Podsećnje... Poluprovodničke komponente koje se koriste u energetskim pretvrčim SW-kontrolisni prekidčki element (trnzistor ili tiristor) D-diod L-induktivnost C-kpcitivnost F1,F2-zštitni elementi (ultr brzi osigurči) Prekidčki element - SW TIRISTORI: TRANZISTORI: SCR (Silicon Controlled Rectifiers) MCT (Mos Controlled Thyristor) GTO (Gte Turn- Off) BJT (Bipolr Junction Trnsistor) MOSFET (Metl Oxide Semiconductor FET) IGBT (Insulted Gte Bipolr Trnsistor
Podsećnje... OPSEZI PRIMENE KONTROLISANIH PREKIDAČKIH ELEMENATA-SW TIRISTORI - SCR TIRISTORI ZA VELIKE SNAGE IGBT trnzistor 15A/6V(dns njčešće korišćen poluprovodnički prekidč snge)
Podsećnje... OPSEZI PRIMENE KONTROLISANIH PREKIDAČKIH ELEMENATA-SW TIRISTORI - SCR TIRISTORI ZA VELIKE SNAGE IGBT trnzistor 15A/6V(dns njčešće korišćen poluprovodnički prekidč snge)
Podsećnje... Podel oblsti primene energetskih prekidč po snzi i rdnoj učestnosti
AKTUATORI U JEDNOSMERNOM POGONU Pojčivči snge Uređji z npjnje j električnom energijom gj jednosmernih motor u pogonim, pre sveg regulisnim. ENERGETSKI ULAZ P eu η + UPRAVLJAČKI + P uu AKTUATOR u e M ULAZ L d + i P << u uu P P = = eu η i u η i
Sng n uprvljčkom ulzu im isključivo električnu prirodu. P = u uu Npon u c KOMANDNI NAPON, može biti zntno mnji od npon u. c i c U njvećem broju slučjev: u = k u c gde je k konstnt pojčnj ktutor. Sng n energetskom ulzu može biti (u zvisnosti od vrste ktutor) mehničk ili električn (u nizmeničnom ili jednosmernom obliku). Vrste ktutortor Elektromehnički: 1. Genertor jednosmerne struje 2. Amplidin Sttički (konvertori) ktutori 1. Isprvljči (AC/DC) 2. Čoperi (DC/DC) 3. Mgnetni pojčivči
GENERATOR JEDNOSMERNE STRUJE DINAMIČKI SISTEM R L + + u f i f R f + e m g, ω g =const. L f G N f ϕ f u + i N L Jednčine Diferencijlne: f dϕ f dt di = dt Algebrske: e = c ϕ f ωg = u f R f i ( ) f ϕ = f i e u R i u m g f = u ( i ;?; t) = c ϕ i f f
NORMALIZACIJA: Sistem bznih vrednosti bir se u zvisnosti od tog: d li je posmtrni dinmički sistem nezvisn, td se bir isto ko kod motor; ili posmtrni ktutor je podsistem u nekom složenom sistemu, td se mor voditi rčun o komptibilnosti bznih vrednosti u celom dinmičkom sistemu. Usvjnjem sledećih bznih vrednosti: u fb = R i f fb u = R i = cϕϕ ω b b b fb b i fb = f 1 ( ϕ ) fb
Možemo sprovesti postupk normlizcije N: N u ϕ dϕ f b f* fb dt = u i f* f* L R di R * = e * u * i * b b R R dt R e = ϕ ω * f* g* ϕ = f ( i ) f* * f* (,?, ) u = u i t * * * * m = ϕ i g* f* * T pϕ = u i f f f f TRpi = e u Ri
BLOK DIJAGRAM: N: i f f -1 (ϕ) f ϕ f u f =u c + 1 pt ωg e + 1 R + 1 pt i u Kod ovog ktutor vži: P = u i uu f f P = u i P = ω m = ω ϕ i eu g g g f Ako se znemre gubici n trenje, ventilciju i u gvožđu, vži: η = 1 R Vezu između ulznog signl i izlz ktutor ovde nije moguće odrediti jednoznčno jer je sistem složen i nelinern!!! Potrebno je ktutor integristi u konkretn dinmički sistem, nime odrediti relciju u (i,?,t), ztim linerizovti model i tek td se mogu određivti prenosne funkcije i pojčnj.
Vrd Leonrdov grup PM G U M ω U c =U f
ISPRAVLJAČI Iz perspektive dns ktuelnih isprvljč z pogone s jednosmernim motorom treb govoriti smo o poluprovodničkim isprvljčim, s tiristorim i diodm, pri tome rešenj s diodm, neregulisne isprvljče (smo diode) i poluuprvljive isprvljče (rzne kombincije tiristor idiod) treb smo pomenuti. Delimično ćemo proučiti, pre sveg s stnovišt elektromotornog pogon, dve vrste regulisnih isprvljč: - monofzni mosni isprvljč; - trofzni mosni isprvljč. Detljno proučvnje ovih isprvljč rdi se u okviru predmet Energetski pretvrči.
Strukturn šem isprvljč: MREŽA u c ( TESTERE )( ) GENERATOR OKIDNIH IMPULSA UGAO PALJENJA α POJAČAVAČ IMPULSA IMPULSI SINHRONI- ZACIJA P eu =λ V ~ I ~ λ cos (α) TIRISTORSKI MOST JEDNOSMERNI IZLAZ (P ;u ;i )
Dijgrm pretvrnj komndnog npon u c u ugo pljenj α Ω t u c u c mx α min u c min α mx α α π α 2π Pojčnje genertor impuls: k = min mx = mx min [ /V] gi α α α α u u u cmx cmin cmx
Monofzni punouprvljivi most Spreg monofznog most i jednosmernog motor v p = 2V p i p sinωt N p N s v s i s Q 1 i i f Q 3 u Q 4 Q 2 Ekvivlentn šem pomoću koje se može objsniti rd ovog isprvljč N -~ + v AN -~ + v BN A B u Q A + + - - i GA v AKA Q i B GB v AKB i A i B R - + - v R + E L e L i Anlizom rd ovog isprvljč može se utvrditi d postoji više rzličitih režim rd koji se mogu podeliti n dve osnovne grupe: - režime prekidnih struj, i - režime neprekidnih struj.
Režim prekidnih struj v 2V E v AN v BN v AN η π 2π 3π Ω t Mle brzine, ml elektromotorn sil i ml opterećenj. eće i GA i GB α π 2π i i A i B i A 3π Ω t u β-π α π β 2π 3π 2V sin( α ) E α π 2π 3π Ω t Ω t i p α π 2π 3π
Z sve prekidne režime vže sledeće nlitičke relcije: E rcsin ψ f ω η = = rcsin 2V 2V u = E z β π <Ω t < α ( ) u = 2Vsin Ω t z α <Ω t < β Jednčin nponske rvnoteže je: di L = u E R i dt
čijim se rešvnjem dobij: 2V ψ f ω i ( Ω t, αω, ) = sin ( Ω t θ ) + Z R ψ ω 2 + sin ( Ω t θ ) e R Z f V ( α Ω t )/ tg θ gde je: 2 2 ( ) 2 2 Z = Ω L + R Ω L θ = rctg R
U prekidnom režimu vži: ( ) i β, αω, = Rešvnjem ove jednčine po β dobij se: (, ) β = β αω Zbog svoje složenosti i trnscendentne prirode ov jednčin se može rešiti smo numerički. Mksimln vrednost z ugo β je: βmx = π + α β mx - Grnic prekidnog režim, posle koje nstje neprekidni režim (s kontinulnom strujom).
Srednj struj u prekidnom režimu je: ili I β 1 I = i d Ω t π ( αω, ) = ( Ω ) U ( α, ω) = = U ( α, ω) α E 1 R R ( ψ ω) f Srednj vrednost isprvljenog (jednosmernog) npon je: U 1 π [ ] ( α, ω ) = ψ ω ( π + α β ) 2 V ( cos β cos α ) f
Zbog vremenski promenljive struje pri stlnom fluksu im se i promenljiv moment, njegov srednj vrednost je: M αω, = ψ I αω, ( ) ( ) e f Poslednji izrz predstvlj MEHANIČKU KARAKTERISTIKU u prekidnim režimim, koj je očigledno nelinern.
Režimi s neprekidnim strujm v Veće brzine, veliko operećenje. 2V E i GA i GB α η v AN v BN v AN π π π 2π 2π 2π i i A i B i A Ω t 3π () Ω t 3π (b) Ω t 3π (c) U 2V α η γ v AN π β 2π v BN v AN Ω t 3π (d) π 2π Ω t 3π (e)
Anlitičke relcije koje vže u režimu neprekidnih struj. Srednj vrednost isprvljenog npon je: Tkođe vži i relcij: ( ) 2 2V U ( α) = cos α π U α = E + R I = ψ ω + R I f Sd se može izvesti sttičk krkteristik: 2 2 V R ω = cosα π ψ ψ f f I Dok je MEHANIČKA KARAKTERISTIKA linern i glsi: 2 2 V R ω = cosα M π ψ 2 f ψ f ω Δω e
1 ω [o/min] 8 6 4 M emin Grnic prekidnosti L d = neprekidni režim α o 3 β mx M = π + α = egr = ψ I f β ( α, ωgr ) ( α, ω ) gr 2-2 2 3 prekidni režim 4 45 6 75 6 9 M e e[ [Nm] -4 15 12-6 135 15-8 18
Prenosn funkcij most Most je nelinern sistem! Pojčnje se određuje linerizcijom. U ( α) V α [] k mos ( cos3 cos15 ) ΔU 2 2 V = = =, 13 V V/ Δα π 3 15 [ ]
U dinmičkim režimim most unosi trnsportno kšnjenje, j međutim, zbog pojednostvljenj nlize most se može predstviti ko čln s kšnjenjem prvog red: G mos ( p) k = 1 + mos Gde je: T d srednje vreme kšnjenj koje je z monofzni most npjn iz nizmenične mreže s 5Hz: pt 1 T 1 1 T d = =5ms 2 2 = 2 2 f Promen ugl pljenj j se može dogoditi bilo kd, dok promen npon nstje tek nkon uključenj odgovrjućeg tiristor. d u α 1 α 2 U 1 U 2 α 1 π 2π 3π 4π Ω T d
Ukupno pojčnje isprvljč V k ( ) o is = kgi kmos =, 13 α mx α min / u c mx U prksi je: α α min mx = 1 3 = 15 16 Prenosn funkcij isprvljč: G is ( p) k = is 1 + pt 1 d
Trofzni tiristorski most Ov konfigurcij isprvljč dns se njčešće koristi u prksi. Principijeln šem trofznog most dt je n slici. n - + v n i s i i sb Q 1 Q 3 Q i 5 G3 i G1 i G5 i sb b i 3 i 1 i - v + bn i 6 i 4 i 5 i 2 u - + v cn i sc c i G6 i G4 Q 6 Q 4 Q 2 i G2
2V v v b v bc v c π 2π Ω t Kod ovog nčin isprvljnj tkođe postoje režimi s prekidnom i neprekidnom strujom. Režim PREKIDNIH STRUJA nećemo proučvti iz dv rzlog: zbog višefznog isprvljnj ovj režim se ne jvlj često; nliz režim prekidnih struj je u principu ist kod svih vrst isprvljnj.
Režim neprekidnih struj isprvljčki režim rd v 2V 2E V v cb v b v c v bc v b v c v cb v b v c i G1 π 2π Ω t 3π α Ω t i π/3 π 2π G2 3π Ω t i π 2π 3π G3 Ω t i π 2π 3π G4 Ω t π i 2π 3π G5 Ω t i π 2π 3π G6 Ω t π 2π 3π i i 5 i 6 i 1 i 2 i 3 i 4 i 5 i 6 i 1 i 4 i 5 i 6 i 1 i 2 i 3 i 4 i 5 i 6 Ω t u π 2π 3π v cb v b v c v bc v b v c v cb v b Ω t i s π 2π 3π Ω t π 2π 3π
Srednj struj je: I ( α, ω) = U ( α ) R ψ f ω Mehničk krkteristik, koj je linern je: ω = 3 2V πψ f R cosα ψ 2 f M e Fmilije mehničkih krkteristik z rzličite uglove Fmilije mehničkih krkteristik z rzličite uglove pljenj dte su n slici.
ω [o/min] 15 α= o α=3 o 1 Grnic prekid L d = α=45 o α=6 o 5 Prekidni režim α=75 o 5 1 15 2 25 Neprekidni režim M enom α=9 o M e [Nm] -5 α=15 o α=12 o -1 α=135 o α=15 o -15 α=18 o
Funkcij prenos most Most je nelinern sistem! Pojčnje se određuje linerizcijom. U ( α) V 3 2 π α [] 3 2 π
Pojčnje trofznog most je: k mos ( o o cos 3 cos15 ) ΔU 3 2 V = = =, 195 V V/ Δα π 3 15 [ ] Srednje vreme kšnjenj: T d 1 T 1 1 = = = 1, 66ms 2 6 2 6 f
Ukupno pojčnje isprvljč V k ( ) o is = kgi kmos =, 195 α mx α min / u c mx U prksi je: α α min mx = 1 3 = 15 16 Funkcij prenos isprvljč: G is ( p) k = is 1 + pt 1 d
ČETVOROKVADRANTNI POGON Vžno je istći d jedn punouprvljivi p most obezbeđuje rd pogon smo u dv kvdrnt. Rd u četiri kvdrnt može se ostvriti: - prevezivnjem jednog isprvljč, u slučjevim kd se ne zhtev brzi prelzk iz jedne u drugu polurvn; - ntiprlelno povezivnje s odvojenim uprvljnjem (bez kružne struje), kod brzih prelzk (njčešće u prksi); - ntiprlelno povezivnje s sglsnim uprvljnjem (s kružnom strujom), kod vrlo brzih prelzk iz jedne u drugu polurvn. Kod rd s kružnom strujom vži: α 1+ α 2 = π U = U C1 C1 C2 u () t u () t C2
Četvoro- kvdrtni rd s preklopnikom Regulcij brzine z mle brzine revers! Logičko kolo: - promen stnj prekidč smo kd je i = - položj prekidč u funkciji od znk i * * ω * i uc ω i * i = i =
Četvoro-kvdrtni rd s dv nti-prleln most (rzdeljeno uprvljnje) u c * ω * i ω i i > i < * * i = isti hldnjk
Četvoro-kvdrntni rd s kružnom strujom i 1 L c 1L1 1L2 1L3 L d i DB 2L1 2L2 2L3 L c i 2
Četvoro-kvdrntni rd s kružnom strujom (sglsno uprvljnje) j Koristi se z ostvrivnje brzih revers (promene znk) moment. C 1 ISP. 1 ω C 1 ISP. C 2 INV. C 2 INV. 1 m e α1+ α2 = 18 o C 1 INV. C 2 ISP. C 1 INV. C 2 ISP.
U Dijgrm trenutnih vrednosti npon u () t u () t C1( α1) = UC2( α2) C1 C2 o α C1 = 45 u () t C1 αc1 = αc2 = 9 kružn struj smo z α = α = 9 u () t = u () t o C1 C2 9 C1 C2 C1 C2 o α C2 = 45 u () t C2 o [ ] t s α C2 =135 o α C1 =135 u () t + u () t C1 C2 t[ s]
Vrd Leonrdov grup zmjc PM ω g G i M ω DB Ref. V i c f Reg V c A
ČOPERI U ZAVISNOSTI U KOJIM KVADRANTIMA JE MOGUĆ RAD, DELIMO IH NA KLASE: A, B, C, D i E
U U U I I I Kls A Kls B Kls C U U I I Kls D Kls E
ČOPER KLASE A (spuštč npon) N slici i je prikzn šem ovog čoper i dijgrmi i krkterističnih kt tič ih veličin u režimu s prekidnom strujom i u režimu s neprekidnom strujom. i s U Q 1 i G1 v AK1 i + - V + - + - I i e L v R D + U - E D 1 L R U = t on T V
ČOPER KLASE A Režim s prekidnom strujom U = t on T p V i g1 (t).5.2.4.6.8.1.12.14.16.18.2 t = Vreme [s] 1 4 V = 1V, e= 4V R = 1 Ω, L = 1mH T =, 2s F = 5Hz p p u (t t), e(t) i (t) 2 1 5.2.4.6.8.1.12.14.16.18.2 t = Vreme [s].2.4.6.8.1.12.14.16.18.2 t = Vreme [s]
ČOPER KLASE A Režim s neprekidnom strujom 1 V =1V, e = 4V R = 1 Ω, L = 1mH T =,2s p F p = 5Hz i i g1 (t) (t).5.2.22.24.26.28.3.32.34.36.38.4 t = Vreme [s] 15 1 5.2.22.24.26.28.3.32.34.36.38.4 t = Vreme [s] I 2 I 1 1 u (t), e(t) 5 2.2.2222.2424 26.26.2828 3.3 32.32 34.34.3636 38.38 4.4 t = Vreme [s]
ČOPER KLASE B (podizč npon) Šem i dijgrm krkterističnih veličin u režimu s neprekidnom strujom je dt n slici. U i s D 2 I + - V i L R + - + - i Q Q 2 + e L v R U i v AK2 G2 + - E ()
ČOPER KLASE B Continuous Idel Switch No Snubber powergui i + - I.s D2 + v - U. Scope V i + - 2I. + R L Q2 e g 1.5 Duty cycle D P p PWM Genertor (DC-DC) DC) U V = 1V, e= 11V T p ton = V R = 1 Ω, L = 1mH Tp T =, 2s F = 5Hz p p
ČOPER KLASE B Režim s neprekidnom strujom 1 i g2 (t).5.2.22.24.26.28.3.32.34.36.38.4 t = Vreme [s] i (t) -5-1.2.22.24.26.28.3.32.34.36.38.4 t = Vreme [s] 1 I 1 I 2 ) u (t), e(t) 5.2.22.24.26.28.3.32.34.36.38.4 t = Vreme [s] i s (t) -5-1.2.22.24.26.28.3.32.34.36.38.4 t = Vreme [s] i D2=i s
ČOPER KLASE C Ovj čoper omogućv rd u dv kvdrnt i predstvlj kombinciju ij prethodn dv. Šem i krkteristični dijgrmi dti su n slici. i s U I i Q1 D Q 2 1 i D2 L R + - + - i + - V i G1 i Q2 Q 2 D 1 U i i D1 G2 e L v R + - E
ČOPER KLASE C g 1 2 g 1 2 V = 1V, e= 4V R = 1 Ω, L = 1mH T =, 2s F = 5Hz p p U = t on T p V
Čoper klse C Režim rd s neprekidnom strujom 1 t) i g1 (t.5 i (t).2.22.24.26.28.3.32.34.36.38.4 t = Vreme [s] 4 2 i Q1 i D1 i Q2 i D2-2.2.22.24.26.28.3.32.34.36.38.4 t = Vreme [s] 1 I 1 I 2 (t) u (t), e( 5.2.22.24.26.28.3.32.34.36.38.4 t = Vreme [s] 4 i s (t) 2.2.22.24.26.28.3.32.34.36.38.4-2 t = Vreme [s]
ČOPER KLASE D Šem čoper: i s Q 1 D 2 U i L R E V + - - i + G1 + - e L + v R I U Q 2 D 1 i G2
ČOPER KLASE D.5 Duty cycle D P p PWM Genertor (DC-DC) [Q1] Scope Continuous Idel Switch No Snubber powergui 1 True Mnul Switch [Q2] i + - I.s Q1 U. D2 i (t) g1 Režim rd s neprekidnom strujom 1 5.5.2.22.24.26.28.3.32.34.36.38.4 t = Vreme [s] V [Q1] D1 i + - I. + R L e [Q2] Q2 15 i (t) 1 5 u (t), e(t) i s (t).2.22.24.26.28.3.32.34.36.38.4 t = Vreme [s] 1 5.2.22.24.26.28.3.32.34.36.38.4 t = Vreme [s] 15 1 5.2.22.24.26.28.3.32.34.36.38.4 t = Vreme [s] V = 1V, e= 4V R = 1 Ω, L = 1mH T =, 2s F = 5Hz p p
ČOPER KLASE E Kombincij dv čoper klse C omogućv četvoro-kvdrntni rd. Šem čoper je n slici. D 2 - Q 3 -ON D 2 - D 3 -ON U Q 1 - Q 4 -ON D 1 - Q 4 - ON I Q 2 - Q 3 -ON Q 2 - D 3 -ON D 1 - Q 4 -ON D 1 - D 4 -ON i s V Q 1 D 2 L R + - i + - + - e L Q 2 D 1 Q 4 D 3 U v R E + - Q 3 D 4 D +v -
ČOPER KLASE E g 1 g 1 2 2 g 1 g 1 + - 2 v 2 V = 1V, e= 4V R = 1 Ω, L = 1mH T =, 2s F = 5Hz p p
Čoper klse E Režim rd s neprekidnom strujom 1 i g1 (t).5.2.22.24.26.28.3.32.34.36.38.4 t = Vreme [s] 15 i (t) 1 5 1.2.22.24.26.28.3.32.34.36.38.4 t = Vreme [s] ) u (t), e(t i s (t) 5.2.22.24.26.28.3.32.34.36.38.4 t = Vreme [s] 15 1 5.2.22.24.26.28.3.32.34.36.38.4 t = Vreme [s]
Predstvljnje j čoper funkcijom prenos - Energetski pretvrči se z potrebe uprvljnj elektromotornim pogonom mogu predstviti funkcijom prenos s kšnjenjem prvog red, što vži i z čoper. k G ( ) č č p = 1 + ptd k č pt k d e č 1 + pt d V U t on V / Tp 1 +T p 1 +T p t d = on ; k = V; T = T T T p č d p d U k = V ; T = T T č d p T p
Svremeni elektromotorni pogon s motorom jednosmerne struje npjnim iz čoper