v.katić - ee1-ii deo - ispravljači ac-dc
Post on 02-Jun-2018
226 Views
Preview:
TRANSCRIPT
-
8/10/2019 V.kati - Ee1-II Deo - Ispravljai AC-DC
1/28
V.Kati ENERGETSKA ELEKTRONIKA 60
7. Uvod u energetske pretvarae
Energetski pretvarai su ureaji koji vre pretvaranje jednog oblika energije udrugi. Osnovni zahtev pri svakom pretvarnju energije je da se gubici pretvaranja svedu naminimalne, tj. da pretvara bude sa visokim koeficijentom energetske efikasnosti.
Ima veliki broj raznih vrsta pretvaraa, ali e se ovde govoriti o pretvaraima kojigeneriu ili troe elektrinu energiju. Takve poretvarae moemo podeliti u:1. Elektro-mehanike pretvarae pretvaraju elektrinu energiju u mehaniku ili obrnuto.Koriste princip Elektromagnetne indukcije (Faradejev zakon elektromegnetne indukcije).Primer: rotacione elektrine maine (elektrini motori, elektrini generatori), Rotacionipretvarai (AC/DC ili DC/AC) i dr.2. Elektrine pretvarae pretvaraju elektrinu energiju u elektrinu. Koriste principElektromagnetne indukcije (Faradejev zakon elektromegnetne indukcije). Primer:stacionarne elektrine maine Transformatori.3. Energetske elektronske pretvarae - pretvaraju elektrinu energiju u elektrinu. Koristeprincip rada elektronskih poluprovodnika (statiki pretvarai). Primer: ispravljai,frekventni pretvarai, operi, ciklokonvertori, dimeri i dr.4. Elektrine sijalice pretvaraju elektrinu energiju u svetlosnu. Koriste razne principe:princip uarenog vlakna (inkandencentne sijalice ili arulje), princip proboja ugasovima (fluorescentne, ivine, natrijumove, neonske i dr. sijalice) i princip elektronskihpoluprovodnika (svetlee diode, LED sijalice).5. Foto-naponske (FN) elije (FN moduli, FN paneli) pretvaraju solarnu (svetlosnu)energiju u elektrinu. Koriste princip foto-naponski efekat u poluprovodnicima (PV).Primer: FN paneli.6. Elektrini grejai pretvaraju elektrinu energiju u toplotnu. Koriste elektrotermikiprincip, odnosno rade u skladu sa Dulovim zakonom. Primer: Elektrini grejai.7. Termo-elektrini pretvarai pretvaraju toplotnu energiju u elektrinu. Koriste termo-elektrini efekat u poluprovodnicima (ThV). Primer: Termo-elektrini generator, termo-spoj i dr.8. Elektrini akumulatori ili baterije pretvaraju elektrinu energiju u hemijsku i obrnuto.Koriste elektro-hemijske principe. Primer: olovni akumulatori, Li-jonskie baterije,alkalne baterije i dr.9. Piezo-elektrini pretvarai pretvaraju silu pritiska (mehaniku energiju) u elektrinu.Koriste piezo-efekat u poluprovodnicima.10. Gorive elije (Fuel Cells) pretvaraju energiju vodonika (H2) u elektrinu. Koristeprincip elektrolize, tj. razlaganje vodonika na katjon (H+) i elektron (e-) ( H2->2H+ +2e-).11. Druge vrste pretvaraa - laser, elektrini luk, ....
Energetska efikasnost ovih pretvaraa je razliita i ide od petnaestak procenata(14-18% za FN elije) do preko devedeset ili ak devedeset pet procenata (transformatori95-96%, DC/DC pretvarai 92-96% itd)
Generalna ema i princip energetskih pretvaraa se moe predstaviti preko prikazana slici 7.1 i odgovarajuih optih matematikih postavki datih u sklopu iste slike.
-
8/10/2019 V.kati - Ee1-II Deo - Ispravljai AC-DC
2/28
V.Kati ENERGETSKA ELEKTRONIKA 61
T
S
dtdST0
01
0 0
izraena energija krozzatvorenu povrinu S
01
dtiuT
t 0 0
Slika 7.1 Princip i atematike postavke energetskih pretvaraa
7.1. Energetski elektronski pretvarai (Power Electronics Conerters) - definicije
Kljune definicije, vezane za energetske elektronske pretvarae (EeP) su date uIEC standardima, koji su prihvaeni i kao Srpski (nekad jugoslovenski) standard:
1. Energetski elektronski pretvara (JUS N.A0.551 551 02 01)Ureaj za energetsko elektronsko pretvaranje koje sadri jednu ili vie ventilskih
komponenti (553 03 01) i eventualno transformatore, filtre i pomonesklopove.2. Ventilska komponenta (elektronska) (553 03 01)
Nedeljiva komponenta koja sadri jednu ili vie neupravljivih ili bistabilnoupravljivih jednosmernih provodnih puteva.
3. Ispravlja (energetski) (elektronski) (551 02 02)Elektronski pretvara za ispravljanje.
4. Ispravljanje (energetsko) (elektronsko) (551 01 05)Elektronsko pretvaranje naizmenine struje u jednosmernu.
5. Pretvaranje (energetsko) (elektronsko) (551 01 02)Promena jedne ili vie karakteristika nekog elektrinog energetskog sistema
pomou elektronskoh ventilskih komponenti, pri emu je bitno da nemaznaajnijeg gubitka snage. Karakteristike elektrinog sistema su, na primer,napon, broj faza i frekvencija (ukljuujui frekvenciju nula).
Osnovne osobine energetskih elektronskih pretvaraa:- pretvaranje karakteristika elektrine energije i upravljanje- bez (bitnih) gubitaka- pomou snanih poluprovodnika (tiristora i dr).
-
8/10/2019 V.kati - Ee1-II Deo - Ispravljai AC-DC
3/28
V.Kati ENERGETSKA ELEKTRONIKA 62
7.2 Klasifikacija energetskih elektronskih pretvaraa
Prvi nain prema primeni:
~
= ~
=
~
=~
=
1. Ispravlja 2. Invertor
3. Pretvara uestanosti, stabilizator na ona i dr.
3. oper
Slika 7.2Klasifikacija EeP prema nameni
Drugi nain prema toku energije:- direktni (sa jednostrukim pretvaranjem)
- Indirektni (sa dvostrukim pretvaranjem)- Trostruki indirektni (sa viestrukim pretvaranjem)
=
=
~
~
ispravlja
oper
invertor
naizmeninipretvara
direktni pretvara
indirektni pretvaratrostruki ind. pretvara
Slika 7.3Klasifikacijaprikaz toga energije
Trei nain prema konstrukciji:- bez meusobne komutacije (prosta kola, tranzistorski pretvarai)- sa prirodnom komutacijom spolja voeni (mreni-ispravljai i invertori;
i preko tereta - strujni invertori)- sa prinudnom komutacijom samovoeni operi, invertori, AC motori...
-
8/10/2019 V.kati - Ee1-II Deo - Ispravljai AC-DC
4/28
V.Kati ENERGETSKA ELEKTRONIKA 63
etvrti nain prema izlazu-karakteru potroaa- strujni pretvarai: na izlazu je velika induktivnost, odnosno izlazna struja je
kontinualna ili konstantna- naponski pretvarai: na izlazu je velika kapacitivnost, odnosno izlazni napon je
kontinualan ili konstantan.
7.3 Metode upravljanja energetskih pretvaraa
Savremene komponente energetske elektronike su uticale da se tehnikapretvaranja razvije od fazno upravljanih (ili linearnih), preko PWM (impulsno-irinskoupravljanje), ka pretvaima sa rezonantnim upravljanjem.
Prve komponente su se jednostavno upravljale (gasile prirodnom komutacijom),ali je frekvencija rada mala, veliki gubici, veliki gabarit-fazno upravljani pretvarai.
Poveanje frekvencije je neophodno radi smanjenja veliine, cene i boljihperformansi pretvaraa. Poveanjem frekvencije rastu i gubici, pa je neophodno koristitisnaber kola. Snaberom se smanjuju gubici na komponenti i njena temperatura, ali suukupni gubici poveani. Ovu tehniku koriste PWM pretvarai.
Razvojem brzih komponenti za rad na viim frekvencijama, veliina i gubicisnabera su smanjeni. ak je mogu rad i bez snabera, unutar SOA karakteristike.
Gubici na prekidakoj komponenti se mogu prektino eliminisati, ako seprekidanje vri pri nultom naponu (ZVS = zero voltage switching) ili pri nultoj struji (ZCS = zero current switching). Ovo je mogue u rezonantnim i kvazi-rezonantnimpretvaraima. U tom sluaju ima se visoka efikasnost, smanjen hladnjak, poboljanapouzdanost i rad bez snabera.
Dananji trend u energetskoj elektronici je prelaz sa fazno upravljanih (pretvaravisokih snaga i manji dioda, tiristor, trijak, GTO tiristor) na PWM (pretvara srednjihsnaga i manji BPT, MOS FET, IGBT i nove komponente) na rezonantne tehnolokepretvaraa (pretvara malih snaga MOS FET i nove komponente).
-
8/10/2019 V.kati - Ee1-II Deo - Ispravljai AC-DC
5/28
V.Kati ENERGETSKA ELEKTRONIKA 64
8. Ispravljai
8.1 Definicija
Ispravljai su sklopovi energetske elektronike, koji slue za pretvaranjenaizmenine struje (napona) u jednosmernu AC/DC. To je jedan od najeeprimenjivanih vrsta pretvaraa i predstavljaju vezu izmeu dva elektrina sistema naizmeninog i jednosmernog.
U ispravljaima se najee koriste diode i takav jednofazni ispravlja je poznatkao Gretzov spoj. Osim dioda, koriste se i tiristori, kada je mogue regulisati veliinu(srednju vrednost) izlaznog napona.
U sluaju da je potreban konstantan izlazni napon, na jednosmernoj (DC) straniispravljaa se povezuje kondenzator (C-filtar, za peglanje napona, odnosnosmanjivanje valovitosti).
Radi prilagoavanja veliine (srednje vrednosti) DC napona esto je potrebno preispravljanja smanjiti vrednost (efektivnu vrednost) naizmeninog (AC) napona. Za tusvrhu se koristi transformator. Zbog specifinih zahteva, takav transformator se nazivaispravljaki transformator.
8.2 Vrste, klasifikacija:
Osnovna podela ispravljaa je na: Strujne - karakteriu se preteno induktivnim potroaem, odnosno konstantnom
ili kontinualnom DC strujom i Naponske karakteriu se preteno kapacitivnim potroaem, odnosno
konstantnim ili kontinualnim DC naponom.
Strujni ispravljai se mogu podeliti, klasifikovati po:
1. broju faza:- monofazni (1~)- trofazni (3~)- viefazni (n-fazni, n~)
2. broju pulseva DC napona u periodi:- jednopulsni (1p)
- dvopulsni (2p)- tropulsni (3p)- estopulsni (6p)- dvanaestopulsni (12p)- viepulsni (N-pulsni, Np)
3. po vrsti regulacije:- neupravljivi (neregulisani - jedno-kvadrantni, diodni)- poluupravljivi (regulisani jedno-kvadrantni, diodno-tiristorski)- punoupravljivi (regulisani dvokvadrantni, tiristorski)
-
8/10/2019 V.kati - Ee1-II Deo - Ispravljai AC-DC
6/28
V.Kati ENERGETSKA ELEKTRONIKA 65
4. po konfiguraciji kola:- prosta- sa srednjom takom- mostni
Sa ova etiri parametra mogue je definisati svaki strujni ispravlja, odnosno onisu dovoljni da odrede svaki ispravlja, njegovu konfiguraciju, elektrinu emu i nainupravljanja.
Pored ovih kriterijuma, ispravljai se mogu razlikovati, podeliti i na sledei nain:
5. po nainu komutacije:- prirodna (mrena) komutacija- prisilna, komutacija posebnim kolom
Naponski ispravljai se mogu podeliti na slian nain kao i strujni, osim to se podelapo broju pulseva ne primenjuje. Takoe, naponski ispravljai se najee prave kaoneupravljivi (diodni) Gretzov spoj.U poslednje vreme, naponski ispravljai se prave sa puno-upravljivim prekidaima,odnosno sa snanim tranzistorima. Ovakvi ispravljai imaju mogunost bi-direkcionograda i pogodni su za aktivne AC/AC sklopove, koji su poznati kao Back-to-Back (B2B)pretvarai (sklop naponski Ispravlja-Invertor).
Primeri raznih vrsta strujnih ispravljaa:
a) 1~, 1p, upravljivi, prosti ispravlja:
~ =
Slika 8.1 - 1~, 1p, upravljivi, prosti ispravlja
b) 1~, 2p, punoupravljivi/neupravljivi, ispravlja sa srednjom takom:
Slika 8.2 - 1~, 2p, punoupravljivi (levo) / neupravljivi (desno) ispravlja u konfiguracijisa sa srednjom takom
-
8/10/2019 V.kati - Ee1-II Deo - Ispravljai AC-DC
7/28
V.Kati ENERGETSKA ELEKTRONIKA 66
c) 1~, 2p, neupravljivi/polupravljivi/punoupravljivi, mostni ispravljai:
Slika 8.3 - 1~, 2p, punoupravljivi (levo) / neupravljivi (desno), mostni ispravlja
Slika 8.4 - 1~, 2p, poluupravljivi, mostni ispravlja
d) 3~, 6p, upravljivi/polupravljivi, mostni ispravljai:
~
~
~=
~
~
~
=
Slika 8.5 - 3~, 6p, punoupravljivi (levo) / poluupravljivi (desno), mostni ispravlja
Kod projektovanja (razmatranja) ispravljaa u osnovi je potrebno odrediti njegove
spoljne karakteristike (izlaz/ulaz, srednja vrednost izlaznog napona, efektivna vrednostulazne struje), unutranje karakteristike (naprezanje komponenti), kao i snaguupotrebljenog transformatora u odnosu na jednosmernu snagu.
Takoe, za rad je bitna i regulaciona karakteristika ispravljaa, odnosno da li jeispravlja predvien za dvosmerni ili jednosmerni tok energije.
8.3 Jednofazni ispravlja sa srednjom takom:
Polazne pretpostavke:
-
8/10/2019 V.kati - Ee1-II Deo - Ispravljai AC-DC
8/28
V.Kati ENERGETSKA ELEKTRONIKA 67
1. Svi elementi u kolu su idealni, tj. zanemaruje se pad napona na komponentama,vodovima i potroau.2. Transformator je idealan, odnosno predstavljen je samo prenosjnim odnosom3. Potroa je induktivnog karaktera, odnosmo moe se smatrati da je dL , pa jestruja potroaa .constId
Prednost: jednostavna ema, malibroj tiristora (jeftino)
Mane: tiristor mora da bude zarelativno vee napone jer se nanjemu javlja dvostruki napon. Zato
se ta sprega koristi za manje naponedo 110 V.
Slika 8.6 ema jednofaznog ispravljaa sa srednjom takom sa RL potroaem.
Slika 8.7Talasni oblici ispravljaa sa srednjom takom: a) ud; b)Id; c)IT1; d) IT2; e) ip.
T1
T2 Ld
Rd
m
up
iT1
iT2
idid
ip
ud
+
+
-
8/10/2019 V.kati - Ee1-II Deo - Ispravljai AC-DC
9/28
V.Kati ENERGETSKA ELEKTRONIKA 68
8.3.1. Ul azno/izlazne karakteri stike
Srednja vrednost DC napona:
)cos(cosU2
)t(d)tsin(U22
12dt)t(u
T
1U s
T
0
sddi
cosU22
U sdi
cosU22
U sdio srednja vrednost napona na potroau
Najvea vrednost izlaznog napona je za 0 :
s
s
dio U9.0
U22
U Napon je manji od !Us
8.3.2. Naprezanje komponenti ispravlj a a:
Napon na tiristoru:
ddTRR UUUU
22
2222
5.25.1 k koeficijent sigurnosti
dTRR UkU veliki napon!Struja tiristora:
dTAV II 21 srednja vrednost struje kroz tiristor
2
1
0
2 dT
TRMS
Idti
TI efektivna vrednost struje kroz tiristor
Frekvencija tiristora: f=50 Hz
8.3.3.Prora un snage transformatora:
SSSTr 21
, TrS - snaga transformatora, S - snaga primara, S - snaga sekundara.
IUIUSTr 221
, ovo su sve efektivne vrednosti
TrMSd III 2
1
did UUUfU22
0,
Sekundar transformatora se bifilarno mota, da bi se rasipanje, prilikom prelazastruje sa jednog na drugi, svelo na minimum.
Za n = 1: dII , UU
-
8/10/2019 V.kati - Ee1-II Deo - Ispravljai AC-DC
10/28
-
8/10/2019 V.kati - Ee1-II Deo - Ispravljai AC-DC
11/28
V.Kati ENERGETSKA ELEKTRONIKA 70
Proraun komutacione prigunice:
tddi
)XX(2td
diL2dt
diL2uu CKK21
KT
n
uI
ULX
,
gde je X - reaktansa rasipanja, U - nominalni napon, nI - nominalna struja, KTu -svedeni napon kratkog spoja transformatora (%).
K
d
KT
n
UI
Uu
I
UX
8.4 Jednofazni, mostni ispravlja
Rad ispravljaa se odvija tako da naizmenino provode tiristori T1 i T4 (pozitivnapolu-perioda napona izvora) i tiristori T2 i T3 (negativna polu-perioda napona izvora).Pri tome je struja potroaa priblino konstantna, jer je pretpostavljeno da je induktivnostpotroaa veoma velika.
Slika 8.9 ema jednofaznog, punoupravljivog mostnog ispravljaa.
Ako se zanemari utical komutacije, tj. ako je LC=0, dobijaju se sledei talasnidijagrami napona i struje ovog ispravljaa. Ispravlja poinje da vodi u trenutku paljenjatiristora T1 i T4 sa faznim uglom . Ovaj ugao se meri od trenutka prolaska napona kroznulu, tj. od t=0. Zbog uticaja induktivnosti, tiristori (t1 i T4) e voditi sve dok se neukljui drugi par tiristora (T2 i T3) u -.
Moe se primetiti da se srednja vrednost izlaznog napona umanjuje kako ugao raste.
Ulazna struja je jednaka struji sekundara transformatora. Talasni oblik struje jeisti i ne zavisi od ugla ukljuenja tiristora .
-
8/10/2019 V.kati - Ee1-II Deo - Ispravljai AC-DC
12/28
-
8/10/2019 V.kati - Ee1-II Deo - Ispravljai AC-DC
13/28
V.Kati ENERGETSKA ELEKTRONIKA 72
coscos2
sin22
12 SSdi
UttdUU
cos22
Sdi UU
Ako se ova konfiguracija uporedi sa onom sa srednjom takom, vidi se da sedobija manje naponsko naprezanje komponenti, manji transformator (samo jedansekundar), manja snaga transformatora u odnosu na snagu potroaa, ali je potreban veibroj tiristora i sloenije upravljanje.
8.4.2. Naprezanje komponenti ispravlj a a:
Napon na tiristoru: Ispravlja daje istu srednja vrednost napona na izlazu, ali sunaprezanja tiristora manja od onih u konfiguraciji sa srednjom takom:
diodioSRRM UUUU 22222
!
Strujna naprezanja tiristora su ista:
2d
Tsr
II
2d
Tef
II
Frekvencija tiristora:
f=50 Hz8.4.3.Prora un snage transformatora:
Sada je potrebna snaga transformatora manja, jer je potreban jedan sekundartransformatora i to sa naizmeninom strujom. Ipak, zbog izoblienja struje (pravougaonioblik), tj. prisustva viih harmonika, snaga transformatora je i dalje vea od snagepotroaa:
ddioTR IUIUIUIUSSS 222
1
2
1
dTR PS 11.1
8.5. Jednofazni, mostni poluupravljivi ispravljai
nesimetrino poluupravljivi simetrino poluupravljivi
8.5.1. Ul azno/izlazne karakteristike
-
8/10/2019 V.kati - Ee1-II Deo - Ispravljai AC-DC
14/28
V.Kati ENERGETSKA ELEKTRONIKA 73
a) b)
Slika 8.11 -Dve eme poluupravljivog, mostnog ispravljaa.
a) nesimetrino poluupravljiv ib)simetrino poluupravljiv
a) b)
Slika 8.12 - Talasni oblici napona i struja ispravljaa.a) nesimetrino poluupravljiv i b) simetrino poluupravljiv
Za obe poluupravljive eme je:
- srednja vrednost napona potroaa:
2
cos1U
22)t(tsinU2
1U ssdi d
-
8/10/2019 V.kati - Ee1-II Deo - Ispravljai AC-DC
15/28
V.Kati ENERGETSKA ELEKTRONIKA 74
s0di U
22U
- efektivna vrednost struje sekundara:
d.eff,sd.eff,s II:0jeAko,II
8.5.2. Naprezanje komponenti ispravlj a a:
Isto za obe eme. Napon na tiristoru:
ddsTRR UU2
2U2U
5.25.1 k koeficijent sigurnostiNapon pri nabavci realnog tiristora:
dTRRM UkU veliki napon!
Struja tiristora:
dTAV II 2
1 srednja vrednost struje kroz tiristor
2
1
0
2 dT
TRMS
Idti
TI efektivna vrednost struje kroz tiristor
Frekvencija tiristora: f=50 Hz
8.6 Uticaj nelinearnog rada ispravljaa vii harmonici
Usled prekidakog rada komponenti ispravljaa dolazi do pojave viih armonikaulazne (AC) struje i izlaznog (DC) napona:
Harmonici struje Harmonici napona
1
sin2n
anS tnIi
2
sin2h
hdhdod thUUU
,...7,5,3,1n ,...6,4,2h
Slika 8.13 Ulazna struja (levo) i izlazni napon (desno) ispravljaa.
Neka je :0
AC/DC
-
8/10/2019 V.kati - Ee1-II Deo - Ispravljai AC-DC
16/28
V.Kati ENERGETSKA ELEKTRONIKA 75
3
11 sin2sin2n
nnS tnItIi
12
2cos14
21
h
hdod thh
UU
...t3sin31I4tsinI4i 3
d1
dS
...4cos15
22cos
3
21 42 ttUU dod
Prvi harmonik AC struje Nulti harmonik (sred. vred.) DC napona:
dd
1 I22
2
I4I
Sdo UU
22
8.6.1. Pojedina na harmonij ska distorzij a:
Postoje samo neparni harmonici AC struje Postoje samo parni harm. DC naponatj. n= 3,5,7,9,....(samo neparni harm.) tj. ,...6,4,2h (samo parni harm.)
%1001
%1001
nI
IIHD nacn
14
22
hU
UUHD
do
dh
dch
8.6.2 Ukupna harmoni jska distorzij a:
%10021
2
2
I
I
THDI n
n
ac %10022
2
do
h
dh
dcU
U
THDU
2
22
1
nn
acnacn
IHDTHDI %10012
2
do
def
dcU
UTHDU
%10011002
1
2
21
21
2
I
I
I
IITHDI
efef
ac SdoSdef UUUU
22,
def II %3.48100122
12
THDU !
dd III
224
2
11 Veliko izoblienje!
122 2
2
2
d
d
ac
I
ITHDI
%3.48100122
2
acTHDI !
-
8/10/2019 V.kati - Ee1-II Deo - Ispravljai AC-DC
17/28
V.Kati ENERGETSKA ELEKTRONIKA 76
Vidi se da se javlja veliko harmonijsko izoblienje i napona i struje!
8.7. Faktor snage
efef
h
hhh
IU
IU
S
P
1
cos
100
cos11
h
hhh
TT
IUidtuT
dtpT
P
1
sin2h
hh thUu
1 sin2hhh thIi
Ako se pretpostavi da je 0h onda je
1
cosh
hhhIUP .
Obino je izoblienje mrenog napona vrlo malo, pa se moe pretpostaviti da je naponista sinusoida:
111 cosIUP
11
1
111111 coscoscos efefefef I
IIU
IUIU
IU
1cos faktor pomeraja = faktoru snage u kolima sa sinusnom strujom
U kolima sa sinusnom strujom i naponom cos
Kako je:
21
2
2
22.
2
221 IIIIIII ef
h
hdist
h
hef
1I
IHD hh
ITHD1
cos
I
I
THDI2
1
2
1
2h
2
h
Za monofazni ispravlja je:
1cos
22
-
8/10/2019 V.kati - Ee1-II Deo - Ispravljai AC-DC
18/28
V.Kati ENERGETSKA ELEKTRONIKA 77
8.8. Trofazni ispravljai
Danas se ova vrsta ispravljaa naee primenjuje u industriskim elektro-motornim pogonima gde je potrebno fino regulisanje brzine. Takoe, primenjuju se i uelektrinoj vui, pre svega u eljeznici. Novije aplikacije su u obnovljivim izvorimaelektrine energije (asinhroni generator sa namotanim rotorom), jednosmernom prenosuvisokog napona (High Voltage DC - HVDC) is dr.
Opta ema primene ovog ispravljaa obuhvata i povratne sprege za regulaciju i topo brzini i struji.
Slika 8.14 Opta ema aplikacije ispravljaa sa upravljako-regulacionim kolom.
Dele se u tri grupe:
- 3-ro pulsni, sa srednjom takom- 6-to pulsni, mosni- 12-to pulsni, serijska veza dva estopulsna ispravljaa
8.9. Trofazni, tropulsni ispravlja sa srednjom takom
Slika 8.15 Trofazni, tropulsni, punoupravljivi ispravlja sa srednjom takom.
-
8/10/2019 V.kati - Ee1-II Deo - Ispravljai AC-DC
19/28
V.Kati ENERGETSKA ELEKTRONIKA 78
Slika 8.16 - Napon i struja potroaa i struja sekundara faze 1.
8.9.1. Ul azno/izlazne karakter istike
Ako se zanemari uticaj komutacije, odnosno ako se pretpostavi da je LC=0, dobijase:
fUdKod trofaznih ispravljaa ugao ukljuenja se odreuje od trenutka prirodne
komutacije komponenata (dioda), tj. od /6. To znai da je koordinatni poetak zamatematiki izraz napona izvora pomeren u desno za /6, odnosno da napon izvora trebapredstaviti sa:
6
tsinU2u ss
Tada je srednja vrednost napona potroaa:
)63
2cos()
6cos(U
2
23td
6tsinU2
2
13U S
32
sdi
-
8/10/2019 V.kati - Ee1-II Deo - Ispravljai AC-DC
20/28
V.Kati ENERGETSKA ELEKTRONIKA 79
cosU2
63
cos22
3U
2
23)3/sin(2/sin2U
2
23
2
6/56/sin
2
6/56/sin2U
2
23
)6
5cos()
6cos(U
2
23U
S
SS
S
Sdi
Maksimalna vrednost izlaznog napona je:
S0di U2
63
U
Efektivna vrednost ulazne struje je:
3
I)t(dI
2
1I d
3/
0
2
ds
8.9.2. Naprezanje komponenti ispravlj a a:
Naprezanja tiristora su:
SRRM U32U
3d
Tsr
II
Sefd
Tef II
I 3
8.9.3 Regul acija izlaznog napona
cosU2
63U
Sdi
Opseg regulacije izlaznog napona je:
MAX0
-
8/10/2019 V.kati - Ee1-II Deo - Ispravljai AC-DC
21/28
V.Kati ENERGETSKA ELEKTRONIKA 80
Slika 8.17Funkcija regulacije izlaznog napona.
Meutim, ne moe se iskoristiti kompletan opseg, jer je potrebno ostaviti vremeza gaenje tiristora ugao . sada je maksimalni ugao regulacije:
MAX , ( je ugao gaenja)
Obino je 10qt ( stq 500 )
gde jetq vreme oporavka tiristora.
U invertorskom reimu ograniava , jer se pri velikom tiristor pali uuslovima negativnog faznog napona. U ispravljakom reimu qt nije kritino, jer je
napon na tiristoru pozitivan.
Slika 8.18Funkcija regulacije izlaznog napona uz uticaj ugla gaenja tiristora.
-
8/10/2019 V.kati - Ee1-II Deo - Ispravljai AC-DC
22/28
V.Kati ENERGETSKA ELEKTRONIKA 81
8.9.4. Prora un snage transformatora:
Transformator:- ispravljaki obino sa velikom rasipnom induktivnou ili se dodaje
komutaciona prigunica- bez transformatora (direktno na mreu), ali tad se mora dodati
komutaciona prigunica
Snaga transformatora je:
eeeeTR IUIUS 3321
Ako je sprega trofaznog transformatora trougao-zvezda (D/Y), tada su struja primara isekundara transformatora iste po talasnom obliku, dok je struja mree drgaija.
Slika 8.19 Talasni oblici struje transformatora i ulazne struje mree (dole).
3d
e
II , Se UU 3
de II 3
2 , Se UU
Sada je snaga transformatora:
dS
d
SdSTR IUI
UIUS
1
3
2
2
3
33
3
2
2
3
dioSSdio UUUU63
2
2
63
ddddioTR PPIUS
345.11
3
2
6
2
63
21
3
2
2
3
-
8/10/2019 V.kati - Ee1-II Deo - Ispravljai AC-DC
23/28
V.Kati ENERGETSKA ELEKTRONIKA 82
Mrea:
ddddiodSllmr PPIUIUIUS 21.133263223233
8.9.5. Ut icaj komutacija:
Slika 8.20Uticaj komutacije na izlazni napon i struju tiristora.
Vidi se da dolazi do smanjivanja srednje vrednosti izlaznog napona u periodukomutacie ( je ugao komutacije i obino iznosi 5-10)
8.9.6 Opti izrazi za ispravl ja e:
Uslovi: 1. struja kontinualna2. sve komponente idealne
A) Opti izraz za diU pri 0CL :
Izvoenje:
-
8/10/2019 V.kati - Ee1-II Deo - Ispravljai AC-DC
24/28
V.Kati ENERGETSKA ELEKTRONIKA 83
cossin2cos22 p
p
UtdtU
p
U S
p
p
Sdi
coscos
sin
2 dioSdi U
p
pUU
p je broj pulseva
B) Opti izraz za diU pri 0CL :
Izvoenje napona tokom komutacije
tp
Udt
diLu
dt
diLuu S
TCS
TCsrd
coscos222
1
tU
u Sd cos2
2
- Izvoenje izraza za dU
p
IX
p
pU
p
IXUU dCS
dCdid
2cos
sin2
2
- Odreivanje ugla komutacije
dLCdid UUU
coscos2
1cos diodio UU
coscos2
1dioU
-
8/10/2019 V.kati - Ee1-II Deo - Ispravljai AC-DC
25/28
-
8/10/2019 V.kati - Ee1-II Deo - Ispravljai AC-DC
26/28
V.Kati ENERGETSKA ELEKTRONIKA 85
ispravljaa u stvari anvelopa odgovarajueg meufaznog napona, odnosno meufaznognapona onih faza iji su tiristori aktivni.
Slika 8.22 - Trofazni, estopulsni, punoupravljivi ispravlja.
Rad ispravljaa odvija se u 12 ciklusa (stanja), gde ili vode dva tiristora (jedan izgornje i jedan iz donje polovine mosta) ili je u toku komutacija, tj. prelazak struje sajednog tiristora na drugi iste polovine mosta, dok tiristor iz suprotne polovine nastavlja sa
radom. U tabeli 8.1 su predstavljena sva stanja u kolu, s tim da svako stanje predstavljarazliito strujno kolo, odnosno zajedno predstavljaju prostor stanja u kom je opisan radispravljaa (ukljueno stanje tiristora je predstavljeno sa 1, a iskljueno sa 0) .
Tabela 8.1 Pregled stanja rada ispravljaaStanje Proces T1 T2 T3 T4 T5 T61 Voenje (T1,T5) 1 0 0 0 1 02 Komutac. 1 0 0 0 1 13 Voenje (T1,T6) 1 0 0 0 0 14 Komutac. 1 1 0 0 0 15 Voenje (T2,T6) 0 1 0 0 0 1
6 Komutac. 0 1 0 1 0 17 Voenje (T2,T4) 0 1 0 1 0 08 Komutac. 0 1 1 1 0 09 Voenje (T3,T4) 0 0 1 1 0 010 Komutac. 0 0 1 1 1 011 Voenje (T3,T5) 0 0 1 0 1 012 Komutac. 1 0 1 0 1 0
-
8/10/2019 V.kati - Ee1-II Deo - Ispravljai AC-DC
27/28
V.Kati ENERGETSKA ELEKTRONIKA 86
Slika 8.23 - Talasni oblici napona i struja
8.10.1. Ulazno/izlazne karakter istike
Srednja vrednost izlaznog napona se moe odrediti korienjem opteg obrasca nadva naina:a) preko veze 2 tropulsna ispravljaa (p=3):
cosU63
cos2
33U22cos
3
3sin
U22cos
p
psin
U22U
S
SSSdi
Maksimalni izlazni napon se dobija za =0
Sdio U63
U
odnosno, srednja vrednost izlaznog napona se moe napisati kao:
cosUU 0didi
b) preko opte formule za estopulsni ispravlja (p=6):
-
8/10/2019 V.kati - Ee1-II Deo - Ispravljai AC-DC
28/28
top related