistora, tako|e u spregu sa zajedni~kim kolektorom (sl. 21). Ova

Sl. 19. Poja~ava~ sa zajedni~kimemitorom.

Sl. 20. Poja~ava~ sa zajedni~kimkolektorom.


6/69

6

kombinacija tranzistora naziva se Darlingtonov spoj. Strujaemitora prvog tranzistora je istovremeno i struja baze drugogtranzistora. Ukupno strujno poja~awe Darlingtonovog spoja je:

221121

1

1121221

1

1221

1

1221

1

2221

1

2

1

2ee

b

bee

b

ce

b

ee

b

be

b

c

b

e

ul

izi hh

I

Ihh

I

Ih

I

Ih

I

Ih

I

I

I

I

I

IA ====== .

Struja emitora drugog tranzistora je h21e2 puta ve}a odstruje emitora prvog tranzistoraa pa je prvi tranzistor maweoptere}en i ne motra biti iste snage kao drugi tranzistor, {tozna~i da moè imati ve}e strujno poja~awe.

Kombinacija sa tri tranzistora se mawe koristi jer je izlazni signal za 3UBEmawi od ulaznog.

FET-ovi

Razvojem tehnologije veliki brojtranzistora je mogao da se postavi namalom prostoru. Ograni~ewe je bilapotro{wa tranzistora. Da bi se

pove}ao broj tranzistora bilo jepotrebno prona}i novi tip tranzistorasa malom potro{wom.

Ako se na poluprovodnik (npr. Ntipa) prikqu~i izvor javi}e se struja, odnosno, kretaweelektrona (sl. 22). Promena intenziteta struje mogu}a jesamo promenom veli~ine izvora. Ako bi izvor bio konstantan,promena intenziteta struje je mogu}a samo smawewem prostora za kretawe elektrona.Potrebno je da se smawewe prostora reguli{e naponom, odnosno, poqem. Priinverznoj polarizaciji se {iri prostorni tovar; potreban je poluprovodniksuprotnog tipa (P tip) (sl. 23). Promenom napona inverzne polarizacije mewa seveli~ina prostornog tovara a time i dimenzije N oblasti {to dovodi do promene

struje; sa dovoqno velikim naponom inverzne polarizacije se moè ukinuti struja.Regulacija struje se obavqa naponom, odnosno, poqem i po tome su ovi

tranzistori i dobili ime: Field Efect Transistor (poqe, efekat, tranzistor), odnosno,tranzistori sa efektom poqa, skra}eno FET. Prikqu~ci su prema engleskim re~imasource, draini gate(izvor, odvod, kapija) dobili imena sors (S), drejn (D) i gejt (G).

Tip FET-a se odre|uje prema tipu poluprovodnika kojiprovodi struju (FET-oviNi Ptipa) (sl. 24). U provo|ewu strujeu~estvuje samo jedan tip nosilaca naelektrisawa (elektronikod N tipa i {upqine kod P tipa) i ovi tranzistori senazivaju unipolarni; kod tranzistora koji su ve} obra|eni uprovo|ewu u~estvuju i {upqine i elektroni i oni se nazivajubipolarni.

Kod FET-ova je zna~ajno da je struja gejta struja inverzne polarizacije, odnosno,zanemarqivo mala.

Tranzistor kao prekida~

Ako tranzistor u kolu sluì kao prekida~ razlikuju se dva stawa: staweprovo|ewa i stawe neprovo|ewa. Koriste se tranzistori koji mogu brzo da seprebace iz jednog u drugo stawe. Da bi se tranzistor prebacio iz neprovodnog uprovodno stawe potrebno je da se prostorni tovar smawi (kod direktne polarizacije

Sl. 21. Darlingtonov spoj.

Sl. 22. Osnova FET-a.

Sl. 23. Princip radaFET-a.

Sl. 24. Oznake FET-a.


7/69

7

prostorni tovara se suàva) i za to je potrebno odre|enovreme; da bi se tranzistor prebacio iz provodnog uneprovodno stawe potrebno je da se prostorni tovar pove}a(direktnom polarizacijom prostorni tovara je suèn), i zato je potrebno odre|eno vreme.

Ako se za ulazni signal uzme idealan impuls, utrenutku delovawa impulsa tranzistor ne moè odmah da

provede (sl. 25). Sli~no, kada se ukine ulazni imuls,tranzistor ne moè odmah da se deaktivira. Na dijagramukolektorske struje je te{ko oceniti trenutke uspostavqawastruje i maksimalnog nivoa i definisano je da se zboglak{eg o~itavawa posmatraju trenuci 10% i 90% odmaksimalne vrednosti.td vreme ka{wewa ts vreme zadràvawatr vreme porasta tf vreme opadawaton vreme ukqu~ivawa toff vreme iskqu~ewa

Operacioni poja~ava~

Naziv operacioni poja~ava~ poti~e od prvobitne primene za obavqawematemati~kih operacija. Operacioni poja~ava~ se pravi u integrisanoj tehnici, aku}i{te je osmopinsko ili 14-opinsko. Sastoji se iz tri osnovna dela: ulaznogstepena, naponskog poja~ava~a i izlaznog stepena.

Sl. 26. Blok {ema operacionog poja~ava~a.

Ako se na prikqu~ak sa znakom "+" dovede ve}i naponnego na prikqu~ak sa znakom "", zbog velikog naponskogpoja~awa napon na izlazu dostiè pozitivan napon

napajawa; ako se na "" dovede ve}i napon nego na "+",napon na izlazu dostiè negativan napon napajawa,odnosno, napon sa ulaza je invertovan. Zbog toga se ""

ulaz zove invertuju}i ulaz a "+" ulaz neinvertuju}i.

Karakteristi~ne veli~ine operacionog poja~ava~a

Maksimalne vrednosti:

1. Opseg radnih temperatura: za plasti~na ku}i{ta 070C; za kerami~ka imetalna ku}i{ta 55125C.

2. Temperatura lemqewa: do 300C do 10 sekundi uz uslov da se ne dodirujeku}i{te.

3. Napon napajawa: do 18 V, naj~e{}e 12 V.4. Ulazni napon: mawi od napona napajawa.5. Trajawe kratkog spoja na izlazu: kod nekih operacionih poja~ava~a nije

dozvoqen, kod nekih je ograni~en, a kod nekih je mogu} trajno.6. Maksimalna dozvoqena snaga: do 0,5 W.

Parametri:1. Naponsko poja~awe: preko 100.000.2. Ulazna otpornost: reda M.3. Izlazna otpornost: reda desetina .

Sl. 25. Oblici signalakod prekida~kog reìma

rada.

Sl. 27. [ematska oznakaoperacionog poja~ava~a.


8/69

8

4. Ulazna pobudna struja: reda nA.5. Ulazni napon razde{enosti: kada su oba ulaza na nuli izlaz bi trebalo da bude

nula; prakti~no je potrebno dovesti ulazni napon razde{enosti reda mV da biizlazni napon bio nula.

6. Radna u~estanost: do 1 MHz, za specijalne operacione poja~ava~e do 1GHz.7. Brzina porasta ili opadawa izlaznog napona: oko 1V/s.8. Faktor potiskivawa zajedni~kih signala: 70120 dB.

Invertuju}i poja~ava~

Na slici 28. predstavqen je invertuju}ipoja~ava~. Grana u kojoj se nalazi otpornik R1 zovese direktna grana, a grana u kojoj jeR2 povratna.

Neinvertuju}i ulaz je na nuli, a kako je Uulzanemarqivo mali mo`e se smatrati da je iinvertuju}i ulaz na nuli. Zbog toga {toinvertuju}i ulaz nije fizi~ki vezan za nulu mo`ese re}i da je invertuju}i ulaz na virtuelnoj(prividnoj) nuli.

U direktnoj grani je:

1

1

1

ul11

R

U

R

UUI =

= .

U povratnoj grani je:

2

2

2

2ul2

R

U

R

UUI =

= .

Zbog velike ulazne otpornostiIul=0pa je I1=I2. Izjedna~avawem se dobija:

2

2

1

1

R

U

R

U= .

Naponsko poja~awe celog sklopa je:

1

2

1

2u

R

R

U

UA == .

Ulazni i izlazni napon imaju suprotan (invertovan) znak, te se ovaj sklopnaziva invertuju}i poja~ava~.

Kola za sabirawe i oduzimawe

U direktnim granama (sl. 29.) je:

n

nn

2

22

1

11 ,...,,

R

UI

R

UI

R

UI === .

U povratnoj grani je:

0

iz

R

UI = .

Daqe je:

n21 ... IIII +++= ,

n

n

2

2

1

1

0

iz ...R

U

R

U

R

U

R

U+++= .

+++=

n

n

2

2

1

10iz ...

R

U

R

U

R

URU .

Sl. 28. Invertuju}i poja~ava~.

Sl. 29. Kolo za sabirawe.


9/69

9

Ako je potrebno sabirawe sa istim koeficijentom po svakom ~lanu usvaja seR1=R2=...=Rn=R, a za sabirawe sa koeficijentom 1 po svakom ~lanu usvaja se iR=R0.

Za kolo na slici 30. je:

)(

43

42)( + =

+= U

RR

RUU ,

2

iz)(

1

)(1

R

UU

R

UU =

,

1

1

2

43

21

21

4

1

1

43

42

211

1

1

)(

2

)(

2

iz

1

11

UR

URR

RR

RR

R

R

U

RR

RU

RRR

U

R

U

R

U

R

U

+

+=

+

+=+=

,

1

1

22

43

21

1

4iz U

R

RU

RR

RR

R

RU

+

+= .

Ako je potrebno oduzimawe sa istim koeficijentom po svakom ~lanu usvaja seR1=R3 i R2=R4, a za oduzimawe sa koeficijentom 1 po svakom ~lanu usvaja se iR1=R2.

Naponski komparatoriKomparacija (pore|ewe) dva napona najlak{e se izvodi

operacionim poja~ava~ima. Na jedan ulaz se dovodireferentni napon a na drugi napon koji se poredi. Izlazima vrednost pozitivnog ili negativnog napona napajawa uzavisnosti koji je ve}i ulazni napon. Na slici 31. jepredstavqena komparacija sa nulom (a) i sa UR(b).

Digitalna elektronska kola

Digitalna elektronska kola obra|uju elektri~nesignale koji mogu poprimiti samo dve vrednosti. Engleskimatemati~ar Bul je postojawe dve vrednosti primewivao ulogici mi{qewa pa im je dao imena logi~ke promenqive.Kola pomo}u kojih se vrednosti logi~kih promenqivih mogui fizi~ki predstaviti zovu se logi~ka kola. Bulova algebraobra|uje sve operacije sa logi~kim promenqivim.

Logi~ke operacije i osnovna logi~ka kola

Uobi~ajno je da su logi~ke promenqive 0 (nula) i 1(jedan). Elektri~no one predstavqaju napone (sl. 32.).

Tri osnovne logi~ke operacije sa logi~kimpromenqivim su:

logi~kaI operacija, logi~kaILI operacija, logi~kaNE operacija.Logi~ka I operacija je

logi~ko mno`ewe. Tablicastawa i {ematska oznakapredstavqeni su na slici 33.Logi~kaI operacija se pi{e:

Sl. 30. Kolo za oduzimawe.

Sl. 31. - Komparatornapona.

Sl. 32.


10/69

10

BAF = ,i ~ita se: F jednako A i B.

Logi~ka ILI operacija je logi~kosabirawe. Tablica stawa i {ematska oznakapredstavqeni su na sl. 34. Logi~ka ILIoperacija se pi{e:

BAF += ,

i ~ita se: F jednako A ili B.Logi~kaNE operacija je tablicom stawa

i {ematskom oznakom predstavqena na slici35. Logi~ka NE operacija se ~esto zove iinvertovawe i pi{e se:

AF= ,i ~ita se: F jednako ne A, ili F je komplement

A, ili Fje invertovano A.U praksi se ~esto koriste i invertovaneI

iILIoperacije. Da bi se izbeglo predstavqawepomo}u dva znaka usvojeno je predstavqawe kao na

slikama 36. i 37.Na slici 36. je NI kolo a na slici 37. NILI

kolo.

Tiristori

Tehnolo{ki se ne moè posti}i da tranzistoripropu{taju ekstremno velike struje. Za provo|ewe velikihstruja koriste se tiristori i wihova konstrukcija je takvada se lako mogu postaviti na hladwake. Tiristor jepoluprovodni~ki element sa tri PN spoja (sl. 38).

Prikqu~ci su anoda (A), katoda (K) i gejt (G).Ako se tiristor posmatra strukturno spoqa{we poqe

direktno polari{e dva spoja a sredwi je inverzno polarisani ne moè se uspostaviti struja. Ako je smer spoqa{wegpoqa suprotan, dva spoja su inverzno plolarisana i

nepovoqno je da se elimini{u obe inverzne polarizacije.Dovo|ewem dovoqnog signala na gejt elimini{e se inverzna polarizacija

sredweg spoja i tiristor provodi.Kada tiristor po~ne da provodi signal na gejtu se moè ukloniti jer proticawe

struje odràva provodnost sredweg PNspoja.

Sl. 33.

Sl. 34.

Sl. 35.

Sl. 36. Sl. 37.

Sl. 38. Strukturna{ema tiristora.


11/69

11

Deaktivirawe tiristora se moè ostvariti samo prekidawem strujnog kruga.Signal na gejtu samo pobu|uje tiristor i kasnije nije neophodan pa se za

pobu|ivawe tiristora koriste impusi. Kako nije neophodno veliko trajawe impulsa,uglavnom se koriste igli~asti impulsi.

Iz izloènog se moè zakqu~iti:1) Tiristor ne moè da provede kada se negativno polari{e.2) Tiristor ne moè da provede dok se ne dovede impuls na gejt,

odnosno, tiristor provede kada se dovede impuls na gejt.3) Tiristor se ne deaktivira ukidawem impulsa.4) Tiristor se deaktivira ukidawem strujnog kruga.Oznaka tiristora prikazana je na slici 39.

ELEMENTI ENERGETSKE ELEKTRONIKE

U energetskoj elektronici su gubici na elementima zna~ajanfaktor. Idealan slu~aj je da pri provo|ewu kroz neki elemenat

nema gubitaka, odnosno, da je pad napona na tom elementu jednaknuli, kao i kada elemenat ne provodi da nema protoka struje, {tose moè predstaviti slikom 40.

Kod poluprovodnika se ne moè spre~iti disipacija i zatose koriste oni poluprovodni~ki elementi koji najpribli`nijezadovoqavaju kriterijum idealnog elementa.

Prema na~inu rada energetski poluprovodni~ki elementi sedele na usmera~ke diode, energetske tranzistore, ~etvoroslojnediode, dijake, tiristore itrijake.

Prema stepenu upravqivosti dele se na potpunoneupravqive (usmera~ke diode, dijaci), delimi~no upravqive (tiristori) i potpunoupravqive (energetski tranzistori).

Dvoslojni i troslojni poluprovodni~ki elementi u provodnom smeru imajurelativno veliku otpornost i tek pojavom ~etvoroslojnih elemenata nastaje ve}ekori{}ewe poluprovodni~kih elemenata za regulaciju velikih snaga. êtvoroslojnielementi imaju u provodnom smeru malu otpornost, malih su dimenzija, imaju ve}upouzdanost i nama pojave varni~ewa.

Razvojem tehnologije kod tranzistora je smawena otpornost u provodnom smeru isve vi{e postaju elementi energetskih ure|aja.

Sna`ne diode

Princip rada sna`nih dioda jeisti kao i dioda malih snaga:razlika je u obliku. Zbog velikedisipacije ku}i{te sna`nih diodamora biti prilago|eno postavqawuna hladwake. Za sredwe snage u tusvrhu deo ku}i{ta je u obliku vijka;za velike snage ku}i{te jekerami~ko sa dve metalne plo~e kojese pri~vr{}uju u hladwak.

Najbitniji parametri koji

Sl. 39. Oznaka

tiristora.

Sl. 40. Karakte-ristika idealizova-

nog prekida~kogelementa.

a) b)

Sl. 41. Oblici sna`nih dioda za: a) sredwe snage, b)velike snage.


12/69

12

defini{u sna`nu diodu su: maksimalna disipacija PDmax, maksimalna struja uprovodnom smeruIDmaxi maksimalni inverzni napon Uimax.

Najve}a primena sna`nih dioda je za ispravqawe naizmeni~nih napona; najvi{ese primewuje Grecov spoj.

Energetski tranzistor

Da bi se disipacija kod energetskih tranzistorasvela na minimum, koristi se zona zasi}ewatranzistora; pri tome je pad napona na tranzistorunajmawi i moè provoditi veliku struju.

Energetski tranzistori rade u prekida~komreìmu (ili neprovodno stawe ili stawe zasi}ewa). Zave}e u~estanosti mora se obratiti pa`wa na vremeka{wewa odziva zbog kona~nog vremena promene{irine prostornog tovara.

Najbitiniji parametri koji defini{u energetskitranzistor su: maksimalni napon koji tranzistor moèda izdrì UC-Emax, maksimalna kolektorska strujaIcmaxi

napon zasi}ewa UCEs.Kao i sna`ne diode, i energetski tranzistori su konstrukciono prilago|eni

postavqawu na hladwake.

êtvoroslojna dioda (dinistor)

Sastav dinistora i oznaka su prikazani naslici 43.

Na slici 44. je predstavqena karakteristikadinistora. Ukoliko je anodni napon ve}i odkatodnog, sredwi spoj je inverzno polarisan. Kada

razlika napona dostigne vrednostU

bo dolazi donedestruktivnog proboja i strujanaglo poraste a napon naglo pada navrednost odre|enu elementima kola ukome se dinistor nalazi. Vrednostnapona Ubo ( bo - breakover) se nazivanapon ukqu~ewa, napon paqewa iliprelomni napon jer dinistor prelaziiz neprovodnog u provodno stawe. Prismawewu napona u provodnom stawuzadràva se provodno stawe sve dok sestruja ne smawi do Ih ( h - holding) i

naziva se struja dràwa.Inverzni probojni napon se

ozna~ava sa Ura( ra- reverse avalanche).Prikqu~ivawe naizmeni~nog

napona na dinistor predstavqeno jena slici 45.

Sl. 42. Izlaznekarakteristike energetskog

tranzistora: - zona zasi}ewa.

a) b)

Sl. 43. êtvoroslojna dioda:

a) sastav, b) oznaka.

Sl. 44. Karakteristika dinistora.


13/69

13

Dijak

Dijak nastaje antiparalelnimvezivawem dva dinistora {to se mo`epredstaviti slikom 46.

Prikqu~ivawe naizmeni~nognapona na dinistor predstavqeno jena slici 47.

Tiristor

Tiristor je ~etvoroslojnadioda sa upravqa~kom (pobudnom)elektrodom koja se zove gejt i imaoznaku G. Naponskim, odnosno,strujnim delovawem na gejt uti~e sena vrednost prelomnog napona Ubo,{to je prikazano na slici 48.Karakteristika tiristora je

prikazana na slici 49.Ukoliko je Ig = 0 karakteristika tiristora se poklapa sa karakteristikom

dinistora. Pove}avawemIgsmawuje se vrednost Uboi za dovoqno veliko Igtiristor sepona{a kao dioda. Za negativnoIgpove}ava se Ubo.

Sve karakteristi~ne vrednost tiristora se navode u prate}im katalozima.Probojni napon se kre}e od 10010.103 V, pad napona u provodnom stawu od 12 V, radnastruja od nekoliko ampera do 3.103A, strujni udari su do 10 puta ve}i od radnih struja,radna u~estanost do 50 kHz.

Trijak

Trijak je zamena za antiparalelnu vezu dva tiristora pa se ne mora voditira~una o polaritetu prikqu~enog napona, odnosno, trijak mo`e provoditi i upozitivnoj i u negativnoj poluperiodi prikqu~enog napona.

Sl. 45. Oblici napona u kolu sa dinistorom.

Sl. 46. Dijak: a) {ema, b) oznaka, v) karakteristika.


14/69

14

Osnove upravqawa tiristora i trijaka

Na~ini ukqu~ivawa tiristora

Ukqu~ivawe preko anode

Ukqu~ivawe na ovaj na~in odgovara ukqu~ivawu dinistora i ne primewuje se upraksi.

Ukqu~ivawe preko upravqa~ke elektrode

[ema i oblici napona u kolu su prikazani na slici 51.

a) b)

Sl. 48. Tiristor: a) sastav,b) oznaka.

Sl. 49. Karakteristika tiristora.

Sl. 47. Oblici napona u kolu sa dijakom.

Sl. 50. Trijak predstavqen {emom isimbolom.


15/69

15

U vremenu do delovawa impulsa tiristor je neaktiviran i na potro{a~uR nemanapona pa napon na tiristoru prati napon napajawa. Delovawem impulsa tiristor seaktivira i na wemu je, u odnosu na napona napajawa, zanemarqivo mali napon pa naponna potro{a~u prati napon napajawa. Po prestanku delovawa impulsa tiristor je i

daqe aktiviran. Tiristor se deaktivira kada struja opadne na vrednost strujedeaktivirawa, odnosno, kada je na tiristoru vrlo mali napon pa se moè smatrati dase tiristor deaktivira kada sinusoidni napon poprimi vrednost nula.

Osnovne elektri~ne {eme pobudnog kola tiristora i trijaka

Najprostiji na~in sinhronog dovo|ewa tiristora u aktivno stawe prikazano jena slici 52.

Deo anodnog napona tiristora se preko otpornika RG dovodi na gejt. Pove}awemIGdostiè se potrebni nivo i tiristor se aktivira. Ukoliko je otpornik RG mawi IGpre dostiè potrebni nivo i tiristor se ranije aktivira. Otpornik RGne sme bitive}i od grani~nog slu~aja jer se tiristor ne bi nikada aktivirao.

Na ovaj na~in se ne ostvaruje potpuna upravqivost tiristorom, moè seupravqati samo ~etvrtinom periode napona napajawa.Da bi se eliminisao deo IG koji ne u~estvuje u pobu|ivawu tiristora u kolo

gejta se dodaje dinistor (Slika 53.). Istovremeno se postiè i brè aktivirawetiristora.

Da bi se ostvarila potpuna upravqivost tiristora ili trijaka koristi se{ema predstavqena na slici 54. Napon na kondenzatoru C je fazno pomeren za =arctg(CR)tako da se moè promenom R (teoretski i C) mewati trenutak aktivirawatiristora ili trijaka. Na dijagramu je predstavqen napon na kondenzatoru i strujagejta u kolu sa trijakom.

Sl. 51. Oblici napona u kolu sa tiristorom.


16/69

16

Sl. 53. Uticaj dinistora na oblik struje gejta.

Sl. 52. Oblici napona u kolu sa tiristorom.


17/69

17

Sl. 54. Fazna regulacija.

Na~ini iskqu~ivawa tiristora

Tiristor se deaktivira kada se IA-K smawi ispod vrednosti dr`awa Ih i u kolunaizmeni~ne struje se ovo de{ava automatski. U kolima jednosmerne strujeiskqu~ivawe se vr{i rednim prekida~em prekidawem strujnog toka ili paralelnimprekida~em dovo|ewem UA-Kna nulu.

Tiristor se mo`e iskqu~iti i pomo}u oscilatornog kola, pomo}u prethodnonapuwenog kondenzatora i pomo}u spoqweg izvora.

Sl. 55. Iskqu~ivawe tiristora: a) rednim i b) paralelno vezanim prekida~em.


18/69

18

Prelazni procesi u elektri~nim kolima

Prelazni procesi i inercijalni elementi

Do sada su prou~avana kola u ustaqenim reìmima rada. Pod ustaqenim(stacionarnim) stawima podrazumevaju se reìmi rada pri kojima struje u pojedinimgranama i naponi na pojedinim delovima kola ostaju nepromenqivi ili se mewaju pojednom istom zakonu u toku proizvoqno dugog intervala vremena.

Prelazni procesi su elektromagnetski procesi koji nastaju u elektri~nom kolupri prelazu iz jednog ustaqenog stawa u drugo.

Za{titni ure|aji ostvaruju automatsku za{titu elektri~nog kola od prenaponai prekomernih struja koji se javqaju u toku prelaznih procesa.

Kalem i kondenzator predstavqaju inercione elemente jer se promena energijenagomilane u magnetnom poqu kalema i elektri~nom poqu kondenzatora ne moèizvr{iti trenutno.

Struja u toku prelaznog procesa moè se predstaviti kao:i = ius+ ipp.

Komponenta ius predstavqa struju koja se formira kada se prelazni proces

zavr{i. Komponenta ipp karakteri{e prelazni proces i ona teì nuli a wen oblikzavisi od po~etnih uslova.

Sli~no vaì i za naponeu = uus+ upp.

Zakoni komutacije

Promena stawa u elektri~nom kolu se u op{tem slu~aju naziva komutacija. Prvizakon komutacije se odnosi na struju a drugi na napon. Struja u induktivnom elementu(iL) i napon na kapacitivnom elementu (uC) neposredno pre (t+) i neposredno posle (t)komutacije su isti

iL(t) = iL(t+), uC(t) = uC(t+)odnosno, struja u induktivnom elementu i napon na kapacitivnom elementuelektri~nog kola se ne mogu naglo promeniti (za kona~nu veli~inu u toku beskona~nomalog vremena).

Va`no je napomenuti da se po delovawu stalnog napona na rednom RL koluuspostavqa struja

=

t

eR

Ui 1 ,

gde je =L/R vremenska konstanta kola.


19/69

19

ENERGETSKI PRETVARAÎ

Osnovni oblici preobraàja elektri~ne energije

Osnovni oblici preobraàja elektri~ne energije su: usmeravawe (pretvarawe naizmeni~ne struje u jednosmernu); invertovawe (pretvarawe jednosmerne u naizmeni~nu struju);

pretvarawe u~estanosti (pretvarawe naizmeni~ne struje jedne u~estanosti unaizmeni~nu struju druge u~estanosti).

Usmera~i

Podela prema snazi: male snage (do 1 kW), sredwe snage (do 100 kW) i velike snage(iznad 100 kW).

Podela prema naponu: niskog (do 250 V), sredweg (do 1 kW) i visokog napona(iznad 1 kW).

Podela prema broju faza primarnog napotaja: jednofazni i trofazni.

Osnovne {eme usmeravawa

Za idealizovane {eme usmeravawa vaè slede}e pretpostavke: usmera~ki elementi su idealni; u stawu provo|ewa imaju otpornost jednaku

nuli (Rf = 0) a u neprovodnom stawu provodnost jednaku nuli (1/Rf = 0), usmera~ki elementi u stawe provo|ewa i neprovo|ewa dolaze trenutno, bez

prelaznih procesa, otpornosti provodnika u kolu jednake su nuli, otpornosti namotaja transformatora i gubici su jednaki nuli.

a Jednofazna polutalasna {ema usmeravawa (Sl. 57.).

a) b) Sl. 57. Jednofazni punotalasni usmera~: a) {ema, b) dijagrami napona.

Na sekundaru transformatora je napon:

( ) ( )tUtUu sin2sin ""mab == .Struja kroz potro{a~ postoji samo za pozitivnu poluperiodu sekundarnog

napona i ima vrednost:

( ) ( )tItR

U

R

u

RR

ui sinsin

2m

d

"

d

ab

df

abd ===

+= .

U negativnoj poluperiodi je:


20/69

20

0df

abd =

+=

RR

ui .

Jednosmerna komponenta napona na potro{a~u (Ud) je sredwa vrednost napona zacelu periodu i iznosi:

"d

2UU

= .

Sli~no se moè izra~unati i sredwa vrednost usmerene struje:

= md

II .

Ukoliko se kao usmera~ki element koristi tiristor dovo|ewem upravqa~kogsignala na gejt u trenutku kada uab postane pozitivan dobija se ve} izloèni reìm.Tada je upravqa~ki ugao = 0. Sredwa vrednost usmerenog napona (i struje) moè semewati promenom i iznosi:

( )+

= cos12

2 "d UU , ( )+

= cos1

2

md

II .

b Jednofazna punotalasna {ema sa sredwom (neutralnom) ta~kom (Sl. 58.).

Sl. 58. Jednofazni punotalasni usmera~.

1 Rad pri aktivnom optere}ewu i uglu upravqawa = 0 moè se objasnitipomo}u dijagrama na slici 59.

Jednosmerna komponenta (Id) strujepotro{a~a (id) je dva puta ve}a nego uslu~aju jednofaznog polutalasnog usmera~ai iznosi:

= md 2

II .

Jednosmerna komponenta naponapotro{a~a je tako|e dva puta ve}a nego kodjednofaznog polutalasnog usmera~a iiznosi:

"d

22 UU

=

2 Rad pri aktivnom optere}ewu iuglu upravqawa > 0 moè se objasnitipomo}u dijagrama na sl. 60.

Sredwa vrednost usmerenog napona iznosi:

( )+

= cos12 "

d UU

Sl. 59. Dijagrami pri aktivnom optere|ewu

i uglu = 0.


21/69

21

3 Rad pri aktivnom optere}ewu iuglu upravqawa = 0 moè se objasnitipomo}u dijagrama na sl. 61. Usmereni naponi wegova sredwa vrednost su isti kao i priaktivnom optere}ewu, ali je strujaprakti~no konstantna i jednaka sredwojvrednosti pri aktivnom optere}ewu.

Induktivnost je inercioni elementkola i id raste (opada) sporije ukoliko jeve}a vremenska konstanta d=Ld/Rd kolaoptere}ewa. Po Lencovom praviluelektromotorna sila samoindukcijeprotivi se uzroku koji ju je izazvao,odnosno, induktivni kalem moè da seposmatra kao rezervoar energije. Ukolikoje vrednost d ve}a utoliko je strujaravnija, odnosno, ako bi d bilobeskona~no usmerena struja bi bila idealno

ravna. Prakti~no se ovakva struja dobijave} pri d > 5; induktivnosti u energeticisu velike i moè se smatrati da je usmerenastruja uvek idealno izravnata.

4 Rad pri aktivno-induktivnomoptere}ewu i uglu upravqawa > 0. Usledmagnetne energije koja se nagomilava ukalemu u kolu postoji struja i posleprolaska napona sekundarnog polunamotajakroz nulu (sl. 62.). Ako je induktivnostdovoqno velika (prakti~no uvekzadovoqeno), struja }e te}i do pojave

upravqa~kog signala na odgovaraju}emtiristoru.

Sredwa vrednost usmerenog naponadata je izrazom:

= cos2

"

dmU

U .

Kod trofaznog sistema fazni naponi supomereni za 2/3. Prilikom crtawasinusoida trofaznog sistema koristi sevrednost sin /6 = 1/2 i pre crtawa potrebno

je apscisu podeliti na segmente po /6 a naordinatu se nanosi mksimalna vrednost ipolovina maksimalne vrednosti. Prvifazni napon polazi iz nule, za /6 jepolovina maksimalne vrednosti, za /2dostiè se maksimalna vrednost, za 5/6 je polovina maksimalne vrednosti, za vrednost je 0, za 7/6 je polovina negativne maksimalne vrednosti, za 3/2 dostiè seminimalna maksimalna vrednost, za 11/6 je polovina negativne maksimalnevrednosti, za 2 je 0 i postupak crtawa se ponavqa. Druga sinusoida polazi iz 2 /3,

Sl. 60. Dijagrami pri aktivnom optere|ewu

i uglu > 0.

Sl. 61. Dijagrami pri aktivno-induktivnom

optere|ewu i uglu = 0.

Sl. 62. Dijagrami pri aktivno-induktivnom

optere|ewu i uglu > 0.


22/69

22

tre}a iz 4/3 a tehnika crtawa je ista. Za lak{e pra}ewe pojava poèqno je sinusoidecrtati razli~itim bojama, ili, na primer, jednu punom linijom, jednu isprekidano, ijednu ta~kasto.

Sl. 63. Sinusoide trofaznog sistema.

v Trofazna {ema usmeravawa sa sredwom ta~kom (Slika 64.).

Primar je spregnut u trougao, a sekundaru zvezdu. Po{to se usmerava samo jedan od polutalasa naizmeni~nog napona svake fazeova {ema ima naziv i trofazna polutalasna {ema usmeravawa.

1 - Rad pri uglu upravqawa = 0 prikazan je na slici 65.Svaki tiristor provodi u toku tre}ine periode kada je odgovaraju}i napon faze

sekundara ve}i od ostala dva.Sredwa vrednost usmerenog napona data je izrazom:

"d

2

63UU

=

a sredwa vrednost usmerene struje:"md

2

33II

= .

2 - Rad pri uglu upravqawa > 0 prikazan je na slici 66.Upravqa~ki ugao ra~una se u odnosu na trenutke kada fazni naponi

sekundarnih navoja transformatora prolaze kroz nulu, a da su pri tome dva faznanapona pozitivna.

U zavisnosti od ugla a moèmo razlikovati tri reìma rada: sa neprekidnomusmerenom strujom (0


23/69

23

Sredwa vrednost usmerenog napona ureìmu neprekidne usmerene strujeodre|uje se pomo}u izraza:

= cos2

63 "

d

UU ,

a u reìmu sa isprekidanom usmerenomstrujom:

+

+

=

6cos1

2

23 "

d

UU .

Smenom = /6 u bilo kojoj jedna~inidobija se:

"d

4

29UU

=

Pri aktivno-induktivnom optere}ewui za d > 5 energija nagomilana uinduktivnom elementu je dovoqna daobezbedi proticawe struje i ne dolazi do

prekida. Sredwa vrednost se izra~unava prema izrazu za neprekidni reìm rada.g - Trofazna mosna {ema usmeravawa (Slika 67.).

U radu su uvek provodna dva tiristorai na potro{a~u je sekundarni me|ufazninapon. Za daqa izra~unavawa potrebno jematemati~ki predstaviti sekundarnime|ufazni napon. Ako se posmatrajusekundarni linijski naponi ua i ub, fazninapon uabmoè se odrediti kao:

+=

6

sin3"mab tUu .

1 Rad pri uglu upravqawa = 0

prikazan je na sl. 69. Po~etni ugao je /6, a

krajwi /6 + /3 = /2.

Sredwa vrednost usmerenog naponadata je izrazom:

"d

63UU

=

a sredwa vrednost usmerene struje:

"

md

33II

= .

2 Rad pri uglu upravqawa > 0 prikazan je naslici 70.

Upravqa~ki ugao ra~una se isto kao i kodpolutalasnog usmeravawa.

Kao i kod trofaznog usmera~a sa sredwim izvodompri radu sa aktivnim optere}ewem razlikuju se: reìm saneprekidnom usmerenom strujom (0 < < /3), sa

0 < < /6 = /6 /6 < < 5 /6

Sl. 66. Dijagrami pri > 0.

Sl. 67. Trofazni mosni usmera~.

Sl. 68. Fazni napon uab.


24/69

24

isprekidanom usmerenom strujom (/3 < < 2 /3) i grani~ni neprekidni reìm rada(= /3).

Sredwa vrednost usmerenog napona za 0 < < /3 dobija se pomo}u izraza:

= cos

63 "

d

U

U ,a u reìmu sa isprekidanom usmerenom strujom, za /3 < < 2 /3 pomo}u izraza:

+

+

=

3cos1

63 "

d

UU .

Pri aktivno-induktivnom optere}ewu i za d > 5 energija nagomilana uinduktivnom elementu je dovoqna da obezbedi proticawe struje i ne dolazi doprekida. Sredwa vrednost se izra~unava prema izrazu za neprekidni reìm rada.

Invertori

Invertori su elektronski pretvara~i jednosmerne u naizmeni~nu elektri~nuenergiju. Nazivaju se i DC/AC konvertori (engleski DC direct current jednosmernastruja i AC alternation current naizmeni~na struja). Pomo}u invertora se povezujusistemi koji rade sa jednosmernom sa sistemima koji rade sa naizmeni~nom strujom.Na primer, solarne elektrane sa foto}elijama proizvode jednosmerni napon, dokpostoje}a mreà radi sa naizmeni~nim naponom. U terenskim uslovima, kad je naraspolagawu elektri~ni akumulator za napajawe ure|aja naizmeni~nom strujom,potrebno je imati invertor. Invertori se najvi{e primewuju u sklopu jednosmernihpretvara~a.

Interesantna je primena invertora u reìmu energetskog povra}aja ili tzv.rekuperativnog ko~ewa jednosmernog motora. U pogonskom radnom reìmu pretvara~radi kao ispravqa~ obezbe|uju}i iz mreè naizmeni~nog napona napajawe motora

jednosmernom strujom. U reìmu ko~ewa motor postaje generator a pretvara~ postajeinvertor koji energiju generatora jednosmerne struje predaje mreì naizmeni~nestruje.

Pretvarawe jednosmernog u naizmeni~ni prostoperiodi~ni sinusoidni napon bimoglo da se ostvari pomo}u prostoperiodi~nih oscilatora koji imaju oscilatornokolo i poja~ava~ki element tranzistor. Takva re{ewa se primewuju u slu~ajumawih snaga u elektronici.

Invertori se u energetici retko izvode kao prosti sinusni oscilatori iz dvarazloga. U energetici se, zbog velikih snaga, koristi tiristor mnogo vi{e negotranzistor. Tiristor je po funkciji prekida~ki a ne poja~ava~ki elemenat, zbog ~ega

Sl. 69. Dijagrami pri = 0. 0 < < /3 = /3 = /2

Sl. 70. Dijagrami napona.


25/69

25

nije pogodan za prostoperiodi~ne sinusne oscilatore. Drugi razlog zbog ~ega seodmah ne koristi sinusoidni oblik napona ti~e se koeficijenta iskori{}ewa.Pravougaoni talasni oblici koji se lako dobijaju tiristorima daju ve}u efikasnostpretvarawa nego sinusoidni, odnosno prostoperiodi~ni.

Osnovni princip funkcionisawa invertora najlak{e se moè shvatiti pomo}u{eme na slici 71.

Sl. 71. Ilustracije osnovnog principa rada invertora.

Periodi~an napon moè se dobiti prekidawem, odnosno tastovawem

jednosmernog napona. Da bi se dobio napon, potrebno je mewati polaritetjednosmernog napona u toku prekidawa ili, kako se jo{ kaè, vr{iti komutaciju.Naizmeni~ni pravougaoni talasni oblici predstavqaju sloènoperiodi~nufunkciju sa izraènim harmoni~nim komponentama. Postoje}i energetski sistem jeprojektovan za kori{}ewe naizmeni~nog napona u prostoperiodi~nom, sinusoidnomobliku koji ima samo jednu spektralnu komponentu na u~estanosti 50 Hz, gde jekoncentrisana ~itava energija. Komutirani napon je potrebno uobli~iti prepu{tawa u mreù.

Kao {to je nazna~eno na slici 71, upravqa~ki sistem vr{i sinhronizovanootvarawe i zatvarawe prekida~a T1 i T 2. Umesto mehani~kih, kako je simboli~kinazna~eno, koriste se elektronski prekida~i sa tiristorima. Transformator nadatoj {emi povezuje pozitivnu i negativnu poluperiodu i svojim akumulacionimsvojstvima uobli~ava talasni oblik. Osim toga, vr{i i galvansko odvajawejednosmernog generatora od mreè, {to se ~esto name}e kao tehni~ki zahtev.

Na osnovu {eme na slici 71 moè se izvesti op{ta funkcionalna blok-{emainvertora (sl. 72).

Sl. 72. Op{ta blok-{ema invertora.

Ukqu~ivawe prekida~a vr{i se pomo}u upravqa~kih ili okidnih impulsa pa jeosnovni deo upravqa~kog ure|aja okidni generator. Kako je primena tiristora mnogo~e{}a nego tranzistora, iskqu~ivawe se ne vr{i iz upravqa~kog stepena ve}posebnim elementima {eme koja se ozna~ava kao komutator.

U odnosu na na~in upravqawa, postoje dve vrste invertora, i to zavisni inezavisni ili autonomni.


26/69

26

Kod zavisnih invertora upravqa~ki sistem koji vr{i ukqu~ivawe prekida~kihtiristora sinhronizovan je sa nekim spoqnim izvorom. Invertori koji isporu~ujunapon mreì sinhroni{u se na postoje}i napon mreè pa se nazivaju invertorivo|eni mreòm.

Nezavisni ili autonomni invertori nisu strogo sinhronizovani sa nekimspoqnim izvorom. Impulsi za ukqu~ivawe tiristora se dobijaju iz takt-generatoraili pomo}u kola povratne sprege u okviru samog invertora.

Autonomni invertori se mogu podeliti na tri grupe: strujni, naponski irezonantni.

Prema karakteru izlaznog napona i broja izlaza, invertori mogu bitijednofazni, trofazni i vi{efazni. Kod invertora vo|enih mreòm u pitawu su prvedve grupe.

Invertori vo|eni mreòm

U slu~ajevima kada u postoje}u aktivnu mreù treba transformisati energiju izizvora jednosmerne struje, koristi se invertor sa tiristorima koji se ukqu~ujepomo}u impulsa dobijenih uobli~avawem napona iz postoje}e mreè. Na taj na~in,mogu}e je ostvariti komutaciju u ritmu mre`ne u~estanosti i izvr{iti

sinhronizaciju transformisanog napona iz invertora i postoje}eg napona u mreì.Samo se uz strogu sinhronizaciju invertor pona{a kao generator mre`nog napona. Naslici 73. data je principska {ema invertora vo|enog mreòm.

U okviru mre`nog upravqa~a data je jednostavna principska {ema zagenerisawe okidnih impulsa. Prakti~na re{ewa su sloènija.

Sl. 73. Jednofazni dvoperiodi~ni invertor vo|en mreòm.

Dioda D1 propu{ta naizmeni~ni napon samo u toku pozitivne poluperiodemre`nog napona a pomo}u razdelnika R1 i R2 smawuje se amplituda do odgovaraju}evrednosti koju ograni~ava zener-dioda Dz. Dz ima probojni napon niì od polovineamplitude ispravqenog impulsa pa "odsecawem" vrednosti ve}ih od Uz formirapribli`no pravougaoni impuls. Kolo za diferencirawe C1R3 reaguje na ivice


27/69

27

pravouglih impulsa stvaraju}i na izlazu o{tre pozitivne i negativne impulse.Pozitivni impulsi nastaju povi{ewem napona na predwoj ivici impulsa kada sekondenzator puni, a negativni smawivawem napona na zadwoj ivici impulsa, {toima za posledicu pra`wewe C1 preko R2 i R3. Dioda D2sluì da na Th1propusti samopozitivne impulse koji su na rastojawu T= 1/(50 Hz) = 20 ms. Istu funkciju imaju ielementi u dowoj grani ozna~eni dodatno sa', samo {to obra|uju napon u tokunegativne poluperiode ulaznog napona.

Generisawe naizmeni~nog napona moè se objasniti analizirawemkomutatorskog dela od po~etka ukqu~ivawa jednosmernog izvora E.

Dolaskom prvog impulsa na upravqa~ku elektrodu Th1 smawuje se wegov naponukqu~ivawa Ub0do vrednosti E, zbog ~ega ovaj tiristor ide u provodno stawe kad munapon Uakpadne na oko 1 V. Tiristor postaje na ovaj na~in zatvoren prekida~, odnosnopravi kratak spoj u gorwoj grani kola, zbog ~ega struja I1 ima tendenciju naglogporasta. Naglu promenu struje usporava indukovana elektromotorna sila u kalemuLiprimarnom delu transformatora Tr. Kada do|e drugi impuls, u dowoj grani ukqu~ujese drugi tiristor, Th2.

Transformator se projektuje tako da se delovawem struja tiristora dobijapribli`no sinusoidan oblik napona na izlazu.

Invertor je reverzibilni ure|aj jer moè da radi, zavisno od konstrukcije ina~ina upravqawa, i kao pretvara~ jednosmerne energije u naizmeni~nu i, obrnuto,naizmeni~ne u jednosmernu.

Nezavisni invertori

U slu~ajevima kad se napon dobijen pomo}u invertora ne me{a sa mre`nim,odnosno ne {aqe u postoje}u mreù, invertor moè raditi nezavisno ili autonomnosa u~estano{}u koja je odre|ena uslovima primene. Nezavisni ili autonomniinvertori rade u okviru nekog ure|aja na autonomno optere}ewe.

Frekvencija nezavisnog invertora je odre|ena frekvencijom upravqa~kognapona tiristora. Upravqa~ki impulsi se dobijaju iz posebnog takt-generatora ili

pomo}u povratne sprege uobli~avawem izlaznih impulsa. Za komutaciju se uautonomnim invertorima koriste dopunski komutacioni elementi, naj~e{}ekondenzatori i prigu{nice.

Nezavisne invertore je mogu}e zavisno od principa rada podeliti na tri grupe:strujne, naponske i rezonantne.

Kod strujnih invertora, redno sa izvorom E vezana je relativno velikaprigu{nica L, tako da se energetski izvor pona{a kao strujni generator. Zbog ovog sena optere}ewu pojavquju strujni impulsi.

Kod naponskih invertora, paralelno energetskom ulazu vezan je kondenzatorvelike kapacitivnosti C, ~ime se postiè da se izvor pona{a kao naponskigenerator. Zahvaquju}i tome, na optere}ewu se pojavquju naponski impulsi.

Kod rezonantnih invertora, optere}ewe, koje ima dovoqno veliku induktivnost,

obrazuje s drugim reaktivnim elementom oscilatorno kolo. Tiristori se iskqu~ujuopadawem strujnih oscilacija do nule u svakoj poluperiodi. Kondenzatori koji ulazeu sastav oscilatornog kola obi~no se ukqu~uju redno sa optere}ewem a kalemovi uizlazno kolo, tiristorsku konturu ili redno sa optere}ewem. Rezonantna u~estanostkola treba da bude jednaka ili ve}a od radne u~estanosti invertora. Rezonantniinvertori uglavnom se primewuju pri radu na vi{im u~estanostima reda od 1 do 50kHz.

U zavisnosti od na~ina prikqu~ivawa komutacionog kondenzatora, razlikuju seredni i paralelni invertori.


28/69

28

a Strujni invertori

Na slici 74 prikazan je jednofazni nezavisni strujni invertor sa sredi{nimizvodom na transformatoru. Pretpostavqa se da postoje aktivno optere}ewe i vrlovelika induktivnostL.

Sl. 74. Strujni invertor: (a) sa paralelnim kondenzatorom i sredwim izvodom; (b) saodgovaraju}im dijagramima.

b Ivertori napona

Kod invertora, napon jednosmernog generatora Epreko elektronskih prekida~aneposredno se prenosi na optere}ewe. Ukqu~ivawem i iskqu~ivawem ovih prekida~amewa se polaritet prikqu~enog napona i na taj na~in se na optere}ewu formiranaizmeni~ni napon.

U slu~aju mawih snaga, elektronski prekida~i se, zbog jednostavnog na~inaukqu~ivawa i iskqu~ivawa, prave sa tranzistorima. U slu~aju ve}ih snaga, moraju se

koristiti tiristori i trijaci ali su tada {eme mnogo slo`enije zbog na~inaiskqu~ivawa tiristora. Na slici 75 ilustrovan je naponski invertor sa vezom umostu sa tranzistorima i pojednostavqena veza sa trijacima.

Sl. 75. Naponski invertor vezan u most: (a) sa tranzistorima; (b) sa trijacima, ilustrovanvremenskim dijagramom


29/69

29

v Rezonantni ivertor

[eme rezonantnih invertora su sli~ne strujnim invertorima a razlika je samo utome {to se stavqa kalem znatno ve}e induktivnosti u kolu prijemnika, odnosnooptere}ewa. Na slici 76 je prikazana jednostavna {ema rezonantnog invertora.

Sl. 76. Jednofazni redni rezonantni invertor.

Trofazni invertor

Na slici 77 data je {ema trofaznoginvertora vo|enog mreòm. Na pozitivan poljednosmernog izvora spojene su anode tiristora T1,

T3 i T5, dok su za negativan pol vezane katodetiristora T2, T4i T6.

Pretvara~i u~estanosti

Pretvara~ u~estanosti predstavqapoluprovodni~ki ure|aj koji vr{i pretvarawe(preobraàj, transformaciju) elektri~neenergije naizmeni~ne struje jedne u elektri~nuenergiju naizmeni~ne struje druge u~estanosti.

Postoje dve osnovne vrste pretvara~a u~estanosti: neposredni ili direktni iposredni ili indirektni.

Neposredni pretvara~i u~estanosti

Osnovni energetski deo ovih pretvara~a predstavqa antiparalelno ukqu~enegrupe tiristora, od kojih svaki moè da radi u usmera~kom ili invertorskomreìmu. Naj~e{}e se ovi pretvara~i izvode sa prirodnom komutacijom tiristora izbog toga im je u~estanost izlaznog napona uvek mawa od u~estanosti naponanapajawa. Zbog toga se ovi pretvara~i mogu koristiti za regulaciju brzine obrtawaasinhronih motora u opsegu u~estanosti ~ija je gorwa granica mawa od 50 Hz.

Broj faza na ulazu i izlazu pretvara~a u zna~ajnoj meri odre|uje strukturu {emepretvara~a. Razmatra se na~in rada neposrednog pretvara~a sa prirodnom

komutacijom na primeru trofazno-jednofazne {eme (sl. 78a). Vidi se da je mogu}eizdvojiti dve grupe tiristora: katodnu (V1, V2, V3) i anodnu (V4, V5, V6).Pretpostavimo da je optere}ewe ZP samo aktivno. Upravqa~ki signali (impulsi) uprocesu rada nailaze na tiristorske anodne i katodne grupe redom u jednakimintervalima vremena. Kada upravqa~ki signali, sinhroni po u~estanosti sa ulaznimnaponom, otvore tiristore V1, V2 i V3, oni }e, rade}i u usmera~kom reìmu,obrazovati na optere}ewu ZP pozitivan polutalas izlaznog napona uiz(sl. 78b). Zatim,upravqa~ki signali otvaraju redom anodne tiristore (V4, V5, V6), dok su katodni (V1,V2, V3) zako~eni, {to za rezultat ima stvarawe negativnog polutalasa izlaznognapona na optere}ewu ZP. Ako se ovaj postupak otvarawa tiristora cikli~no

Sl. 77. Trofazni invertor vo|enmreòm.


30/69

30

ponavqa, dobi}e se na izlazu naizmeni~an napon sa znatno ni`om u~estano{}u (fiz)osnovne harmonijske komponente od u~estanosti napona napajawa (f '). Da izlazninapon ne bi imao jednosmernu komponentu, vreme u toku kojeg provodi katodna grupatiristora mora biti jednako vremenu u toku kojeg provodi anodna grupa.

Sl. 78. Neposredni pretvara~ u~estanosti: (a) {ema; (b) dijagram izlaznog napona pri aktivnomoptere}ewu.

Uprkos svim pobrojanim nedostacima, neposredni pretvara~i su zbog svojejednostavne konstrukcije i visokog stepena iskori{}ewa naj~e{}e kori{}enipretvara~i u~estanosti.

Posredni pretvara~i u~estanosti

Strukturna {ema posrednog pretvara~a u~estanosti data je na slici 79. Na ulazuje napon Uu1 u~estanosti fu1. Ovaj napon se dovodi na upravqa~ku usmera~u (UU).Usmereni napon sa izlaza upravqive usmera~e vodi se na filtar F koji na svomizlazu daje jednosmernu komponentu usmerenog napona. Ovaj jednosmerni napon vodise na posledwi blok autonomni invertor (AI). Na wegovom izlazu javi}e se naponUizu~estanosti fiz.

Sl. 79. Blok-{ema posrednog pretvara~a u~estanosti.

Osnovni nedostaci posrednih pretvara~a u~estanosti je dvostruko pretvaraweoblika elektri~ne energije, {to ima za posledicu smawewe stepena iskori{}ewa.

Naizmeni~ni pretvara~i

Naizmeni~ni pretvara~i su ure|aji za pretvarawe naizmeni~nog napona jednog unaizmeni~ni napon drugog nivoa. Naizmeni~ni pretvara~ se naziva i AC/ACkonvertor (AC engl. alternating current naizmeni~na struja). Naizmeni~nipretvara~i rade na principu prekidawa i pode{avawa vrednosti naizmeni~ne struje.Krajwi ciq prekidawa i pode{avawa naizmeni~nog napona i struje je regulacijaenergije koju predajnik daje optere}ewu, odnosno regulacija snage sa kojom radioptere}ewe.

Naizmeni~ni pretvara~i, odnosno regulatori snage naizmeni~nog napona moguse, po principu rada, podeliti u tri grupe. To su naizmeni~ni pretvara~i na osnovu:

skokovite promene amplitude, promene faze, {irinsko-impulsne metode.


31/69

31

Naizmeni~ni pretvara~i sa skokovitom promenom amplitude

U slu~aju kada je potrebno da se pri regulisawu naizmeni~nog napona o~uvawegov prostoperiodi~ni (sinusoidni) oblik, naj~e{}e se koristi transformator.Primena transformatora ima prednosti u odnosu na pretvara~e ne samo zbog o~uvawasinusoidnog oblika signala ve} i zbog galvanskog odvajawa, pouzdanosti i visokogstepena iskori{}ewa. U odnosu na druga ~isto elektronska re{ewa nedostaci

transformatora su u velikim dimenzijama i masi, kao i u vi{oj ceni.Naizmeni~ni pretvara~ sa skokovitom promenom amplitude prikazan je na

slici 80.

Sl. 80. Naizmeni~ni pretvara~: (a) sa mehani~kim; (b) sa elektronskim preklopnikom na baziskokovite promene amplitude.

U re{ewu sa mehani~kim preklopnikom ostvaruje se veran prenos sinusoidnogoblika napona do prijemnog optere}ewa. Umesto mehani~kog preklopnika, kojipodrazumeva ru~nu regulaciju, moè se upotrebiti odre|eni broj releja i sa dodatnomupravqa~kom elektronikom ostvariti mogu}nost automatskog pode{avawa napona.

Elektronski preklopnici sa trijacima imaju prednost u odnosu na mehani~kekako u pogledu varni~ewa tako i u pogledu trajnosti i gabarita. Ukqu~ivawe trijaka

moè da bude ru~no ili automatski. Trijaci zahtevaju odre|eni napon ukqu~ivawaUb0 pa je zbog toga napon na optere}ewu na po~etku svake poluperiode malo "zase~en",{to zna~i da oni ne prenose ~istu sinusoidu. Napon ukqu~ivawa Ub0 moè da sesmawi povi{avawem upravqa~kog napona. Tada se pove}ava i disipacija trijaka.Obi~no ovaj efekt ne stvara ve}e probleme jer je izobli~ewe sinusoidezanemarqivo.

Navedena klasa naizmeni~nih pretvara~a ima veliku primenu u doma}instvu zastabilizaciju mre`nog napona u perifernim podru~jima gde su varijacije ve}e od10%. Prodaju se pod nazivom regulatora ili korektora napona a nameweni suprvenstveno za ku}ne aparate koji imaju motor, kao {to su ma{ine za prawe,hladwaci, usisiva~i.

Naizmeni~ni pretvara~i sa faznom regulacijom

Fazna regulacija sv koristi za optere}ewa kod kojih nije uslovqeno kori{}ewesamo sinusoidnog oblika napona i galvansko odvajawe od mreè. Tu na prvom mestudolazi osvetqewe, najrazli~itiji greja~i i univerzalni motori. Naizmeni~nipretvara~i sa faznom regulacijom se odlikuju malim dimenzijama i teìnom ipruàju mogu}nost kontinualne i brze regulacije prakti~no od nule do maksimalnognapona mreè.


32/69

32

Naizmeni~ni fazni pretvara~i sa {irinsko-impulsnom regulacijom

Ovi pretvara~i rade na principu prikqu~ivawa i iskqu~ivawa optere}ewa namre`ni napon. Kao elektronski prekida~i koriste se tiristori i trijaci.[irinsko-impulsnu metodu regulacije mogu}e je izvesti pomo}u {ema za faznuregulaciju. Na slici 81 ilustrovan je princip {irinsko-impulsne metode regulacijeefektivne vrednosti naizmeni~nog napona.

Sl. 81. Princip {irinsko-impulsne metode regulacije naizmeni~nog pretvara~a.

Jednosmerni pretvara~i

Jednosmerni pretvara~i su ure|aji za povi{ewe ili snièwe jednosmernognaponskog nivoa, odnosno smawewe ili pove}awe ja~ine jednosmerne struje. Nazivajuse i DS/DSkonvertori ( DS direct current jednosmerna struja) a ponekad i prekida~ii pode{ava~i jednosmerne struje.

Dok se u slu~aju naizmeni~nog napona moè na jednostavan i efikasan na~inpomo}u transformatora pove}avati ili smawivati amplituda, dotle kodjednosmernih napona to ide znatno teè. Osnovni problem je o~uvawa energije uprocesu transformacije. Transformator radi sa velikim koeficijentomiskori{}ewa i jo{ moè ne samo sniziti ve} i povisiti naizmeni~an napon, {to jeuslov za prenos energije na daqinu sa malim gubicima. Zbog toga je i usvojennaizmeni~ni sistem prenosa. Transformator, me|utim, ne moè prenositijednosmeran napon.

Jednosmeran napon se moè pode{avati pomo}u razdelnika sa otpornicima ilipomo}u potenciometara. Aktivni razdelnik ima dva velika ograni~ewa u primeni:prvo, pomo}u razdelnika je mogu}e jednosmerni napon samo smawiti; drugo, samrazdelnik predstavqa optere}ewe. Naro~ito zbog ovog drugog pode{avawejednosmernih napona u energetici je neekonomi~no. U elektronici, gde se radi sasignalima malih snaga, razdelnici i potenciometri se ~esto koriste jer sujednostavni.

Kako jednosmerni napon ne moè da se pretvara iz jednog nivoa u drugi a da svevreme zadrì jednosmerni kontinualni oblik, vr{i se pretvarawe jednosmernogoblika u naizmeni~ni, zatim pode{avawe amplitude naizmeni~nog napona naodgovaraju}u vrednost. Na kraju se vr{i ispravqawe kako bi se ponovo dobiojednosmerni napon, i to èqenog nivoa.

Da bi se pove}ala efikasnost pretvara~a, ~e{}e se jednosmerni napon pretvarau pravougaone impulse nego u sinusoidne. Naj~e{}e se koriste invertori koji rade uprekida~kom reìmu.


33/69

33

Najop{tija blok-{ema jednosmernog pretvara~a prikazana je na slici 82.Zavisno od toga kako su izvedeni invertor i komutacija, odnosno kako su povezaniulaz i izlaz, jednosmerni pretvara~i se mogu podeliti na indirektne i direktne.

Sl. 82. Principska blok-{ema jednosmernog pretvara~a.

Indirektni jednosmerni pretvara~i

Indirektni jednosmerni pretvara~i sadr`e transformator u invertorskomkolu, {to obezbe|uje galvansko odvajawe ulaznog i izlaznog napona i omogu}ava da sepravi wihov veliki me|usobni odnos. Za mawe snage, do nekoliko stotina vati,obi~no se realizuju sna`nijim tranzistorima, dok se za ve}e snage, do nekoliko kW,upotrebqavaju trijaci.

Tipi~na {ema indirektnog jednosmernog pretvara~a sa tranzistorimaprikazana je na slici 83. Vremenski dijagram karakteristi~nih struja i napona

ilustruju na~in funkcionisawa pretvara~a.

Sl. 83. Indirektni tranzistorski pretvara~ jednosmernog napona.

Tranzistori rade naizmeni~no u prekida~kom re`imu, dok je jedan zako~en,drugi provodi, i to u zasi}ewu, {to zna~i da je pad napona izme|u kolektora i

emitora mali, obi~no samo od 0,5 do 2 V, zahvaquju}i ~emu se ostvaruje visok stepeniskori{}ewa.

Direktni jednosmerni pretvara~i

Kod direktnih jednosmernih pretvara~a optere}ewe se pomo}u elektronskogpreklopnika direktno prikqu~uje na izvor jednosmernog napona. Elektronskipreklopnik prekida vezu sa jednosmernim izvorom u odre|enom ritmu i na taj na~invr{i ulogu invertora.


34/69

34

Na slici 84 ilustrovan je princip rada jednosmernih pretvara~a u slu~ajuaktivnog optere}ewa i optere}ewa kod kojeg preovladava induktivna reaktansa.Elektronski preklopnik je, radi pojednostavqewa, prikazan kao mehani~ki P.

Sl. 84. Indirektni tranzistorski pretvara~ jednosmernog napona.

U slu~aju kada je optere}ewe ~isto aktivno, struja je jednosmerna i prekidna uvidu pravougaonih impulsa. U slu~aju kad je optere}ewe prete`no induktivno, ukalemu se akumulira magnetna energija u intervalu dok je prekida~ zatvoren. Da bi sespre~ilo varni~ewe i ova energija iskoristila, stavqa se dioda D0, pomo}u koje sezatvara strujno kolo potro{a~a i kad je prekida~ Potvoren. Na taj na~in se znatnopoboq{ava sredwa vrednost, odnosno jednosmerna komponenta struje krozoptere}ewe. Struja kroz optere}ewe je pulsiraju}a i kontinualna u testerastomobliku.

Primeri primene energetske elektronike

Upro{}ewe {eme za nereverzivno i reverzivno upravqawe motorimajednosmerne struje sa nezavisnom pobudom

Ove {eme prikazanesu na slikama 85 i 86.

U {emama usmerava-wa, prikazanim na slika-ma, elektri~na ma{inamoè da radi u motornomreìmu i reìmu ko~ewaprotivspajawem (na ra~un

aktivnog momenta, naprimer tereta) pri ne-promewenom smeru strujeu kolu indukta. Ako jepotreban revers motora,moè da se izmeni polar-nost na krajevimaindukta pri nepromewe-nom smeru pobudne struje.Sl. 85. [ema

reverzivawa motoraSl. 86. Trofazna mosna reverzna {ema

usmeravawa


35/69

35

Na slici 85 data je {ema za reverzirawe pomo}u reverzora u kolu indukta, a naslici 86 trofazna mosna reverzna {ema usmeravawa. [ema sa reverzorom (sl. 85)jednostavnija je jer u woj ne postoje induktivni kalemovi za izravnavawe i ima dvaputa mawe tiristora od {eme na slici 86.

Primeri primene jednosmernih pretvara~a

Tiristori, kao {to je re~eno, imaju svojstva prekida~a, tj. u stawu neprovo|ewaimaju veliku otpornost, a u stawu provo|ewa zanemarqivu. Osim toga, tiristoriimaju svojstvo "pam}ewa" zadatog elektri~nog reìma, tj. upravqa~ki signal(impuls) potreban je samo u trenutku prikqu~ewa, a za odràvawe stawa provo|ewaili neprovo|ewa ovaj signal nije potreban. Zahvaquju}i ovim svojstvima, tiristorise mogu koristiti u razli~itim impulsnim ure|ajima (prekida~i jednosmerne struje,trigeri, impulsni pretvara~i jednosmernog napona, multivibratori, broja~iimpulsa, itd.).

Primena tiristora u realizaciji impulsnog metoda regulisawa brzine motorajednosmerne struje danas je na{la {iroku primenu u elektromotornim pogonimajednosmerne struje. Ovde se pomo}u direktnih (neposrednih) jednosmernih pretvara~ana krajeve indukta motora jednosmerne struje dovodi povorka naponskih impulsa

odre|ene u~estanosti.U direktnim jednosmernim pretvara~ima koriste se impulsne metode

pretvarawa i regulisawa jednosmernog napona, pa se ovi pretvara~i nazivaju iimpulsni pretvara~i jednosmernog napona.

Primena ovih pretvara~a moè se objasniti pomo}u jednostavne {emeimpulsnog regulisawa brzine obrtawa motora jednosmerne struje sa nezavisnompobudom (sl. 87). Direktni jednosmerni pretvara~ sastoji se ovde od: ulaznog filtra(LfCf); tiristora (V), koji ima ulogu elektronskog prekida~a (EP); diode (D); iinduktivnog elementa (L). U vremenskom odse~ku Ti, kada je tiristor u stawuprovo|ewa (elektronski prekida~ zatvoren), napon napajawa U dovodi se na krajeveindukta motora, a struja indukta (i), raste (sl. 87b). Kada je tiristor u stawu

neprovo|ewa (elektronski prekida~ otvoren), strujaii nastavqa da te~e kroz induktmotora i inverznu diodu na ra~un magnetne energije nagomilane u induktivnostimaLi

i L-kola indukta; pri tom se struja iismawuje.

Sl. 87. Impulsno regulisawe obrtawa motora jednosmerne struje sa nezavisnom pobudom pomo}udirektnog jednosmernog pretvara~a: (a) {ema; (b) dijagrami promene napon i struje.

Primeri primene naizmeni~nih pretvara~a

Od brojnih primera primene naizmeni~nih pretvara~a na slici 88 je prikazanaelektri~na {ema za automatsku regulaciju ja~ine osvetqewa. Na osnovu ove {ememogu}e je napraviti ure|aj za automatsko ukqu~ivawe sijalica kada je spoqnaosvetqenost mala. Kada je spoqwe osvetqewe dovoqno jako, otpornostfotootpornikaRphje mala tako da ne omogu}uje dovoqan nivo napona na dijaku Dda se


36/69

36

izvr{i pobu|ivawe trijaka, odnosno doveo do provo|ewa. Dijak Dmoè da bude ST2firme General Electricili sli~an.

Kao trijak moè se upotrebiti Simensov TXC 02 A60, Filipsov BT100A-500K, akao dijak Simensov A9903, Filipsov BK100, ST2 firme General Electrici sli~no.

Kondenzator C1i prigu{nica Pruobli~avaju talasni oblik prekidanog napona ispre~avaju odlazak vi{ih harmonika u mreù koji se kod drugih elektronskih ure|ajamanifestuju kao radio-smetwe.

Pretvara~ radi na principu jednosmerne fazne regulacije sa prirodnimiskqu~ivawem tiristora Tprolaskom naizmeni~ne struje kroz nulu. Ukqu~ivawe seostvaruje pomo}u dijaka koji pomo}u otpornika i kondenzatora uobli~ava mre`ninapon i generi{e okidne impulse.

Sl. 88. Automatska regulacija ja~ine osvetqewa pomo}u naizmeni~nog faznog pretvara~a.

Pomo}u potenciometra P1 reguli{e se prag osetqivosti reagovawafotootpornika. Umesto fotootpornika moè se ugraditi potenciometarodgovaraju}e vrednosti kojim se moè regulisati ru~no ja~ina osvetqewa.Fotootpornik Rph u~estvuje u vremenskoj konstanti puwewa kondenzatora C3, time ina vrednost upravqa~kog ugla a indirektno na efektivnu vrednost struje krozsijalicu. Moè se koristiti Simensov fotootpornik ili sli~an.

Opseg regulacije je od 100 do 500 W.Drugi primer na slici 89 predstavqa {emu elektronskog prigu{iva~a svetla

(engl. lamp dimmer) koji je u{ao u masovnu upotrebu u doma}instvima za kontinualnopode{avawe osvetqewa.

[ema je ne{to jednostavnija od prethodne i vrednosti su druga~ije ali jeprincip funkcionisawa ostao isti. Regulacija je od 0 do maksimalne snagepotro{a~a od 500 W. Moè da radi na mreì od 220 V, kao i na 110 V. Za 110 Vje R1=250 k a probojni napon za C1i C2200 V, dok je za mreù od 220 Vpotrebno uzeti dvaputa ve}e vrednosti: 500 k i 400 V kao i ja~i trijak.

Sl. 89. Elektri~na {ema prigu{iva~a svetla sijalice.


37/69

37

AUTOMATIZACIJA I REGULACIJA

Pojam automatizacije

Sistem, u najop{tijem smislu predstavqa izdvojenu funkcionalnu celinusastavqenu od skupa objekata, wihovih utvr|enih svojstava (parametara) i skupame|usobnih odnosa koje povezuju te objekte i wihova svojstva. To su npr. Sun~evsistem, nervni sistem, informacioni sistem, dru{tveni sistem, elektroenergetskisistem, itd.

Proizvodni sistem je sistem ~ija je svrha proizvodwa odre|enih oblikasupstance, energije ili predmeta.

U me|usobnom odnosu sa okolinom, sistem ima ulazne veli~ine, kojima okolinadeluje na wega, i izlazne veli~ine, kojima sistem deluje na okolinu (sl. 90).

Sl. 90. Ulazne i izlazne veli~ine sistema.

Proces bi najkra}e mogao da se defini{e kao tok, put i na~in kojim se mewasupstanca, energija ili informacija.

Proces u kome se supstanca i/ili energija iz nekog prvobitnog oblika pretvarau poluproizvode ili proizvode naziva se proizvodni proces.

Proizvodni procesi su se prvobitno odvijali iskqu~ivo radom ~ove~jihmi{i}a ili, u boqem slu~aju, uz pomo} rada ìvotiwa, dakle nemehanizovano. Takavproizvodni proces je niskoproduktivan, a sami proizvodi su nejednakog kvaliteta.

U slede}em stepenu razvoja qudski rad je dopuwen radom ma{ina i ure|aja, ali je~ovek i daqe ru~no obavqao mnogo radnih operacija.

Svaki proizvodni proces, ~ine dva glavna dela: proizvodni sistem, koji

prera|uje supstancu i transformi{e energiju, i sistem za vo|ewe procesa, koji pratitok prerade i usmerava ga prema odre|enim zakonitostima i potrebama.Informacijske operacije su aktivnosti kojima se obezbe|uje vo|ewe procesa, a

mogu se podeliti u slede}e grupe (faze): analiza èqenog i stvarnog stawa sistema, koja obuhvata prikupqawe i

obradu informacija o sistemu, odlu~ivawe o akcijama kojima se stvarno stawe dovodi u èqeno, kontrola sprovedenih aktivnosti.U savremenoj proizvodwi ve}ina procesa je potpuno mehanizovana, {to zna~i da

je qudski rad zamewen radom ma{ina. Mehanizmi i ma{ine obavqaju sve radnepokrete i operacije, a ~ovek kontroli{e wihov rad i upravqa operacijama.

Ako ma{ina, neki ure|aj ili proizvodni proces u celini ne zahtevaju nikakvo

u~e{}e ~oveka za wih se kaè da su automatski. Ovakav automatski sistempodrazumeva i mehanizaciju pojedinih ili svih procesa, pa tako automatizacija ucelini obuhvata i mehanizaciju.

Mehanizacija je, dakle, proces zamene qudskog rada i pokreta radom ma{ina imehani~kim pokretima.

Automatizacija je uvo|ewe u proizvodni sistem takvih, automatskih, ma{ina iure|aja koji omogu}uju da se ceo proizvodni proces, ukqu~uju}i i wegovo vo|eweobavqa bez ~ovekovog u~e{}a.


38/69

38

Zna~aj automatizacije za pove}awe produktivnosti rada iìvotnog standarda qudi

Jedna od osnovnih karakteristika savremenih proizvodnih procesa jeste visokstepen automatizacije. Na radnim mestima u proizvodwi, trgovini, saobra}aju,administraciji itd. sve je vi{e ma{ina a sve mawe qudske radne snage. Takvo stawe jeposledica svesne ~ovekove te`we da {to vi{e koristi rad ma{ina, {to je sasvim

prirodno jer je ~ovek, pre svega, stvaralac, pa mu je svaki rad u kome se retko javqane{to novo tegoban i dosadan. Me|utim, ima i drugih zna~ajnih razloga, koji iziskujuautomatizaciju. Potrebe za sve ve}om brzinom izvo|ewa radnih operacija, wihovimkvalitetom, sigurno{}u, potreba obavqawa rada u te{kim uslovima opasnim pozdravqe i ìvot, itd. sve su to zna~ajni razlozi za nagli razvoj automatskih ma{inai wihovu sve masovniju primenu.

Najzna~ajniji doprinos automatizaciji jeste humanizacija rada u proizvodwi.ôvek se osloba|a te{kog fizi~kog pa i umnog rada, poboq{avaju se higijensko-tehni~ki uslovi rada i skra}uje se radno vreme.

Pojava automatizacije unosi bitnu promenu u pogledu kvaliteta qudskog rada. Uautomatizovanom proizvodnom procesu, ~oveku ostaju oni poslovi koji zahtevajuqudske umne sposobnosti i ve{tine kojima ma{ine jo{ nisu dorasle. Uautomatizovanoj proizvodwi ~ovek se pojavquje na kqu~nim mestima brojnihautomatskih ma{ina, gde se od wega zahtevaju visoka ume{nost i znawe. Od wega se,tako|e, zahtevaju stalno usavr{avawe i u~ewe.

To {to automatske ma{ine mogu raditi bez ~ovekove pomo}i otvara velikemogu}nosti za potpunu eliminaciju qudskog rada na mestima gde postoje neposredneopasnosti za ìvot ili gde postoji mogu}nost pojave profesionalnih oboqewa.

Pronalazak ra~unara na kojima su proces obrade razli~itih podataka iizvr{avawe niza logi~kih operacija automatizovani zna~ajno ubrzava dolaèwe dorezultata za koje je nekada trebalo neuporedivo vi{e vremena. Danas prakti~no nemaoblasti gde se elektronski ra~unari ne upotrebqavaju. U tehnici oni sluè priprojektovawu od gra|evina do integralnih kola. U ekonomiji sluè za obradu

velikog broja statisti~kih i drugih podataka, u medicini za odre|ivawe dijagnoza, uarheologiji za de{ifrovawe nepoznatih pisama. Najnoviji uspesi u astronautici nemogu se ni zamisliti bez visokokvalitetnih automatskih ure|aja i ra~unara.Ra~unari se primewuju i za automatsko prevo|ewe stranih jezika {to doprinosibrzoj komunikaciji izme|u qudi.

Mogu}e je navesti jo{ mnogo primera automatizacije u svim segmentima~ovekovog ìvota i rada.

Pojam upravqawa i pojam regulacije

Produktivnost proizvodnog procesa zavisi od mnogo ~inilaca, a posebno odorganizacije toka radnog procesa i od organizacije upravqawa tim procesom. Kako

}e se odvijati jedan sloèni radni proces zavisi od toga kako je podeqen na mawesloène radwe. To se mora obaviti stru~no i sa najve}om pa`wom, uz stalnukontrolu.

Tok jednog proizvodnog procesa se vremenom moè izmeniti usled raznihporeme}aja, koji se javqaju, naj~e{}e, u slede}a dva op{ta oblika kao promeneparametara procesa i kao spoqni poreme}aji. Da bi se proizvodni proces odvijao pounapred utvr|enom toku, potrebno je wime upravqati.

Upravqawe je skup radwi kojima se obezbe|uje odre|eni tok radnog procesa uuslovima poreme}aja.


39/69

39

Pitawe organizacije upravqawa danas je veoma sloèno. Razvoj nauke i tehnikedaje nove mogu}nosti pristupa re{avawu ovih problema. Stoga se javqa jedna novanauka nauka o upravqawu ili kibernetika.

U velikom broju slu~ajeva tok nekog proizvodnog procesa odre|en je vredno{}uneke fizi~ke veli~ine (npr. temperature, ugaone brzine, napona, pritiska i sl.), pase zadatak upravqawa takvim procesima svodi na automatsku regulaciju te fizi~keveli~ine. Pod regulacijom se ovde podrazumeva odràvawe neke fizi~ke veli~ine na

èqenoj vrednosti.Izme|u sistema automatskog upravqawa i sistema automatske regulacije nema

bitne razlike u principu rada, tako da se za analizu i jednog i drugog koristiprakti~no ista teorija i isti osnovni pojmovi.

Pojam sistema automatskog upravqawa (SAU) i sistema automatskeregulacije (SAR)

Tehnolo{ko postrojewe, wegov deo ili jedan tehni~ki ure|aj u kome treba da seodràva nominalni reìm rada predstavqa objekat upravqawa. Automatskoupravqawe podrazumeva upravqawe objektom bez neposrednog ~ovekovog delovawa.Ure|aj automatskog upravqawa je tehni~ko sredstvo koje ostvaruje automatskoupravqawe.

Objekat upravqawa i ure|aj automatskog upravqawa predstavqaju celinu i ~inesistem automatskog upravqawa.

Sistem automatskog upravqawa podvrgnut je razli~itim spoqnim iunutra{wim poreme}ajima. Pod spoqnim poreme}ajem podrazumeva se delovawespoqne sredine ili ure|aja koji ne ~ini deo sistema. Unutra{wi poreme}ajpredstavqa delovawe jednog dela sistema automatskog upravqawa na drugi.

Naj~e{}e regulisane procesne veli~ine su: temperatura, pritisak, protok,nivo, pHvrednost, koncentracija gasa i sl.

Razlika izme|u ru~nog i mehanizovanog vo|ewa prikazana je na slici 91, naprimeru odràvawa protoka fluida (Q) kroz cevovod.

Sl. 91. Ru~no i mehanizovano vo|ewe.

Na slici 91a prikazano je ru~no vo|ewe, gde ~ovek stalno motri protokXkoji semewa usled poreme}aja (Z) i snagom svojih mi{i}a ovu veli~inu odràva na èqenojvrednosti Q0.

Na slici 91b prikazano je kako kod mehanizovanog vo|ewa ~ovek i daqe motri naprotok, ali tu vrednost odràva pomo}u mehanizovanog, npr. elektromotornog pogona(M). ôvek je time oslobo|en neposrednog fizi~kog rada, ali i daqe neprestanou~estvuje u vo|ewu procesa.


40/69

40

Zavisno od toga u kojoj je meri ~ovekov umni rad zamewen radom ma{ina iure|aja, razlikuje se nekoliko stepena automatizacije.

Pri delimi~noj automatizaciji samo je deo informacijskih operacija procesapoveren sistemu za vo|ewe. Jedan primer takve automatizacije, tzv. vo|ewe procesaprema zadatom programu, dat je na slici 92a. Ovde se signali za vo|ewe stvaraju uposebnom ure|aju prema odre|enom programu kojije unapred zadat.

Sistem se sastoji od objekta upravqawa (proces) programskog ure|aja (Pr),

pogonskog ure|aja (Pu) i izvr{nog ure|aja (Iu). Tok procesa je unapred odre|enprogramom koji je upisan u programskom ure|aju i koji preko pogonskog ure|aja iizvr{nog ure|aja upravqa tokom procesa. Veli~na Y0je signal vo|ewa.

Sl. 92. Delimi~na automatizacija.

Ovakvi sistemi su otvoreni, ne prate stawe izlaznih veli~ina procesa, i to je, ustvari, wihova osnovna karakteristika i nedostatak.

Ne{to sloènija je automatizacija vo|ewa proizvodnog procesa kompenzacijom poreme}aja. Pokazana je na slici 92b. Ovakav na~in vo|ewa naziva se jo{ i vo|eweunapred. Ceo sistem ovde se sastoji od objekta upravqawa (procesa), jedinice zavo|ewe (JV) i izvr{nog ure|aja (Iu).

Poreme}aj zp spoqa, preko procesa uti~e na izlaznu veli~inu (x), a to je ovdeprotok fluida, izazivaju}i weno odstupawe od èqene vrednosti. Izlazna veli~inaiz jedinice za vo|ewe ili signal vo|ewa (y0) deluje na izvr{ni ure|aj, ovde ventil.Vrednost poreme}aja pri kome se ima èqena vrednost izlazne veli~ine zadaje sejedinici za vo|ewe kao zadata vrednost (z0) i ta se vrednost na ulazu jedinice zavo|ewe stalno upore|uje sa stvarnom vredno{}u poreme}aja (zp). Wihova razlika voditok procesa. Ako je, na primer, protok ve}i od zadatog, jedinica za vo|ewe daje takavsignal motoru da se on pokre}e u smeru zatvarawa ventila.

Ilustracija ovakvog na~ina vo|ewa data je na primeru odràvawa nivoate~nosti u sudu kada te~nost doti~e i isti~e (sl. 93).

Regulisana veli~ina (x) ovde je nivo te~nosti (h). Na wu uti~u dve veli~ine:dotok te~nosti (Qd), koji predstavqa prvu poreme}ajnu veli~inu (zp1), i otok te~nosti

(Q0), koji predstavqa drugu poreme}ajnu veli~inu (zp2). O~igledno je da }e nivo bitistalan ako je dotok jednak otoku. Ako se pojavi razlika, jedinica za vo|ewe }ereagovati tako {to }e poslati signal pogonskom motoru da se otvori ili zatvoriventil, zavisno od znaka razlike. Ako je npr. otok ve}i od dotoka, jedinica za vo|ewe}e pokrenuti motor da otvori ventil.

Uo~qiv je bitan nedostatak ovakvog na~ina vo|ewa, a to je da ne postojiinformacija o stvarnom stawu regulisane veli~ine, te moè do}i do wenog znatnogodstupawa.


41/69

41

Sl. 93. Odràvawe nivoa te~nosti.

Pri potpunoj automatizaciji sve informacijske operacije, bitne za normalantok procesa prenose se i obra|uju pomo}u sistema za vo|ewe. Na sl. 94a prikazan jeprimer potpune automatizacije odràvawa protoka Q.

Sl. 94. Potpuna automatizacija.

Sistem za vo|ewe ovde kontroli{e stawe odabrane izlazne veli~ine procesa(x=Q) i odràva wenu zadatu vrednost, tako da prema woj vodi tok procesa. ôvek utom slu~aju samo odràva ispravnost ure|aja proizvodnog sistema i sistema zavo|ewe i po potrebi ih ukqu~uje ili ih iskqu~uje.

Bitan elemenat sistema za vo|ewe ovde je regulator (R). On prima informacijuo izlaznoj veli~ini (odnosno o wenom odstupawu od zadate vrednosti x0) i {aqeodgovaraju}i signal vo|ewa (y0) pogonskom ure|aju koji pokre}e izvr{ni ure|aj (Iu) uciqu dovo|ewa regulisane (izlazne) veli~ine na èqenu vrednost.

Upro{}ena blok-{ema takvog sistema data je na slici 94b.Pri ovakvom sistemu automatskog upravqawa proizvodni sistem i sistem za

vo|ewe (ure|aj automatskog upravqawa) me|usobno su spojeni u krug. Takav krug senaziva regulacioni krug. Mogu}nost zatvorenog obilaèwa celokupnog sistema

osnovni je uslov vo|ewa prema izlaznoj veli~ini.Takvo vo|ewe procesa se naziva regulacija i naj~e{}e se primewuje.

Regulacioni krugovi su krugovi sa negativnom povratnom vezom i wihova je osnovnakarakteristika stabilizacija izlazne veli~ine na èqenu vrednost.

Ovde je mogu}e uo~iti bitnu razliku izme|u pojmova sistem automatskogupravqawa (SAU) i sistem automatske regulacije (SAR). Sistem automatskeregulacijeje, u stvari, sistem automatskog upravqawa sa zatvorenim regulacionimkrugom. Moè se re}i da je sistem automatske regulacije zatvoreni sistemaugomatskog upravqawa (ZSAU).


42/69

42

Ilustracija vo|ewa procesa prema izlaznoj veli~ini data je na primeruregulacije nivoa te~nosti (sl. 95).

Sl. 95. Regulacija nivoa te~nosti.

Izmerena veli~ina nivoa se iz mernog dava~a nivoa predaje mernom pretvara~u

nivo-signal, koji veli~inu nivo pretvara u signal razumqiv regulatoru (npr.elektri~na struja). Pre nego {to dospe u sam regulator, signal se u komparatoru (K)upore|uje sa zadatom vredno{}u koju daje wen ure|aj. Rezultat upore|ivawa jestesignal gre{ke (xw) koji prima regulator, obra|uje ga i {aqe signal vo|ewapogonskom ure|aju (motoru M), koji kona~no pokre}e izvr{ni ure|aj (ventil).

Komparator neprestano upore|uje signale dobijene iz mernog pretvara~a (kojipredstavqaju informaciju o stawu regulisane veli~ine (nivo)) i zadatu vrednost izure|aja zadate vrednosti, stvaraju}i signal gre{ke koji {aqe regulatoru. Regulatorprepoznaje gre{ku i pogonskom ure|aju daje takav signal vo|ewa da se izvr{ni ure|ajpokre}e u smislu poni{tavawa odstupawa regulisane veli~ine (nivo).

Strukturna blok-{ema sistema automatskog upravqawa

Opisani regulacioni krug prikazan je na slici 96 u obliku strukturne iliblok-{eme, s nazna~enim karakteristi~nim mestima i delovima kruga, a tako|e i snazna~enim karakteristi~nim veli~inama na ulazima i izlazima pojedinih delova isa wihovim smerovima delovawa.

Sl. 96. Blok-{ema sistema automatskog upravqawa.


43/69

43

Delovi kruga su redom:OU objekat upravl.awa (proces),

x1 regulisana veli~ina,MD merni dava~ (senzor),

x2 regulisana veli~ina pretvorena u standardnu mehani~ku veli~inu,MP merni pretvara~,

x standardni signal regulisane veli~ine,

ZV ure|aj za zadatu vrednost,x0 signal zadate vrednosti,K komparator (detektor signala gre{ke),

xv signal gre{ke,R regulator (elemenat delovawa regulatora),

yu upravqa~ka veli~ina regulatora,PU pogonski ure|aj,

y0 signal vo|ewa,IU izvr{ni ure|aj,

z1,z2 poreme}aji,y ulazna veli~ina.Ova blok-{ema prikazuje sve bitne elemente sistema automatskog upravqawa. U

praksi su pojedini elementi obi~no spojeni u jedan sklop. Tako ~esto merni dava~ imerni pretvara~ ~ine jedan ure|aj; ure|aj za zadatu vrednost, komparator i regulatorsu tako|e ~esto jedna celina; pogonski ure|aj sa izvr{nim ure|ajem ~esto ~inecelinu. Upro{}ena blok-{ema bi tada izgledala kao na slici 97.

Sl. 97. Upro{}ena blok-{ema sistema automatskog upravqawa.

MERNI PRETVARA^I

Pretvara~i su ure|aji koji pretvaraju energiju iz jednog u drugi oblik. Mernipretvara~ meri neku fizi~ku veli~inu i pretvara je u drugu fizi~ku veli~inu u

obliku koji je pogodan za daqu obradu, odnosno za funkcionisawe sistema. Pri tomeje po`eqno da izlazna veli~ina bude proporcionalna ulaznoj veli~ini.Merni pretvara~i se ~esto nazivaju i drugim imenima, kao {to su: senzor,

detektor, dava~, transmiter itd.

Pretvara~i pomeraja

Ovi pretvara~i pretvaraju mehani~ki pomeraj u elektri~ni signal. Postojivi{e vrsta, ali su naj~e{}i potenciometarski i transformatorski.


44/69

44

Potenciometarski pretvara~

Potenciometarski pretvara~ je u osnovi elektri~ni otpor-nik sa promenqivom otporno{}u, gde je ulazna veli~ina pomerajkliza~a po otporniku, a izlazna veli~ina promenqiva otpornostelektri~nog kola. Pokretni kliza~ je mehani~ki spojen saobjektom koji se kre}e kru`no ili pravolinijski (sl. 98).

Potenciometarski pretvara~i se izvode u dve varijante:potenciometri sa pravolinijskim kretawem i potenciometri sakru`nim kretawem kliza~a (kliznog kontakta).

Princip rada potenciometarskih pretvara~a prikazan je na primeru otpornikasa pravolinijskim kretawem kliza~a. Svi bitni zakqu~ci vezani za wihov rad vaè iza kru`ne potenciometre.

Usvojene oznake na prikazanoj {emi su:U napon napajawa pretvara~a,Ui izlazni napon pretvara~a,

R ukupna otpornost pretvara~a,r otpornost dela potenciometra odre|en poloàjem kliza~a,h ukupna duìna otpornika,

x pomeraj kliza~a,Rp otpornost optere}ewa.

Stati~ka karakteristika potenciometarskog pretvara~a izraàva sezavisno{}u izlaznog napona Ui od pomeraja kliza~a x. To je, dakle, funkcija Ui = f(x).Kada pretvara~ nije optere}en, izlazni napon Ui odre|en je proizvodom koli~nikaotpornosti ri Ri napona napajawa Utj.:

UR

rU =1 .

Tada se prema slici 98 moè postaviti slede}i odnos:Rrhx :: = ,

odakle je

h

xRr=

ilixRr=

ako se usvoji 1=h , {to ukazuje na to da odre|enom poloàju kliza~a odgovara iodre|ena otpornost rpotenciometra.

U slu~aju kada je potenciometarski pretvara~ optere}en, svakom poloàjukliza~a odgovara otpornost koju daje paralelna veza otpornika ri Rp, tj:

p

p

p

p

RxR

xRR

Rr

rR

+=

+,

pa je strujaIkroz kolo odre|ena izrazom:

UxxRRR

RxR

RxR

xRRrR

UI

p

p

p

p ))1(()(

+

+=

++

= .

a izlazni napon:

U

R

Rxx

x

RxR

xRRIU

p

p

p

i

)1(1 +

=+

= .

Sl. 98. Potenciometar.


45/69

45

Kada je otpornost optere}ewa velika, tj. pR , tada

0/ pRR , pa je xUUi = , {to zna~i da je stati~ka

karakteristika oblika prave linije (sl. 99). To jekarakteristika neoptere}enog pretvara~a i predstavqaidealnu karakteristiku. Stvarna stati~ka karakteristikazavisna je od optere}ewa i nije linearna {to je na sl. 99

predstavqeno krivim

primenjena20energetska20elektronika

Documents