izmjenjivaČi

IZMJENJIVAČI

• AUTONOMNI

• (REZONANTNI)

• (USMJERIVAČI U IZMJENJIVAČKOM NAČINU RADA ???)

IZMJENIČNAPRETVORBA

ISTOSMJERNAPRETVORBA

IZRAVNA IZRAVNA

NEIZRAVNANEIZRAVNA

∼ –

∼ –

– ∼

tok energije

ISPRAVLJANJE

IZMJENJIVANJE

ISTOSMJERNAPRETVORBA

IZMJENIČNA

PRETVORBA

IZMJENJIVAČI

IZMJENJIVANJE

• PRETVORBA ISTOSMJERNE VELIČINE (NAPON, STRUJA) U IZMJENIČNU VELIČINU (NAPON, STRUJA)

• NAPONSKI ULAZ – NAPONSKI IZVOR

• STRUJNI ULAZ - STRUJNI IZVOR

vdcvdc

L

IZMJENJIVAČIPROBLEM:

• HARMONIJSKI SASTAV IZLAZNE VELIČINE - NAJČEŠĆE ŽELIMO SINUSNI VALNI OBLIK

RJEŠENJA:

• RAZLIČITE METODE ZA SMANJENJE HARMONIKA

• FILTRIRANJE

• REZONANTNI IZMJENJIVAČI

IZMJENJIVAČIPROBLEM:

• UPRAVLJANJE IZLAZNOM SNAGOM

RJEŠENJA:

• PROMJENA AMPLITUDE ULAZNE VELIČINE

• PROMJENA ŠIRINE IMPULSA (KVAZIPRAVOKUTNI)

• PROMJENA KUTA UPRAVLJANJA (AKTIVNO TROŠILO)

• MODULACIJA ŠIRINE IMPULSA (PWM)

• REZONANTNI IZMJENJIVAČI - PROMJENA FREKV.

AUTONOMNI IZMJENJIVAČI

=

IZMJENJIVAČI PROMJENJIVE FREKVENCIJE

AUTONOMNI IZMJENJIVAČI

JEDNOFAZNI IZMJENJIVAČ U MOSNOM SPOJU S DJELATNIM TROŠILOM – NAPONSKI ULAZ

AUTONOMNI IZMJENJIVAČI

JEDNOFAZNI IZMJENJIVAČ U MOSNOM SPOJU S DJELATNIM TROŠILOM – NAPONSKI ULAZ

AUTONOMNI IZMJENJIVAČI

VJEŽBA : JEDNOFAZNI IZMJENJIVAČ U MOSNOM SPOJU S DJELATNIM TROŠILOM – STRUJNI ULAZ

ZA VJEŽBU NACRTAJTE SHEMU IZMJENJIVAČA SA STRUJNIM ULAZOM I ODGOVARAJUĆE VALNE OBLIKE PRAVOKUTNE I KVAZIPRAVOKUTNE IZLAZNE STRUJE. KOJE SKLOPKE VODE STRUJU U KOJEM INTERVALU ?

AUTONOMNI IZMJENJIVAČIJEDNOFAZNI IZMJENJIVAČ U MOSNOM SPOJU S OMSKO-INDUKTIVNIM TROŠILOM – NAPONSKI ULAZ

UPRAVLJANJE IZLAZNIM NAPONOM

AUTONOMNI IZMJENJIVAČIČEŠĆI JE SLUČAJ TROŠILA S FAKTOROM SNAGE MANJIM OD 1 – OMSKO-INDUKTIVNO TROŠILO

2

2

22

22

3

1

22

1322

11

1

91

)(

)3(1

)3()(

LR

LR

aLR

LR

aI

I

LR

aVI

LR

VI

Odgovor na prvo pitanje:

Ako R/ωL 0, onda I1/I3 3/a. Koliki je a? Razvojem pravokutnog napona u red, dobije se:

...5sin5cos

5

13sin3cos

3

1sincos

4 dc tttV

va

Dakle, a = 1/3, pa:

93

1 I

I

Odgovor na drugo pitanje je trivijalan.

AUTONOMNI IZMJENJIVAČI

2222 )(1

1

tg1

1cos

LR

R

RL

Proračun osnovnog harmonika napona

Izračunajmo Fourierove koeficijente. Napon va je neparna funkcija, tj. f(–x) = –f(x), pa nema kosinusnih članova. Amplituda sinusnih članova iznosi:

2/

0

2/

0

dsin)(4

d2

sin)(4

T

a

T

aan

ttntvT

tT

tntv

TV

Još primijetite:

Uvrštenjem ωt = :

dsin2

ddsin

24

0

0

nv

nvV

a

aan

dsin2 dc

1

VVa

AUTONOMNI IZMJENJIVAČI

Upravljanje snagom kod aktivnog trošila

Neka je vac zadan. Napon va može biti u bilo kojem “faznom položaju” Φ. Mijenjanjem Φ mijenja se i amplituda i faza osnovnog harmoničkog člana struje. Tako se upravlja snagom izvora vac. Izvor može davati i preuzimati snagu. Ako va kasni za vac, izvor vac daje snagu.

To je još jedan način upravljanja snagom (pored δ).

AUTONOMNI IZMJENJIVAČI

Primjer 8.1. Treba odrediti δ i Φ tako da je snaga predana trošilu 10 kW. Zadano je vac = 400 sin 377t, Vdc =350 V i L = 10 mH.

Ne postoji jedan par vrijednosti δ i Φ pri kojem je snaga predana trošilu jednaka 10 kW.

Treba postaviti dodatni zahtjev: struja ia1 mora biti u fazi s naponom vac. Iz konstrukcije fazorskog dijagrama je očito da kut Φ mora biti negativan (uzima se da je Φ pozitivan, ako va kasni za vac).

Vac = 400 V

Ia1 = 50 A

AUTONOMNI IZMJENJIVAČI

AUTONOMNI IZMJENJIVAČIIZMJENJIVAČI S UTISNUTOM STRUJOM

AUTONOMNI IZMJENJIVAČIIZMJENJIVAČI S UTISNUTOM STRUJOM

AUTONOMNI IZMJENJIVAČIIZMJENJIVAČI S UTISNUTOM STRUJOM

cos22

cos4

cos22

ac

dc

ac1 VI

VIa

AUTONOMNI IZMJENJIVAČIIZMJENJIVAČI S UTISNUTOM STRUJOM

AUTONOMNI IZMJENJIVAČISMANJIVANJE HARMONIKA

AUTONOMNI IZMJENJIVAČISMANJIVANJE HARMONIKA

– Metoda uklanjanja harmonika

– Metoda poništavanja harmonika

– Metoda premještanja harmonika (metoda širinsko-impulsne modulacije, metoda modulacije širine impulsa, PWM)

Metoda uklanjanja harmonika

Ideja je da se odabere takav δ da nema nekih harmonika.

AUTONOMNI IZMJENJIVAČISMANJIVANJE HARMONIKA

= 2

harmonika

osnovnog amplituda)ˆ( 1 AoV

2

4)ˆ(

)ˆ()ˆ(

1

1

dAo

AohAo

VV

h

VV

Amplituda sinusnih članova iznosi:

2/

0

d2

sin)(4 T

aan tT

tntv

TV

Amplituda trećeg harmonika iznosi:

Izborom δ može se potpuno otkloniti treći harmonik. Treći harmonik ne postoji ako je δ = 30o el.

Pozitivne slabo zatamnjene površine jednke su negativnim jako zatamnjenim površinama. Zato je uklonjen treći harmonik iz kvazipravokutnog valnog oblika.

Grafičko tumačenje integranda integrala:

Peti harmonik iznosi:

180 : 5 = 36

Grafičko tumačenje integranda ovog integrala za δ = 30o el. dobije se polaganjem kvazipravokutnog valnog oblika bez trećeg harmonika na sinusoidu sin 5ωt:

ttV

Va d5sin2 dc

5

Vidi se da integral nije jednak nuli.

Uistinu, uklonjeni su svi harmonici reda 3n. Za taj valni oblik se kaže, u tehničkom žargonu, da je oslobođen od 3n harmonika. To se može dokazati analizom Fourierovih koeficijenata.

Primjer: Istodobno uklanjanje trećeg i petog harmonika

Ideja: u valnom obliku odabrati dva parametra; prvim (δ) se uklanja treći harmonik, a drugim peti (γ).

Žljebove treba umetnuti tako da ostane uklonjen treći harmonik. Očito, središte žljeba treba biti u 60o i u 120o.

Sada treba odabrati takovu širinu žljeba da nestane peti harmonik:

Poluširina žljeba treba biti 6o el. Pozitivni i negativni mali trokutasti isječci poništavaju jedan drugi, a zbroj dviju negativnih površina osnovice četvrtine periode (petog harmonika) poništava jednu pozitivnu površinu osnovice poluperiode (petog harmonika).

Metoda poništavanja harmonika

Primjer: Istodobno uklanjanje trećeg i poništavanje petog harmonika

Uzmu se dva izmjenjivača. Svaki izmjenjivač daje kvazipravokutni napon koji nema trećeg harmonika. Zato se kombinacijom ova dva kvazipravokutna napona ne može dobit napon koji sadrži treći harmonik. No, odgovarajućim “faznim pomakom” ova dva kvazipravokutna napona može se dobiti napon koji ne sadrži peti harmonik.

180 : 5 = 36

30 + 36 = 66

Metoda premještanja harmonika

MODULACIJA ŠIRINE IMPULSA (PWM)

Prisjetimo se definicije THD:

Treba naći Va rms i Vac rms. Računamo:

Dakle, napon dobiven širinsko-impulsnom mdulacijom i pravokutni valni oblik napona imaju u osnovi jednak faktor THD. Pa, u čemu je onda prednost širinsko-impulsnog moduliranog napona?

Harmonici PWM valnog oblika imaju mnogo veću frekvenciju od onih pravokutnog valnog oblika. Ako se trošilo napaja preko jednostavnog induktivnog filtra, za postizanje željenog faktora THD valnog oblika struje vrijednost induktiviteta je mnogo manja u pretvarača s PWM valnim oblikom izlaznog napona nego u pretvarača s pravokutnim valnim oblikom izlaznog napona.

- NAČELO

a) Bipolarna modulacija širine impulsa

Amplitudni indeks modulacije:

Frekvencijski indeks modulacije:

b) Unipolarna modulacija širine impulsa

Napomena: Parovi grana A i B upravljaju se odvojeno, za par grana A upravljački signal je VC, dok je za par grana B upravljački signal -VC

Uočite: Došlo je do efektivnog udvostručavanja sklopne frekvencije, iako je frekvencija signala nosioca nepromijenjena u odnosu na bipolarnu modulaciju.

c) Unipolarna modulacija širine impulsa – nesimetrična izvedba

Pretpostavka: Sklopke para grana A upravljaju se visokofrekvencijskim signalom iz komparatora, dok se sklopke para grana B opravljaju predznakom (sign) upravljačkog signala VC

a) Niskofrekvencijski transformator

Izmjenjivači spregnuti transformatorom

Dakle, transformator treba prenijeti volt-sekunde jednog poluvala.

b) Visokofrekvencijski transformator

Dakle, transformator treba prenijeti volt-sekunde jednog impulsa.

No, indukciju treba smanjiti jer gubitci rastu s frekvencijom !

modulator

demodulator

TROFAZNI IZMJENJIVAČI

Uočite: linijski naponi ne sadrže treći harmonik!

TROFAZNI IZMJENJIVAČ S PWM UPRAVLJANJEM

TROFAZNI IZMJENJIVAČ S PWM UPRAVLJANJEM

TROFAZNI IZMJENJIVAČ S PWM UPRAVLJANJEM

HARMONICI IZLAZNOG LINIJSKOG NAPONA

Ako je to izmjenjivač, onda je > 90o el.

IZMJENJIVAČKI NAČIN RADA

USMJERIVAČA ???Pitanje: Da li mrežom komutirani izmjenjivač može raditi bez izvora izmjeničnog napona ?