1

PRIMEWENA ENERGETSKA ELEKTRONIKA

POLUPROVODNICI

Kristalna struktura i provodnost poluprovodnika

Atom je sastavqen od jezgra (protoni – pozitivno naelektrisani i neutroni – neutralni) i omota~a (elektroni – negativno naelektrisani). Broj protona i elektrona u atomu je isti i atom je elektri~no neutralan. Omota~ je sastavqen od quski a posledwa se naziva valentna i mo`e imati maksimalno 8 elektrona. Ako se u valentnoj qusci nalazi malo elektrona, jedan ili dva, delovawem male sile ovi elektroni mogu da napuste atom i da u~estvuju u provo|ewu; ovi elementi su provodnici. Ako se u valentnoj qusci nalazi puno elektrona, me|uelektronske sile su velike i potrebna je velika sila da bi elektroni napustili atom; ovi elementi su izolatori. Poluprovodnici u valentnoj qusci imaju 4 elektrona. Bie objaweno da poluprovodnici pod odre|enim okolnostima mogu biti provodnici. Najpoznatiji poluprovodnici su silicijum (sl. 1) (oznaka Si, redni broj 14) i germanijum (oznaka Ge, redni broj 32).

Atomi poluprovodnika su raspore|eni u obliku kristalne reetke i nalaze se u rogqevima kocki. Na sl. 2 predstavqen je presek sa ~etiri stranice kristalne strukture silicijuma. Na slici nisu prikazani elektroni iz unutrawih quski ni odgovarajui

protoni. Kovalentni elektroni kru`e oko dva jezgra (sl. 3). Na sl. 2 oko jednog atoma kru`e 4 sopstvena elektrona i 4 od odgovarajuih okolnih atoma, tj. u posledwoj qusci se nalaze 8 elektrona i ovakva struktura poluprovodnika nije provodnik.

N tip poluprovodnika

Primese (ne~istoe) su elementi koji u spoqnoj qusci imaju 3 ili 5 valentnih elektrona. Primesa koja daje slobodan elektron naziva se donor.

Ako se tehnolokim postupkom u poluprovodnik ubaci petovalentni element (antimon Sb, fosfor P, arsen As) (sl. 4) jedan elektron postaje slobodan i predstavqa glavni (veinski) nosioc elektriciteta (u sledeem pitawu bie objaweni mawinski nosioci elektriciteta). Slobodan elektron se i pri maloj sili mo`e kretati i u~estvovati u provo|ewu.

Kada slobodan elektron (obele`ava se: –) usled spoqawe energije napusti atom poremeti se elektri~na neutralnost i stvara se pozitivan jon (obele`ava se: ⊕).

Sl. 1. – Atom silicijuma.

Sl. 2. – Kristalna struktura silicijuma.

Sl. 3. – Zajedni~ki elektroni dva atoma u kovalentnoj vezi.

Sl. 4. – N tip poluprovodnika.

2

P tip poluprovodnika

Ako se tehnolokim postupkom u poluprovodnik ubaci trovalentni element (aluminijum Al) (sl. 5) u kristalnoj strukturi nedostaje jedan elektron i na tom mestu je upqina (obele`ava se: +). Primesa koja stvara upqinu naziva se akceptor.

Kada slobodan elektron popuni upqinu poremeti se elektri~na neutralnost i stvara se negativan jon (obele`ava se: ). Da bi se ponovo uspostavila elektri~na neutralnost potrebno je dovesti pozitivno naelektrisawe. Elektri~na neutralnost se posti`e odlaskom elektrona, tj. stvarawem upqine, ili dolaskom upqine. Iz ove analize se mo`e usvojiti da je upqina pozitivno naelektrisana. U

P tipu poluprovodnika upqine su veinski nosioci elektriciteta. Mawinski (sporedni) nosioci elektriciteta uglavnom nastaju usled

nepravilnosti u kristalnoj strukturi. Wih ima znatno mawe nego veinskih i uglavnom se zanemaruju. U P tipu poluprovodnika mawinski nosioci su elektroni a u N tipu upqine.

Obrazovawe PN spoja

Na sastavu P i N poluprovodnika formira se PN spoj (sl. 6). Usled blizine slobodni elektroni iz N oblasti popunie upqinu u P oblasti, tako da u N oblasti ostaje pozitivan jon a u P oblasti ostaje negativan jon (sl. 7). Postupak popuwavawa upqine elektronom naziva se rekombinacija. Na spoju ostaju nekompenzovani nepokretni joni (sl. 8) i izme|u wih se uspostavqa elektri~no poqe usmereno od pozitivnog ka negativnom naelektrisawu (unutrawe; u sledeem pitawu pomenue se i spoqawe elektri~no poqe). Smer kretawa elektrona u elektri~nom poqu je suprotan od smera elektri~nog poqa, ali je u po~etku

elektri~no poqe malo i elektroni iz N oblasti se mogu rekombinovati sa upqinama iz P oblasti. Rekombinacijom se poveava broj nekompenzovanih jona to uti~e na poveawe veli~ine elektri~nog poqa. Kada elektri~no poqe dostigne odre|enu vrednost prestaje rekombinacija jer smer poqa ne dozvoqava kretawe elektronima i upqinama.

Prostor bez elektrona i upqina gde se nalaze samo nekompenzovani joni naziva se prostorni tovar.

Direktna polarizacija PN spoja

Da bi se nastavila rekombinacija na PN spoju, potrebno je dovesti spoqawe elektri~no poqe suprotnog smera od unutraweg i veeg intenziteta (sl. 9). Pri malim vrednostima spoqaweg poqa unutrawe poqe ne dozvoqava rekombinaciju. Kada spoqawe poqe dostigne odre|enu vrednost (prag provo|ewa: 0,5÷0,7 V; kod germanijumskih: 0,2 V) omoguava se rekombinacija. Daqim malim poveawem

Sl. 5. – P tip poluprovodnika.

Sl. 6. – PN spoj.

Sl. 7. – Prelazak elektrona i

stvarawe jona na PN spoju.

Sl. 8. – PN spoj posle rekombinacije.

3

spoqaweg poqa dobija se veliko poveawe struje (sl. 10). Da bi se zatitio PN spoj u kolo se postavqa zatitni otpor R koji se prora~unava da se ne dozvoli prekomerna struja kroz PN spoj.

Pri provo|ewu rezultantno poqe ime smer spoqaweg poqa pa se elektroni potiskuju iz N oblasti u P oblast, a upqine iz P oblasti u N oblast i prostorni tovar se su`ava.

Inverzna polarizacija PN spoja

Pri inverznoj polarizaciji smerovi spoqaweg i unutraweg poqa se poklapaju (sl. 11). Rezultantno poqe potiskuje elektrone u N oblast a upqine u P oblast i prostorni tovar se iri.

Glavnim nosiocima je onemogueno kretawe, ali sporedni nosioci mogu da se kreu pod uticajem rezultantnog poqa. Kako sporednih nosioca ima vrlo malo i struja je vrlo mala i ~esto se mo`e

zanemariti. Broj sporednih nosioca ne zavisi od poqa i mo`e se smatrati da je konstantan pa je i struja inverzne polarizacije konstantna.

Ukoliko se uspostavi veliko spoqawe poqe (u zavisnosti od PN spoja od 50÷800 V) elektroni iz spoqawe quske mogu dobiti dovoqnu energiju da napuste atom i tada se stvara veliki broj elektrona, odnosno, struja postaje velika to dovodi do unitewa PN spoja (sl. 12). Napon pri kome dolazi do unitewa PN spoja naziva se probojni napon.

Diode

PN spoj u kuitu sa metalnim prikqu~cima predstavqa diodu. Prikqu~ak na P tip se zove anoda (A) a na N tip katoda (K) (sl. 13).

Diode se prave za razli~ite namene i mogu biti razli~itog oblika. Ukoliko je potrebno da rade sa velikim strujama oblik je prilago|en postavqawu na hladwake. Hla|ewe mo`e biti prirodno i prinudno.

Najprostije diodno kolo je predstavqeno na slici 14. Dioda je propusno (direktno) polarisana jer je anoda na veem potencijalu od katode. Prema II Kirhofovom zakonu je

E − UD − RID = 0 .

Sl. 9. – Direktna polarizacija PN spoja.

Sl. 10. – Karakteristika direktne polariza-cije PN spoja.

Sl. 12. – Karakte-ristika inverzne polarizacije PN

spoja.

Sl. 11. – Inverzna polarizacija PN spoja.

Sl. 13. – Oznaka diode.

Sl. 14. – Dioda u elektri~nom kolu.

4

Princip rada tranzistora

Tranzistor se sastoji od dva PN spoja (sl. 15). Raspored tipova poluprovodnika mo`e biti dvojak: NPN ili PNP. Princip rada tranzistora se obra|uje na modelu NPN. U jednom N tipu se nalazi mnogo slobodnih elektrona i prikqu~ak je nazvan emitor (E). U P tipu ima malo upqina i fizi~ki je znatno mawi od N tipova; prikqu~ak je nazvan baza (B). Drugi N tip ima mawe elektrona od prvog, ali znatno vie nego upqina u P tipu; prikqu~ak je nazvan kolektor (C).

Na spoju izme|u baze i emitora javqa se unutrawe poqe koje spre~ava daqu rekombinaciju. Da bi se omoguila rekombinacija

potrebno je spoj B-E direktno polarisati izvorom EBE. Usled direktne polarizacije elektroni iz emitora prelaze u bazu i mali broj se rekombinuje sa malim brojem upqina u bazi. Usled male veli~ine baze na elektrone deluje unutrawe poqe na spoju B-C i prebacuje ih u kolektor. Elektroni u kolektoru se pomou poqa izvora ECE usmeravaju ka emitoru i time je zatvoren strujni krug.

Na slici 16 prikazane su oznake tranzistora.

Osnovne komponente struja u tranzistoru

Elektroni iz emitorskog dela ~ine struju emitora; mali broj elektrona koji se rekombinuje u baznom delu ~ini struju baze; vei deo koji dospe u kolektorski deo ~ini struju kolektora (sl. 17). Mo`e se zakqu~iti da je:

BCE III += .

Struja baze je mnogo mawa (vie od 100 puta) od struja emitora i kolektora i mo`e se zanemariti:

CBB III ,<< ⇒ CE II ≈ .

Ograni~ewa u radu tranzistora

Radna oblast tranzistora je defi-

nisana maksimalnom izlaznom strujom, maksimalnim izlaznim naponom i maksimalnom izlaznom snagom (sl. 18) (ulazna snaga se zanemaruje jer su UBE i IB mnogo mawi od UCE i IC, respektivno). Izlazna snaga je odre|ena izrazom:

CCEi IUP = ⇒ CE

iC U

PI = .

Za konstantnu maksimalnu vrednost izlazne snage pretodni izraz predstavqa hiperboli~nu zavisnost u IC–UCE koordinatnom sistemu.

Sl. 15. – [ematski prikaz rada tranzistora.

Sl. 16. – Oznaka tranzistora.

Sl. 17. – Osnovne komponente struja u tranzistoru.

Sl. 18. – Radna oblast tranzistora.

5

Ako se `eli proiriti radna olast u domen veih snaga potrebno je tranzistor postaviti na hladwak.

Poja~ava~ sa zajedni~kim emitorom

Pri objawavawu principa rada tranzistora koriena su dva jednosmerna izvora. U praksi se iz prakti~nih razloga polarizacija PN spojeva ostvaruje jednim jednosmernim izvorom (sl. 19).

Spoj B-E se polarie otpornikom RB kojim je odre|ena struja baze.

B

BECB R

UEI

−= .

Otpornik RC omoguava promenu izlaznog napona. Izlazna struja se odre|uje iz izraza:

C

CECC R

UEI

−= .

Ovim jedna~inama je odre|en jednosmerni re`im rada poja~ava~a sa zajedni~kim emitorom. Poja~ava~i uglavnom poja~avaju naizmeni~ne veli~ine i da se ne bi poremetio jednosmerni re`im rada (prikqu~ivawem naizmeni~nog izvora i potroa~a) koriste se razdvojni kondenzatori koji imaju ulogu da propuste samo naizmeni~ni signal.

Poja~ava~ sa zajedni~kim kolektorom

Kod poja~ava~a sa zajedni~kim kolektorom (sl. 20) kolektor je za jednosmerni signal vezan za jednosmerno napajawe, a za naizmeni~ni preko jednosmernog izvora na nulu (ve je re~eno da je jednosmerni izvor kratak spoj za naizmeni~ni signal i da se sprege odre|uju u naizmeni~nom re`imu).

Ulazni signal je za UBE vei od izlaznog i za veliki nivo (preko 5 V) ulaznog signala UBE se mo`e zanemariti pa sledi da se ulazni signal prenosi na izlaz, odnosno, da je naponsko poja~awe pribli`no jedan.

1=≈−

==ul

ul

ul

beul

ul

izu U

U

U

UU

U

UA .

Strujno poja~awe je:

eb

be

b

c

b

e

ul

izi h

I

Ih

I

I

I

I

I

IA 21

21 ==≈== .

Ovaj poja~ava~ se koristi kao izlaz iz elektronskih ure|aja male snage; odre|eni napon se prosle|uje sa poveanom strujom. Nedostatak sna`nih tranzistora je malo strujno poja~awe (od 10 do 30).

Darlingtonov spoj

Malo strujno poja~awe sna`nih tranzistora se kompenzuje postavqawem jo jednog tranzistora, tako|e u spregu sa zajedni~kim kolektorom (sl. 21). Ova

Sl. 19. – Poja~ava~ sa zajedni~kim emitorom.

Sl. 20. – Poja~ava~ sa zajedni~kim kolektorom.

6

kombinacija tranzistora naziva se Darlingtonov spoj. Struja emitora prvog tranzistora je istovremeno i struja baze drugog tranzistora. Ukupno strujno poja~awe Darlingtonovog spoja je:

2211211

1121221

1

1221

1

1221

1

2221

1

2

1

2ee

b

bee

b

ce

b

ee

b

be

b

c

b

e

ul

izi hh

I

Ihh

I

Ih

I

Ih

I

Ih

I

I

I

I

I

IA ==≈==≈== .

Struja emitora drugog tranzistora je h21e2 puta vea od struje emitora prvog tranzistoraa pa je prvi tranzistor mawe optereen i ne motra biti iste snage kao drugi tranzistor, to zna~i da mo`e imati vee strujno poja~awe.

Kombinacija sa tri tranzistora se mawe koristi jer je izlazni signal za 3⋅UBE mawi od ulaznog.

FET-ovi

Razvojem tehnologije veliki broj tranzistora je mogao da se postavi na malom prostoru. Ograni~ewe je bila potrowa tranzistora. Da bi se poveao broj tranzistora bilo je potrebno pronai novi tip tranzistora sa malom potrowom.

Ako se na poluprovodnik (npr. N tipa) prikqu~i izvor javie se struja, odnosno, kretawe elektrona (sl. 22). Promena intenziteta struje mogua je samo promenom veli~ine izvora. Ako bi izvor bio konstantan, promena intenziteta struje je mogua samo smawewem prostora za kretawe elektrona. Potrebno je da se smawewe prostora regulie naponom, odnosno, poqem. Pri inverznoj polarizaciji se iri prostorni tovar; potreban je poluprovodnik suprotnog tipa (P tip) (sl. 23). Promenom napona inverzne polarizacije mewa se veli~ina prostornog tovara a time i dimenzije N oblasti to dovodi do promene struje; sa dovoqno velikim naponom inverzne polarizacije se mo`e ukinuti struja.

Regulacija struje se obavqa naponom, odnosno, poqem i po tome su ovi tranzistori i dobili ime: Field Efect Transistor (poqe, efekat, tranzistor), odnosno, tranzistori sa efektom poqa, skraeno FET. Prikqu~ci su prema engleskim re~ima source, drain i gate (izvor, odvod, kapija) dobili imena sors (S), drejn (D) i gejt (G).

Tip FET-a se odre|uje prema tipu poluprovodnika koji provodi struju (FET-ovi N i P tipa) (sl. 24). U provo|ewu struje u~estvuje samo jedan tip nosilaca naelektrisawa (elektroni kod N tipa i upqine kod P tipa) i ovi tranzistori se nazivaju unipolarni; kod tranzistora koji su ve obra|eni u provo|ewu u~estvuju i upqine i elektroni i oni se nazivaju bipolarni.

Kod FET-ova je zna~ajno da je struja gejta struja inverzne polarizacije, odnosno, zanemarqivo mala.

Tranzistor kao prekida~

Ako tranzistor u kolu slu`i kao prekida~ razlikuju se dva stawa: stawe provo|ewa i stawe neprovo|ewa. Koriste se tranzistori koji mogu brzo da se prebace iz jednog u drugo stawe. Da bi se tranzistor prebacio iz neprovodnog u provodno stawe potrebno je da se prostorni tovar smawi (kod direktne polarizacije

Sl. 21. – Darlingtonov spoj.

Sl. 22. – Osnova FET-a.

Sl. 23. – Princip rada FET-a.

Sl. 24. – Oznake FET-a.

7

prostorni tovara se su`ava) i za to je potrebno odre|eno vreme; da bi se tranzistor prebacio iz provodnog u neprovodno stawe potrebno je da se prostorni tovar povea (direktnom polarizacijom prostorni tovara je su`en), i za to je potrebno odre|eno vreme.

Ako se za ulazni signal uzme idealan impuls, u trenutku delovawa impulsa tranzistor ne mo`e odmah da provede (sl. 25). Sli~no, kada se ukine ulazni imuls, tranzistor ne mo`e odmah da se deaktivira. Na dijagramu kolektorske struje je teko oceniti trenutke uspostavqawa struje i maksimalnog nivoa i definisano je da se zbog lakeg o~itavawa posmatraju trenuci 10% i 90% od maksimalne vrednosti. td – vreme kawewa ts – vreme zadr`avawa tr – vreme porasta tf – vreme opadawa ton – vreme ukqu~ivawa toff – vreme iskqu~ewa

Operacioni poja~ava~

Naziv operacioni poja~ava~ poti~e od prvobitne primene za obavqawe matemati~kih operacija. Operacioni poja~ava~ se pravi u integrisanoj tehnici, a kuite je osmopinsko ili 14-opinsko. Sastoji se iz tri osnovna dela: ulaznog stepena, naponskog poja~ava~a i izlaznog stepena.

Sl. 26. – Blok ema operacionog poja~ava~a.

Ako se na prikqu~ak sa znakom "+" dovede vei napon nego na prikqu~ak sa znakom "–", zbog velikog naponskog poja~awa napon na izlazu dosti`e pozitivan napon napajawa; ako se na "–" dovede vei napon nego na "+", napon na izlazu dosti`e negativan napon napajawa, odnosno, napon sa ulaza je invertovan. Zbog toga se "–"

ulaz zove invertujui ulaz a "+" ulaz neinvertujui.

Karakteristi~ne veli~ine operacionog poja~ava~a

Maksimalne vrednosti:

1. Opseg radnih temperatura: za plasti~na kuita 0÷70°C; za kerami~ka i metalna kuita −55÷125°C.

2. Temperatura lemqewa: do 300°C do 10 sekundi uz uslov da se ne dodiruje kuite.

3. Napon napajawa: do ±18 V, naj~ee ±12 V. 4. Ulazni napon: mawi od napona napajawa. 5. Trajawe kratkog spoja na izlazu: kod nekih operacionih poja~ava~a nije

dozvoqen, kod nekih je ograni~en, a kod nekih je mogu trajno. 6. Maksimalna dozvoqena snaga: do 0,5 W.

Parametri: 1. Naponsko poja~awe: preko 100.000. 2. Ulazna otpornost: reda M Ω.

3. Izlazna otpornost: reda desetina Ω.

Sl. 25. – Oblici signala kod prekida~kog re`ima

rada.

Sl. 27. – [ematska oznaka operacionog poja~ava~a.

8

4. Ulazna pobudna struja: reda nA. 5. Ulazni napon razdeenosti: kada su oba ulaza na nuli izlaz bi trebalo da bude

nula; prakti~no je potrebno dovesti ulazni napon razdeenosti reda mV da bi izlazni napon bio nula.

6. Radna u~estanost: do 1 MHz, za specijalne operacione poja~ava~e do 1GHz. 7. Brzina porasta ili opadawa izlaznog napona: oko 1V/µs. 8. Faktor potiskivawa zajedni~kih signala: 70÷120 dB.

Invertujui poja~ava~

Na slici 28. predstavqen je invertujui poja~ava~. Grana u kojoj se nalazi otpornik R1 zove se direktna grana, a grana u kojoj je R2 – povratna.

Neinvertujui ulaz je na nuli, a kako je Uul zanemarqivo mali mo`e se smatrati da je i invertujui ulaz na nuli. Zbog toga to invertujui ulaz nije fizi~ki vezan za nulu mo`e se rei da je invertujui ulaz na virtuelnoj (prividnoj) nuli.

U direktnoj grani je:

1

1

1

ul11 R

U

R

UUI =

−= .

U povratnoj grani je:

2

2

2

2ul2 R

U

R

UUI −=

−= .

Zbog velike ulazne otpornosti Iul=0 pa je I1=I2. Izjedna~avawem se dobija:

2

2

1

1

R

U

R

U−= .

Naponsko poja~awe celog sklopa je:

1

2

1

2u R

R

U

UA −== .

Ulazni i izlazni napon imaju suprotan (invertovan) znak, te se ovaj sklop naziva invertujui poja~ava~.

Kola za sabirawe i oduzimawe

U direktnim granama (sl. 29.) je:

n

nn

2

22

1

11 , ... , ,

R

UI

R

UI

R

UI === .

U povratnoj grani je:

0

iz

R

UI −= .

Daqe je:

n21 ... IIII +++= ,

n

n

2

2

1

1

0

iz ...R

U

R

U

R

U

R

U+++=− .

+++−=

n

n

2

2

1

10iz ...

R

U

R

U

R

URU .

Sl. 28. – Invertujui poja~ava~.

Sl. 29. – Kolo za sabirawe.

9

Ako je potrebno sabirawe sa istim koeficijentom po svakom ~lanu usvaja se R1=R2=...=Rn=R, a za sabirawe sa koeficijentom 1 po svakom ~lanu usvaja se i R=R0.

Za kolo na slici 30. je:

)(43

42)( −+ =

+= U

RR

RUU ,

2

iz)(

1

)(1

R

UU

R

UU −=

− −−,

11

243

21

21

4

1

1

43

42

211

1

1

)(

2

)(

2

iz

1

11

UR

URR

RR

RR

R

R

U

RR

RU

RRR

U

R

U

R

U

R

U

−⋅++⋅=

−+

⋅

+=−+= −−

,

11

22

43

21

1

4iz U

R

RU

RR

RR

R

RU −⋅

++

⋅= .

Ako je potrebno oduzimawe sa istim koeficijentom po svakom ~lanu usvaja se R1=R3 i R2=R4, a za oduzimawe sa koeficijentom 1 po svakom ~lanu usvaja se i R1=R2.

Naponski komparatori

Komparacija (pore|ewe) dva napona najlake se izvodi operacionim poja~ava~ima. Na jedan ulaz se dovodi referentni napon a na drugi napon koji se poredi. Izlaz ima vrednost pozitivnog ili negativnog napona napajawa u zavisnosti koji je vei ulazni napon. Na slici 31. je predstavqena komparacija sa nulom (a) i sa UR (b).

Digitalna elektronska kola

Digitalna elektronska kola obra|uju elektri~ne signale koji mogu poprimiti samo dve vrednosti. Engleski matemati~ar Bul je postojawe dve vrednosti primewivao u logici miqewa pa im je dao imena logi~ke promenqive. Kola pomou kojih se vrednosti logi~kih promenqivih mogu i fizi~ki predstaviti zovu se logi~ka kola. Bulova algebra obra|uje sve operacije sa logi~kim promenqivim.

Logi~ke operacije i osnovna logi~ka kola

Uobi~ajno je da su logi~ke promenqive ”0” (nula) i ”1” (jedan). Elektri~no one predstavqaju napone (sl. 32.).

Tri osnovne logi~ke operacije sa logi~kim promenqivim su:

– logi~ka I operacija, – logi~ka ILI operacija, – logi~ka NE operacija. Logi~ka I operacija je

logi~ko mno`ewe. Tablica stawa i ematska oznaka predstavqeni su na slici 33. Logi~ka I operacija se pie:

Sl. 30. – Kolo za oduzimawe.

Sl. 31. - Komparator napona.

Sl. 32.

10

BAF ⋅= , i ~ita se: F jednako A i B.

Logi~ka ILI operacija je logi~ko sabirawe. Tablica stawa i ematska oznaka predstavqeni su na sl. 34. Logi~ka ILI operacija se pie:

BAF += , i ~ita se: F jednako A ili B.

Logi~ka NE operacija je tablicom stawa i ematskom oznakom predstavqena na slici 35. Logi~ka NE operacija se ~esto zove i invertovawe i pie se:

AF = , i ~ita se: F jednako ne A, ili F je komplement A, ili F je invertovano A.

U praksi se ~esto koriste i invertovane I i ILI operacije. Da bi se izbeglo predstavqawe pomou dva znaka usvojeno je predstavqawe kao na slikama 36. i 37.

Na slici 36. je NI kolo a na slici 37. NILI kolo.

Tiristori

Tehnoloki se ne mo`e postii da tranzistori proputaju ekstremno velike struje. Za provo|ewe velikih struja koriste se tiristori i wihova konstrukcija je takva da se lako mogu postaviti na hladwake. Tiristor je poluprovodni~ki element sa tri PN spoja (sl. 38). Prikqu~ci su anoda (A), katoda (K) i gejt (G).

Ako se tiristor posmatra strukturno spoqawe poqe direktno polarie dva spoja a sredwi je inverzno polarisan i ne mo`e se uspostaviti struja. Ako je smer spoqaweg poqa suprotan, dva spoja su inverzno plolarisana i

nepovoqno je da se eliminiu obe inverzne polarizacije. Dovo|ewem dovoqnog signala na gejt eliminie se inverzna polarizacija

sredweg spoja i tiristor provodi. Kada tiristor po~ne da provodi signal na gejtu se mo`e ukloniti jer proticawe

struje odr`ava provodnost sredweg PN spoja.

Sl. 33.

Sl. 34.

Sl. 35.

Sl. 36.

Sl. 37.

Sl. 38. – Strukturna ema tiristora.

11

Deaktivirawe tiristora se mo`e ostvariti samo prekidawem strujnog kruga. Signal na gejtu samo pobu|uje tiristor i kasnije nije neophodan pa se za

pobu|ivawe tiristora koriste impusi. Kako nije neophodno veliko trajawe impulsa, uglavnom se koriste igli~asti impulsi.

Iz izlo`enog se mo`e zakqu~iti: 1) Tiristor ne mo`e da provede kada se negativno polarie. 2) Tiristor ne mo`e da provede dok se ne dovede impuls na gejt,

odnosno, tiristor provede kada se dovede impuls na gejt. 3) Tiristor se ne deaktivira ukidawem impulsa. 4) Tiristor se deaktivira ukidawem strujnog kruga. Oznaka tiristora prikazana je na slici 39.

ELEMENTI ENERGETSKE ELEKTRONIKE

U energetskoj elektronici su gubici na elementima zna~ajan faktor. Idealan slu~aj je da pri provo|ewu kroz neki elemenat nema gubitaka, odnosno, da je pad napona na tom elementu jednak nuli, kao i kada elemenat ne provodi da nema protoka struje, to se mo`e predstaviti slikom 40.

Kod poluprovodnika se ne mo`e spre~iti disipacija i zato se koriste oni poluprovodni~ki elementi koji najpribli`nije zadovoqavaju kriterijum idealnog elementa.

Prema na~inu rada energetski poluprovodni~ki elementi se dele na usmera~ke diode, energetske tranzistore, ~etvoroslojne diode, dijake, tiristore i trijake.

Prema stepenu upravqivosti dele se na potpuno neupravqive (usmera~ke diode, dijaci), delimi~no upravqive (tiristori) i potpuno upravqive (energetski tranzistori).

Dvoslojni i troslojni poluprovodni~ki elementi u provodnom smeru imaju relativno veliku otpornost i tek pojavom ~etvoroslojnih elemenata nastaje vee koriewe poluprovodni~kih elemenata za regulaciju velikih snaga. ^etvoroslojni elementi imaju u provodnom smeru malu otpornost, malih su dimenzija, imaju veu pouzdanost i nama pojave varni~ewa.

Razvojem tehnologije kod tranzistora je smawena otpornost u provodnom smeru i sve vie postaju elementi energetskih ure|aja.

Sna`ne diode

Princip rada sna`nih dioda je isti kao i dioda malih snaga: razlika je u obliku. Zbog velike disipacije kuite sna`nih dioda mora biti prilago|eno postavqawu na hladwake. Za sredwe snage u tu svrhu deo kuita je u obliku vijka; za velike snage kuite je kerami~ko sa dve metalne plo~e koje se pri~vruju u hladwak.

Najbitniji parametri koji

Sl. 39. – Oznaka

tiristora.

Sl. 40. – Karakte-ristika idealizova-nog prekida~kog elementa.

a) b)

Sl. 41. – Oblici sna`nih dioda za: a) sredwe snage, b) velike snage.

12

definiu sna`nu diodu su: maksimalna disipacija PDmax, maksimalna struja u provodnom smeru IDmax i maksimalni inverzni napon Uimax.

Najvea primena sna`nih dioda je za ispravqawe naizmeni~nih napona; najvie se primewuje Grecov spoj.

Energetski tranzistor

Da bi se disipacija kod energetskih tranzistora svela na minimum, koristi se zona zasiewa tranzistora; pri tome je pad napona na tranzistoru najmawi i mo`e provoditi veliku struju.

Energetski tranzistori rade u prekida~kom re`imu (ili neprovodno stawe ili stawe zasiewa). Za vee u~estanosti mora se obratiti pa`wa na vreme kawewa odziva zbog kona~nog vremena promene irine prostornog tovara.

Najbitiniji parametri koji definiu energetski tranzistor su: maksimalni napon koji tranzistor mo`e da izdr`i UC-Emax, maksimalna kolektorska struja Icmax i napon zasiewa UCEs.

Kao i sna`ne diode, i energetski tranzistori su konstrukciono prilago|eni postavqawu na hladwake.

^etvoroslojna dioda (dinistor)

Sastav dinistora i oznaka su prikazani na

slici 43. Na slici 44. je predstavqena karakteristika

dinistora. Ukoliko je anodni napon vei od katodnog, sredwi spoj je inverzno polarisan. Kada razlika napona dostigne vrednost Ubo dolazi do

nedestruktivnog proboja i struja naglo poraste a napon naglo pada na vrednost odre|enu elementima kola u kome se dinistor nalazi. Vrednost napona Ubo (bo - breakover) se naziva napon ukqu~ewa, napon paqewa ili prelomni napon jer dinistor prelazi iz neprovodnog u provodno stawe. Pri smawewu napona u provodnom stawu zadr`ava se provodno stawe sve dok se struja ne smawi do Ih (h - holding) i naziva se struja dr`awa.

Inverzni probojni napon se ozna~ava sa Ura (ra - reverse avalanche).

Prikqu~ivawe naizmeni~nog napona na dinistor predstavqeno je na slici 45.

Sl. 42. – Izlazne karakteristike energetskog tranzistora: - zona zasiewa.

a) b)

Sl. 43. – ^etvoroslojna dioda: a) sastav, b) oznaka.

Sl. 44. – Karakteristika dinistora.

13

Dijak

Dijak nastaje antiparalelnim vezivawem dva dinistora to se mo`e predstaviti slikom 46.

Prikqu~ivawe naizmeni~nog napona na dinistor predstavqeno je na slici 47.

Tiristor

Tiristor je ~etvoroslojna dioda sa upravqa~kom (pobudnom) elektrodom koja se zove gejt i ima oznaku G. Naponskim, odnosno, strujnim delovawem na gejt uti~e se na vrednost prelomnog napona Ubo, to je prikazano na slici 48. Karakteristika tiristora je

prikazana na slici 49. Ukoliko je Ig = 0 karakteristika tiristora se poklapa sa karakteristikom

dinistora. Poveavawem Ig smawuje se vrednost Ubo i za dovoqno veliko Ig tiristor se ponaa kao dioda. Za negativno Ig poveava se Ubo.

Sve karakteristi~ne vrednost tiristora se navode u prateim katalozima. Probojni napon se kree od 100÷10.103 V, pad napona u provodnom stawu od 1–2 V, radna struja od nekoliko ampera do 3.103 A, strujni udari su do 10 puta vei od radnih struja, radna u~estanost do 50 kHz.

Trijak

Trijak je zamena za antiparalelnu vezu dva tiristora pa se ne mora voditi ra~una o polaritetu prikqu~enog napona, odnosno, trijak mo`e provoditi i u pozitivnoj i u negativnoj poluperiodi prikqu~enog napona.

Sl. 45. – Oblici napona u kolu sa dinistorom.

Sl. 46. – Dijak: a) ema, b) oznaka, v) karakteristika.

14

Osnove upravqawa tiristora i trijaka

Na~ini ukqu~ivawa tiristora

Ukqu~ivawe preko anode

Ukqu~ivawe na ovaj na~in odgovara ukqu~ivawu dinistora i ne primewuje se u praksi.

Ukqu~ivawe preko upravqa~ke elektrode

[ema i oblici napona u kolu su prikazani na slici 51.

a) b)

Sl. 48. – Tiristor: a) sastav, b) oznaka.

Sl. 49. – Karakteristika tiristora.

Sl. 47. – Oblici napona u kolu sa dijakom.

Sl. 50. – Trijak predstavqen emom i

simbolom.

15

U vremenu do delovawa impulsa tiristor je neaktiviran i na potroa~u R nema napona pa napon na tiristoru prati napon napajawa. Delovawem impulsa tiristor se aktivira i na wemu je, u odnosu na napona napajawa, zanemarqivo mali napon pa napon na potroa~u prati napon napajawa. Po prestanku delovawa impulsa tiristor je i daqe aktiviran. Tiristor se deaktivira kada struja opadne na vrednost struje deaktivirawa, odnosno, kada je na tiristoru vrlo mali napon pa se mo`e smatrati da se tiristor deaktivira kada sinusoidni napon poprimi vrednost nula.

Osnovne elektri~ne eme pobudnog kola tiristora i trijaka

Najprostiji na~in sinhronog dovo|ewa tiristora u aktivno stawe prikazano je na slici 52.

Deo anodnog napona tiristora se preko otpornika RG dovodi na gejt. Poveawem IG dosti`e se potrebni nivo i tiristor se aktivira. Ukoliko je otpornik RG mawi IG pre dosti`e potrebni nivo i tiristor se ranije aktivira. Otpornik RG ne sme biti vei od grani~nog slu~aja‚ jer se tiristor ne bi nikada aktivirao.

Na ovaj na~in se ne ostvaruje potpuna upravqivost tiristorom, mo`e se upravqati samo ~etvrtinom periode napona napajawa.

Da bi se eliminisao deo IG koji ne u~estvuje u pobu|ivawu tiristora u kolo gejta se dodaje dinistor (Slika 53.). Istovremeno se posti`e i br`e aktivirawe tiristora.

Da bi se ostvarila potpuna upravqivost tiristora ili trijaka koristi se ema predstavqena na slici 54. Napon na kondenzatoru C je fazno pomeren za ϕ=–arctg(ωCR) tako da se mo`e promenom R (teoretski i C) mewati trenutak aktivirawa tiristora ili trijaka. Na dijagramu je predstavqen napon na kondenzatoru i struja gejta u kolu sa trijakom.

Sl. 51. – Oblici napona u kolu sa tiristorom.

16

Sl. 53. – Uticaj dinistora na oblik struje gejta.

Sl. 52. – Oblici napona u kolu sa tiristorom.

17

Sl. 54. – Fazna regulacija.

Na~ini iskqu~ivawa tiristora

Tiristor se deaktivira kada se IA-K smawi ispod vrednosti dr`awa Ih i u kolu

naizmeni~ne struje se ovo deava automatski. U kolima jednosmerne struje iskqu~ivawe se vri rednim prekida~em prekidawem strujnog toka ili paralelnim prekida~em dovo|ewem UA-K na nulu.

Tiristor se mo`e iskqu~iti i pomou oscilatornog kola, pomou prethodno napuwenog kondenzatora i pomou spoqweg izvora.

Sl. 55. – Iskqu~ivawe tiristora: a) rednim i b) paralelno vezanim prekida~em.

18

Prelazni procesi u elektri~nim kolima

Prelazni procesi i inercijalni elementi

Do sada su prou~avana kola u ustaqenim re`imima rada. Pod ustaqenim

(stacionarnim) stawima podrazumevaju se re`imi rada pri kojima struje u pojedinim granama i naponi na pojedinim delovima kola ostaju nepromenqivi ili se mewaju po jednom istom zakonu u toku proizvoqno dugog intervala vremena.

Prelazni procesi su elektromagnetski procesi koji nastaju u elektri~nom kolu pri prelazu iz jednog ustaqenog stawa u drugo.

Zatitni ure|aji ostvaruju automatsku zatitu elektri~nog kola od prenapona i prekomernih struja koji se javqaju u toku prelaznih procesa.

Kalem i kondenzator predstavqaju inercione elemente jer se promena energije nagomilane u magnetnom poqu kalema i elektri~nom poqu kondenzatora ne mo`e izvriti trenutno.

Struja u toku prelaznog procesa mo`e se predstaviti kao: i = ius + ipp.

Komponenta ius predstavqa struju koja se formira kada se prelazni proces zavri. Komponenta ipp karakterie prelazni proces i ona te`i nuli a wen oblik zavisi od po~etnih uslova.

Sli~no va`i i za napone u = uus + upp.

Zakoni komutacije

Promena stawa u elektri~nom kolu se u optem slu~aju naziva komutacija. Prvi

zakon komutacije se odnosi na struju a drugi na napon. Struja u induktivnom elementu (iL) i napon na kapacitivnom elementu (uC) neposredno pre (t+) i neposredno posle (t−) komutacije su isti

iL(t−) = iL(t+), uC(t−) = uC(t+) odnosno, struja u induktivnom elementu i napon na kapacitivnom elementu elektri~nog kola se ne mogu naglo promeniti (za kona~nu veli~inu u toku beskona~no malog vremena).

Va`no je napomenuti da se po delovawu stalnog napona na rednom RL kolu uspostavqa struja

−= τ

−t

eR

Ui 1 ,

gde je τ=L/R vremenska konstanta kola.

19

ENERGETSKI PRETVARA^I

Osnovni oblici preobra`aja elektri~ne energije

Osnovni oblici preobra`aja elektri~ne energije su: – usmeravawe (pretvarawe naizmeni~ne struje u jednosmernu); – invertovawe (pretvarawe jednosmerne u naizmeni~nu struju); – pretvarawe u~estanosti (pretvarawe naizmeni~ne struje jedne u~estanosti u

naizmeni~nu struju druge u~estanosti).

Usmera~i

Podela prema snazi: male snage (do 1 kW), sredwe snage (do 100 kW) i velike snage (iznad 100 kW).

Podela prema naponu: niskog (do 250 V), sredweg (do 1 kW) i visokog napona (iznad 1 kW).

Podela prema broju faza primarnog napotaja: jednofazni i trofazni.

Osnovne eme usmeravawa

Za idealizovane eme usmeravawa va`e sledee pretpostavke: – usmera~ki elementi su idealni; u stawu provo|ewa imaju otpornost jednaku

nuli (Rf = 0) a u neprovodnom stawu provodnost jednaku nuli (1/Rf = 0), – usmera~ki elementi u stawe provo|ewa i neprovo|ewa dolaze trenutno, bez

prelaznih procesa, – otpornosti provodnika u kolu jednake su nuli, – otpornosti namotaja transformatora i gubici su jednaki nuli.

a – Jednofazna polutalasna ema usmeravawa (Sl. 57.).

a) b)

Sl. 57. – Jednofazni punotalasni usmera~: a) ema, b) dijagrami napona.

Na sekundaru transformatora je napon:

( ) ( )tUtUu sin2 sin ""mab ω=ω= .

Struja kroz potroa~ postoji samo za pozitivnu poluperiodu sekundarnog napona i ima vrednost:

( ) ( )tItR

U

R

u

RR

ui sin sin

2m

d

"

d

ab

df

abd ω=ω==

+= .

U negativnoj poluperiodi je:

20

0df

abd =

+=

RR

ui .

Jednosmerna komponenta napona na potroa~u (Ud) je sredwa vrednost napona za celu periodu i iznosi:

"d

2UU

π= .

Sli~no se mo`e izra~unati i sredwa vrednost usmerene struje:

π= m

dI

I .

Ukoliko se kao usmera~ki element koristi tiristor dovo|ewem upravqa~kog signala na gejt u trenutku kada uab postane pozitivan dobija se ve izlo`eni re`im. Tada je upravqa~ki ugao ϕ = 0. Sredwa vrednost usmerenog napona (i struje) mo`e se mewati promenom ϕ i iznosi:

( )ϕ+π

= cos12

2 "d UU , ( )ϕ+

π= cos1

2m

d

II .

b – Jednofazna punotalasna ema sa sredwom (neutralnom) ta~kom (Sl. 58.).

Sl. 58. – Jednofazni punotalasni usmera~.

1 – Rad pri aktivnom optereewu i uglu upravqawa ϕ = 0 mo`e se objasniti pomou dijagrama na slici 59.

Jednosmerna komponenta (Id) struje potroa~a (id) je dva puta vea nego u slu~aju jednofaznog polutalasnog usmera~a i iznosi:

π= m

d 2I

I .

Jednosmerna komponenta napona potroa~a je tako|e dva puta vea nego kod jednofaznog polutalasnog usmera~a i iznosi:

"d

22 UU

π=

2 – Rad pri aktivnom optereewu i uglu upravqawa ϕ > 0 mo`e se objasniti pomou dijagrama na sl. 60.

Sredwa vrednost usmerenog napona iznosi:

( )ϕ+π

= cos12 "

d UU

Sl. 59. – Dijagrami pri aktivnom optere|ewu

i uglu ϕ = 0.

21

3 – Rad pri aktivnom optereewu i uglu upravqawa ϕ = 0 mo`e se objasniti pomou dijagrama na sl. 61. Usmereni napon i wegova sredwa vrednost su isti kao i pri aktivnom optereewu, ali je struja prakti~no konstantna i jednaka sredwoj vrednosti pri aktivnom optereewu.

Induktivnost je inercioni element kola i id raste (opada) sporije ukoliko je vea vremenska konstanta τd=Ld/Rd kola optereewa. Po Lencovom pravilu elektromotorna sila samoindukcije protivi se uzroku koji ju je izazvao, odnosno, induktivni kalem mo`e da se posmatra kao rezervoar energije. Ukoliko je vrednost ωτd vea utoliko je struja ravnija, odnosno, ako bi ωτd bilo beskona~no usmerena struja bi bila idealno ravna. Prakti~no se ovakva struja dobija ve pri ωτd > 5; induktivnosti u energetici su velike i mo`e se smatrati da je usmerena struja uvek idealno izravnata.

4 – Rad pri aktivno-induktivnom optereewu i uglu upravqawa ϕ > 0. Usled magnetne energije koja se nagomilava u kalemu u kolu postoji struja i posle prolaska napona sekundarnog polunamotaja kroz nulu (sl. 62.). Ako je induktivnost dovoqno velika (prakti~no uvek zadovoqeno), struja e tei do pojave upravqa~kog signala na odgovarajuem tiristoru.

Sredwa vrednost usmerenog napona data je izrazom:

ϕπ

= cos2 "

dmU

U .

Kod trofaznog sistema fazni naponi su pomereni za 2π/3. Prilikom crtawa sinusoida trofaznog sistema koristi se vrednost sin π/6 = 1/2 i pre crtawa potrebno je apscisu podeliti na segmente po π/6 a na ordinatu se nanosi mksimalna vrednost i polovina maksimalne vrednosti. Prvi fazni napon polazi iz nule, za π/6 je polovina maksimalne vrednosti, za π/2 dosti`e se maksimalna vrednost, za 5π/6 je polovina maksimalne vrednosti, za π vrednost je 0, za 7π/6 je polovina negativne maksimalne vrednosti, za 3π/2 dosti`e se minimalna maksimalna vrednost, za 11π/6 je polovina negativne maksimalne vrednosti, za 2π je 0 i postupak crtawa se ponavqa. Druga sinusoida polazi iz 2π/3,

Sl. 60. – Dijagrami pri aktivnom optere|ewu

i uglu ϕ > 0.

Sl. 61. – Dijagrami pri aktivno-induktivnom

optere|ewu i uglu ϕ = 0.

Sl. 62. – Dijagrami pri aktivno-induktivnom

optere|ewu i uglu ϕ > 0.

22

trea iz 4π/3 a tehnika crtawa je ista. Za lake praewe pojava po`eqno je sinusoide crtati razli~itim bojama, ili, na primer, jednu punom linijom, jednu isprekidano, i jednu ta~kasto.

Sl. 63. – Sinusoide trofaznog sistema.

v – Trofazna ema usmeravawa sa sredwom ta~kom (Slika 64.).

Primar je spregnut u trougao, a sekundar u zvezdu. Poto se usmerava samo jedan od polutalasa naizmeni~nog napona svake faze ova ema ima naziv i trofazna polutalasna ema usmeravawa.

1 - Rad pri uglu upravqawa ϕ = 0 prikazan je na slici 65. Svaki tiristor provodi u toku treine periode kada je odgovarajui napon faze

sekundara vei od ostala dva. Sredwa vrednost usmerenog napona data je izrazom:

"d 2

63UU

π=

a sredwa vrednost usmerene struje:

"md 2

33II

π= .

2 - Rad pri uglu upravqawa ϕ > 0 prikazan je na slici 66. Upravqa~ki ugao ϕ ra~una se u odnosu na trenutke kada fazni naponi

sekundarnih navoja transformatora prolaze kroz nulu, a da su pri tome dva fazna napona pozitivna.

U zavisnosti od ugla a mo`emo razlikovati tri re`ima rada: sa neprekidnom usmerenom strujom (0<ϕ<π/6), isprekidanom usmerenom strujom (π/6<ϕ<5π/6) i grani~ni neprekidni re`im rada (ϕ=π/6).

Sl. 64. – Trofazni usmera~ sa sredwom ta~kom.

Sl. 65. – Dijagram pri aktivnom optereewu i

ϕ = 0.

23

Sredwa vrednost usmerenog napona u re`imu neprekidne usmerene struje odre|uje se pomou izraza:

ϕπ

= cos2

63 "

dU

U ,

a u re`imu sa isprekidanom usmerenom strujom:

ϕ+π+π

=6

cos12

23 "

dU

U .

Smenom ϕ = π/6 u bilo kojoj jedna~ini dobija se:

"d 4

29UU

π=

Pri aktivno-induktivnom optereewu i za ωτd > 5 energija nagomilana u induktivnom elementu je dovoqna da obezbedi proticawe struje i ne dolazi do prekida. Sredwa vrednost se izra~unava prema izrazu za neprekidni re`im rada.

g - Trofazna mosna ema usmeravawa (Slika 67.).

U radu su uvek provodna dva tiristora i na potroa~u je sekundarni me|ufazni napon. Za daqa izra~unavawa potrebno je matemati~ki predstaviti sekundarni me|ufazni napon. Ako se posmatraju sekundarni linijski naponi ua i ub, fazni napon uab mo`e se odrediti kao:

π+ω=6

sin3 "mab tUu .

1 – Rad pri uglu upravqawa ϕ = 0 prikazan je na sl. 69. Po~etni ugao je π/6, a krajwi π/6 + π/3 = π/2.

Sredwa vrednost usmerenog napona data je izrazom:

"d

63UU

π=

a sredwa vrednost usmerene struje:

"md

33II

π= .

2 – Rad pri uglu upravqawa ϕ > 0 prikazan je na slici 70.

Upravqa~ki ugao ϕ ra~una se isto kao i kod polutalasnog usmeravawa.

Kao i kod trofaznog usmera~a sa sredwim izvodom pri radu sa aktivnim optereewem razlikuju se: re`im sa neprekidnom usmerenom strujom (0 < ϕ < π/3), sa

0 < ϕ < π/6 ϕ = π/6 π/6 < ϕ < 5π/6

Sl. 66. – Dijagrami pri ϕ > 0.

Sl. 67. – Trofazni mosni usmera~.

Sl. 68. – Fazni napon uab.

24

isprekidanom usmerenom strujom (π/3 < ϕ < 2π/3) i grani~ni neprekidni re`im rada (ϕ = π/3).

Sredwa vrednost usmerenog napona za 0 < ϕ <π/3 dobija se pomou izraza:

ϕπ

= cos63 "

dU

U ,

a u re`imu sa isprekidanom usmerenom strujom, za π/3 < ϕ < 2π/3 pomou izraza:

ϕ+π+π

=3

cos163 "

dU

U .

Pri aktivno-induktivnom optereewu i za ωτd > 5 energija nagomilana u induktivnom elementu je dovoqna da obezbedi proticawe struje i ne dolazi do prekida. Sredwa vrednost se izra~unava prema izrazu za neprekidni re`im rada.

Invertori

Invertori su elektronski pretvara~i jednosmerne u naizmeni~nu elektri~nu energiju. Nazivaju se i DC/AC konvertori (engleski DC direct current – jednosmerna struja i AC alternation current – naizmeni~na struja). Pomou invertora se povezuju sistemi koji rade sa jednosmernom sa sistemima koji rade sa naizmeni~nom strujom. Na primer, solarne elektrane sa fotoelijama proizvode jednosmerni napon, dok postojea mre`a radi sa naizmeni~nim naponom. U terenskim uslovima, kad je na raspolagawu elektri~ni akumulator za napajawe ure|aja naizmeni~nom strujom, potrebno je imati invertor. Invertori se najvie primewuju u sklopu jednosmernih pretvara~a.

Interesantna je primena invertora u re`imu energetskog povraaja ili tzv. rekuperativnog ko~ewa jednosmernog motora. U pogonskom radnom re`imu pretvara~ radi kao ispravqa~ obezbe|ujui iz mre`e naizmeni~nog napona napajawe motora jednosmernom strujom. U re`imu ko~ewa motor postaje generator a pretvara~ postaje invertor koji energiju generatora jednosmerne struje predaje mre`i naizmeni~ne struje.

Pretvarawe jednosmernog u naizmeni~ni prostoperiodi~ni sinusoidni napon bi moglo da se ostvari pomou prostoperiodi~nih oscilatora koji imaju oscilatorno kolo i poja~ava~ki element – tranzistor. Takva reewa se primewuju u slu~aju mawih snaga u elektronici.

Invertori se u energetici retko izvode kao prosti sinusni oscilatori iz dva razloga. U energetici se, zbog velikih snaga, koristi tiristor mnogo vie nego tranzistor. Tiristor je po funkciji prekida~ki a ne poja~ava~ki elemenat, zbog ~ega

Sl. 69. – Dijagrami pri ϕ = 0.

0 < ϕ < π/3 ϕ = π/3 ϕ = π/2

Sl. 70. – Dijagrami napona.

25

nije pogodan za prostoperiodi~ne sinusne oscilatore. Drugi razlog zbog ~ega se odmah ne koristi sinusoidni oblik napona ti~e se koeficijenta iskoriewa. Pravougaoni talasni oblici koji se lako dobijaju tiristorima daju veu efikasnost pretvarawa nego sinusoidni, odnosno prostoperiodi~ni.

Osnovni princip funkcionisawa invertora najlake se mo`e shvatiti pomou eme na slici 71.

Sl. 71. – Ilustracije osnovnog principa rada invertora.

Periodi~an napon mo`e se dobiti prekidawem, odnosno tastovawem jednosmernog napona. Da bi se dobio napon, potrebno je mewati polaritet jednosmernog napona u toku prekidawa ili, kako se jo ka`e, vriti komutaciju. Naizmeni~ni pravougaoni talasni oblici predstavqaju slo`enoperiodi~nu funkciju sa izra`enim harmoni~nim komponentama. Postojei energetski sistem je projektovan za koriewe naizmeni~nog napona u prostoperiodi~nom, sinusoidnom obliku koji ima samo jednu spektralnu komponentu na u~estanosti 50 Hz, gde je koncentrisana ~itava energija. Komutirani napon je potrebno uobli~iti pre putawa u mre`u.

Kao to je nazna~eno na slici 71, upravqa~ki sistem vri sinhronizovano otvarawe i zatvarawe prekida~a T1 i T2. Umesto mehani~kih, kako je simboli~ki nazna~eno, koriste se elektronski prekida~i sa tiristorima. Transformator na datoj emi povezuje pozitivnu i negativnu poluperiodu i svojim akumulacionim svojstvima uobli~ava talasni oblik. Osim toga, vri i galvansko odvajawe jednosmernog generatora od mre`e, to se ~esto namee kao tehni~ki zahtev.

Na osnovu eme na slici 71 mo`e se izvesti opta funkcionalna blok-ema invertora (sl. 72).

Sl. 72. – Opta blok-ema invertora.

Ukqu~ivawe prekida~a vri se pomou upravqa~kih ili okidnih impulsa pa je osnovni deo upravqa~kog ure|aja okidni generator. Kako je primena tiristora mnogo ~ea nego tranzistora, iskqu~ivawe se ne vri iz upravqa~kog stepena ve posebnim elementima eme koja se ozna~ava kao komutator.

U odnosu na na~in upravqawa, postoje dve vrste invertora, i to zavisni i nezavisni ili autonomni.

26

Kod zavisnih invertora upravqa~ki sistem koji vri ukqu~ivawe prekida~kih tiristora sinhronizovan je sa nekim spoqnim izvorom. Invertori koji isporu~uju napon mre`i sinhroniu se na postojei napon mre`e pa se nazivaju invertori vo|eni mre`om.

Nezavisni ili autonomni invertori nisu strogo sinhronizovani sa nekim spoqnim izvorom. Impulsi za ukqu~ivawe tiristora se dobijaju iz takt-generatora ili pomou kola povratne sprege u okviru samog invertora.

Autonomni invertori se mogu podeliti na tri grupe: strujni, naponski i rezonantni.

Prema karakteru izlaznog napona i broja izlaza, invertori mogu biti jednofazni, trofazni i viefazni. Kod invertora vo|enih mre`om u pitawu su prve dve grupe.

Invertori vo|eni mre`om

U slu~ajevima kada u postojeu aktivnu mre`u treba transformisati energiju iz izvora jednosmerne struje, koristi se invertor sa tiristorima koji se ukqu~uje pomou impulsa dobijenih uobli~avawem napona iz postojee mre`e. Na taj na~in, mogue je ostvariti komutaciju u ritmu mre`ne u~estanosti i izvriti sinhronizaciju transformisanog napona iz invertora i postojeeg napona u mre`i. Samo se uz strogu sinhronizaciju invertor ponaa kao generator mre`nog napona. Na slici 73. data je principska ema invertora vo|enog mre`om.

U okviru mre`nog upravqa~a data je jednostavna principska ema za generisawe okidnih impulsa. Prakti~na reewa su slo`enija.

Sl. 73. – Jednofazni dvoperiodi~ni invertor vo|en mre`om.

Dioda D1 proputa naizmeni~ni napon samo u toku pozitivne poluperiode mre`nog napona a pomou razdelnika R1 i R2 smawuje se amplituda do odgovarajue vrednosti koju ograni~ava zener-dioda Dz. Dz ima probojni napon ni`i od polovine amplitude ispravqenog impulsa pa "odsecawem" vrednosti veih od Uz formira pribli`no pravougaoni impuls. Kolo za diferencirawe C1R3 reaguje na ivice

27

pravouglih impulsa stvarajui na izlazu otre pozitivne i negativne impulse. Pozitivni impulsi nastaju poviewem napona na predwoj ivici impulsa kada se kondenzator puni, a negativni – smawivawem napona na zadwoj ivici impulsa, to ima za posledicu pra`wewe C1 preko R2 i R3. Dioda D2 slu`i da na Th1 propusti samo pozitivne impulse koji su na rastojawu T = 1/(50 Hz) = 20 ms. Istu funkciju imaju i elementi u dowoj grani ozna~eni dodatno sa', samo to obra|uju napon u toku negativne poluperiode ulaznog napona.

Generisawe naizmeni~nog napona mo`e se objasniti analizirawem komutatorskog dela od po~etka ukqu~ivawa jednosmernog izvora E.

Dolaskom prvog impulsa na upravqa~ku elektrodu Th1 smawuje se wegov napon ukqu~ivawa Ub0» do vrednosti E, zbog ~ega ovaj tiristor ide u provodno stawe kad mu napon Uak padne na oko 1 V. Tiristor postaje na ovaj na~in zatvoren prekida~, odnosno pravi kratak spoj u gorwoj grani kola, zbog ~ega struja I1 ima tendenciju naglog porasta. Naglu promenu struje usporava indukovana elektromotorna sila u kalemu L i primarnom delu transformatora Tr. Kada do|e drugi impuls, u dowoj grani ukqu~uje se drugi tiristor, Th2.

Transformator se projektuje tako da se delovawem struja tiristora dobija pribli`no sinusoidan oblik napona na izlazu.

Invertor je reverzibilni ure|aj jer mo`e da radi, zavisno od konstrukcije i na~ina upravqawa, i kao pretvara~ jednosmerne energije u naizmeni~nu i, obrnuto, naizmeni~ne u jednosmernu.

Nezavisni invertori

U slu~ajevima kad se napon dobijen pomou invertora ne mea sa mre`nim, odnosno ne aqe u postojeu mre`u, invertor mo`e raditi nezavisno ili autonomno sa u~estanou koja je odre|ena uslovima primene. Nezavisni ili autonomni invertori rade u okviru nekog ure|aja na autonomno optereewe.

Frekvencija nezavisnog invertora je odre|ena frekvencijom upravqa~kog napona tiristora. Upravqa~ki impulsi se dobijaju iz posebnog takt-generatora ili pomou povratne sprege uobli~avawem izlaznih impulsa. Za komutaciju se u autonomnim invertorima koriste dopunski komutacioni elementi, naj~ee kondenzatori i prigunice.

Nezavisne invertore je mogue zavisno od principa rada podeliti na tri grupe: strujne, naponske i rezonantne.

Kod strujnih invertora, redno sa izvorom E vezana je relativno velika prigunica L, tako da se energetski izvor ponaa kao strujni generator. Zbog ovog se na optereewu pojavquju strujni impulsi.

Kod naponskih invertora, paralelno energetskom ulazu vezan je kondenzator velike kapacitivnosti C, ~ime se posti`e da se izvor ponaa kao naponski generator. Zahvaqujui tome, na optereewu se pojavquju naponski impulsi.

Kod rezonantnih invertora, optereewe, koje ima dovoqno veliku induktivnost, obrazuje s drugim reaktivnim elementom oscilatorno kolo. Tiristori se iskqu~uju opadawem strujnih oscilacija do nule u svakoj poluperiodi. Kondenzatori koji ulaze u sastav oscilatornog kola obi~no se ukqu~uju redno sa optereewem a kalemovi u izlazno kolo, tiristorsku konturu ili redno sa optereewem. Rezonantna u~estanost kola treba da bude jednaka ili vea od radne u~estanosti invertora. Rezonantni invertori uglavnom se primewuju pri radu na viim u~estanostima reda od 1 do 50 kHz.

U zavisnosti od na~ina prikqu~ivawa komutacionog kondenzatora, razlikuju se redni i paralelni invertori.

28

a – Strujni invertori

Na slici 74 prikazan je jednofazni nezavisni strujni invertor sa sredinim izvodom na transformatoru. Pretpostavqa se da postoje aktivno optereewe i vrlo velika induktivnost L.

Sl. 74. – Strujni invertor: (a) sa paralelnim kondenzatorom i sredwim izvodom; (b) sa odgovarajuim dijagramima.

b – Ivertori napona

Kod invertora, napon jednosmernog generatora E preko elektronskih prekida~a neposredno se prenosi na optereewe. Ukqu~ivawem i iskqu~ivawem ovih prekida~a mewa se polaritet prikqu~enog napona i na taj na~in se na optereewu formira naizmeni~ni napon.

U slu~aju mawih snaga, elektronski prekida~i se, zbog jednostavnog na~ina ukqu~ivawa i iskqu~ivawa, prave sa tranzistorima. U slu~aju veih snaga, moraju se koristiti tiristori i trijaci ali su tada eme mnogo slo`enije zbog na~ina iskqu~ivawa tiristora. Na slici 75 ilustrovan je naponski invertor sa vezom u mostu sa tranzistorima i pojednostavqena veza sa trijacima.

Sl. 75. – Naponski invertor vezan u most: (a) sa tranzistorima; (b) sa trijacima, ilustrovan vremenskim dijagramom

29

v – Rezonantni ivertor

[eme rezonantnih invertora su sli~ne strujnim invertorima a razlika je samo u tome to se stavqa kalem znatno vee induktivnosti u kolu prijemnika, odnosno optereewa. Na slici 76 je prikazana jednostavna ema rezonantnog invertora.

Sl. 76. – Jednofazni redni rezonantni invertor.

Trofazni invertor

Na slici 77 data je ema trofaznog invertora vo|enog mre`om. Na pozitivan pol jednosmernog izvora spojene su anode tiristora T1, T3 i T5, dok su za negativan pol vezane katode tiristora T2, T4 i T6.

Pretvara~i u~estanosti

Pretvara~ u~estanosti predstavqa poluprovodni~ki ure|aj koji vri pretvarawe (preobra`aj, transformaciju) elektri~ne energije naizmeni~ne struje jedne u elektri~nu energiju naizmeni~ne struje druge u~estanosti.

Postoje dve osnovne vrste pretvara~a u~estanosti: neposredni ili direktni i posredni ili indirektni.

Neposredni pretvara~i u~estanosti

Osnovni energetski deo ovih pretvara~a predstavqa antiparalelno ukqu~ene grupe tiristora, od kojih svaki mo`e da radi u usmera~kom ili invertorskom re`imu. Naj~ee se ovi pretvara~i izvode sa prirodnom komutacijom tiristora i zbog toga im je u~estanost izlaznog napona uvek mawa od u~estanosti napona napajawa. Zbog toga se ovi pretvara~i mogu koristiti za regulaciju brzine obrtawa asinhronih motora u opsegu u~estanosti ~ija je gorwa granica mawa od 50 Hz.

Broj faza na ulazu i izlazu pretvara~a u zna~ajnoj meri odre|uje strukturu eme pretvara~a. Razmatra se na~in rada neposrednog pretvara~a sa prirodnom komutacijom na primeru trofazno-jednofazne eme (sl. 78a). Vidi se da je mogue izdvojiti dve grupe tiristora: katodnu (V1, V2, V3) i anodnu (V4, V5, V6). Pretpostavimo da je optereewe ZP samo aktivno. Upravqa~ki signali (impulsi) u procesu rada nailaze na tiristorske anodne i katodne grupe redom u jednakim intervalima vremena. Kada upravqa~ki signali, sinhroni po u~estanosti sa ulaznim naponom, otvore tiristore V1, V2 i V3, oni e, radei u usmera~kom re`imu, obrazovati na optereewu ZP pozitivan polutalas izlaznog napona uiz (sl. 78b). Zatim, upravqa~ki signali otvaraju redom anodne tiristore (V4, V5, V6), dok su katodni (V1, V2, V3) zako~eni, to za rezultat ima stvarawe negativnog polutalasa izlaznog napona na optereewu ZP. Ako se ovaj postupak otvarawa tiristora cikli~no

Sl. 77. – Trofazni invertor vo|en mre`om.

30

ponavqa, dobie se na izlazu naizmeni~an napon sa znatno ni`om u~estanou (fiz) osnovne harmonijske komponente od u~estanosti napona napajawa (f '). Da izlazni napon ne bi imao jednosmernu komponentu, vreme u toku kojeg provodi katodna grupa tiristora mora biti jednako vremenu u toku kojeg provodi anodna grupa.

Sl. 78. – Neposredni pretvara~ u~estanosti: (a) ema; (b) dijagram izlaznog napona pri aktivnom optereewu.

Uprkos svim pobrojanim nedostacima, neposredni pretvara~i su zbog svoje jednostavne konstrukcije i visokog stepena iskoriewa naj~ee korieni pretvara~i u~estanosti.

Posredni pretvara~i u~estanosti

Strukturna ema posrednog pretvara~a u~estanosti data je na slici 79. Na ulazu je napon Uu1 u~estanosti fu1. Ovaj napon se dovodi na upravqa~ku usmera~u (UU). Usmereni napon sa izlaza upravqive usmera~e vodi se na filtar F koji na svom izlazu daje jednosmernu komponentu usmerenog napona. Ovaj jednosmerni napon vodi se na posledwi blok – autonomni invertor (AI). Na wegovom izlazu javie se napon Uiz u~estanosti fiz.

Sl. 79. – Blok-ema posrednog pretvara~a u~estanosti.

Osnovni nedostaci posrednih pretvara~a u~estanosti je dvostruko pretvarawe oblika elektri~ne energije, to ima za posledicu smawewe stepena iskoriewa.

Naizmeni~ni pretvara~i

Naizmeni~ni pretvara~i su ure|aji za pretvarawe naizmeni~nog napona jednog u naizmeni~ni napon drugog nivoa. Naizmeni~ni pretvara~ se naziva i AC/AC konvertor (AC – engl. alternating current – naizmeni~na struja). Naizmeni~ni pretvara~i rade na principu prekidawa i podeavawa vrednosti naizmeni~ne struje. Krajwi ciq prekidawa i podeavawa naizmeni~nog napona i struje je regulacija energije koju predajnik daje optereewu, odnosno regulacija snage sa kojom radi optereewe.

Naizmeni~ni pretvara~i, odnosno regulatori snage naizmeni~nog napona mogu se, po principu rada, podeliti u tri grupe. To su naizmeni~ni pretvara~i na osnovu:

– skokovite promene amplitude, – promene faze, – irinsko-impulsne metode.

31

Naizmeni~ni pretvara~i sa skokovitom promenom amplitude

U slu~aju kada je potrebno da se pri regulisawu naizmeni~nog napona o~uva wegov prostoperiodi~ni (sinusoidni) oblik, naj~ee se koristi transformator. Primena transformatora ima prednosti u odnosu na pretvara~e ne samo zbog o~uvawa sinusoidnog oblika signala ve i zbog galvanskog odvajawa, pouzdanosti i visokog stepena iskoriewa. U odnosu na druga ~isto elektronska reewa nedostaci transformatora su u velikim dimenzijama i masi, kao i u vioj ceni.

Naizmeni~ni pretvara~ sa skokovitom promenom amplitude prikazan je na slici 80.

Sl. 80. – Naizmeni~ni pretvara~: (a) sa mehani~kim; (b) sa elektronskim preklopnikom na bazi skokovite promene amplitude.

U reewu sa mehani~kim preklopnikom ostvaruje se veran prenos sinusoidnog oblika napona do prijemnog optereewa. Umesto mehani~kog preklopnika, koji podrazumeva ru~nu regulaciju, mo`e se upotrebiti odre|eni broj releja i sa dodatnom upravqa~kom elektronikom ostvariti mogunost automatskog podeavawa napona.

Elektronski preklopnici sa trijacima imaju prednost u odnosu na mehani~ke kako u pogledu varni~ewa tako i u pogledu trajnosti i gabarita. Ukqu~ivawe trijaka mo`e da bude ru~no ili automatski. Trijaci zahtevaju odre|eni napon ukqu~ivawa Ub0 pa je zbog toga napon na optereewu na po~etku svake poluperiode malo "zase~en", to zna~i da oni ne prenose ~istu sinusoidu. Napon ukqu~ivawa Ub0 mo`e da se smawi poviavawem upravqa~kog napona. Tada se poveava i disipacija trijaka. Obi~no ovaj efekt ne stvara vee probleme jer je izobli~ewe sinusoide zanemarqivo.

Navedena klasa naizmeni~nih pretvara~a ima veliku primenu u domainstvu za stabilizaciju mre`nog napona u perifernim podru~jima gde su varijacije vee od 10%. Prodaju se pod nazivom regulatora ili korektora napona a nameweni su prvenstveno za kune aparate koji imaju motor, kao to su maine za prawe, hladwaci, usisiva~i.

Naizmeni~ni pretvara~i sa faznom regulacijom

Fazna regulacija sv koristi za optereewa kod kojih nije uslovqeno koriewe samo sinusoidnog oblika napona i galvansko odvajawe od mre`e. Tu na prvom mestu dolazi osvetqewe, najrazli~itiji greja~i i univerzalni motori. Naizmeni~ni pretvara~i sa faznom regulacijom se odlikuju malim dimenzijama i te`inom i pru`aju mogunost kontinualne i brze regulacije prakti~no od nule do maksimalnog napona mre`e.

32

Naizmeni~ni fazni pretvara~i sa irinsko-impulsnom regulacijom

Ovi pretvara~i rade na principu prikqu~ivawa i iskqu~ivawa optereewa na mre`ni napon. Kao elektronski prekida~i koriste se tiristori i trijaci. [irinsko-impulsnu metodu regulacije mogue je izvesti pomou ema za faznu regulaciju. Na slici 81 ilustrovan je princip irinsko-impulsne metode regulacije efektivne vrednosti naizmeni~nog napona.

Sl. 81. – Princip irinsko-impulsne metode regulacije naizmeni~nog pretvara~a.

Jednosmerni pretvara~i

Jednosmerni pretvara~i su ure|aji za poviewe ili sni`ewe jednosmernog naponskog nivoa, odnosno smawewe ili poveawe ja~ine jednosmerne struje. Nazivaju se i DS/DS konvertori (DS – direct current – jednosmerna struja) a ponekad i prekida~i i podeava~i jednosmerne struje.

Dok se u slu~aju naizmeni~nog napona mo`e na jednostavan i efikasan na~in pomou transformatora poveavati ili smawivati amplituda, dotle kod jednosmernih napona to ide znatno te`e. Osnovni problem je o~uvawa energije u procesu transformacije. Transformator radi sa velikim koeficijentom iskoriewa i jo mo`e ne samo sniziti ve i povisiti naizmeni~an napon, to je uslov za prenos energije na daqinu sa malim gubicima. Zbog toga je i usvojen naizmeni~ni sistem prenosa. Transformator, me|utim, ne mo`e prenositi jednosmeran napon.

Jednosmeran napon se mo`e podeavati pomou razdelnika sa otpornicima ili pomou potenciometara. Aktivni razdelnik ima dva velika ograni~ewa u primeni: prvo, pomou razdelnika je mogue jednosmerni napon samo smawiti; drugo, sam razdelnik predstavqa optereewe. Naro~ito zbog ovog drugog podeavawe jednosmernih napona u energetici je neekonomi~no. U elektronici, gde se radi sa signalima malih snaga, razdelnici i potenciometri se ~esto koriste jer su jednostavni.

Kako jednosmerni napon ne mo`e da se pretvara iz jednog nivoa u drugi a da sve vreme zadr`i jednosmerni kontinualni oblik, vri se pretvarawe jednosmernog oblika u naizmeni~ni, zatim podeavawe amplitude naizmeni~nog napona na odgovarajuu vrednost. Na kraju se vri ispravqawe kako bi se ponovo dobio jednosmerni napon, i to `eqenog nivoa.

Da bi se poveala efikasnost pretvara~a, ~ee se jednosmerni napon pretvara u pravougaone impulse nego u sinusoidne. Naj~ee se koriste invertori koji rade u prekida~kom re`imu.

33

Najoptija blok-ema jednosmernog pretvara~a prikazana je na slici 82. Zavisno od toga kako su izvedeni invertor i komutacija, odnosno kako su povezani ulaz i izlaz, jednosmerni pretvara~i se mogu podeliti na indirektne i direktne.

Sl. 82. – Principska blok-ema jednosmernog pretvara~a.

Indirektni jednosmerni pretvara~i

Indirektni jednosmerni pretvara~i sadr`e transformator u invertorskom kolu, to obezbe|uje galvansko odvajawe ulaznog i izlaznog napona i omoguava da se pravi wihov veliki me|usobni odnos. Za mawe snage, do nekoliko stotina vati, obi~no se realizuju sna`nijim tranzistorima, dok se za vee snage, do nekoliko kW, upotrebqavaju trijaci.

Tipi~na ema indirektnog jednosmernog pretvara~a sa tranzistorima prikazana je na slici 83. Vremenski dijagram karakteristi~nih struja i napona ilustruju na~in funkcionisawa pretvara~a.

Sl. 83. – Indirektni tranzistorski pretvara~ jednosmernog napona.

Tranzistori rade naizmeni~no u prekida~kom re`imu, dok je jedan zako~en, drugi provodi, i to u zasiewu, to zna~i da je pad napona izme|u kolektora i emitora mali, obi~no samo od 0,5 do 2 V, zahvaqujui ~emu se ostvaruje visok stepen iskoriewa.

Direktni jednosmerni pretvara~i

Kod direktnih jednosmernih pretvara~a optereewe se pomou elektronskog preklopnika direktno prikqu~uje na izvor jednosmernog napona. Elektronski preklopnik prekida vezu sa jednosmernim izvorom u odre|enom ritmu i na taj na~in vri ulogu invertora.

34

Na slici 84 ilustrovan je princip rada jednosmernih pretvara~a u slu~aju aktivnog optereewa i optereewa kod kojeg preovladava induktivna reaktansa. Elektronski preklopnik je, radi pojednostavqewa, prikazan kao mehani~ki P.

Sl. 84. – Indirektni tranzistorski pretvara~ jednosmernog napona.

U slu~aju kada je optereewe ~isto aktivno, struja je jednosmerna i prekidna u vidu pravougaonih impulsa. U slu~aju kad je optereewe prete`no induktivno, u kalemu se akumulira magnetna energija u intervalu dok je prekida~ zatvoren. Da bi se spre~ilo varni~ewe i ova energija iskoristila, stavqa se dioda D0, pomou koje se zatvara strujno kolo potroa~a i kad je prekida~ P otvoren. Na taj na~in se znatno poboqava sredwa vrednost, odnosno jednosmerna komponenta struje kroz optereewe. Struja kroz optereewe je pulsirajua i kontinualna u testerastom obliku.

Primeri primene energetske elektronike

Uproewe eme za nereverzivno i reverzivno upravqawe motorima jednosmerne struje sa nezavisnom pobudom

Ove eme prikazane su na slikama 85 i 86.

U emama usmerava-wa, prikazanim na slika-ma, elektri~na maina mo`e da radi u motornom re`imu i re`imu ko~ewa protivspajawem (na ra~un aktivnog momenta, na primer tereta) pri ne-promewenom smeru struje u kolu indukta. Ako je potreban revers motora, mo`e da se izmeni polar-nost na krajevima indukta pri nepromewe-nom smeru pobudne struje.

Sl. 85. – [ema reverzivawa motora

Sl. 86. – Trofazna mosna reverzna ema usmeravawa

35

Na slici 85 data je ema za reverzirawe pomou reverzora u kolu indukta, a na slici 86 trofazna mosna reverzna ema usmeravawa. [ema sa reverzorom (sl. 85) jednostavnija je jer u woj ne postoje induktivni kalemovi za izravnavawe i ima dva puta mawe tiristora od eme na slici 86.

Primeri primene jednosmernih pretvara~a

Tiristori, kao to je re~eno, imaju svojstva prekida~a, tj. u stawu neprovo|ewa imaju veliku otpornost, a u stawu provo|ewa – zanemarqivu. Osim toga, tiristori imaju svojstvo "pamewa" zadatog elektri~nog re`ima, tj. upravqa~ki signal (impuls) potreban je samo u trenutku prikqu~ewa, a za odr`avawe stawa provo|ewa ili neprovo|ewa ovaj signal nije potreban. Zahvaqujui ovim svojstvima, tiristori se mogu koristiti u razli~itim impulsnim ure|ajima (prekida~i jednosmerne struje, trigeri, impulsni pretvara~i jednosmernog napona, multivibratori, broja~i impulsa, itd.).

Primena tiristora u realizaciji impulsnog metoda regulisawa brzine motora jednosmerne struje danas je nala iroku primenu u elektromotornim pogonima jednosmerne struje. Ovde se pomou direktnih (neposrednih) jednosmernih pretvara~a na krajeve indukta motora jednosmerne struje dovodi povorka naponskih impulsa odre|ene u~estanosti.

U direktnim jednosmernim pretvara~ima koriste se impulsne metode pretvarawa i regulisawa jednosmernog napona, pa se ovi pretvara~i nazivaju i impulsni pretvara~i jednosmernog napona.

Primena ovih pretvara~a mo`e se objasniti pomou jednostavne eme impulsnog regulisawa brzine obrtawa motora jednosmerne struje sa nezavisnom pobudom (sl. 87). Direktni jednosmerni pretvara~ sastoji se ovde od: ulaznog filtra (L fCf); tiristora (V), koji ima ulogu elektronskog prekida~a (EP); diode (D); i induktivnog elementa (L). U vremenskom odse~ku Ti, kada je tiristor u stawu provo|ewa (elektronski prekida~ zatvoren), napon napajawa U dovodi se na krajeve indukta motora, a struja indukta (i), raste (sl. 87b). Kada je tiristor u stawu neprovo|ewa (elektronski prekida~ otvoren), struja ii nastavqa da te~e kroz indukt motora i inverznu diodu na ra~un magnetne energije nagomilane u induktivnostima Li i L-kola indukta; pri tom se struja ii smawuje.

Sl. 87. – Impulsno regulisawe obrtawa motora jednosmerne struje sa nezavisnom pobudom pomou direktnog jednosmernog pretvara~a: (a) ema; (b) dijagrami promene napon i struje.

Primeri primene naizmeni~nih pretvara~a

Od brojnih primera primene naizmeni~nih pretvara~a na slici 88 je prikazana elektri~na ema za automatsku regulaciju ja~ine osvetqewa. Na osnovu ove eme mogue je napraviti ure|aj za automatsko ukqu~ivawe sijalica kada je spoqna osvetqenost mala. Kada je spoqwe osvetqewe dovoqno jako, otpornost fotootpornika Rph je mala tako da ne omoguuje dovoqan nivo napona na dijaku D da se

36

izvri pobu|ivawe trijaka, odnosno doveo do provo|ewa. Dijak D mo`e da bude ST2 firme General Electric ili sli~an.

Kao trijak mo`e se upotrebiti Simensov TXC 02A60, Filipsov BT100A-500K, a kao dijak – Simensov A9903, Filipsov BK100, ST2 firme General Electric i sli~no.

Kondenzator C1 i prigunica Pr uobli~avaju talasni oblik prekidanog napona i spre~avaju odlazak viih harmonika u mre`u koji se kod drugih elektronskih ure|aja manifestuju kao radio-smetwe.

Pretvara~ radi na principu jednosmerne fazne regulacije sa prirodnim iskqu~ivawem tiristora T prolaskom naizmeni~ne struje kroz nulu. Ukqu~ivawe se ostvaruje pomou dijaka koji pomou otpornika i kondenzatora uobli~ava mre`ni napon i generie okidne impulse.

Sl. 88. – Automatska regulacija ja~ine osvetqewa pomou naizmeni~nog faznog pretvara~a.

Pomou potenciometra P1 regulie se prag osetqivosti reagovawa fotootpornika. Umesto fotootpornika mo`e se ugraditi potenciometar odgovarajue vrednosti kojim se mo`e regulisati ru~no ja~ina osvetqewa. Fotootpornik Rph u~estvuje u vremenskoj konstanti puwewa kondenzatora C3, time i na vrednost upravqa~kog ugla a indirektno – na efektivnu vrednost struje kroz sijalicu. Mo`e se koristiti Simensov fotootpornik ili sli~an.

Opseg regulacije je od 100 do 500 W. Drugi primer na slici 89 predstavqa emu elektronskog priguiva~a svetla

(engl. lamp dimmer) koji je uao u masovnu upotrebu u domainstvima za kontinualno podeavawe osvetqewa.

[ema je neto jednostavnija od prethodne i vrednosti su druga~ije ali je princip funkcionisawa ostao isti. Regulacija je od 0 do maksimalne snage potroa~a od 500 W. Mo`e da radi na mre`i od 220 V, kao i na 110 V. Za 110 V je R1 = 250 kΩ a probojni napon za C1 i C2 200 V, dok je za mre`u od 220 V potrebno uzeti dva puta vee vrednosti: 500 kΩ i 400 V kao i ja~i trijak.

Sl. 89. – Elektri~na ema priguiva~a svetla sijalice.

37

AUTOMATIZACIJA I REGULACIJA

Pojam automatizacije

Sistem, u najoptijem smislu predstavqa izdvojenu funkcionalnu celinu sastavqenu od skupa objekata, wihovih utvr|enih svojstava (parametara) i skupa me|usobnih odnosa koje povezuju te objekte i wihova svojstva. To su npr. Sun~ev sistem, nervni sistem, informacioni sistem, drutveni sistem, elektroenergetski sistem, itd.

Proizvodni sistem je sistem ~ija je svrha proizvodwa odre|enih oblika supstance, energije ili predmeta.

U me|usobnom odnosu sa okolinom, sistem ima ulazne veli~ine, kojima okolina deluje na wega, i izlazne veli~ine, kojima sistem deluje na okolinu (sl. 90).

Sl. 90. – Ulazne i izlazne veli~ine sistema.

Proces bi najkrae mogao da se definie kao tok, put i na~in kojim se mewa supstanca, energija ili informacija.

Proces u kome se supstanca i/ili energija iz nekog prvobitnog oblika pretvara u poluproizvode ili proizvode naziva se proizvodni proces.

Proizvodni procesi su se prvobitno odvijali iskqu~ivo radom ~ove~jih miia ili, u boqem slu~aju, uz pomo rada `ivotiwa, dakle nemehanizovano. Takav proizvodni proces je niskoproduktivan, a sami proizvodi su nejednakog kvaliteta.

U sledeem stepenu razvoja qudski rad je dopuwen radom maina i ure|aja, ali je ~ovek i daqe ru~no obavqao mnogo radnih operacija.

Svaki proizvodni proces, ~ine dva glavna dela: proizvodni sistem, koji prera|uje supstancu i transformie energiju, i sistem za vo|ewe procesa, koji prati tok prerade i usmerava ga prema odre|enim zakonitostima i potrebama.

Informacijske operacije su aktivnosti kojima se obezbe|uje vo|ewe procesa, a mogu se podeliti u sledee grupe (faze):

– analiza `eqenog i stvarnog stawa sistema, koja obuhvata prikupqawe i obradu informacija o sistemu,

– odlu~ivawe o akcijama kojima se stvarno stawe dovodi u `eqeno, – kontrola sprovedenih aktivnosti. U savremenoj proizvodwi veina procesa je potpuno mehanizovana, to zna~i da

je qudski rad zamewen radom maina. Mehanizmi i maine obavqaju sve radne pokrete i operacije, a ~ovek kontrolie wihov rad i upravqa operacijama.

Ako maina, neki ure|aj ili proizvodni proces u celini ne zahtevaju nikakvo u~ee ~oveka za wih se ka`e da su automatski. Ovakav automatski sistem podrazumeva i mehanizaciju pojedinih ili svih procesa, pa tako automatizacija u celini obuhvata i mehanizaciju.

Mehanizacija je, dakle, proces zamene qudskog rada i pokreta radom maina i mehani~kim pokretima.

Automatizacija je uvo|ewe u proizvodni sistem takvih, automatskih, maina i ure|aja koji omoguuju da se ceo proizvodni proces, ukqu~ujui i wegovo vo|ewe obavqa bez ~ovekovog u~ea.

38

Zna~aj automatizacije za poveawe produktivnosti rada i `ivotnog standarda qudi

Jedna od osnovnih karakteristika savremenih proizvodnih procesa jeste visok stepen automatizacije. Na radnim mestima u proizvodwi, trgovini, saobraaju, administraciji itd. sve je vie maina a sve mawe qudske radne snage. Takvo stawe je posledica svesne ~ovekove te`we da to vie koristi rad maina, to je sasvim prirodno jer je ~ovek, pre svega, stvaralac, pa mu je svaki rad u kome se retko javqa neto novo tegoban i dosadan. Me|utim, ima i drugih zna~ajnih razloga, koji iziskuju automatizaciju. Potrebe za sve veom brzinom izvo|ewa radnih operacija, wihovim kvalitetom, sigurnou, potreba obavqawa rada u tekim uslovima opasnim po zdravqe i `ivot, itd. – sve su to zna~ajni razlozi za nagli razvoj automatskih maina i wihovu sve masovniju primenu.

Najzna~ajniji doprinos automatizaciji jeste humanizacija rada u proizvodwi. ^ovek se osloba|a tekog fizi~kog pa i umnog rada, poboqavaju se higijensko-tehni~ki uslovi rada i skrauje se radno vreme.

Pojava automatizacije unosi bitnu promenu u pogledu kvaliteta qudskog rada. U automatizovanom proizvodnom procesu, ~oveku ostaju oni poslovi koji zahtevaju qudske umne sposobnosti i vetine kojima maine jo nisu dorasle. U automatizovanoj proizvodwi ~ovek se pojavquje na kqu~nim mestima brojnih automatskih maina, gde se od wega zahtevaju visoka umenost i znawe. Od wega se, tako|e, zahtevaju stalno usavravawe i u~ewe.

To to automatske maine mogu raditi bez ~ovekove pomoi otvara velike mogunosti za potpunu eliminaciju qudskog rada na mestima gde postoje neposredne opasnosti za `ivot ili gde postoji mogunost pojave profesionalnih oboqewa.

Pronalazak ra~unara na kojima su proces obrade razli~itih podataka i izvravawe niza logi~kih operacija automatizovani zna~ajno ubrzava dola`ewe do rezultata za koje je nekada trebalo neuporedivo vie vremena. Danas prakti~no nema oblasti gde se elektronski ra~unari ne upotrebqavaju. U tehnici oni slu`e pri projektovawu od gra|evina do integralnih kola. U ekonomiji slu`e za obradu velikog broja statisti~kih i drugih podataka, u medicini za odre|ivawe dijagnoza, u arheologiji za deifrovawe nepoznatih pisama. Najnoviji uspesi u astronautici ne mogu se ni zamisliti bez visokokvalitetnih automatskih ure|aja i ra~unara. Ra~unari se primewuju i za automatsko prevo|ewe stranih jezika to doprinosi brzoj komunikaciji izme|u qudi.

Mogue je navesti jo mnogo primera automatizacije u svim segmentima ~ovekovog `ivota i rada.

Pojam upravqawa i pojam regulacije

Produktivnost proizvodnog procesa zavisi od mnogo ~inilaca, a posebno od organizacije toka radnog procesa i od organizacije upravqawa tim procesom. Kako e se odvijati jedan slo`eni radni proces zavisi od toga kako je podeqen na mawe slo`ene radwe. To se mora obaviti stru~no i sa najveom pa`wom, uz stalnu kontrolu.

Tok jednog proizvodnog procesa se vremenom mo`e izmeniti usled raznih poremeaja, koji se javqaju, naj~ee, u sledea dva opta oblika – kao promene parametara procesa i kao spoqni poremeaji. Da bi se proizvodni proces odvijao po unapred utvr|enom toku, potrebno je wime upravqati.

Upravqawe je skup radwi kojima se obezbe|uje odre|eni tok radnog procesa u uslovima poremeaja.

39

Pitawe organizacije upravqawa danas je veoma slo`eno. Razvoj nauke i tehnike daje nove mogunosti pristupa reavawu ovih problema. Stoga se javqa jedna nova nauka – nauka o upravqawu ili kibernetika.

U velikom broju slu~ajeva tok nekog proizvodnog procesa odre|en je vrednou neke fizi~ke veli~ine (npr. temperature, ugaone brzine, napona, pritiska i sl.), pa se zadatak upravqawa takvim procesima svodi na automatsku regulaciju te fizi~ke veli~ine. Pod regulacijom se ovde podrazumeva odr`avawe neke fizi~ke veli~ine na `eqenoj vrednosti.

Izme|u sistema automatskog upravqawa i sistema automatske regulacije nema bitne razlike u principu rada, tako da se za analizu i jednog i drugog koristi prakti~no ista teorija i isti osnovni pojmovi.

Pojam sistema automatskog upravqawa (SAU) i sistema automatske regulacije (SAR)

Tehnoloko postrojewe, wegov deo ili jedan tehni~ki ure|aj u kome treba da se odr`ava nominalni re`im rada predstavqa objekat upravqawa. Automatsko upravqawe podrazumeva upravqawe objektom bez neposrednog ~ovekovog delovawa. Ure|aj automatskog upravqawa je tehni~ko sredstvo koje ostvaruje automatsko upravqawe.

Objekat upravqawa i ure|aj automatskog upravqawa predstavqaju celinu i ~ine sistem automatskog upravqawa.

Sistem automatskog upravqawa podvrgnut je razli~itim spoqnim i unutrawim poremeajima. Pod spoqnim poremeajem podrazumeva se delovawe spoqne sredine ili ure|aja koji ne ~ini deo sistema. Unutrawi poremeaj predstavqa delovawe jednog dela sistema automatskog upravqawa na drugi.

Naj~ee regulisane procesne veli~ine su: temperatura, pritisak, protok, nivo, pH vrednost, koncentracija gasa i sl.

Razlika izme|u ru~nog i mehanizovanog vo|ewa prikazana je na slici 91, na primeru odr`avawa protoka fluida (Q) kroz cevovod.

Sl. 91. – Ru~no i mehanizovano vo|ewe.

Na slici 91a prikazano je ru~no vo|ewe, gde ~ovek stalno motri protok X koji se mewa usled poremeaja (Z) i snagom svojih miia ovu veli~inu odr`ava na `eqenoj vrednosti Q0.

Na slici 91b prikazano je kako kod mehanizovanog vo|ewa ~ovek i daq»e motri na protok, ali tu vrednost odr`ava pomou mehanizovanog, npr. elektromotornog pogona (M). ^ovek je time oslobo|en neposrednog fizi~kog rada, ali i daqe neprestano u~estvuje u vo|ewu procesa.

40

Zavisno od toga u kojoj je meri ~ovekov umni rad zamewen radom maina i ure|aja, razlikuje se nekoliko stepena automatizacije.

Pri delimi~noj automatizaciji samo je deo informacijskih operacija procesa poveren sistemu za vo|ewe. Jedan primer takve automatizacije, tzv. vo|ewe procesa prema zadatom programu, dat je na slici 92a. Ovde se signali za vo|ewe stvaraju u posebnom ure|aju prema odre|enom programu kojije unapred zadat.

Sistem se sastoji od objekta upravqawa (proces) programskog ure|aja (Pr), pogonskog ure|aja (Pu) i izvrnog ure|aja (Iu). Tok procesa je unapred odre|en programom koji je upisan u programskom ure|aju i koji preko pogonskog ure|aja i izvrnog ure|aja upravqa tokom procesa. Veli~na Y0 je signal vo|ewa.

Sl. 92. – Delimi~na automatizacija.

Ovakvi sistemi su otvoreni, ne prate stawe izlaznih veli~ina procesa, i to je, u stvari, wihova osnovna karakteristika i nedostatak.

Neto slo`enija je automatizacija vo|ewa proizvodnog procesa kompenzacijom poremeaja. Pokazana je na slici 92b. Ovakav na~in vo|ewa naziva se jo i vo|ewe unapred. Ceo sistem ovde se sastoji od objekta upravqawa (procesa), jedinice za vo|ew»e (JV) i izvrnog ure|aja (Iu).

Poremeaj zp spoqa, preko procesa uti~e na izlaznu veli~inu (x), a to je ovde protok fluida, izazivajui weno odstupawe od `eqene vrednosti. Izlazna veli~ina iz jedinice za vo|ewe ili signal vo|ewa (y0) deluje na izvrni ure|aj, ovde ventil. Vrednost poremeaja pri kome se ima `eqena vrednost izlazne veli~ine zadaje se jedinici za vo|ewe kao zadata vrednost (z0) i ta se vrednost na ulazu jedinice za vo|ewe stalno upore|uje sa stvarnom vrednou poremeaja (zp). Wihova razlika vodi tok procesa. Ako je, na primer, protok vei od zadatog, jedinica za vo|ewe daje takav signal motoru da se on pokree u smeru zatvarawa ventila.

Ilustracija ovakvog na~ina vo|ewa data je na primeru odr`avawa nivoa te~nosti u sudu kada te~nost doti~e i isti~e (sl. 93).

Regulisana veli~ina (x) ovde je nivo te~nosti (h). Na wu uti~u dve veli~ine: dotok te~nosti (Qd), koji predstavqa prvu poremeajnu veli~inu (zp1), i otok te~nosti (Q0), koji predstavqa drugu poremeajnu veli~inu (zp2). O~igledno je da e nivo biti stalan ako je dotok jednak otoku. Ako se pojavi razlika, jedinica za vo|ewe e reagovati tako to e poslati signal pogonskom motoru da se otvori ili zatvori ventil, zavisno od znaka razlike. Ako je npr. otok vei od dotoka, jedinica za vo|ewe e pokrenuti motor da otvori ventil.

Uo~qiv je bitan nedostatak ovakvog na~ina vo|ewa, a to je da ne postoji informacija o stvarnom stawu regulisane veli~ine, te mo`e doi do wenog znatnog odstupawa.

41

Sl. 93. – Odr`avawe nivoa te~nosti.

Pri potpunoj automatizaciji sve informacijske operacije, bitne za normalan tok procesa prenose se i obra|uju pomou sistema za vo|ewe. Na sl. 94a prikazan je primer potpune automatizacije odr`avawa protoka Q.

Sl. 94. – Potpuna automatizacija.

Sistem za vo|ewe ovde kontrolie stawe odabrane izlazne veli~ine procesa (x=Q) i odr`ava wenu zadatu vrednost, tako da prema woj vodi tok procesa. ^ovek u tom slu~aju samo odr`ava ispravnost ure|aja proizvodnog sistema i sistema za vo|ewe i po potrebi ih ukqu~uje ili ih iskqu~uje.

Bitan elemenat sistema za vo|ewe ovde je regulator (R). On prima informaciju o izlaznoj veli~ini (odnosno o wenom odstupawu od zadate vrednosti x0) i aqe odgovarajui signal vo|ewa (y0) pogonskom ure|aju koji pokree izvrni ure|aj (Iu) u ciqu dovo|ewa regulisane (izlazne) veli~ine na `eqenu vrednost.

Uproena blok-ema takvog sistema data je na slici 94b. Pri ovakvom sistemu automatskog upravqawa proizvodni sistem i sistem za

vo|ewe (ure|aj automatskog upravqawa) me|usobno su spojeni u krug. Takav krug se naziva regulacioni krug. Mogunost zatvorenog obila`ewa celokupnog sistema osnovni je uslov vo|ewa prema izlaznoj veli~ini.

Takvo vo|ewe procesa se naziva regulacija i naj~ee se primewuje. Regulacioni krugovi su krugovi sa negativnom povratnom vezom i wihova je osnovna karakteristika stabilizacija izlazne veli~ine na `eqenu vrednost.

Ovde je mogue uo~iti bitnu razliku izme|u pojmova sistem automatskog upravqawa (SAU) i sistem automatske regulacije (SAR). Sistem automatske regulacijeje, u stvari, sistem automatskog upravqawa sa zatvorenim regulacionim krugom. Mo`e se rei da je sistem automatske regulacije zatvoreni sistem augomatskog upravqawa (ZSAU).

42

Ilustracija vo|ewa procesa prema izlaznoj veli~ini data je na primeru regulacije nivoa te~nosti (sl. 95).

Sl. 95. – Regulacija nivoa te~nosti.

Izmerena veli~ina nivoa se iz mernog dava~a nivoa predaje mernom pretvara~u nivo-signal, koji veli~inu nivo pretvara u signal razumqiv regulatoru (npr. elektri~na struja). Pre nego to dospe u sam regulator, signal se u komparatoru (K) upore|uje sa zadatom vrednou koju daje wen ure|aj. Rezultat upore|ivawa jeste signal greke (xw») koji prima regulator, obra|uje ga i aqe signal vo|ewa pogonskom ure|aju (motoru M), koji kona~no pokree izvrni ure|aj (ventil).

Komparator neprestano upore|uje signale dobijene iz mernog pretvara~a (koji predstavqaju informaciju o stawu regulisane veli~ine (nivo)) i zadatu vrednost iz ure|aja zadate vrednosti, stvarajui signal greke koji aqe regulatoru. Regulator prepoznaje greku i pogonskom ure|aju daje takav signal vo|ewa da se izvrni ure|aj pokree u smislu ponitavawa odstupawa regulisane veli~ine (nivo).

Strukturna blok-ema sistema automatskog upravqawa

Opisani regulacioni krug prikazan je na slici 96 u obliku strukturne ili blok-eme, s nazna~enim karakteristi~nim mestima i delovima kruga, a tako|e i s nazna~enim karakteristi~nim veli~inama na ulazima i izlazima pojedinih delova i sa wihovim smerovima delovawa.

Sl. 96. – Blok-ema sistema automatskog upravqawa.

43

Delovi kruga su redom: OU – objekat upravl.awa (proces), x1 – regulisana veli~ina, MD – merni dava~ (senzor), x2 – regulisana veli~ina pretvorena u standardnu mehani~ku veli~inu, MP – merni pretvara~, x – standardni signal regulisane veli~ine, ZV – ure|aj za zadatu vrednost, x0 – signal zadate vrednosti, K – komparator (detektor signala greke), xv – signal greke, R – regulator (elemenat delovawa regulatora), yu – upravqa~ka veli~ina regulatora, PU – pogonski ure|aj, y0 – signal vo|ewa, IU – izvrni ure|aj, z1, z2 – poremeaji, y – ulazna veli~ina. Ova blok-ema prikazuje sve bitne elemente sistema automatskog upravqawa. U

praksi su pojedini elementi obi~no spojeni u jedan sklop. Tako ~esto merni dava~ i merni pretvara~ ~ine jedan ure|aj; ure|aj za zadatu vrednost, komparator i regulator su tako|e ~esto jedna celina; pogonski ure|aj sa izvrnim ure|ajem ~esto ~ine celinu. Uproena blok-ema bi tada izgledala kao na slici 97.

Sl. 97. – Uproena blok-ema sistema automatskog upravqawa.

MERNI PRETVARA^I Pretvara~i su ure|aji koji pretvaraju energiju iz jednog u drugi oblik. Merni

pretvara~ meri neku fizi~ku veli~inu i pretvara je u drugu fizi~ku veli~inu u obliku koji je pogodan za daqu obradu, odnosno za funkcionisawe sistema. Pri tome je po`eqno da izlazna veli~ina bude proporcionalna ulaznoj veli~ini.

Merni pretvara~i se ~esto nazivaju i drugim imenima, kao to su: senzor, detektor, dava~, transmiter itd.

Pretvara~i pomeraja

Ovi pretvara~i pretvaraju mehani~ki pomeraj u elektri~ni signal. Postoji vie vrsta, ali su naj~ei potenciometarski i transformatorski.

44

Potenciometarski pretvara~

Potenciometarski pretvara~ je u osnovi elektri~ni otpor-nik sa promenqivom otpornou, gde je ulazna veli~ina pomeraj kliza~a po otporniku, a izlazna veli~ina promenqiva otpornost elektri~nog kola. Pokretni kliza~ je mehani~ki spojen sa objektom koji se kree kru`no ili pravolinijski (sl. 98).

Potenciometarski pretvara~i se izvode u dve varijante: potenciometri sa pravolinijskim kretawem i potenciometri sa kru`nim kretawem kliza~a (kliznog kontakta).

Princip rada potenciometarskih pretvara~a prikazan je na primeru otpornika sa pravolinijskim kretawem kliza~a. Svi bitni zakqu~ci vezani za wihov rad va`e i za kru`ne potenciometre.

Usvojene oznake na prikazanoj emi su: U – napon napajawa pretvara~a, Ui – izlazni napon pretvara~a, R – ukupna otpornost pretvara~a, r – otpornost dela potenciometra odre|en polo`ajem kliza~a, h – ukupna du`ina otpornika, x – pomeraj kliza~a, Rp – otpornost optereewa.

Stati~ka karakteristika potenciometarskog pretvara~a izra`ava se zavisnou izlaznog napona Ui od pomeraja kliza~a x. To je, dakle, funkcija Ui = f(x). Kada pretvara~ nije optereen, izlazni napon Ui odre|en je proizvodom koli~nika otpornosti r i R i napona napajawa U tj.:

UR

rU =1 .

Tada se prema slici 98 mo`e postaviti sledei odnos: Rrhx :: = ,

odakle je

h

xRr =

ili xRr =

ako se usvoji 1=h , to ukazuje na to da odre|enom polo`aju kliza~a odgovara i odre|ena otpornost r potenciometra.

U slu~aju kada je potenciometarski pretvara~ optereen, svakom polo`aju kliza~a odgovara otpornost koju daje paralelna veza otpornika r i Rp, tj:

p

p

p

p

RxR

xRR

Rr

rR

+=

+,

pa je struja I kroz kolo odre|ena izrazom:

UxxRRR

RxR

RxR

xRRrR

UI

p

p

p

p ))1(()(

−++

=

++−

= .

a izlazni napon:

U

R

Rxx

x

RxR

xRRIU

p

p

pi

)1(1 −+=

+= .

Sl. 98. –

Potenciometar.

45

Kada je otpornost optereewa velika, tj. ∞→pR , tada

0/ →pRR , pa je xUU i = , to zna~i da je stati~ka

karakteristika oblika prave linije (sl. 99). To je karakteristika neoptereenog pretvara~a i predstavqa idealnu karakteristiku. Stvarna stati~ka karakteristika zavisna je od optereewa i nije linearna to je na sl. 99 predstavqeno krivim linijama.

Transformatorski pretvara~

Transformatorski pretvara~i u obliku diferencijalne sprege, nazvani diferencijalni transformatori, imaju raznovrsnu primenu. Diferencijalni transformator solenoidnog tipa prikazan je na slici 100 a principijelna elektri~na ema na slici 101.

Sl.100. – Transformatorski pretvara~ pomeraja. Sl.101. – [ematski prikaz transformatorskog pretvara~a pomeraja.

Sekundarni namotaj pretvara~a sastoji se iz dve sekcije, koje su na slici ozna~ene sa N1 i N2, me|usobno vezane u protivfazni spoj.

Rezultujua elektromotorna sila u sekundarnom namotaju, s obzirom na protivfazni spoj sekcija N1 i N2, jednaka je razlici indukovanih elektromotornih sila u wima, tj.: 21 eeei −= . Kada se feromagnetno jezgro nalazi u neutralnom

polo`aju, tj. kada je ispuwen uslov magnetne simetrije (jezgro na sredini kalema), izlazna elektromotorna sila jednaka je nuli, pa je i izlazni signal jednak nuli.

Kretawem jezgra u jednom ili drugom smeru mewa se i polo`aj jezgra u odnosu na N1 i N2, to dovodi do magnetne nesimetrije, a time i do promene vrednosti elek-tromotornih sila e1 i e2,. Rezultujua elektromotorna sila ei razli~ita je od nule.

Pretvara~i pritiska

Pritisak je koli~nik sile i povrine na koju deluje ta sila pod pravim uglom. Jedinica za pritisak u SI je paskal, a ozna~ava se sa Pa. Jednaka je pritisku koji

izaziva sila od 1 N ravnomerno raspore|ena po normalnoj povrini od 1 m2. Instrumenti za merewe pritiska nazivaju se manometri. Prema principu rada

mogu se podeliti na sledei na~in: a) te~ni, kod kojih je mereni pritisak uravnote`en sa pritiskom stuba te~nosti, b) deformacioni (opru`ni), kod kojih se mereni pritisak odre|uje prema

deformaciji opru`nog osetqivog elementa ili wime razvijene sile,

Sl. 99. –

Potenciometar.

46

v) te`inski, kod kojih se mereni pritisak uravnote`ava pritiskom koji daju te`ina klipa i tegova,

g) elektri~ni, koji su zasnovani na zavisnosti elektri~nih parametara manometarskog pretvara~a od merenog pritiska.

Ovde e biti prikazani samo deformacioni manometri, jednostavni i ~esto upotrebqavani.

Osetqivi element manometra sa opru`nom cevi u obliku jednog zavojka je cev ovalnog ili elipsastog preseka (sl. 102), savijena u krug za ugao od oko 270°. Kraj A cevi je zatvoren, a otvoreni kraj B povezan je na nepokretni prikqu~ak C, preko koga se unutrawa upqina cevi povezuje sa sudom u kome je fluid pod pritiskom.

Cev manometra pri poveawu pritiska te`i da se ispravi, pa se ugao γ smawuje. Pri smawewu pritiska, naprotiv, ugao γ se poveava. Pomerawe kraja A cevi pri promeni pritiska slu`i kao mera pritiska koji se meri.

Pomerawe cevi nije veliko i obi~no iznosi nekoliko milimetara. Pomerawe se predaje kazaqki instrumenta preko prenosnog mehanizma ili nekom pretvara~u pomeraja (npr. transformatorski pretvara~ pomeraja).

Manometri deformacione grupe mogu da imaju kao osetqivi element, pored opru`ne cevi u vidu jednog zavojka, opru`ne mehove ili talasaste membrane.

Opru`ne cev~ice sa vie zavojaka mogu da razviju mnogo vee sile u odnosu na oprugu sa jednim zavojkom.

Za regulacione manometre, za vakuumetre i manovakuummetre (kombinovani manometar i vakuummetar) primewuju se membrane u obliku harmonike koje razvijaju velike sile.

Pretvara~i temperature

Temperatura je veli~ina koja karakterie stepen zagrejanosti tela. U upotrebi je vie temperaturnih skala. Jedinica Celzijusove skale je stepen

Celzijusa i ozna~ava se: °C. Po Celzijusovoj skali ta~ka mr`wewa vode ozna~ena je sa 0 °C, a ta~ka kqu~awa vode sa 100 °C. Osnovni podeqak Kelvinove temperaturne skale je jedinica koja se zove Kelvin i ozna~ava se slovom K. Po Kelvinovoj skali ta~ka mr`wewa vode je 273,15 °K, a ta~ka kqu~awa vode 373,15 °K. Kelvin je jedna od osnovnih jedinica Me|unarodnog sistema jedinica (SI).

Instrumenti koji slu`e za merewe temperature nazivaju se termometri. Osetqivi element termometra je wegov deo koji pretvara toplotnu energiju u neki drugi vid energije radi dobijawa informacija o temperaturi.

Za merewe u pogonskim uslovima postoji vie oblika termometara: – te~ni termometri, ~iji se rad zasniva na razlici toplotnog irewa te~nosti

i suda u kome se ona nalazi, koriste se za temperature od –120 °C do +320 °C; – manometarski termometri, ~iji se rad zasniva na zavisnosti pritiska tela

(pri stalnoj zapremini) od temperature, a koriste se za temperature od –160 °C do +600 °C;

– termoelektri~ni termometri, ~iji se rad zasniva na koriewu zavisnosti termoelektromotorne sile termosprega (osetqivog elementa termoelektri~nog termometra) od temperature, a koriste se za merewa u intervalu od –200 °C do +1600 °C;

– otporni termometri, ~iji se rad zasniva na zavisnosti elektri~ne otpornosti tela od temperature, a koriste se u intervalu od –268 °C do +1064 °C.

Termometri ~iji se rad zasniva na koriewu toplotnog zra~ewa zagrejanih tela nazivaju se pirometri. Oni se koriste za merewe visokih temperatura – iznad 700 °C.

47

Princip rada staklenih termometara zasniva se na razlici koeficijenta toplotnog irewa termometarskog radnog tela i obloge. Naj~ee se primewuju sledea termometarska radna tela:

– `iva, za merewe temperature od –35 °C do +600 °C, – alkohol, za merewe od –80 °C do +80 °C, – kerozin, za merewe od 0 °C do +300 °C, – pentan, za merewe od –190 °C do +20 °C. Osetqivi element termoelektri~nog termometra je termospreg (sl. 102), koji se

sastoji od dva raznorodna (obi~no metalna) provodnika, ~iji su radni krajevi elektri~no spojeni (zavareni) jedan sa drugim. Na slobodne krajeve termosprega spojeni su provodnici koji idu ka mernom ure|aju. Pri razli~itim temperaturama radnog i slobodnog kraja termosprega nastaje termoelektromotorna sila.

Sl. 102. – Termoelektri~ni termometar.

Postoji nekoliko standardnih termospregova, a najrasprostraweniji su sledei: – platina-rodijum (90% platine i 10% rodijuma) platina, za temperature od 0 °C

do +1300 °C, – legure gvo`|e-konstantan, za temperature od –200 °C do +1000 °C, – legure bakar-konstantan, za temperature –200 °C do +600 °C, – nikal-hromnikal, za temperature od 0 °C do +1200 °C. Pri stalnoj temperaturi slobodnih krajeva svaki standardni termospreg razvija

potpuno odre|enu termoelektromotornu silu koja zavisi od temperature radnog kraja.

U pogonskim uslovima temperatura glave termoelektri~nog elementa sa slobodnim krajevima termosprega mo`e se sutinski mewati. U ovakvim slu~ajevima razvijena termoelektromotorna sila bie nejednaka pri istoj temperaturi radnog kraja. Zbog toga se obi~no termoelektrode termospregova produ`uju da bi se slobodni krajevi izveli u zonu stalne temperature.

Termoelektrode se produ`uju specijalnim dvo`ilnim provodnicima, koji se nazivaju kompenzacioni vodovi. Svaki kompenzacioni provodnik se izra|uje od istog materijala od koga je na~iwena termoelektroda termosprega, ili od materijala koji pri malim temperaturama razvijaju u paru me|usobnu termoelektromotornu silu, jednaku termoelektromotornoj sili elektroda termosprega.

Rad elektootpornih termometara zasniva se na promeni elektri~ne otpornosti radnog tela sa promenom temperature. Kod veine ~istih metala pri temeraturi reda 20 °C otpornost se poveava 0,4% po jednom kelvinu.

Osetqivi elementi standardnih termometara smeteni su, obi~no, prvo u tanku zatitnu cev, a zatim u spoqnu zatitnu ~auru termosprega. Osetqivi elementi otpornih termometara obi~no imaju dovoqno veliku radnu du`inu reda 100 mm.

Postoje i poluprovodni termometri koji se nazivaju termistori, ili termorezistori. Wihovi osetqivi elementi se odlikuju malim dimenzijama. Pri poveawu temperature elektri~na otpornost ovih termometara se naglo smawuje (za razliku od bakarnih ili platinskih termometara, kod kojih se poveava). Poluprovodni termometri se primewuju za tehnoloku signalizaciju, i to za temperature od –100 °C do+180 °C.

48

Pretvara~i protoka

Pod protokom se podrazumeva koli~ina mase ili zapremine koja prolazi kroz odre|eni presek u jedinici vremena. Jedinice su kilogram u sekundi (kg/s) ili kubni metar u sekundi (m3/s). U tehni~kim merewima ~ee se primewuju jedinice kilogram na ~as (kg/h) ili kubni metar na ~as (m3/h).

Pretpostavqa se da radni fluid proti~e kroz potpuno ispuwen cevovod ili kanal.

Protok se meri mera~ima protoka. Mera~i protoka omoguuju da se odredi wegova vrednost u svakom trenutku, a

samim tim i protekla koli~ina radnog fluida u svakom intervalu vremena. Postoje i brojila koja omoguavaju da se odredi koli~ina proteklog radnog fluida u intervalu vremena izme|u dva brojawa (kao kod elektri~nih brojila ili vodomera). Prema pokazivawu brojila, izra~unava se protok kao sredwa vrednost izme|u dva o~itavawa.

U pogonskim uslovima merewe protka se naj~ee vri prema promenqivom padu pritiska struje radnog fluida na lokalnoj mernoj prigunici standardnog ili nestandardnog profila.

Mera~i protoka, sa promenqivim padom pritiska, pogodni su za te~ne, parne i gasne radne fluide prakti~no svih pritisaka i temperatura, kao i za cevovode velikih pre~nika.

Princip merewa ovom metodom zasnovan je na promeni potencijalne energije radnog fluida koji prolazi kroz su`eni presek cevovoda (mernu prigunicu). Pri stalnom protoku brzina struje radnog fluida kroz cev je nepromewena, a kada prolazi kroz mernu prigunicu, ona raste. Poveawe brzine struje izaziva porast wene kineti~ke energije i smawewe potencijalne energije. To ima za posledicu smawewe pritiska na

naju`em delu mlaza fluida (sl. 103). Ta~nost merewa protoka pomou mernih prigunica nije potpuno

zadovoqavajua, i to je glavni nedostatak ove merne metode, dok je wena zna~ajna prednost to to merna prigunica nema pokretnih delova. U toku rada ta~nost pokazivawa protoka se smawuje usled troewa ivica prigunice, to je posledica erozije i korozije izazvane delovawem radnog fluida u koji je urowena.

Pad pritiska na mernoj prigunici meri se pomou diferencijalnih manometara koji se kalibriu u jedinici protoka. Primeri diferencijalnog manometra prikazani su na slici 104.

Pretvara~i broja obrtaja

Merni pretvara~i broja obrtaja imaju zadatak da ugaonu brzinu pretvore u neku drugu fizi~ku veli~inu pogodnu za daqu obradu. Naj~ee je to elektri~na veli~ina.

Najpoznatiji merni pretvara~ ugaone brzine je tahogenerator –generator koji radi na principu elektromagnetne indukcije. On stvara elektromotornu silu koja je proporcionalna ugaonoj brzini rotora.

U primeni su tahogeneratori jednosmerne i naizmeni~ne struje.

Sl. 103. – Princip merewa

protoka prema padu pritiska na mernoj prigunici.

Sl. 104. – Diferencijalni manometar.

49

Tahogenerator jednosmerne struje sli~an je malom jednosmernom generatoru (sl. 105). Magnetno poqe se ostvaruje pomou stalnog magneta ili pomou elektromagneta.

Indukovana elektromotorna sila tahogeneratora jednosmerne struje proporcionalna je ugaonoj brzini rotora i izra~unava se iz relacije:

ω⋅φ⋅= kE

gde su: k – konstanta koja zavisi od konstrukcije tahogeneratora, φ – magnetni fluks, ω – ugaona brzina rotora. Ako je const=φ , onda je E proporcionalno ω, odnosno E je proporcionalno n, gde

je n brzina obrtaja u ob/min. Da bi se ovo postiglo, potrebno je da tahogenerator sa elektromagnetom ima konstantnu magnetnu pobudu.

Polaritet izlaznog napona zavisi od smera obrtawa rotora. Na izlazu iz tahogeneratora jednosmerne struje ostvaruje se jednosmerni napon

od 10 do 20 V na svakih 1000 ob/min, uz vrlo visok stepen linearnosti, to je, ujedno, i wegova osnovna karakteristika.

Glavni nedostaci tahogeneratora jednosmerne struje vezani su za kolektor i ~etkice, odnosno za wihovo habawe i varni~ewe, to zahteva poja~anu brigu oko odr`avawa.

Ima vie na~ina za konstruktivno izvo|ewe tahogeneratora naizmeni~ne struje. U osnovi, mogua je wihova podela na sinhrone i asinhrone tahogeneratore.

Sinhroni tahogenerator ima nepokretne namotaje u statoru, dok je rotor izveden kao stalni magnet sa dva ili vie polova. Pri obrtawu rotora (stalnog magneta) indukuje se naizmeni~na elektromotorna sila u namotajima statora.

Dobijena naizmeni~na elektromotorna sila na izlazu iz namotaja statora, prakti~no izlaz iz takvog generatora, ima u~estanost i amplitudu proporcionalne ugaonoj brzini rotora. Kao to se vidi iz eme na slici 106, sinhroni tahogenerator nema ~etkice niti pokretnih kontakata, pa nema posebnih problema oko odr`avawa.

Sl. 106. – Sinhroni tahogenerator. Sl. 107. – Asinhroni tahogenerator.

Asinhroni tahogenerator prikazan je na slici 107. Konstrukcija je sli~na dvofaznom asinhronom indukcionom motoru.

Dva namotaja statora su pod uglom od 90°. Jedan namotaj, tzv. referentni namotaj, napaja se naizmeni~nim pobudnim naponom konstantne amplitude i u~estanosti, pri ~emu se stvara pobudni magnetni fluks.

Usled dejstva pobudnog magnetnog fluksa koji se stvara pod dejstvom indukovanih vrtlo`nih struja pri obrtawu rotora u magnetnom poqu, stvara se zajedni~ki fluks, koji u izlaznom namotaju statora prouzrokuje naizmeni~nu elektromotornu silu. Amplituda te naizmeni~ne sile proporcionalna je pobudnom magnetnom fluksu i ugaonoj brzini rotora.

Sl. 105. –

Tahogenerator jednosmerne struje.

50

U~estanost izlazne elektromotorne sile jednaka je u~estanosti pobudnog napona. Rotor ovakvog tahogeneratora naj~ee je izra|en u obliku ~ae ili cilindra, obi~no od aluminijuma ili bakra. Kada rotor miruje, idealno posmatrno, nema sprezawa izme|u pobudnog i izlaznog namotaja, pa je izlazni napon jednak nuli.

Obrtawem rotora se u pobudnom magnetnom poqu indukuje elektromotorna sila koja u wemu stvara vrtlo`ne struje. Te struje obrazuju magnetno poqe normalno na magnetno poqe primarnog pobudnog namotaja, odnosno deluje du` ose izlaznog sekundarnog namotaja. Usled dejstva ovog fluksa u izlaznom namotaju indukuje se elektromotorna sila e, proporcionalna ugaonoj brzini rotora.

Ultrazvu~ni pretvara~i

Ultrazvu~ni pretvara~i rade na principu merewa vremena za koje zvu~ni impuls pre|e put od zvu~nog izvora do predmeta o koji se odbija i natrag. Prednost im je to nije potreban mehani~ki kontakt sa predmetom, a nedostatak to brzina prostirawa zvuka zavisi od temperature, vla`nosti i pritiska vazduha.

Magnetostriktivni pretvara~i (presduktori)

Magnetostriktivni pretvara~i slu`e za pretvarawe mehani~ke sile ili pritiska u elektri~nu veli~inu. Kod ovih pretvara~a primewena je pojava promene magnetne propustqivosti feromagnetnih materijala pri delovawu mehani~ke sile. Realizuju se kao induktivni namotaj sa jezgrom od feromagnetnog materijala.

Piezoelektri~ni pretvara~i

Piezoelektri~ni pretvara~i slu`e za pretvarawe mehani~kog pritiska ili sile u elektri~nu veli~inu primenom fizi~ke pojave koja se naziva piezoelektri~ni efekat. Piezoelektri~ni efekat je pojava da se na povrini nekih kristala, pri delovawu mehani~kog pritiska javqaju naelektrisawa. Realizuju se kao kondenzator sa dielektrikom od kvarcne plo~ice ise~ene na specijalan na~in.

Pretvarawe mernih veli~ina u normalizovan elektri~ni signal

Izlazni signali raznih mernih pretvara~a su razli~iti po amplitudi i obliku. Da bi se izlazni signal mogao koristiti za obradu potrebno je izvriti standardizaciju signala. Za analogne pretvara~e usvojeno je da izlazni signal ima oblik jednosmernog napona ili jednosmerne struje.

Izlazni signal u vidu jednosmernog napona ima opseg promena od 0 V 10 V, za promene merne veli~ine od minimalne do maksimalne vrednosti. Kada merna veli~ina uzima i negativne vrednosti, izlazni signal mernog ure|aja se mewa u opsegu od 0 V do ±5 V.

Izlazni signal u vidu jednosmerne struje je najpodesniji za prenos rezultata merewa na daqinu jer ja~ina te struje ne zavisi od otpora u strujnom kolu. Usvojeni su sledei standardni opsezi:

– od 0 mA do 5 mA, – od 0 mA do10 mA, – od 0 mA do 20 mA, – od –10 mA do +10 mA (kada merna veli~ina uzima i negativne vrednosti).

51

REGULATORI

Regulator je ure|aj (ili skup ure|aja) pomou koga se ostvaruje proces automatske regulacije. On je osnovni element sistema automatske regulacije. Wegova funkcija u sistemu proizilazi iz algoritma procesa regulacije, pod kojim se podrazumeva matemati~ki izraz funkcionalne zavisnosti od ulazne veli~ine regulatora.

Osnovni zadatak regulatora sastoji se u formirawu takvog upravqa~kog sistema (algoritma) kojim bi se odr`avalo potrebno stawe regulisanog procesa, a koje mo`e biti dvojako: postojano, tj. nepromenqivo u vremenu, bez obzira na vremensku promenu delovawa spoqnih poremeaja, i promenqivo, shodno promeni ulazne vodee veli~ine sistema. U prvom slu~aju se radi o odr`avawu stawa procesa, a u drugom o prevo|ewu procesa iz nekog po~etnog stawa u novo `eqeno stawe.

Regulator svoju funkciju ostvaruje time to najpre meri odstupawe regulisane veli~ine od wene zadate vrednosti, a potom generie odgovarajui upravqa~ki signal na svom izlazu preko koga koriguje nastalo odstupawe.

Od dinamike procesa zavisie oblik, karakter i intenzitet upravqa~kog delovawa regulatora.

Regulator se mo`e ematski predstaviti jednim blokom (slika 108).

Na ulaz regulatora deluju dve veli~ine, i to: regulisana veli~ina objekta, odnosno woj proporcionalni signal x(t) i zadata vrednost te veli~ine

x0, koja mo`e biti konstanta ili funkcija vremena. U sistemima automatske regulacije u upotrebi su brojni regulatori razli~iti

po konstrukciji, karakteru delovawa i nameni. Regulatori se, shodno tome, mogu klasifikovati na razne na~ine i sa razli~itih stanovita.

Savremeni regulatori su veinom modularnog tipa. Imaju univerzalnu namenu, tj. mogu se upotrebiti za regulaciju procesnih veli~ina razli~ite fizi~ke prirode.

Kontinualni regulatori

Ovi regulatori na svako odstupawe regulisane veli~ine od wene `eqene vrednosti reaguju proizvo|ewem kontinualnih signala, koji, poja~ani, izvode pomak izvrnih ure|aja sve dok regulisanu veli~inu ne stabilizuju na `eqenu vrednost.

Zavisnost izlazne veli~ine yu(t) od ulazne xv(t) predstavqa dinami~ku karakteristiku regulatora.

S obzirom na oblike dinami~kog delovawa, kontinualni regulatori mogu biti: proporcionalni (P), integralni (I), diferencijalni (D), proporcionalno-integralni (PI), proporcio-nalnointegralno-diferencijalni PID).

Konstruktivno mogu biti direktni i indirektni, a mogu biti mehani~ki, pneumatski, hidrauli~ni, elektromehani~ki, elektronski i kombinovani.

Regulator se, u irem smislu, sastoji od tri osnovna sklopa (sl. 109), i to: (I) sklopa za odre|ivawe regulacionog odstupawa, (II) sklopa za dinami~ku obradu i generisawe upravqa~kog signala i (III ) sklopa za poja~avawe signala.

Sl. 109. – Sklopovi regulatora.

Sl. 108. – Regulator (uptena ema).

52

Sklop za ostvarivawe dinami~kog delovawa regulatora (II ) zauzima centralno mesto u gra|i regulatora. Ovaj sklop treba da na osnovu ulazne, vremenski promenqive veli~ine xv(t) generie tako|e vremenski promenqivu izlaznu veli~inu yu(t) po jednom od pomenutih zakona delovawa (P, I, D, RI, RD, RID). Stoga se ovaj sklop mo`e smatrati regulatorom u u`em smislu.

Proiorcionalno (P) delovawe

Proporcionalno delovawe regulatora karakterie se proporcionalnom zavisnou izlazne yu(t) i ulazne xv(t) veli~ine, odnosno izlazna i ulazna veli~ina su proporcionalne. To se mo`e izraziti sledeom jedna~inom:

)()( txKty vpu = .

Ovde je Kp koeficijent proporcionalnosti, koji se jo naziva i koeficijent poja~awa.

Karakter vremenske promene izlazne veli~ine zbog delovawa odsko~nog ulaza (wegova prelazna karakteristika) prikazan je u vidu dijagrama na slici 110. Na slici je i ematski prikaz P-regulatora.

Primer proporcionalnog (P) hidrauli~nog regulatora je elasti~ni meh (sl. 111). Sila koja iste`e meh je

uPA ⋅ », gde su: A – povrina meha i Pu

pritisak. Toj sili se suprostavqa sila

1xCm ⋅ , gde su: Cm – karakteristika

krutosti meha (sila potrebna da se meh izdu`i za 1 m) i x1 istezawe meha. Kada se ove dve sile uravnote`e, dobija se:

um PAxC ⋅=⋅ 1 , odnosno: um

PC

Ax ⋅=1 .

Ovde je o~igledno Pu ulazna veli~ina (xv), x1 izlazna veli~ina (yu), a ako se stavi da je:

mp C

AK =

koeficijent proporcionalnosti, dobija se poznata relacija:

vpu xKy ⋅= .

Elektri~ni P-regulator mo`e se realizovati pomou promenqivog omskog otpornika vezanog kao na slici 112.

Ulazna veli~ina (xv) je napon u1, a izlazna veli~ina (yu) je napon u2. Ako kliza~ zahvata K-ti deo ukupne otpornosti R, na osnovu Omovog zakona i Kirhofovih pravila dobija se: 12 uKu ⋅= ,

to je u stvari vpu xKy ⋅= .

Ovi regulatori se upotrebqavaju tamo gde se ne zahteva velika ta~nost.

Integralno (I) delovawe Osnovni dinami~ki element kod kojeg je brzina promene izlazne veli~ine

proporcionalna ulaznoj veli~ini naziva se integralnim, a wegovo delovawe integralno (I) delovawe. Definie se jedna~inom:

Sl. 110. – P-delovawe.

Sl. 111. – Hidrauli~ni P-regulator.

Sl. 112. – Elektri~ni P-regulator.

53

vu xK

dt

dy1= ,

gde je K1 – koeficijent prenosa, koji pokazuje odnos brzine promene izlazne veli~ine prema odgovarajuoj ulaznoj veli~ini. Integraqewem prethodne jedna~ine dobija se:

∫= dtxKy vu 1 .

Ova jedna~ina pokazuje da je izlazna veli~ina elementa proporcionalna integralu po vremenu ulazne veli~ine, zbog ~ega je ovakav element i dobio naziv integralni.

Ako se na ulaz integralnog elementa dovede odsko~na funkcija xm, posle izvrenog integraqewa dobija se karakter prelaznog procesa u obliku:

txKy mu ⋅⋅= 1 .

Ova jedna~ina pokazuje da kada se na ulaz I-elementa dovodi konstantan poremeaj (odsko~na ulazna veli~ina), dobija se izlazna veli~ina koja linearno raste sa vremenom, kao to je to grafi~ki predstavqeno na slici 113. Na slici je dat i simbol I-elementa.

Nagib izlazne veli~ine odre|en je uglom mxK1 arctg=α , to zna~i da e veoj

vrednosti odsko~ne veli~ine xm odgovarati vei ugao nagiba α izlazne veli~ine. Integralni element u veini slu~ajeva otklawa zaostalo odstupawe regulisane

veli~ine. To, prakti~no, zna~i da e se izvrni organ kod ovog tipa regulatora kretati sve dok regulisana veli~ina ne dostigne svoju zadatu vrednost. Me|utim, dejstvo I-regulatora je relativno sporo, zbog ~ega se retko koristi kao samostalna jedinica.

Elektri~no kolo koje se sastoji od elektri~nih vodova zanemarqivo malih otpornosti i kondenzatora kapaciteta C, ematski dato na slici 114, predstavqa elektri~ni I-element.

Za kondenzator va`i: uCq ⋅= ,

gde su: q – koli~ina elektriciteta na kondenzatoru i u – napon na kajevima kondenzatora.

Ja~ina struje je po definiciji:

dt

dqi = , to daqe daje

dt

duCuC

dt

di =⋅= )( .

Integraqewem se dobija:

∫= idtC

u1

.

Ako se za ulaznu veli~inu (xv) uzme struja i, za izlaznu veli~inu yu napon u i ako se uvede 1/1 KC = , dobija se:

∫= dtxKy vu 1 ,

to predstavqa jedna~inu I-delovawa.

Diferencijalno (D) delovawe

Element kod koga je izlazna veli~ina proporcionalna brzini promene ulazne veli~ine naziva se idealnim diferencijalnim elementom, a wegovo delovawe diferencijalnim (D) delovawem. Diferencijalna jedna~ina tog delovawa glasi:

Sl. 113. – I-delovawe.

Sl. 114. – Elektri~ni I-element.

54

dt

dxKy v

du = .

gde je Kd – konstanta. Ako se ulazna veli~ina ovog elementa promeni po

zakonu odsko~ne funkcije, to e izazvati trenutnu promenu izlazne veli~ine u vidu impulsa, teorijski beskona~no velike amplitude i beskona~no malog trajawa (sl. 115).

Prakti~no je nemogue ostvariti ovakav odziv, poto svi fizi~ki procesi u prirodi imaju inerciju. Realni diferencijalni element diferencijalno dejstvo ostvaruje mawe ili vie pribli`no, a wegova diferencijalna jedna~ina ima slo`eniji oblik. Prelazni proces ovakvog elementa za slu~aj kada na wega deluje odsko~na ulazna veli~ina dobija se diferencirawem pomenute jedna~ine i ima oblik dat izrazom:

T

t

mpu exKy−

= ,

gde su: Kp – koeficijent poja~awa elementa i T – vremenska konstanta.

Ovaj proces je grafi~ki prikazan na slici 116, gde je prikazan i ematski simbol D-elementa.

Iz prethodnog se zakqu~uje da se D-element ne mo`e koristiti kao samostalna jedinica u regulatoru, jer izlazna veli~ina postoji samo dok postoji promena ulazne veli~ine.

Za primer elektri~nog izvo|ewa D-elementa mo`e da poslu`i kolo sastavqeno od elektri~nih vodova zanemarqivo male otpornosti i

kondenzatora C sa naponom i kao ulaznom veli~inom (xv) i strujom i kao izlaznom veli~inom (yu).

Za ovo kolo (sl. 117) va`i:

dt

duCi = , odnosno:

dt

dxCy v

u = ,

to pokazuje da ono predstavqa D-element.

Regulator proporcionalno-integralnog delovawa (PI-regulator)

Za P-regulator je re~eno da je regulator sa brzim ali nedovoqno ta~nim delovawem, a za I-regulator da je regulator sa sporim, ali preciznim delovawem. Iz pomenutih osobina ovih regulatora se vidi da ni jedan od wih nije pogodan za regulaciju procesa kod kojih je potrebno brzo i ta~no regulisawe. Ovakvo regulisawe je, me|utim, naj~ee neophodno, pa se zato upotrebqavaju kombinovani regulatori, sa obe vrste delovawa, odnosno PI-regulatori.

Ovaj oblik delovawa regulatora pripada grupi slo`enih dinami~kih delovawa. Wegovo delovawe je zbir delovawa jednog P i jednog I regulatora.

Prelazna karakteristika ovog regulatora prikazana je na slici 118.

Sl. 115. – D-delovawe.

Sl. 116. – Realno D-delovawe.

Sl. 117. – Elektri~ni D-element.

Sl. 118. – PI-regulator.

55

Na ovoj slici se vide oblici ulaznog odsko~nog signala i izlaznog signala

(prelazna karakteristika) PI-regulatora. Na blok-emi simboli~ki je prikazano kako se paralelnim spajawem P i I-regulatora – ~iji su ulazi me|usobno spojeni i na koje je doveden isti ulazni signal, a izlazni signali me|usobno sabiraju u zajedni~ki – mo`e dobiti PI-regulator.

Ovakav regulator ima sva dobra svojstva oba spojena regulatora: deluje brzo kao P-regulator i ta~no kao I-regulator. Zbog svega ovoga ovi regulatori se veoma ~esto primewuju.

Primer elektri~nog PI-regulatora dat je na slici 119.

Regulatori proporcionalno-inegralno-diferencijalnog delovawa (PID-regulaori)

U na~elu, PID-regulator se mo`e izvesti kao paralelan spoj tri regulatora, i to sa P, I i D-delovawem. Na zajedni~ki ulaz ovih regulatora dovedena je ulazna veli~ina (xv), a rezultujua izlazna veli~ina (yu) dobija se kao zbir svih izlaznih veli~ina pojedinih regulatora. Na~elni prikaz ovakvog regulatora dat je na slici 120.

PID-regulator sjediwuje sva dobra svojstva osnovnih vrsta regulatora. Pomou D-delovawa reaguje veoma brzo i unapred spre~ava velika regulaciona odstupawa. P-delovawe omoguava stalno, dovoqno jako, poja~awe, to daje stabilnost sistemu, a I-delovawe osigurava ta~nost i potpuno otklawa regulaciono odstupawe.

Pomou PID-regulatora prakti~no je mogue osigurati regulisawe svih vrsta procesa,

bez obzira na wihove osobine. Primer elektri~nog izvo|ewa PID-regulatora dat je

na sl. 121.

Elektronski regulatori

Osnovni element elektronskog regulatora je operacioni poja~ava~. Naziv operacioni poja~ava~ poti~e od prvobitne primene za obavqawe matemati~kih operacija.

Operacioni poja~ava~ se pravi u integrisanoj tehnici, a kuite je osmopinsko ili 14-opinsko. Sastoji se iz tri osnovna dela: ulaznog stepena, naponskog poja~ava~a i izlaznog stepena. Napajawe se naj~ee vri pomou dva jednosmerna izvora, pozitivnog i negativnog. Ulazni stepen se izvodi kao diferencijalni poja~ava~ pa se

na ulazu nalaze dva prikqu~ka (slika 122). Ako se na prikqu~ak sa znakom "+" dovede vei napon nego na prikqu~ak sa znakom "–" napon na izlazu je pozitivan; ako je na "–" vei napon nego na "+" napon na izlazu je negativan, odnosno, invertovan. Zbog toga se "–" ulaz zove invertujui ulaz a "+" ulaz neinvertujui.

Sl. 119. – Elektri~ni PI-regulator.

Sl. 120. – PID-regulator.

Sl. 121. – Elektri~ni PID-regulator.

Sl. 122. – Oznaka operacionog poja~ava~a.

56

Najzna~ajnije osobine idealnog operacionog poja~ava~a su da ima beskona~no veliko naponsko poja~awe, beskona~no veliku ulaznu otpornost i izlaznu otpornost jednaku nuli. Zbog velike ulazne otpornosti ulazne struje se mogu zanemariti, a zbog velikog poja~awa napon izme|u ulaznih prikqu~aka mora biti vrlo mali (pribli`an nuli) da bi se na izlazu dobio kona~an napon; mo`e se rei da su oba prikqu~ka na istom potencijalu.

P-regulator

Realizacija elektronskog P-regulatora prikazana je na slici 123. Grana u kojoj se nalazi otpornost R1 zove se direktna grana, a grana u kojoj je R2 – povratna.

Kada je neinvertujui ulaz na nuli i invertujui ulaz ima isti potencijal nula. Zbog toga to invertujui ulaz nije fizi~ki vezan za nulu mo`e se rei da je invertujui ulaz na virtuelnoj (prividnoj) nuli.

U direktnoj grani je

1

1

1

11 Z

U

Z

UUI ul =

−= .

U povratnoj grani je

2

2

2

22 Z

U

Z

UUI ul −=

−= .

Zbog velike ulazne otpornosti 0=ulI pa je 21 II = ,

2

2

1

1

Z

U

Z

U−= .

Naponsko poja~awe celog sklopa je

1

2

1

2

Z

Z

U

UAu −== .

I-regulator

Realizacija elektronskog I-regulatora prikazana je na slici 124.

D-regulator

Realizacija elektronskog D-regulatora prikazana je na slici 125.

Detektori signala greke

Rad sistema za automatsku regulaciju zasniva se na pore|ewu stvarne vrednosti regulisane veli~ine sa wenom zadatom vrednou i na dovo|ewu razlike ovih vrednosti na nulu.

Ovi ure|aji mogu upore|ivati samo signale iste fizi~ke prirode, a to su naj~ee pomeraj, sila, pritisak, napon, struja i fluks. Kod naizmeni~nih elektri~nih signala, pored amplitude, mogu se upore|ivati i u~estanosti i faze. Izlazni signal mo`e biti iste ili neke druge fizi~ke prirode od prirode ulaznih signala.

Uobi~ajni simbol za detektor signala greke dat je na sl. 126, u sklopu uproene blok-eme sistema automatske regulacije i odvojeno.

Sl. 123. – P-regulator.

Sl. 124. – I-regulator.

Sl. 125. – D-regulator.

57

Sl. 126. – D-regulator.

Ovde su: x(t) – standardni signali regulisane veli~ine, x0(t) – zadata ili referentna vrednost regulisane veli~ine, xv(t) – signal greke ili greka sistema automatske regulacije. Upore|ivawem veli~ina x0(t) i xv(t) dobija se signal greke:

))()(()( 0 txtxKtxv −= ,

gde je K poja~awe detektora greke. U optem slu~aju, veli~ina x0(t) mo`e biti promenqiva u vremenu, pa se

mewawem ove veli~ine mo`e upravqati objektom regulacije. Zavisno od zakona promene x0(t), mewa se i veli~ina x(t). Vrlo ~esto veli~ina x0(t) ima konstantnu vrednost i tada e biti obele`ena kao X0.

Detektori signala greke mogu biti razli~iti, to zavisi od konstrukcije i energije napajawa regulatora sa kojim je on u neposrednoj vezi ili ~ini wegov sastavni deo. Zavisno od fizi~ke prirode ulaznih i izlaznog signala, detektori greke se dele na mehani~ke, pneumatske, hidrauli~ne i elektri~ne.

Elektri~ni detektori signala greke nazivaju se jo i naponski ili strujni diskriminatori, zavisno od toga da li upore|uju naponske ili strujne elektri~ne signale.

UPRAVQAWE ELEKTROENERGETSKIM SISTEMIMA

Elektroenergetski sistemi

Elektroenergetski sistem je skup izvora elektri~ne energije (elektrana) koji u zajedni~kom, paralelnom radu, preko elektri~ne prenosne mre`e (vodovi i transformatori) napajaju prijemnike elektri~nom energijom. Osnovni zadatak elektroenergetskog sistema je neposredno zadovoqavawe potreba prijemnika za elektri~nom energijom odre|enog kvaliteta uz najmawu ekonomsku i ekoloku cenu. Kvalitet elektri~ne energije ogleda se u konstantnom naponu, konstantnoj u~estanosti i neprekidnom napajawu. Ovi zadaci se najboqe reavaju stvarawem velikih elektroenergetskih sistema sa velikim brojem izvora elektri~ne energije (elektrana) razli~itog tipa, povezanih jedinstvenom mre`om vodova i transformatora sa prijemnicima na velikim geografskim podru~jima celih dr`ava, pa i znatno ire.

Struktura elektroenergetskog sistema

Na slici 127 sa G1, G 2,..., Gn izna~eni su generatori najvee snage. Generatorski napon (obi~no 15 kV) poveava se u samoj elektrani, pomou transformatora na znatno viu vrednost (npr. 400 kV ili vie), pogodnu za prenoewe velikih snaga na daqinu. Prenosna mre`a elektri~nih vodova visokog napona povezuje elektrane sa transformatorskim stanicama (T1, T2,..., Tk) u blizini centra potrowe (gradovi,

58

industrijska postrojewa). Prenosna mre`a visokog napona povezana je sa susednim elektroenergetskim sistemima, tzv. interkonektivnim vodovima (1K1, 1K2). U transformatorskim stanicama T1, T2,..., Tk visoki napon sni`ava se na sredwi nivo (npr. 110 kV ili 220 kV) i na tom nivou prenosi se preko mre`e sredweg napona do transformatorskih stanica sredweg napona. Ovde se napon ponovo sni`ava na tzv. distributivni nivo (6 kV, 10 kV, 20 kV, 35 kV). Prenoewe na ovom naponskom nivou ostvaruje se preko vodova distributivne mre`e do transformatorskih stanica distribucije, gde se napon sni`ava na 0,4 kV za napajawe mawih potroa~a (stambene zgrade, preduzea).

Sl. 127. – Struktura elektroenergetskog sistema.

Veliki potroa~i (industrija, `eleznica) mogu se napajati direktno iz mre`e sredweg napona ili iz prenosne mre`e distributivnog napona. Elektrane mawe snage (G) mogu da budu prikqu~ene neposredno na mre`u sredweg napona.

Upravqa~ki sistemi u elektroenergetici

Prema optoj definiciji upravqawe je skup akcija kojima se deluje na sistem ili objekat upravqawa, sa namerom da se ostvari ciq upravqawa. Osnovni ciq upravqawa elektroenergetskim sistemom je neprekidno snabdevawe prijemnika elektri~nom energijom odre|enog kvaliteta uz najmawe trokove.

Upravqawe sitemom u elektroenergetici mo`e se podeliti na dva osnovna podskupa upravqa~kih funkcija, koji se obi~no nazivaju planirawe i eksploatacija sistema.

Planirawe sistema je podskup upravqa~kih funkcija koje se odnose na izgradwu, proirewe i razvoj sistema. Tipi~ni zadaci koji se u ovom podskupu izvravaju su:

59

dugoro~no planirawe potreba potroa~a, planirawe izgradwe postrojewa i izbor lokacija, konfiguracije i karakteristika, projektovawe i gradwa.

Eksploatacija sistema je podskup upravqa~kih funkcija koje se odnose neposredno na proces proizvodwe, prenosa i raspodele (distribucije) elektri~ne energije. U u`em smislu, pod pojmom upravqawa elektroenergetskim sistemom podrazumeva se obi~no ovaj podskup eksploatacionih funkcija.

Ciq eksploatacionog upravqawa elektroenergetskim sistemom je stalno odr`avawe ravnote`e izme|u proizvodwei potrowe, pri odre|enoj sigurnosti, pouzdanosti pogona i kvalitetu elektri~ne energije, iz najmawe trokove.

Eksploatacijom elektroenergetskog sistema rukovode stru~ne slu`be koje se po tradiciji nazivaju dispe~erske, pa se ovaj vid upravqawa naziva dispe~ersko upravqawe.

Struktura upravqa~kog sistema

Procesima je mogue upravqati na dva na~ina: centralizovanim i decentralizovanim upravqawem.

Kod centralizovanog upravqawa jedan upravqa~ki sistem, npr. ra~unar, upravqa sveukupnim proizvodnim sistemom kao celinom.

Decentralizovano upravqawe sistemom se zasniva na podeli proizvodnog procesa na podsisteme, koji ~ine zasebne celine. Zatim su podsistemi podeqeni u podpodsisteme, i tako redom po podsistema koji ima svoj zadatak i ciq upravqawa podre|en ciqu i zadatku celog proizvodnog procesa.

Veli~ina, slo`enost i druge karakteristike elektroenergetskog sistema zahtevaju da se upravqa~ki sistemi dekomponuju (rastave) na izvestan broj podsistema, koji se mogu lake realizovati. Naj~ee se primewuje hijerarhijska organizaciona struktura upravqa~kog sistema, i to po tzv. prirodnom ili prostornom principu. [ema ovakve organizacione strukture upravqa~kog sistema prikazana je na slici 128.

Sl. 128. – Prostorna hijerarhijska struktura upravqawa elektroenergetskog sistema.

Na prvom, lokalnom nivou u sistemu nalaze se elektroenergetska postrojewa: elektrane i grupe elektrana, transformatorske stanice i razvodna postrojewa. Na ovom nivou obavqaju se direktne akcije, tj. izvravaju se komande poslate elementima postrojewa sa vieg upravqa~kog nivoa (npr.: ukqu~ewa/iskqu~ewa prekida~a, regulisawe protoka vode, brzine obrtawa maina itd.). Ovlaewa za donoewe upravqa~kih odluka na ovom nivou su mala.

Na drugom, viem nivou su regionalni centri upravqawa, koji upravqaju grupama transformatorskih stanica i elektrana sredwe snage u jednom regionu (oblasti). Iz regionalnih centara daqinski se upravqa transformatorskim stanicama, vri se optimizacija rada elektrana i prikupqaju se podaci o radu

60

sistema za sopstvene potrebe i za prenos u centar upravqawa vieg nivoa. Tako|e, u regionalnim centrima se izvravaju upravqa~ki nalozi iz vieg centra.

Trei, najvii nivo upravqawa je centar upravqawa elektroenergetskim sistemom. Ovaj centar obi~no upravqa sistemom cele dr`ave, a povezan je ~esto i sa centrom susednih zemaqa, pa stoga ima najvea upravqa~ka ovlaewa i odgovoran je za rad celog sistema, to posti`e neposrednim upravqawem proizvodwom u elektranama najvee snage i koordinacijom rada svih regionalnih upravqa~kih centara. Regulacija snage i u~estanosti obi~no se obavqa automatski, iz ovog centra.

Upravqawe elektroenergetskim sistemom primenom digitalnih ra~unara

Uiravqawe (engl. control) u najoptijem smislu predstavqa osmiqenu aktivnost sa ciqem da se ovlada odre|enim pojavama, odnosno da se ishod odre|enog procesa odr`i u zadatim granicama. U privredi, odnosno energetici i industriji, poseban zna~aj imaju proizvodni procesi.

Proces predstavqa odre|enu transformaciju materije, energije ili informacije u nekom ure|aju ili sistemu. Proizvodni proces je transformacija materije, energije i informacije u ciqu finalizacije odre|enog proizvoda ili poluproizvoda. Procesna proizvodwa u klasi~nom smislu obuhvata one privredne grane kod kojih se prera|uje velika koli~ina materijala i vri transformacija velike koli~ine energije. To je, pre svega, proizvodwa elektri~ne energije i proizvodwa i prerada sirovina, a u razvijenom svetu i velikoserijska proizvodwa za iroku potrowu. Procesna proizvodwa je u najveem stepenu automatizovana jer se tu ostvaruju najzna~ajniji efekti zamene neposrednog qudskog rada radom maina (npr. bager na otvorenom ugqenokopu zamewuje veliki broj qudi).

Savremena proizvodwa, bez obzira na koli~inu materijala i energije koja u~estvuje u procesu, sve vie se automatizuje i postaje procesna. Tendencija je da u budunosti proizvodwa postane potpuno automatizovana, i uz znatno smawewe energetskog u~ea.

Kod savremenih sistema upravqawa proizvodnim procesima centralno mesto zauzima digitalni ra~unar jer je on sredstvo za obradu podataka, odnosno informacija. Za razumevawe uloge digitalnog ra~unara potrebno je poznavawe, pored osnova automatskog upravqawa, i osnova funkcionisawa digitalnog ra~unara, mogunosti koje on pru`a i na~in kako da se ove mogunosti koriste.

Analogni ra~unari su potisnuti od strane digitalnih i koriste se samo u slu~jevima kada je potrebna izuzetna brzina rada.

Digitalni ra~unari

Pojam digitalni poti~e od latinske re~i digit – prst, odnosno cifra, jer je iz brojawa na prste izveden dekadni brojni sistem. Digitalni ra~unar, odnosno kompjuter (engl. computer) radi sa diskretnim elektri~nim veli~inama, a svaka diskretna elektri~na veli~ina predstavqa jednu cifru. Zbog prakti~nih pogodnosti i odre|enih prednosti u pogledu pouzdanosti rada, digitalni ra~unar u osnovi koristi binarni brojni sistem, dok se dekadne cifre i ostali alfanumeri~ki znaci dobijaju kodovanim kombinacijama binarnih cifara. Cifre binarnog sistema su 0 i 1, to zna~i da se u ra~unarima koriste elektronska kola koja rade samo sa dva nivoa. Binarnoj nuli odgovara ni`i (engl. low) naponski nivo (naj~ee 0 V ili –5 V), a binarnoj jedinici vii (engl. high) naponski nivo (naj~ee +5 V).

Digitalni ra~unari su, u osnovi, maine za raznovrsnu obradu najrazli~itijih podataka. Ogromna korist je to digitalni ra~unar sa istim fizi~kim

61

komponentama, odnosno sa istom fizi~kom strukturom mo`e da izvrava razli~ite aritmeti~ke, logi~ke i upravqa~ke operacije. To ta treba da radi zadaje mu se na odre|en na~in, odnosno programirara se za razli~ite funkcije. Zbog toga to se mo`e prilagoditi za razli~ite primene, ka`e se da je to fleksibilna maina. Fleksibilnost digitalnih ra~unara je osnovna prednost u odnosu na analogne ure|aje. Da bi se kod analognih ure|aja promenila funkcija ure|aja, potrebno je izvriti odre|ene promene u konstrukciji, odnosno mewati sastavne delove ure|aja. Pri promeni funkcije digitalnih ra~unara vri se wihovo reprogramirawe.

Opte karakteristike digitalnih ra~unara

Digitalni ra~unar je ure|aj za obradu, ~uvawe i prenos informacija. Uoptena i pojednostavqena funkcionalna blok-ema digitalnog ra~unara je prikazana na slici 129.

Sl. 129. – Uoptena funkcionalna blok-ema digitalnog ra~unara.

Ulazna jedinica se koristi za ulaz, odnosno u~itavawe podataka, a izlazna jedinica za izdavawe ili prikazivawe podataka korisniku. Ulazna jedinica za ru~no ubacivawe podataka i komunikaciju sa ra~unarom je tastatura, "mi" ili svetlosna olovka. Podaci sa magnetnih medijuma disketa i magnetnih traka u~itavaju se pomou ulaznih jedinica sa magnetnim glavama. Izlazna jedinica, zavisno od primene, mo`e biti ekran alfanumeri~kog ili grafi~kog terminala, tampa~ na principu ostavqawa otiska ukucavawem ili pomou lasera, pisa~, ure|aj za komunicirawe preko telefonskih linija, kao i raznovrsni ure|aji merne i regulacione tehnike kad se ra~unar koristi u upravqa~kom sistemu.

Operativna memorija se sastoji od niza memorijskih elija u kojima se smetaju binarno kodovane informacije.

Operativna memorija slu`i kao privremeni ure|aj za odlagawe informacija, bilo da su spoqa uba~ene ili su rezultati intezivnog izra~unavawa. U wu se stavqaju i programi koje ra~unar treba da izvrava. Operativna memorija se ozna~ava kao RAM (Read Only Memory – memorija sa slu~ajnim pristupom), to je engleska skraenica koja u sebi krije zna~ewe da ra~unar mo`e uvek da pri|e programu i podacima, odnosno memorijskoj lokaciji po slu~ajnom izboru i da je vreme pristupa isto za bilo koju memorijsku lokaciju. RAM memorije su danas naj~ee napravqene od poluprovodni~kih elemenata i sa iskqu~ewem napona napajawa wihov sadr`aj se gubi. Kada je nu`no da se sadr`aj RAM-a odr`ava i po iskqu~ewu ra~unara, obezbe|uje se stalno napajawe akumulatorskom baterijom.

Osim RAM-a ra~unari sadr`e i memoriju ozna~enu kao ROM (Random Access Memory – memorija samo za ~itawe), to je skraenica kojom se ozna~ava da se sadr`aj ove memorije mo`e samo o~itavati, ali ne i upisivati. To zna~i da sadr`aj ove

62

memorije ostaje trajan i po iskqu~ewu kompjutera. ROM sadr`i podatke ili ra~unske programe koji se veoma ~esto koriste, pa ih zato proizvo|a~ trajno upisuje ne ostavqajui mogunost da ih korisnik u toku rada brie, odnosno mewa.

Postoje jo i PROM (Programable Read Only Memory – memorija samo za ~itawe koja se mo`e programirati) i EPROM (Erasable Programable Read Only Memory – izbrisiva programabilna memorija samo za ~itawe; korisnik je pomou specijalnih ure|aja mo`e brisati i ponovo upisati, odnosno reprogramirati).

Takt generator (clock) je sastavni deo procesora i ima vie funkcija, od kojih je osnovna da sinhronie operacije u svim delovima kompjutera.

Minira~unari poseduju velike mogunosti obrade podataka i koriste se kao ra~unari opte namene, a i za specijalizovane primene. Najtipi~niji mikrora~unari su personalni ra~unari.

Mikroprocesor je centralna jedinica za obradu podataka, odnosno centralna procesorska jedinica CPU (Central Processor Unit), koji se danas izra|uje kao jedinstvena komponenta. To je upravqa~ki centar ra~unara koji koordinira i vri nadzir ~itavog sistema. Upravqawe se obavqa pomou upravqa~kih signala koji prolaze kroz ra~unar. Mikroprocesor sadr`i upravqa~ku, aritmeti~ko logi~ku jedinicu, registarsku i mikroprogramsku memoriju.

Primer ra~unarskog vo|ewa termoelektrane

Sistem vo|ewa u termoelektrani obuhvata ure|aje za merewe, obradu podataka, upravqawe, regulaciju i zatitu. Osnovna funkcija sistema za vo|ewe procesa je odr`avawe zadatog procesa proizvodwe elektri~ne energije i informisawe pogonskog osobqa o stawu procesa. Ra~unar u sistemu vo|ewa treba jo da vri optimizaciju procesa, to zna~i poveawe stepena iskoriewa energetskih transformacija.

Termoelektrana je podeqena na energetske blokove koji se nadziru s konzole operatora. Operator ima pregled rezultata svih potrebnih merewa, kao i raznih izvetaja i upozorewa. Ra~unar (na sadawem stepenu automatizacije u naim termoelektranama) zapisuje, obra|uje i prikazuje merene podatke. Ra~unar se koristi samo za nadzor procesa, a upravqawe obavqa operater, to zna~i da se radi o automatizovanom radu uz u~estanoste ~oveka. U potpuno automatizovanim elektranama ra~unar vri i nadzor, izdavawe protokola, zatitu, upravqawe grupama i blokom.

Vo|ewe celokupne termoelektrane posti`e se na nivou nadzora, to omoguava praewe wene ukupne energetske efikasnosti. Upravqawe odvojenim blokovima termoelektrane ukqu~uje: vo|ewe celog bloka sistema, zapo~iwawe rada i promene optereewa bloka. Vo|ewe pojedinih podsistema bloka omoguuje efikasne i brze akcije na odvojenim podsistemima bloka: gorionicima, sistemima hla|ewa, izmewiva~ima toplote. Na kraju, vo|ewe komponenti sistema omoguava odvojen rad svake komponente u bloku: crpki, motora, ventila.

Informacioni sistem elektroenergetskog sistema

U sve tri faze upravqawa elektroenergetskim sistemima (priprema pogona, operativno upravqawe i analiza pogona), primewuju se informacioni re~unarski sistemi, bez kojih uspeno upravqawe velikim sistemima ne bi bilo mogue. Da bi se upravqalo elektroenergetskim sistemom, neophodno je da informacije o stawu sistema budu prenete u centar iz koga se vri upravqawe, kao i da se omogui da upravqa~ke odluke donete u centru budu prenesene i izvrene na udaqenim objektima elektroenergetskog sistema. Zbog karakteristika elektroenergetskog

63

sistema tehni~ka sredstva informacionog sistema moraju da imaju veliki kapacitet, brzinu i ta~nost u prenosu i obradi informacija i veliku pouzdanost u radu. Ove uslove najboqe ispuwavaju sistemi zasnovani na ra~unarskim sistemima. Pojednostavqeni prikaz tehni~kih sredstava informacionog sistema dat je na slici 130.

Sl. 130. – Sistem za upravqawe elektroenergetskim sistemom u realnom vremenu.

Prikazani su osnovni elementi informacionog sistema i samo jedan upravqani objekat, pri ~emu se podrazumeva da se iz centra upravqa veim brojem objekata.

Polazei od elektroenergetskog postrojewa na desnoj strani slike, prvo se uo~avaju sredstva za spregu izme|u postrojewa i krajwe stanice. Poto je krajwa stanica digitalni elektronski ure|aj (minira~unar), ona se ne mo`e povezati direktno sa elementima elektroenergetskog postrojewa, ve se veze izvode preko odgovarajuih spre`nih elemenata. Namena ovih elemenata je da prilagode ulazno-izlazne signale iz postrojewa na naponski i strujni nivo krajwe stanice, kao i da zatite elektronska kola krajwe stanice od dejstva prenapona i smetwi (umova) koja nastaju u postrojewu. Kao elementi sprege prikazani su elektromehani~ki releji za uvo|ewe signalizacije i izvo|ewe komandi (RS, RK), zatim merni pretvara~i za uvo|ewe merewa i regulatori (RG) za prijem i izvrewe regulacionih komandi.

Sledei ure|aj informacionog sistema u postrojewima je krajwa stanica. Namena ovog ure|aja je da prikupqa podatke iz elektroenergetskog postrojewa i aqe ih posredstvom telekomunikacionih ure|aja u centar upravqawa. Tako|e, krajwa stanica prima upravqa~ke naloge (komande) iz centra i prosle|uje ih do izvrnih organa u postrojewu. Osim ovih osnovnih funkcija krajwe stanice obavqaju i obradu prikupqenih informacija, neke funkcije lokalne automatike i zatite.

U centru upravqawa nalazi se ra~unarski sistem ~ija snaga odgovara veli~ini upravqanog sistema i zadacima za koje je predvi|en. Ra~unari u centru snabdeveni su odgovarajuom programskom podrkom koja se sastoji od sistemskih programa i aplikacionih programa namewenih konkretnom upravqa~kom sistemu.

Sredstva za spregu izme|u ~oveka (dispe~era) i ra~unara slu`e sa prikaz informacija o radu sistema (monitori i tampa~i), kao i za izdavawe komandi ra~unaru (tastatura).

Krajwa stanica

Krajwa stanica ili telekomunikacioni terminal postavqa se u objektima upravqawa – transformatorskim stanicama, razvodnim postrojewima i elektranama. Sa jedne strane ona je preko spre`nih elemenata povezana sa aparatima u elektroenergetskom postrojewu, a sa druge strane preko telekomunikacionih ure|aja i prenosnog puta, sa ra~unarskim sistemom u upravqa~kom centru. Savremene krajwe

64

stanice obavqaju veliki broj razli~itih funkcija koje se mogu podeliti u sledee grupe: nadzorne, komandne, funkcije obrade, funkcije lokalne automatike i zatite.

Nadzorne funkcije sastoje se u prihvatawu informacija iz postrojewa i u prosle|ivawu u upravqa~ki centar. Nadzorne informacije obuhvataju signalizacije i merewa. Signalizacije su binarnog tipa (1 ili 0) i pokazuju stawe pojedinih aparata u postrojewu (npr., prekida~ ukqu~en ili iskqu~en). Posebna vrsta signalizacije su alarmi, tj. informacije o nastalim doga|ajima (npr., delovawe nekog ure|aja za zatitu).

Merewima se dobijaju informacije o vrednostima merenih veli~ina. Krajwa stanica ima mogunost da prikupqa i prenosi trenutne vrednosti (analogna merewa) i vrednosti brojila (digitalna merewa).

Komandna funkcija je prijem komandnih naloga iz ra~unara u upravqa~kom centru i wihovo prosle|ivawe do odgovarajuih izvrnih organa u elektroenergetskom postrojewu. Pomou komandi mo`e se izazvati promena polo`aja nekog aparata, regulaciono dejstvo ili postavqawe nekog parametra na zadatu vrednost.

Kao ra~unarski ure|aj krajwa stanica ima velike mogunosti za obradu informacija prikupqenih u postrojewu. Ove mogunosti se sve vie koriste, jer se na taj na~in smawuje broj obrada koje treeba da izvri ra~unar u upravqa~kom centru. Me|u ove funkcije spadaju: otkrivawe prekora~ewa grani~nih vrednosti merenih veli~ina i izdavawe alarma, odlu~ivawe o prenosu u centar merewa samo ako je promena vrednosti vea od unapred zadate vrednosti, nadzor rada ure|aja lokalne automatike i registracije, obrada rezultata wihovog rada itd.

Funkcije lokalne automatike i zatite ostvaruju se programirawem krajwe stanice prema zahtevima korisnika, to mo`e da donese zna~ajne utede, jer se zamewuju mnogi ure|aji koji su se ranije koristili za te funkcije. Npr., krajwa stanica mo`e uspeno da preuzme funkciju automatskog ponovnog ukqu~ewa vodova, automatsku zamenu vodova i uopte izvrewe sekvence (niza) komandi koje se izvode pri promeni uklopnog stawa u postrojewu. Od funkcija zatite za sada se koriste uglavnom one koje ne zahtevaju brz odziv, kao to su, npr., termi~ka zatita i zatita od preoptereewa.

ELEKTRONSKI URE\AJI ZA ZA[TITU I SIGALIZACIJU

Relejna zatita

U elektroenergetskom sistemu je mogua pojava kvarova i opasnih pogonskih stawa. Kvarovi u veini slu~ajeva dovode do porasta struja i znatnih smawivawa napona u nekim ta~kama mre`e elektroenergetskog sistema.

Prekomerne struje dovode do osloba|awa velikih koli~ina toplote u elementima kroz koje proti~u i do wihovog preteranog zagrevawa. Smawewe napona u elektroenergetskom sistemu onemoguava normalan rad prijemnika i ugro`ava paralelan rad generatora u sistemu. Pri nastanku kvara u nekom elementu elektroenergetskog sistema u drugim elementima mo`e doi do opasnih radnih stawa izazvanih neznatnim odstupawem napona, struje ili u~estanosti u odnosu na doputenu vrednost.

Da bi se omoguio pouzdan rad elektroenergetskog sistema neophodno je odrediti i izolovati element sa kvarom od ostatka elektroenergetskog sistema u

65

to je mogue kratkom vremenu. Zbog toga je potrebno razviti automatske ure|aje za detekciju kvarova i zatitu elemenata elektroenergetskog sistema od tetnih posledica koje kvarovi mogu izazvati.

Prvi zatitni ure|aji bili su topqivi osigura~i. Sa porastom snage elektroenergetskog sistema i komplikovawem wegove elektri~ne mre`e osigura~i su se pokazali kao neadekvatna zatita. Oni se i danas koriste u niskonaponskim mre`ama i veoma malo u sredwenaponskim mre`ama. Posle topqivih osigura~a po~eli su se primewivati zatitni ure|aji bazirani na relejima. Zbog toga je celokupna tehnika zatite u elektroenergetskim sistemima nazvana relejnom zaiom. Naziv relejna zatita se odnosi i na releje bazirane na elektronskim sklopovima. Brz razvoj mikroprocesora i minira~unara doveo je do wihovog uvo|ewa u relejnu zatitu.

Cena ure|aja relejne zatite kree se od nekoliko do desetak procenata od cene elementa elektroenergetskog sistema koga ta zatita titi. Ovaj procenat zavisi od cene tienog elementa i od slo`enosti zatitnog ure|aja.

Opti zahtevi relejne zatite

Da bi relejna zatita uspeno obavila svoju ulogu ona mora zadovoqiti nekoliko optih zahteva.

Selektivnost ili sposobnost relejne zatite da izoluje samo element pogo|en kvarom.

Brzina reagovawa. Kvarove (a to su uglavnom kratki spojevi) u elektroenergetskom sistemu treba eliminasati to je mogue br`e da bi se izbegle brojne tetne posledice koje se pri kvarovima mogu pojaviti. Zahtev za velikom brzinom rada relejne zatite naj~ee je vezan za uslove o~uvawa stabilnosti sinhronih maina u elektroenergetskim sistemima. U drugim slu~ajevima velika brzina zatite potrebna je da bi se spre~ile te`e havarije na skupocenoj opremi kao to su sinhroni generatori, veliki transformatori itd.

Osetqivost. Relejna zatita mora imati odre|enu osetqivost unutar podeene zone delovawa. Na primer, prekostrujna zatita mora imati takvu osetqivost da pouzdano reaguje pri kvarovima sa najmawim strujama kvara.

Pouzdanost. Ure|aji relejne zatite moraju biti veoma pouzdani. Dugo vremena mogu biti u stawu mirovawa ali pri nastanku kvara, za ~ije su eliminisawe odgovorni, moraju da reaguju. Kako ni jedan ure|aj nije 100% pouzdan, kod tiewa va`nih objekata koristi se vie zatitnih ure|aja u paralelnoj vezi, odnosno ugra|uju se rezervne zatite.

Crtawe relejnih ure|aja u emama

Kod relejnog ure|aja razlikuju se ulazni ili pobudni deo, i izlazni ili izvrni

deo. U emama relejne zatite uglavnom se prikazuju samo ova dva dela relejnog ure|aja jer su oni bitni za razumevawe rada relejne eme. Ostali delovi relejnog ure|aja, kao to su kola za napajawe, ne prikazuju se u emama. Postoje dva na~ina predstavqawa releja u emama. Oni su prikazani na slici 131.

Sl. 131. – Crtawe relejnih ure|aja u emama.

66

Prvi na~in je zajedni~ko crtawe simbola za ulazni i izlazni deo relejnog ure|aja. Na ovaj na~in mogue je crtati samo relativno proste relejne eme.

Drugi na~in je odvojeno crtawe simbola za ulazni i izlazni deo releja. Ovaj na~in omoguava crtawe slo`enih relejnih ema (naj~ee u projektima).

Elektronski releji

Elektronski releji bazirani su na analognim i digitalnim elektronskim kolima. Ovakvi releji nali su iroku primenu u elektroenergetskim sistemima. Oni se masovno proizvode i komrcijalno su dostupni. U novije vreme intezivno se razvijaju metode i algoritmi koji e omoguiti primenu ra~unara u relejnoj zatiti i zamenu mnogih releja jednim ra~unarskim sistemom.

Elektronski strujni i naponski releji jedne elektri~ne veli~ine koriste okidna elektronska kola koja reaguju direktno na merenu veli~inu ili na razliku referentne i merene veli~ine. Za frekventni i vremenski elektronski relej koriste se digitalni broja~i i kvarcom kontrolisani oscilatori.

Poto elektronski releji sadr`e aktivne elektronske komponente kao to su tranzistori i integrisana kola, oni moraju imati pomoni izvor za napajawe i kod wih se obavezno pojavquje blok za napajawe. Elektronska kola rade sa relativno niskim naponima (nekoliko desetina volti) pa su veoma osetqiva na pojavu smetwi i razli~itih strujnih i naponskih impulsa. Elektronski relej ima merni ulaz i ulaz za napajawe, i jedan ili vie izlaza. Viegodiwe iskustvo vodeih svetskih proizvo|a~a relejnih ure|aja pokazalo je da svi ulazi i izlazi elektronskog releja moraju biti galvanski odvojeni od okoline. Galvansko odvajawe mernih ulaza vri se sa pomonim naponskim i strujnim transformatorima.

Ure|aji za signalizaciju

Da bi se u elektroenergetskim postrojewima obezbedila nesmetana proizvodwa, transformacija, prenoewe i distribucija elektri~ne energije, potrebno je da svi ure|aji koji u tome u~estvuju budu ispravni. Ispravnost ure|aja kontrolie se redovnim pregledima, godiwim remontima, kao i svakodnevnom kontrolom rada. Svakodnevna kontrola rada ure|aja sastoji se u praewu pokazivawa mernih instrumenata i, naro~ito, signalizacije.

Signalizacija mo`e biti obavetajana i alarmna. Obavetajna signalizacija prikazuje trenutno stawe aparata putem povratnog

javqawa. U tu svrhu koriste se signalne sijalice ili pokaziva~i polo`aja. Alarmna signalizacija slu`i za javqawe o nenormalnom stawu, kvarovima,

havariji i ispadima iz rada pojedinih ure|aja. Mo`e da bude opti~ka ili zvu~na, a naj~ee se kombinuju obe. Opti~ka signalizacija se ostvaruje signalnim lampama (naj~ee sa treperavim svetlom). Zvu~na signalizacija se ostvaruje pomou sirene, zujalice, zvu~nika i drugih ure|aja za generisawe zvuka. Aparati koji istovremeno ostvaruju zvu~nu i svetlosnu signalizaciju nazivaju se signalne kombinacije.

Osnovni element signalizacije je pomoni relej. Pomoni releji mogu biti elektromehani~ki (kontaktni)

ili da rade na principu poluprovodnika (beskontaktni). Elektromehani~ki releji sastoje se od elektromagneta sa

kotvom na kojoj su mehani~ki u~vreni kontakti (slika 132). Kada se na krajeve namotaja (a i b) dovede napon, elektromagnet privu~e kotvu koja spoji kontakte (1–3), odnosno razdvoji kontakte (1–2). Kontakti mogu da budu radni, mirni i preklopni.

Sl. 132. – Princip rada

elektromehani~kog releja.

67

Radni kontakt je otvoren kada nije prikqu~en napon na namotaju, a kada se napon dovede, on se zatvori. Mirni kontakt je suprotan radnom, a preklopni je kombinacija radnog i mirnog, sa zajedni~kim krajem. Na slici 133 prikazan je simbol elektromehani~kog releja sa radnim (1–2 i 3–4) i mirnim (5–6 i 7–8) kontaktima (a) i sa preklopnim kontaktima (b).

Najjednostavniji primer releja koji radi na principu poluprovodnika je tranzistor prikazan na slici 134.

Ako se na ulaz (bazu) A dovede pozitivan prednapon, tranzistor e postati provodan i izlazna ta~ka B e biti prakti~no na potencijalu 0. Ako se sa ulaza A iskqu~i napon, tranzistor e biti zako~en, pa e ta~ka B biti na naponu napajawa.

U automatskim, regulacionim i signalnim ure|ajima sve vie se primewuju poluprovodni~ki (beskontaktni) releji zbog sledeih prednosti:

– vea brzina reagovawa, – odsustvo rizika prorade usled potresa i vibracija, – smawena potrowa, – znatno smawewe dimenzija. Pored toga, slaba strana elektromagnetnih releja su i wihovi kontakti zbog: – skupqawa praine, masti i hemijskih spojeva na povrini, – korozije materijala, – opasnosti od zavarivawa i stapawa.

Univerzalni signalizatori

Za signalizaciju procesnih veli~ina u posledwe vreme sve vie se koriste normalizovani strujni signali iz kontinualnih pretvara~a. Kako je normalizovan strujni signal univerzalni signal za bilo koju procesnu veli~inu, postoji jednostavna mogunost da se elektronski signalizator odre|ne vrednosti struje primeni kao univerzalni signalizator za signalizaciju kriti~nih vrednosti bilo koje procesne veli~ine. Ovi signalizatori su u elektronici poznati kao komparatori napona. Na slici 135 prikazana je principska ema komparatora napona sa operacionim poja~ava~em. Normalizovani strujni signal od 0 mA do 20 mA pretvara se u napon U1 pomou otpornika R1 ( IRU 11 = ). Ovaj napon se dovodi na

invertujui ulaz operaionog poja~ava~a A. Na neinvertujui ulaz se dovodi napon pozitivne povratne sprege, ostvarene pomou otpornika R3 i R4. Na isti ovaj ulaz se dovodi napon U0 sa kliza~a potenciometra P, koji odre|uje vrednost ulaznog napona U1 pri kojoj e se aktivirati relej RL. Operacioni poja~ava~ usled velikog poja~awa mo`e da se nalazi samo u jednom od dva stabilna stawa: stawe u kojem se izlazni napon jednak pozitivnom naponu napajawa U(+) ili negativnom U(–). Kada je ulazna stuja I jednaka nuli neinvertovani ulaz je na potencijalu:

043

3)(

43

31 U

RR

RU

RR

RU p +

++

= + .

Vrednost struje I, pri kojoj napon U1 dosti`e vrednost U1p, mewa izlazni napon na vrednost U(–) i tada je napon na neinvertujuem ulazu :

043

3)(

43

32 U

RR

RU

RR

RU p +

++

= − .

Sl. 133. – [ematski simbol pomonih releja.

Sl. 134. – [ema relea koji radi na

principu poluprovodnika.

68

Sl. 135. – [ema komparatora napona.

Zbog negativne vrednosti U(–) ovaj napon je mawi od napona U1p. Zbog toga, poja~ava~ se nee vratiti u prvobitno stawe kada napon U1 padne ispod vrednosti U1p ve kada padne ispod vrednosti U2p. Histerezis je potreban da ne bi pri vrednosti napona pUU 11 = , usled malih varijacija napona U1, poja~ava~ prelazio iz jednog u

drugo stabilno stawe i usled toga relej naizmeniz~no ukqu~ivao i iskqu~ivao.

Alarmna signalizacija

Za kontrolu i signalizaciju rada zatitnih ure|aja u elektroenergetskim postrojewima veliku primenu nalaze specijalni ure|aji nazvani zajedni~kim imenom signalna kombinacija. Zadatak signalne kombinacije je da registruje kvar, pobudi zvu~ne i svetlosne signalizacije i da podatak o kvaru sa~uva. Ovo posledwe je naro~ito va`no za slu~ajeve prolaznih kvarova ure|aja koji rade automatski, bez stalnog prisustva personala za opslu`ivawe.

Princip rada se mo`e objasniti pomou eme date na slici 136. Kada deluje zatitni rele (I), preko mirnog kontakta relea d2, namotaj relea d1

dolazi pod napon i on preklapa svoje kontakte. Istovremeno, pod napon dolazi i namotaj relea d3, zatvara se wegov radni kontakt (3–4) i aktivira rele za zvu~ni alarm (3). Preklapawem svojih kontakata, rele d1 izvodi sledee operacije:

Sl. 136. – [ema signalne kombinacije.

69

– zatvarawem radnog kontakta (5–6) ostvaruje samodr`awe i pobu|uje rele d2; – preklopni kontakt (3–1–4) prebacuje u novi polo`aj (1–4) i omoguuje

ukqu~ewe svetlosne signalizacije. Preklapawem svojih kontakata, rele d2 izvodi sledee operacije: – preklopni kontakt (3–1–4) prebacuje u novi polo`aj (1–4) i prekida vezu

relea d1 i d3 sa ulaznim signalom. Rele d1 ostaje i daqe pod naponom preko samodr`ne veze. Rele d3 ostaje bez napona, otvara svoj radni kontakt (3–4) i time omoguava ponitavawe (kvitirawe) zvu~nog signala pomou tastera (4);

– preklopni kontakt (5–6–7) prebacuje u polo`aj 5–6 i, preko kontakta 4–1 relea d1, ukqu~uje svetlosnu signalizaciju treperavim svetlom.

Pri pojavi alarmnog signala (zvuk i treperavo svetlo), de`urni personal pritiskom tastera za ponitavawe potvr|uje prijem signala, ~ime se iskqu~uje zvu~ni signal. Svetlosni signal se gasi ako je ulazni signal nestao pre ponitewa. Ukoliko ulazni signal jo postoji, rele d2 je i daqe aktiviran, a sijalicca je, preko wegovog kontakta (5–6), pod naponom. To je tzv. mirno svetlo, koje traje dok ulazni signal ne nestane. Po otklawawu kvara nestaje ulazni signal, rele d2 prebacuje svoje kontakte i mirno svetlo se gasi bez ponitavawa.

Preklopni kontakt (9–11–8) relea d2 i d1 slu`e za slawe ulaznog signala na daqu obradu (daqinski prenos, automatski zapis i sl.).

Brojem (1) obele`en je rele za treperavo svetlo. Taster (2) slu`i za ispitivawe sijalica.