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 električnom energijom jednosmernih motor u pogonim, pre sveg regulisnim. ENERGETSKI ULAZ P eu η + UPRAVLJAČKI + P uu AKTUATOR u ULAZ e M L d + i P eu P uu << u = P 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 ktutor 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 L f N f ϕ f + e G m g, ω g =const. u + i Jednčine N L Diferencijlne: f dϕ f dt di = dt = u f e u R f i f R i Algebrske: e u m = c ϕ ω ϕ g f = = u f f ( i ) ( i ;?; t) f f g = c ϕ i
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 f fb b b b fb b fb R i u = R i = cϕ i = = f 1 ( ϕ ) fb ω
Možemo sprovesti postupk normlizcije N: N u ϕ f b f fb dϕ * * = e * u* i* b b * f * g* f dt = u i ( i ) f * * * f * f * L R di R R R dt R e ϕ = ϕ ω = f (,?, ) u = u i t * * * * m = ϕ i g* f * * T pϕ = u i f f f f T R pi = e u R i
BLOK DIJAGRAM: N: i f f -1 (ϕ) u f =u c + 1 pt f ϕ f 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 i diod) 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 SINHRONI- ZACIJA ( TESTERE ) P eu =λ V ~ I ~ λ cos (α) u c GENERATOR OKIDNIH IMPULSA UGAO PALJENJA α POJAČAVAČ IMPULSA IMPULSI TIRISTORSKI MOST JEDNOSMERNI IZLAZ (P ;u ;i )
Simulcioni blok dijgrm
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 c mx c min cmx
Monofzni punouprvljivi most Spreg monofznog most i jednosmernog motor i p i s v p = 2V p sinωt N p N s v 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 Mle brzine, ml elektromotorn sil i ml opterećenj. v AN v BN v AN 1 1.2 [ ] f 5 36 α o o = 6, T = = =.2s α s = α E i l η t u E i α π β 2π Ω t
Z sve prekidne režime vže sledeće nlitičke relcije: E ψ f ω η = rcsin = rcsin 2V 2V u = E z β π < Ω t < α ( ) u = 2V sin 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, α, ω) = sin ( Ω t θ ) + Z R ψ ω 2V + sin ( Ω t θ ) e R Z f ( α Ω t)/ tgθ gde je: ( ) 2 2 Z = Ω L + R Ω L θ = rctg R
U prekidnom režimu vži: ( ) i β, α, ω = Rešvnjem ove jednčine po β dobij se: (, ) β = β α ω 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 = id Ω t π ( α, 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 cosα ) f
Zbog vremenski promenljive struje pri stlnom fluksu im se i promenljiv moment, njegov srednj vrednost je: M α, ω = ψ I α, ω ( ) ( ) e f Poslednji izrz predstvlj MEHANIČKU KARAKTERISTIKU u prekidnim režimim, koj je očigledno nelinern.
Režimi s neprekidnim strujm v AN Veće brzine, veliko operećenje. v BN v AN 1 1.2 [ ] f 5 36 α o o = 36, T = = =.2s α s = α E η t u i α π 2π Ω t
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 π ψ ψ ω f 2 f ω M e
1 ω [o/min] 8 6 M emin Grnic prekidnosti L d = 4 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 9 6 M e [Nm] -4 15 12-6 135-8 15 18
Funkcij prenos most Most je nelinern sistem! Pojčnje se određuje linerizcijom. U ( α) V α [ ] k mos ( cos 3 cos15 ) U 2 2 V = = =, 13 V V/ α π 3 15 [ ]
U dinmičkim režimim most unosi trnsportno kšnjenje, 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 = 5 ms 2 2 = 2 2 f = Promen ugl pljenj 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 kis = kgi kmos =,13 ( α mx α min ) / o u c mx U prksi je: α α min mx = 1 3 = 15 16 Prenosn funkcij isprvljč: G is ( p) k = is 1 + pt d
Trofzni tiristorski most Ov konfigurcij isprvljč dns se njčešće koristi u prksi. Principijeln šem trofznog most dt je n slici. - + v n i s i Q 1 Q 3 Q 5 i G3 i G1 i G5 n - + v bn i sb b i 3 i 6 i 1 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.
Simulcioni blok dijgrm A Vbc v B c P A A Vbc B B A B c
Režim neprekidnih struj isprvljčki režim rd 2V E v v c v b v b v c v v b v b i s v cb v b v c v bc v b v c v cb v b v c t π 2π Ω t u v cb v i 6 i b v 1 i c v bc v b v c v cb v b 2 i 3 i 4 i 5 i 6 i 1 i i 5 i 6 i 1 i 2 i 3 i 4 i 5 i 6 α
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 pljenj dte su n slici.
ω [o/min] 15 α= o α=3 o 1 5 Grnic prekid L d = Prekidni režim α=45 o α=6 o α=75 o M enom 5 1 15 2 25 Neprekidni režim α=9 o M e [Nm] -5 α=15 o -1-15 α=12 o α=135 o α=15 o 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 ) U 3 2 V = = =, 195 V V/ α π 3 15 [ ] Srednje vreme kšnjenj: T d 1 T 1 1 = = = 1, 66ms 2 6 2 6 f
Ukupno pojčnje isprvljč V kis = kgi kmos =,195 ( α mx α min ) / o u c mx U prksi je: α α min mx = 1 3 = 15 16 Funkcij prenos isprvljč: G is ( p) k = is 1 + pt d
ČETVOROKVADRANTNI POGON Vžno je istći d jedn punouprvljivi 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 + α = π U 1 2 C1 C1 = U C2 u ( t) u ( t) C2
Četvorokvdrtni 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 { C1 1L2 1L3 i L d M { 2L1 2L2 2L3 C2 DB L c i 2
Četvoro-kvdrntni rd s kružnom strujom (sglsno uprvljnje) Koristi se z ostvrivnje brzih revers (promene znk) moment. ω C 1 ISP. C 1 ISP. C 2 INV. C 2 INV. α1 + α2 = 18 o m e C 1 INV. C 2 ISP. C 1 INV. C 2 ISP.
U u ( t) u ( t) C1( α1) = UC2( α2) C1 C2 u ( t) C1 Dijgrm trenutnih vrednosti npon o α C1 = 45 smo z α α o C1 = αc2 = 9 o α C2 = 45 kružn struj = α = 9 u ( t) = u ( t) C1 C2 C1 C2 u ( t) C2 o [ ] t s o α C2 = 135 α C1 = 135 u ( t) + u ( t) C1 C2 t [ s]
Vrd Leonrdov grup zmjc PM ω g G i M ω DB Ref. Reg V c A i f
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 je prikzn šem ovog čoper i dijgrmi krkterističnih veličin u režimu s prekidnom strujom i u režimu s neprekidnom strujom. i s U I + - V Q 1 v AK1 i G1 i i D D 1 U E L R + - + - e L v R + - U = t on T V
ČOPER KLASE A Režim s prekidnom strujom U = t on T p V i g1 (t) 1.5.2.4.6.8.1.12.14.16.18.2 t = Vreme [s] 4 V = 1V, e = 4V R = 1 Ω, L = 1mH T =, 2s F = 5Hz p p u (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 L T F p p = 1 Ω, = 1mH =,2s = 5Hz i g1 (t) i (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) 5.2.22.24.26.28.3.32.34.36.38.4 t = Vreme [s]
ČOPER KLASE B (podizč npon) Šem i dijgrm krkterističnih veličin u režimu s neprekidnom strujom je dt n slici. i s U D 2 I + - V Q 2 i Q i G2 + v AK2 i U L R + - + - e L v R + - E ()
2 ČOPER KLASE B g 1 U = T p t T p on V V = 1V, e = 11V R = 1 Ω, L = 1mH 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) u (t), e(t) -5-1.2.22.24.26.28.3.32.34.36.38.4 t = Vreme [s] 1 5.2.22.24.26.28.3.32.34.36.38.4 t = Vreme [s] I 1 I 2 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 prethodn dv. Šem i krkteristični dijgrmi dti su n slici. i s U I + - V Q 1 i G1 Q 2 i G2 i Q1 i Q2 D 2 i D2 L i R + - + - e v D L R 1 U i D1 + - E
1 2 g 1 2 g ČOPER KLASE C g 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 i u (t), e(t) s (t) i (t) i g1 (t).5.2.22.24.26.28.3.32.34.36.38.4 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 5.2.22.24.26.28.3.32.34.36.38.4 t = Vreme [s] 4 2-2.2.22.24.26.28.3.32.34.36.38.4 t = Vreme [s] I 1 I 2
ČOPER KLASE D Šem čoper: i s U I Q 1 D 2 i V i G1 i L R + - + - e L + v R U D 1 Q 2 E + - 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 Režim rd s neprekidnom strujom 1 V [Q1] i + - I. + R L e i g1 (t).5.2.22.24.26.28.3.32.34.36.38.4 t = Vreme [s] D1 [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 Q 2 D 1 D 2 L R i + - + - e L U v R E + - Q 3 D 4 Q 4 D 3 v D +
g 1 g 1 + - 2 2 v ČOPER KLASE E g 1 g 1 2 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 čoper funkcijom G č prenos - Energetski pretvrči se z potrebe uprvljnj elektromotornim pogonom mogu predstviti funkcijom prenos s kšnjenjem prvog red, što vži i z čoper. k č ( p) k = č 1 + pt d pt k d e č 1 + pt d d V 1+ ptp U t d = on ; k = V; T = T T p č d p t on V / T 1+ p pt p U V k = ; T = T T č d p p
Svremeni elektromotorni pogon s motorom jednosmerne struje npjnim iz čoper