DOMAĆI ZADATAKDOMAĆI ZADATAKBROJ 1BROJ 1

Lepojević Nikola 03/391Lepojević Nikola 03/391

Stamenković Dragan 03/126Stamenković Dragan 03/126

Stojadinović Miloš 03/403Stojadinović Miloš 03/403

Grupa 3

Proračun broja i tipa ćelija Proračun broja i tipa ćelija akumulatora za potrebe sistemaakumulatora za potrebe sistema

besprekidnog napajanjabesprekidnog napajanja

Tekst zadatkaTekst zadatka

Koristeći izvod iz kataloga proizvođača olovnih akumulatora, dat Koristeći izvod iz kataloga proizvođača olovnih akumulatora, dat u tabeli (snaga opterećenja olovne ćelije, iskazana u vatima, u u tabeli (snaga opterećenja olovne ćelije, iskazana u vatima, u funkciji njenog trajanja, pri definisanom minimalnom naponu na funkciji njenog trajanja, pri definisanom minimalnom naponu na ćeliji), usvojiti broj i tip ćelija akumulatora za potrebe sistema ćeliji), usvojiti broj i tip ćelija akumulatora za potrebe sistema besprekidnog napajanja za napajanje potrošača snagom 30 kVA, besprekidnog napajanja za napajanje potrošača snagom 30 kVA, pri cos pri cos  = 0.8 i za napon 3 x 380 V, koje u jednosmernom kolu  = 0.8 i za napon 3 x 380 V, koje u jednosmernom kolu ima potrošnju od 26.4 kW, i to u trajanju od 30 minuta. ima potrošnju od 26.4 kW, i to u trajanju od 30 minuta. Regulacijom u izlaznom invertorskom stepenu sistema (invertor i Regulacijom u izlaznom invertorskom stepenu sistema (invertor i izlazni transformator) besprekidnog napajanja, na izlazu se može izlazni transformator) besprekidnog napajanja, na izlazu se može održati potrebni napon pri minimalnom naponu u jednosmernom održati potrebni napon pri minimalnom naponu u jednosmernom međukolu od 326.4 V. Maksimalni napon punjenja baterije je 2.4 V međukolu od 326.4 V. Maksimalni napon punjenja baterije je 2.4 V po ćeliji. Minimalni napon distributivne mreže (3 x 380 V / 220 V) po ćeliji. Minimalni napon distributivne mreže (3 x 380 V / 220 V) iznosi 90 % nominalnog. Ispravljački regulisani most je direktno iznosi 90 % nominalnog. Ispravljački regulisani most je direktno napajan sa mreže, bez međutransformatora. Specificirati elemente napajan sa mreže, bez međutransformatora. Specificirati elemente sistema besprekidnog napajanja ako se ono izvodi pomoću čopera sistema besprekidnog napajanja ako se ono izvodi pomoću čopera u jednosmernom kolu. Odrediti opsege prenosnog odnosa oba u jednosmernom kolu. Odrediti opsege prenosnog odnosa oba čopera – onog koji podiže vrednost napona od izlaza diodnog čopera – onog koji podiže vrednost napona od izlaza diodnog ispravljača prema ulazu PWM invertora i onog koji služi kao punjač ispravljača prema ulazu PWM invertora i onog koji služi kao punjač baterije akumulatora. Definisati i potrebnu akumulatorsku bateriju. baterije akumulatora. Definisati i potrebnu akumulatorsku bateriju.

Tabela proizvođača olovnih Tabela proizvođača olovnih akumulatorskih baterijaakumulatorskih baterija

Vreme pražnjenja (u minutima) Tip 1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Minimalni napon 1.6 V SLA 50 455 321 229 176 147 123 109 96 89 81 74.9 69.4 65.2 SLA 100 884 641 461 351 292 248 218 194 177 160 149 138 131 SLA 500 2885 2284 1933 1574 1328 1143 1033 915 837 793 729 678 636 Minimalni napon 1.7 V SLA 50 383 300 214 167 139 119 105 94 86 79 73.1 68.4 64.7 SLA 100 766 601 429 334 278 238 210 188 171 157 146 137 129 SLA 500 2538 2151 1781 2495 1291 1113 998 885 809 782 719 669 628 Minimalni napon 1.8 V SLA 50 326 259 194 155 131 114 100 91 83 77 71.2 67.4 64.7 SLA 100 652 519 388 311 262 228 201 182 167 153 142 134 129 SLA 500 2085 1724 1495 1288 1141 1014 905 822 753 709 651 606 602 Minimalni napon 1.9 V SLA 50 220 185 152 129 112 99 91 82 76 70.0 66.1 62.2 65.0 SLA 100 440 369 304 258 224 201 181 163 152 140 132 124 129 SLA 500 1450 1241 1122 985 885 913 710 747 694 578 594 553 509

RešenjeRešenje

Broj ćelijaBroj ćelija

Iz uslova da je napon na jednoj ćeliji u toku Iz uslova da je napon na jednoj ćeliji u toku pražnjenja 2V (nominalni napon za Pb baterije) i pražnjenja 2V (nominalni napon za Pb baterije) i da napon cele baterije treba da iznosi 380V da napon cele baterije treba da iznosi 380V dobijamo da je potreban broj ćelija:dobijamo da je potreban broj ćelija:

nn11= = =190 ćelija= = =190 ćelija

Na ovaj broj dodajemo još 2 ćelije zbog Na ovaj broj dodajemo još 2 ćelije zbog padova napona u jednosmernom međukolu pa padova napona u jednosmernom međukolu pa je ukupan broj ćelija u bateriji je ukupan broj ćelija u bateriji 192192 . .

2V

Umaxbat

2V

380V

Minimalni napon po ćelijiMinimalni napon po ćeliji

Iz uslova da je minimalan napon koji se može Iz uslova da je minimalan napon koji se može javiti u DC međukolu 326.4V dobijamo da je javiti u DC međukolu 326.4V dobijamo da je minimalan napon po jednoj ćeliji:minimalan napon po jednoj ćeliji:

UU1min1min= = = 1.7V= = = 1.7V192

326.4V

1

minbat

n

U

Izbor ispravljača Izbor ispravljača

Za punjenje baterije moguće je Za punjenje baterije moguće je izabrati jedan od sledeća dva izabrati jedan od sledeća dva tiristorska ispravljača :tiristorska ispravljača :

Mostni poluupravljiviMostni poluupravljivi Mostni punoupravljiviMostni punoupravljivi

Mostni poluupravljiviMostni poluupravljivi

R

3x380V,50Hz Ub

D3D2D1

T3T2T1

S

T

Formula za srednju vrednost napona na izlazu Formula za srednju vrednost napona na izlazu ovog ispravljača uz zanemarenu komutaciju ovog ispravljača uz zanemarenu komutaciju iznosi:iznosi:

UUd d = (1)= (1)

gde su:gde su:

UUd d -- srednja vrednost napona na izlazu ispravljača srednja vrednost napona na izlazu ispravljačaE - efektivna vrednost faznog napona mrežeE - efektivna vrednost faznog napona mreže - ugao paljenja tiristora- ugao paljenja tiristora

)]COS(1[2π

E63

α

Ukoliko je mrežni napon minimalan i iznosi Ukoliko je mrežni napon minimalan i iznosi 0.9U0.9Unn=198V ugao paljenja =0=198V ugao paljenja =0oo napon na izlazu napon na izlazu ispravljača će biti:ispravljača će biti:

UUd d = =463.14V= =463.14V

Ako ovaj napon podelimo sa brojem ćelija Ako ovaj napon podelimo sa brojem ćelija

dobijamo da je napon po ćeliji u tom slučaju:dobijamo da je napon po ćeliji u tom slučaju:

UU11= = = = = = 2.41V2.41V

)]0COS(1[2π

19863

192

463.14V

1

d

n

U

α

Ukoliko uračunamo pad napona u Ukoliko uračunamo pad napona u vezama između ispravljača i baterije vezama između ispravljača i baterije dobićemo da je prethodno izračunati dobićemo da je prethodno izračunati napon po ćeliji prihvatljiv u odnosu napon po ćeliji prihvatljiv u odnosu na maksimalni napon celije pri na maksimalni napon celije pri punjenju koji iznosi 2.4Vpunjenju koji iznosi 2.4V

Posto je ovaj kriterijum ispunjen, Posto je ovaj kriterijum ispunjen, zaključujemo da je ovaj ispravljač zaključujemo da je ovaj ispravljač moguće koristiti za punjenje Pb moguće koristiti za punjenje Pb baterije sa uslovima iz zadatkabaterije sa uslovima iz zadatka

Ako pretpostavimo da je maksimalan napon Ako pretpostavimo da je maksimalan napon mreže 1.1Umreže 1.1Unn=242V,a zelimo da bateriju punimo =242V,a zelimo da bateriju punimo konstantnim naponom čija je usvojena konstantnim naponom čija je usvojena vrednost 463.14V iz formule (1) dobijamo da je vrednost 463.14V iz formule (1) dobijamo da je tada potreban ugao paljenja:tada potreban ugao paljenja:

max = 50.48o

Imamo dakle,da je za promenu ulaznog napona Imamo dakle,da je za promenu ulaznog napona za ±10% potrebno ugao paljenja menjati u za ±10% potrebno ugao paljenja menjati u opsegu [0 opsegu [0 o,50.48 ,50.48 o] ako se želi punjenje ] ako se želi punjenje baterije konstantnim naponombaterije konstantnim naponom

α

Mostni punoupravljiviMostni punoupravljivi

R

3x380V,50Hz Ub

T2T6T4

T5T3T1

S

T

Formula za srednju vrednost napona na izlazu Formula za srednju vrednost napona na izlazu ovog ispravljača uz zanemarenu komutaciju ovog ispravljača uz zanemarenu komutaciju iznosi:iznosi:

UUd d = (2)= (2)

gde su:gde su:

UUd d -- srednja vrednost napona na izlazu ispravljača srednja vrednost napona na izlazu ispravljačaE - efektivna vrednost faznog napona mrežeE - efektivna vrednost faznog napona mreže - ugao paljenja tiristora- ugao paljenja tiristora

)COS(π

E63

α

Dobija se da je za minimalan napon Dobija se da je za minimalan napon mreže i ugao paljenja mreže i ugao paljenja 00o isti napon po isti napon po ćeliji tj. 2.41V što smo ustanovili da ćeliji tj. 2.41V što smo ustanovili da je prihvatljiva vrednostje prihvatljiva vrednost

Iz ovoga se može zaključiti da je Iz ovoga se može zaključiti da je prihvatljiva upotreba i ovog prihvatljiva upotreba i ovog ispravljača za punjenje Pb baterije ispravljača za punjenje Pb baterije

U slučaju maksimalnog napona mreže od U slučaju maksimalnog napona mreže od 242V potreban ugao paljenja, da bi održali 242V potreban ugao paljenja, da bi održali konstantan i maksimalan napon na bateriji pri konstantan i maksimalan napon na bateriji pri punjenju, iznosi:punjenju, iznosi:

max max = 35.1= 35.1o

pa je potreban opseg promene ugla paljenja [0[0o,, 35.1 35.1o]].

α

Izbor baterije iz tabeleIzbor baterije iz tabele Pošto je usvojen jedan od dva ispravljača sa Pošto je usvojen jedan od dva ispravljača sa

definisanim opsegom ugla paljenja može se definisanim opsegom ugla paljenja može se konačno odrediti baterija iz tabele koja daje konačno odrediti baterija iz tabele koja daje snagu specificiranu u zadatku (26.4kW)snagu specificiranu u zadatku (26.4kW)

Snaga po jednoj ćeliji iznosi:Snaga po jednoj ćeliji iznosi:

PP11= == =137.5W137.5W

Koristeći ovu vrednost, kao i podatak o Koristeći ovu vrednost, kao i podatak o minimalnom naponu ćelije od 1.7V i trajanju minimalnom naponu ćelije od 1.7V i trajanju napajanja od 30min, iz tabele usvajamo napajanja od 30min, iz tabele usvajamo bateriju sa prvom većom snagom po ćeliji bateriju sa prvom većom snagom po ćeliji (210W), a to je baterija SL100 (210W), a to je baterija SL100

192

26.4kW

Dobijamo da je ukupna snaga koju Dobijamo da je ukupna snaga koju izabrana baterija može da pruži:izabrana baterija može da pruži:

P=192P=192··210W=210W=40.32kW40.32kW

NapomenaNapomena:Pošto je u zadatku dozvoljena :Pošto je u zadatku dozvoljena linearna interpolacija između vrednosti linearna interpolacija između vrednosti datih u tabeli mogla se odmah usvojiti datih u tabeli mogla se odmah usvojiti baterija snage 137.5W po baterija snage 137.5W po ćeliji,minimalnom naponu 1.7V i vremenu ćeliji,minimalnom naponu 1.7V i vremenu pražnjenja od 30min.pražnjenja od 30min.

Rešenje sa čoperom u Rešenje sa čoperom u jednosmernom kolujednosmernom kolu

Kod ovog rešenja koristimo diodni Kod ovog rešenja koristimo diodni most za ispravljanje mrežnog napona most za ispravljanje mrežnog napona dok čoperima regulišemo napon dok čoperima regulišemo napon punjenja baterije i ulazni napon punjenja baterije i ulazni napon invertora. Slika ovog rešenja je data invertora. Slika ovog rešenja je data na sledećem slajduna sledećem slajdu

Elementi sistemaElementi sistema

Diodni ispravljač Čoper podzač napona PWM invertor za podešenje napona

na prijemniku Statički prekidač za prebacivanje na

mrežu u slučaju kvara invertora i preusmeravanje preopterećenja

Mehanički prekidač za prebacivanje na mrežu

Određivanje opsega prenosnih Određivanje opsega prenosnih odnosa čoperaodnosa čopera

Napon na izlazu diodnog ispravljača:Napon na izlazu diodnog ispravljača:• kada uzimamo napon iz mreže:kada uzimamo napon iz mreže:

• kada uzimamo napon iz baterije:kada uzimamo napon iz baterije:

VU

VU

EU

d

d

d

06.566

14.463

63

max

min

VU

VU

d

d

4.326

3842192

max

min

Za željeni napon od 380V na izlazu iz Za željeni napon od 380V na izlazu iz invertora, potrebno je obezbediti na invertora, potrebno je obezbediti na njegovom ulazu:njegovom ulazu:

VU i 4.5372380min

Rad na mrežiRad na mreži

Napon na izlazu podizača:Napon na izlazu podizača:

Kako je ovo nemoguće, usvajamo m=0, što daje Kako je ovo nemoguće, usvajamo m=0, što daje na izlazu invertora napon:na izlazu invertora napon:

što je 5% više od zahtevanog napona, i ovo nešto je 5% više od zahtevanog napona, i ovo ne

škodi potrošačima.škodi potrošačima.

0533.006.566 za

4.5371

1

max

,

mVU

Um

m

UU

d

ddininv

napon linijski 26.4002

06.566, VU outinv

Za minimalan napon na izlazu iz Za minimalan napon na izlazu iz ispravljača dobijamoispravljača dobijamo

tako dobijamo da se opseg modulacijetako dobijamo da se opseg modulacije

menja u granicama:menja u granicama:

1382.014.463min mU d

1382.0,0m

Dok radimo na mreži, pored napajanja Dok radimo na mreži, pored napajanja potrošača punimo i bateriju, pa radi i potrošača punimo i bateriju, pa radi i čoper spuštač, kome je to namena.čoper spuštač, kome je to namena.

Bateriju punimo naponom:Bateriju punimo naponom:

Napon na izlazu spuštača iznosi:Napon na izlazu spuštača iznosi:

VUb 14.463

8618.04.537

8182.006.566

min,

max,

,

mVU

mVU

UmU

ininv

ininv

ininvbout

Rad sa baterije (kad nema napona na Rad sa baterije (kad nema napona na mreži, napajanje obezbeđuje baterija mreži, napajanje obezbeđuje baterija i u tom slučaju čoper punjač nije u i u tom slučaju čoper punjač nije u funkciji).funkciji).

Opseg modulacije u tom slučajuOpseg modulacije u tom slučaju

iznosi:iznosi:

3926.04.326

2854.0384

min

max

mVU

mVU

d

d

3926.0,2854.0m

Hvala na pažnji!Hvala na pažnji!