FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA

ZAVOD ZA ELEKTROSTROJARSTVOI AUTOMATIZACIJU 2010.

UČINCI KOMUTACIJE KOD ISPRAVLJAČA I USMJERIVAČA

UČINSKA ELEKTRONIKA

Ak. god. 2010/2011 Zagreb,

Upoznali smo se s pojmom i temeljnim svojstvima komutacije.

Slijedi objašnjenje učinaka komutacije, najprije na diodnim spojevima – ispravljačima, a zatim na tiristorskim spojevima – usmjerivačima.

2

KOMUTACIJA KOD ISPRAVLJAČAJednofazni diodni most – s Lc

Komutacija

A

A

Objašnjenje komutacije

Neka diode D2 i D3 vode (to je trenutak neposredno prije trenutka t = 0). U trenutku t = 0 uvjet

vođenja ispunjavaju diode D1 i D4. Nastupa komutacija; vode sve četiri diode. Promotrimo čvor

A. Struja trošila je konstantna i iznosa Id. Struja kroz diodu D1 raste po kosinusnoj funkciji, jer je

komutacijski napon sinusan i jer u komutacijskom krugu postoji samo induktivitet. Tjeme

kosinusoide je u t = 0, jer komutacijski napon (napon napojne mreže) raste od 0 (nastupa

pozitivni poluval napona). Budući da je i1 + i2 = Id, struja kroz diodu D2 je Id – i1 (od struje Id

odbija se struja i1).

A

)cos1(2

)cos(2

2

)(

D1

D1D1

D21D

tAI

AtAI

iI

iIi

iii

d

d

d

d

s

Xc komutacijska reaktancija

(1)A

Naziva se i regulacijska karakteristika.

s

dcdod V

IXVv 1

Polumosni spoj: ili jednofazni s porednom diodom ili jednofazni sa srednjom točkom.

)2()(dsin1

d ttVX

iu

sc

I

I

c

d

d

Kut komutacije

Izlazna karakteristika

s

dc

V

IXu

21cos

s

dcsd V

IXVV 1

2

izražena pomoću kuta komutacije:

Višefazni diodni spojevi

Trofazni diodni spoj sa srednjom točkom

AA

3

Trofazni diodni mosni spoj

D1 D3

23

12

33

s

dcsd

V

IXVV

s

dcsd

V

IXVV

31

33

Opaska: Vs je amplituda faznog napona. U Kassakianu sa Vs označena je amplituda linijskog napona, pa formula za srednju vrijednost izlaznog napona izgleda ovako:

Kut komutacije u kod trofaznog mosnog spojaPromatramo komutaciju struje od D1 na D3 (Kassakian, sl. 4.14):

)cos1(2

cos)cos(2

)(dsin2

1)(d

2

1

uX

Vu

X

V

ttV

Xt

v

XI

c

s

c

s

us

c

uab

cd

Izlazna karakteristika do kratkog spoja (nastupaju višestruke komutacije)

Vl efektivna vrijednost linijskog napona

c

ssssk X

VVIVS ef

efefef 33

29

KOMUTACIJA KOD FAZNO UPRAVLJIVIH ISPRAVLJAČA - USMJERIVAČA

Upravljačka karakteristika daje ovisnost srednje vrijednosti izlaznog napona Vd o kutu upravljanja ; parametar je srednja vrijednost struje trošila Id.

Izlazna karakteristika daje ovisnost srednje vrijednosti izlaznog napona Vd o srednjoj vrijednosti struje trošila Id; parametar je kut upravljanja .

MUKOTRPAN PUT

s

dc

V

IXu

2cosarccos

(2)

Vdα

Ovo je jednadžba i upravljačke i izlazne karakteristike; ovisno o tome što je parametar.

Izlazna karakteristika

Izlazne karakteristike završavaju kod struje za koju je α + u = π.

Zašto izlazne karakteristike završavaju kod kod strujeza koju je α + u = π?

T1 T3

T4 T2

T3,4

Uočite: Zaporni napon na tiristoru je napon trošila (gornji i donji tiristori rade u protutaktu). Pozitivni trokutasti naponi predstavljaju zaporni napon na tiristoru. Trokutasti naponi nestaju kod α + u = π.

)cos(cos2

uV

IX

s

dc

1:funkcija je to xy

Zašto izlazne karakteristike završavaju na pravcu? Ograničenje izlaznih karakteristika u izmjenjivačkom načinu rada.

Upravljačka karakteristika

dd

d

Vfv

I

)(

konst.

u=-1

-----------------------------------

Traži se ovisnost struje punjenja IB

kutu upravljanja .

Načelo regulacije struje

Kut sigurnosti komutacije (najdulje moguće trajanje komutacije)

Zato, svaki impulsni uređaj ima podesivo ograničenje kuta upravljanja .

Opis prethodnog prikaza

s

dc

s

dc

V

IXu

uV

IX

2cos)cos(

)cos(cos2

Kut sigurnosti komutacije

Jedna definicija: Najveća očekivana vrijednost kuta komutacije.

Jer je:

αmaks + umaks = π

slijedi:

umaks = γ

γ

s

dc

s

dc

V

IX

V

IXu

2)cos(cos

2cos)cos( maksmaksmaks

1

2arccos

s

dc

V

IX

Računamo:

Provjerite karakteristične točke grafa!

Najveći mogući kut upravljanja

ω

tγ q

maks(kut nesigurnosti položaja okidnih impulsa)

(kut nesimetrije trofaznog sustava napona)

tq vrijeme oporavljanja tiristora

γ to veći što su padovi izmjeničnog napona veći

Koliki smije biti najveći kut upravljanja u izmjenjivačkom načinu rada, ako je vrijeme oporavljanja zanemarivo, a položaj impulsa točan?

Usmjerivač radi u izmjenjivačkom načinu rada. Struja opada od 400 A prema nuli. U trenutku izostanka komutacije struja je 200 A. Da li se može tolerirati jedan izostanak komutacije?

Ovo je primjer inženjerskog rješavanja zadataka.

Kriterij: Jedan izostanak komutacije (tj. prekretanje) se može tolerirati, ako struja trošila previše ne naraste.

Trofazni usmjerivački spoj sa srednjom točkom

Upravljačka karakteristika i izlazna karakteristika

Prevelik kut upravljanja u izmjenjivačkom načinu rada može dovesti do prekretanja usmjerivača – primjer iPES

Vidi se trofazni sustav napon i sinusoide koje daju napon na trošilu tijekom komutacije.

Komutacija se produljila zbog smanjenja faznog napona.

trenutak smanjenja faznog napona

Trofazni usmjerivački mosni spoj, upravljačka i izlazna karakteristika

Vs je linijski napon

Crtanje valnog oblika napona na trošilu

Recept: Nacrta se trofazni sustav linijskih napona i zatim se ucrta zrcalni trofazni sustav obzirom na vremensku os. Napon na trošilu je uvijek jednak najvećem linijskom naponu koji može doći na trošilo.

Rezultat, ako ne postoji komutacija

Rezultat, ako postoji komutacija (za zadaću), želio bih da mi netko na sljedeći sat donese rješenje.

Traži se: – kut upravljanja trajanje komutacije

122

Traži se kut komutacije, jer se želi provjeriti da li komutacija završi prije kuta .

Dakle, rezerva kuta sigurnosti komutacije je 180 – 156 = 24o el.