Transcript Srednja vrijednost napona

FAKULTET
ELEKTROTEHNIKE I
RAČUNARSTVA
UČINSKA ELEKTRONIKA
OSNOVNI SKLOPOVI
UČINSKE ELEKTRONIKE
Ponavljanje gradiva prethodnih srodnih predmeta u
proširenom obliku.
tranzistorska sklopka s istosmjernim (DC) izvorom
 dioda i tiristor u krugu s izmjeničnim (AC) izvorom
 induktivno trošilo, poredna dioda, protuelektromotorna
sila

ZAVOD ZA
ELEKTROSTROJARSTVO
I AUTOMATIZACIJU
Ak. god. 2010/2011
Zagreb,
2010.
Tranzistorska sklopka s DC izvorom


Ovaj sklop je temelj za izučavanje istosmjernih pretvarača.
Tranzistor (bipolarni, unipolarni – MOSFET ili IGBT) spaja ili odvaja
istosmjerni izvor od trošila koje može biti različitog karaktera (omsko otporno – djelatno, omsko–induktivno, induktivno). Kada kažemo
induktivno trošilo, mislimo na jako induktivno omsko-induktivno trošilo, a ne
na potpuno induktivno trošilo).
id = is
ud
us
iS
2
Tranzistorska sklopka s DC izvorom



U učinskoj elektronici vrlo rijetko se susrećemo samo s djelatnim trošilom,
ono je najčešće induktivno.
Induktivni karakter trošila često mijenja naš način razmišljanja.
Kod induktivnog trošila, zbog razgradnje zatečene energije, potrebno je
dodati tzv. porednu diodu.
iD
ud
id
us
iS
3
Tranzistorska sklopka s DC izvorom




Ukoliko je struja induktivnog trošila neisprekidana (nije nužno da je
nevalovita), tada srednju vrijednost struje trošila određuje samo otpor R,
dok induktivitet L određuje samo valovitost struje trošila.
U pojednostavljenim, idealiziranim razmatranjima, u slučaju jako
induktivnog trošila, struju trošila smatramo neisprekidanom i nevalovitom.
Srednjom vrijednošću struje trošila upravljamo promjenom srednje
vrijednosti napona trošila, a srednju vrijednost napona trošila najčešće
mijenjamo promjenom faktora vođenja (opterećenja) D.
Načelo modulacije širine impulsa - PWM
4
Tranzistorska sklopka s DC izvorom




Često se u krugu trošila nalazi još i protuelektromotorna sila – E.
Razlikujemo 2 slučaja: neisprekidana i isprekidana struja trošila Id.
U slučaju neisprekidane struje trošila, protu EMS se ne vidi u valnom obliku napona na trošilu,
no izravno određuje srednju vrijednost struje (kako?)
U slučaju isprekidane struje trošila, protu EMS se vidi u valnom obliku napona na trošilu,
tijekom intervala kada je struja trošila jednaka nuli. Pazite, tada ne vrijedi navedini izraz za
srednju vrijednost struje trošila Id . Pokušajte sami izvesti izraz za srednju vrijednost struje
trošila u isprekidanom načinu rada !
id
ud
iD
us
iS
5
Tranzistorska sklopka s DC izvorom

Često se koristi funkcionalno jednak oblik sklopa istosmjerne sklopke, koji
odgovara obliku za analizu istosmjernog silaznog pretvarača
6
Izmjenični izvor i dioda - ispravljač
Poluvalni diodni ispravljač i karakteristični valni oblici uz djelatno trošilo
7
Izmjenični izvor i dioda - ispravljač
Srednja vrijednost napona na trošilu
Srednja vrijednost struje trošila dobiva se
dijeljenjem s otporom
8
Izmjenični izvor i dioda - ispravljač
Srednja vrijednost snage na trošilu
Efektivne vrijednosti napona i struje
za poluvalno ispravljeni sinusni valni oblik su
sljedeće
9
Izmjenični izvor i dioda - primjer
Za poluvalni ispravljač s otpornim trošilom napon izmjeničnog izvora
iznosi 220 V, 50 Hz, otpor trošila je 10 Ω. Treba odrediti:
a) srednju vrijednost struje trošila,
b) srednju vrijednost snage koja se disipira na trošilu,
c) faktor snage sklopa.
Rješenje:
10
Izmjenični izvor i dioda - primjer
b) srednja vrijednost snage na trošilu je:
c) efektivna vrijednost struje trošila je :
te je snaga:
a faktor snage:
11
Izmjenični izvor i dioda – ind. trošilo
Rješavanje naponsko-strujnih odnosa nije
trivijalno.
Uočite da srednja vrijednost napona trošila
ovisi o vremenskoj konstanti trošila.
To je poluvalni ispravljač s omskoinduktivnim trošilom.
12
Izmjenični izvor i dioda – ind. trošilo
13
Izmjenični izvor i dioda – RLE trošilo
Kada dioda počinje voditi?
Važno je uočiti da je snaga
izmjeničnog izvora jednaka
zbroju snage istosmjernog
izvora i snage na otporu
(istosmjerna
+
izmjenična
snaga).
14
Izmjenični izvor i dioda – poredna D
Primjetimo da obje diode ne
mogu voditi istovremeno !
Nakon nekoliko perioda
doseže se ustaljeno stanje,
u kojem je struja trošila
neisprekidana, za razliku od
prethodnih sklopova.
15
Izmjenični izvor i dioda – poredna D
Strujno-naponski odnosi u
ustaljenom stanju za tipično
omsko-induktivno trošilo.
Strujno-naponski odnosi uz
pretpostavku jako induktivnog
trošila. To ćemo često
pretpostavljati !
16
Izmjenični izvor i dioda – poredna D
Za poluvalni ispravljač s porednom diodom i pretežno induktivnim
trošilom, napon izvora je 220 V, 50 Hz, a Rd = 10 Ω. Pretpostavimo se da je
Ld za praktične primjene neizmjeran, pa je potrebno odrediti:
a) snagu koju uzima trošilo i faktor snage koji „vidi“ izvor,
b) te nacrtati valne oblike za srednju vrijednost struje svake diode
c) i odrediti Ld ako struja od vrha do vrha nije veća od 10% vrijednosti
srednje struje
Rješenje:
a) napon na Rd , Ld trošilu za poluvalni ispravljač sinusnog napona ima srednju
vrijednost :
te je srednja vrijednost struje trošila:
17
Izmjenični izvor i dioda – poredna D
Srednja snaga na otporu je:
Efektivna vrijednost struje izvora određuje se iz izraza:
Faktor snage je:
18
Izmjenični izvor i dioda – poredna D
b) svaka dioda vodi tijekom jednog poluvala izmjeničnog napona. Srednja
vrijednost struje svake diode je:
c) induktivitet određen dopuštenom promjenom struje trošila 10% može se
odrediti aproksimiranjem za osnovnu frekvenciju Fourierovog reda.
Ulazni napon trošila za n=1 ima amplitudu:
Valovitost struje od vrha do vrha ograničena je na:
i odgovara joj amplituda:
19
Izmjenični izvor i dioda – poredna D
Impedancija trošila za osnovnu frekvenciju za to je:
odnosno:
Budući da se otpor od 10 Ω prema cijeloj impedanciji može zanemariti,
približna vrijednost induktiviteta je:
U stvarnosti će induktivitet biti neznatno manji od 1,008H jer se Fourierovi
članovi viši od n=1 u ovoj procjeni mogu zanemariti.
20
Izmjenični izvor i dioda – trošilo je C
To je najčešće rješenje za
dobivanje glatkog ispravljenog
napona.
Izračun nije trivijalan (Hart), no
korisno je znati konačna rješenja.
Vršna vrijednost struje diode
Približni izraz za valovitost
izlaznog napona
21
Izmjenični izvor i tiristor – R trošilo
Upravljivi poluvalni ispravljač !
Srednja vrijednost napona na
trošilu, to je upravljačka
karakteristika
Efektivna vrijednost napona na
trošilu, zapamtite izraz, još
ćemo se susresti.
22
Izmjenični izvor i tiristor – R trošilo
Primjer: Jednofazni poluvalni upravljivi ispravljač s djelatnim trošilom
Projektirajte sklop koji na trošilu daje srednju
vrijednost napona od 40 V na otporu od
y
100 Ω, a na ulazu mu je izmjenični izvor efektivne vrijednosti 120 V i frekvencije 60 Hz.
Izračunajte snagu disipiranu na otporniku kao i faktor snage izmjeničnog izvora.
Najjednostavnije i najekonomičnije rješenje je uporaba jednofaznog poluvalnog
upravljivog ispravljača s gore opisanom upravljačkom karakteristikom.
Korištenjem gornje jednadžbe i uvrštavanjem poznatih podataka dobiva se potrebni
kut upravljanja α.
23
Izmjenični izvor i tiristor – R trošilo
Za izračunavanje snage trošila potrebna nam je efektivna vrijednost napona na trošilu.
Sada se može izračunati snaga trošila.
Te konačno slijedi izračunavanje faktora snage kao omjera djelatne i prividne snage.
24
Izmjenični izvor i tiristor – RL trošilo
Rješavanje naponsko-strujnih odnosa
ponovo nije trivijalno. Može se pronaći u
literaturi i u zadacima za vježbu.
Trajanje
vođenja
struje
vremenskoj konstanti trošila.
ovisi
o
25
Izmjenični izvor i tiristor – RLE trošilo
Rješenje je slično kao kod
neupravljivog ispravljača, no
vođenje diode počinje tek
ukoliko postoji okidni impuls
na geitu tiristora.
26