v.katić ee2 3. coperi_dc dc 1

V.Katić ENERGETSKA ELEKTRONIKA 97

9. ENERGETSKI ELEKTRONSKI PRETVARAČI JEDNOSMERNE STRUJE(JEDNOSMERNI PRETVARAČI)

SADRŽAJ:

1. Definicija2. Podela jednosmernih pretvarača3. Direktni pretvarači - Čoperi: Definicija, podela (po kvadrantima, po prek. elementu)4. Jednokvadrantni čoper:

- šema (sa idealnim prekidačem)- opis načina rada, čoper podižač – čoper spuštač napona- dijagrami napona i struje potrošača za kontinualnu i diskontinualnu struju- Kontinualna struja – izvođenje izraza za trenutnu vrednost struje i napona

potrošača, odnos provođenja (faktor ispune), prenosni odnos pretvarača, srednjavrednost napona potrošača

- Diskontinualna struja – izvođenje izraza za struju i napon potrošača, graničnislučaj – izvođenje izraza i crtanje dijagrama za granični faktor ispune ( xa ),srednja vrednost napona potrošača, vreme vođenja zamajne diode

5. Načini regulacije:- stalno f, promenljivo a – reguliše se izlazni napon- stalno a, promenljivo f – reguliše se valovotost struje- promenljivo a, promenljivo f – reguliše se i napon i valovitost struje

6. Tranzistorski čoper – sa bipolarnim Darlington tranz. – šema, prednosti – mane,komutacioni gubici, dodatna kola (snaber, antisaturaciona kola)

- sa MOS FET tranzist. - šema, prednosti – mane, način upravljanja, dodatnakola (dinamički klemp)7. Dvokvadrantni čoper:

- šema- opis načina rada: I i II kvadrant

I i IV kvadrant- izvođenje izraza za struju potrošača- izbor komponenti, naprezanja

8. Četvorokvadrantni čoper:- šema- opis načina rada- opis pogona sa četvorokvadrantnim čoperom- poređenje sa invertorom

9. Čoperi sa RE potrošačem10. Čoperi sa R potrošačem11. Indirektni pretvarači DC/DC: Vrste, podela, Šema, opis rada, mogućnosti primene


9.1. Definicija jednosmernih pretvarača

Definicija – “Elektronski pretvarač za pretvaranje jednosmerne struje”N.A0.551 – 551 –02 – 11

9.2. Podela jednosmernih pretvarača

Podela: energetski elektronski pretvarači: a) jednosmerne struje- direktni – čoperi- indirektni

b) jednosmernog napona – DC/DC napajači

9.3. Direktni pretvarači – čoperi:

- Definicija:1. Elektronski pretvarači jednosmerne struje (Elektronski pretvarač za pretvaranjejednosmerne struje (551 – 02 – 11)) bez naizmeničnog međukola (551 – 02 – 12)2. Čoper je direktni pretvarač jednosmerne struje tj. elektronski pretvarač jednosmernestruje bez naizmeničnog međukola.3. Direktni jednosmerni pretvarači – čoperi- Podela:

1. po prekidačkoj komponenti: BPT, IGBT, MOSFET2. po kvadrantu u kom radi: jednokvadrantni,dvokvadrantni...3. po načinu pretvaranja: direktni i indirektni (invertor + ispravljač)4. po vrsti potrošača:

- R, L, E – el. motor- R, E – punjač akumulatora- R – izvor stabilnog napona

9.4. Čoperi sa RL potrošačem - Jednokvadrantni čoperi

- Pretpostavka:- da su svi elementi idealni- da je opterećenje induktivnog tipa pa je neophodna zamajna dioda


Slika 9.1. Jednokvadrantni tranzistorski čoper za regulaciju brzine DC motora.

Moguća su tri režima rada u zavisnosti od oblika stuje potrošača:1. Kontinualni2. Diskontinualni3. Granični

a) b)

c) granični slučaj

Slika 9.2. Režimi rada čopera – a) Kontinualni; b) Diskontinualni; c) Granični.

kontinualna struja diskontinualna struja


- Analiza kontinualnog slučaja

prekidač zatvoren (TON): min0,0, IittRidt

diLEU PONp

PB

provodno ili uključeno stanje:R

LeIe

R

EUi

ttB

P

,1 min

(*) ONON tt

BMAXONP eIe

R

EUIti

min1

prekidač otvoren (TOFF): MAXONPONpP ItiTttRi

dt

diLE ,,0

stanje blokiranja ili isključeno stanje: *** ONtt

ON

eIeR

Ei MAX

tt

P

1

(**) ONON tT

MAX

tT

P eIeR

EITi

1min

Iz (*) i (**) :

R

E

e

e

R

UI

T

t

BMAX

ON

1

1

R

E

e

e

R

UI

T

t

B

ON

1

1min

Odnos provođenja

10, atfT

ta ON

ON

Prenosni odnos pretvarača

.,

.,

diskontiniU

E

T

tT

T

t

kontinia

U

UA

PB

OFFON

P

B

Psrn

Ttt

ttU

uON

ONB

P ,0

0,

BBON

PSR UaUT

tU

0a 0min IIMAX

1aR

EUII B

MAX

min


Diskontinualna struja:granični slučaj ONxt

0min I

R

E

e

e

R

UT

t

B

ONx

1

10

1

1

T

T

T

t

B e

e

U

EONx

ln11 ONxt

T

B

eeU

E

11ln

T

BONx e

U

Et

.

.11ln

diskontaa

kontaaeU

E

Ta

x

x

T

B

T

T

ta

U

Em ONx

xB

,,

11

e

em

xa

xaa kontinualan režim

xaa diskontinualan režim

Diskontinualan režim 0min I , pa se iz * dobija:

ONxON

tB

MAX tteR

EUI

ON

0,1

ET

tTU

T

tU B

ONPSR

Zamajna dioda: jednačina *** Tttti DOnDP ,0

Vreme vođenja zamajne diode:ONDZD ttt


9.3. Karakteristika rada čopera ax=f(σ):xaa kontinualna struja; xaa diskontinualna struja

11ln1,,

em

T

ta

T

U

Em ONx

xB


Vreme vođenja zamajne diode:

ONDOND tt

MAX

tt

eIeR

E

10

ONDZD ttt

MAXZD I

E

Rt 1ln

ONt

BZD e

R

EUt 11ln vreme vođenja zamajne diode

9.5. Načini regulacije

BBON

SR UaUT

tU

a) bez povratne sprege

1. constT

f 1 , .vara .var SRU

2. .varf , .consta .constU SR , varI valovitost

3. .varf , .vara , var.

.

SROFF

ON Uconstt

constt.

b) sa povratnom spregom1. reg. str. u dve tačke

9.6. Tranzistorski čoper

Vrste:1. sa bipolarnim tranzistorima2. sa MOS FETom3. sa IGBTom

1. sa bipolarnim (Darlington) tranzistorom


šemaprednosti – mane:Gubici: COMOFFONg PPPP

Snaber kola: 1.dt

du snaber

2.dt

di snaber

Antisaturaciona kola:2. sa MOS FETom3. sa IGBTom

9.7. Dvokvadrantni čoper

Vrste:a) rad u I i IV kvadrantu UI karakt.

pogodan za reverziranje motora tj. kočenje kontra smeromb) rad u I i II kvadrantu UI karakt.

pogodan za rekuperaciju energije

9.7.1. Dvokvadrantni čoper za rad u I i IV kvadrantu

Slika 9.6 - Dvokvadrantni čoperza rad u I i IV kvadrantu.


Slika 9.7. Talasni oblici dvokvadrantnog čopera

Ttt

ttU

UON

ONB

d ,0

0,

,dd

dddB Edt

dILIRU ONtt 0 , min0 II d

,0 dd

ddd Edt

dILIR TttON , MAXONd ItI

BBON

t

BdSR UaUT

tdtU

TU

ON

0

1

9.7.2. Dvokvadrantni čoper za rad u I i II kvadrantu


T1, T2

Slika 9.8. Dvokvadrantni čoper za rad u I i II kvadrantu.

Slika 9.9. Talasni oblici dvokvadrantnog čopera za rad u I i II kvadrantu.

Pretpostavka: kontinualna struja

TttU

ttU

UONB

ONB

d ,

0,

,dd

dddB Edt

dILIRU ONtt 0 , min0 II d

,dd

dddB Edt

dILIRU TttON , MAXONd ItI


TtteIeR

EU

tteIeR

EU

I

ON

tt

MAX

tt

d

dB

ON

tt

d

dB

d ONON

,1

0,1 min

1211

0

aUtTtT

UtT

T

Ut

T

UdtU

TdtU

TU BONON

BON

BON

BT

t

B

t

BdSR

ON

ON

9.8. Četvorokvadrantni čoper

T1, T2, T3, T4Slika 9.10. Četvorokvadrantni čoper

Kombinacijom dva dvokvadratna čopera može se dobiti čoper za rad u sva četirikvadranta (slika 9.8). Time je omogućen pogon u oba smera obrtanja, a reverziranje semože ubrzati rekuperativnim kočenjem. Koncepcija rada čopera, odnosno redosleduključivanja i isključivanja tiristora može biti različit, već u zavisnosti od željenog režimarada - čoper može da radi kao jednokvadrantni, dvokvadrantni ili četvorokvadrantni.

I kvadrant: T1 stalno vodiT4 prekidački rad: ON Bd UU D2, T1 zamajna dioda: OFF 0 dU

motor se obrće (radi) u pozitivnom smeru

II kvadrant: T3, D4 prekidački rad: T3, D4 0 dU

D4, D1 zamajna dioda: D4, D1 Bd UU


regenerativni rad (obrtanje u pozitivnom smeru)

III kvadrant: T2 stalno vodiT3 prekidački radD1, T2 zamajna dioda

motor se obrće (radi) u negativnom smeru

IV kvadrant: T4, D3 prekidački radD2, D3 zamajna dioda

regenerativni rad (obrtanje u negativnom smeru)

Kod rada u sva četiri kvadranta menjaju se i smer struje motora i polaritet napona. Nekaje napon potrošača pozitivan. Tada provode tranzistori T1 i T3, a smer struje je takođepozitivan (u smeru obrtanja kazaljke na satu). Ako se istovremeno isključe obatranzistora, provedu diode D1 i D3. Napon potrošača menja polaritet, a energija se vraćau izvor. Kad se iscrpi akumulisana energija u prigušnici, struja potrošača pada na nulu, adiode D1 i D3 prestaju da provode. Tada se uključuju tranzistori T2 i T4, napon i strujasu sad negativni i motor se okreće u suprotnom smeru (rad u III kvadrantu). Simultanimisključenjem oba tranzistora, prelazi se na režim regenerativnog kočenja - provode diodeD2 i D4, a kad struja padne na nulu moguće je ponovo ostvariti rad u I kvadrantuuključenjem tranzistora T1 i T3.

9.9. Čoperi sa RE potrošačem (punjač akumulatora)

ŠemaSlika 9.11. xxxxxxxxxxxxxxxxxxx


Slika 9.12. Talasni oblici struje i napona čopera sa RE potrošačem

Punjač akumulatora:

Ako :EEb RR

EEI

b

b

2ˆ , 22 I

T

tI a

sr , 1...0T

ta , at ili T promenljivo

TttE

ttERR

RE

RR

RIRE

u

On

ONb

bb

b

bbb

,

0,1ˆ2

2

I način:

EERR

R

T

tEEEE

RR

R

T

t

ET

tTE

RR

R

T

tE

RR

R

T

tdtu

TU

bb

bONb

b

bON

ON

b

bONb

b

bONsr

1

1122

II način:

EERR

R

T

tEIREU b

b

ONsrsr

22

9.10. Čoper sa R potrošačem / Čoperi – prekidački napajači (SMPS)Ovde se čoper ponaša kao jednosmerni transformator sa prenosnim odnosom, koji jejednak faktoru ispune a (ili D).


9.10.1. Čoper spuštač napona – BUCK pretvarač

šema kolaSlika 9.13. xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

S je tiristor ili tranzistorOvde je bitno da između 1U i 2U mora biti L. Na njoj srednja vrednost mora biti 0 tj.

suma volt-sekundi je 0.S zatvoren: S otvoren: ontUU 21 offtU 2

volt-sek punjenja L volt-sek pražnjenja L

Ttt offon

Slika 9.14. Talasni oblici struje i napona

Ovo važi kad je struja kroz L neprekidna!! ononon tTUtUtU 221

T

tUUTUtU on

on 1221

T

tDD

U

U on ,1

2

9.10.2.Čoper podizač napona – BOOST pretvarač


12 UU S zatvoren: S otvoren:


ontU1 offtUU 21 struja neprekidnaTtt offon

onon tTUUtU 121

ontTUTU 21

12 UtT

TU

on

DU

U

11

1

2

9.10.3. Čoper spuštač – podizač (BUCK/BOOST)


S zatvoren: S otvoren:ontU1 offtU 2 struja neprekidna

onon tTUtU 21

ontTUTU 21

12 UtT

tU

on

on

D

D

U

U

11

2

12

12

12

2

2

2

UUT

t

UUT

t

UUT

t

on

on

on

Teži se da učestanost čopera bude što veća, da bi L bila manja.

9.11. Indirektni pretvarači DC/DC:

Vrste, podela, Šema, opis rada, mogućnosti primene

v.katić ee2 3. coperi_dc dc 1

Documents