Izmjenicni pretvaraci

1
Izmjenicni pretvaraci izravni i neizravni
UCINSKA ELEKTRONIKA
Izmjenicna pretvorba Jednofazni regulator
napona Trofazni regulator napona
Ciklopretvaraci Matricni pretvaraci Neizravni
izmjenicni pretvaraci
Ak. god. 2013/2014
Zagreb, 17. 12. 2013.
2
Izmjenicna pretvorba izravna i neizravna
3
Izmjenicna pretvorba izravna i neizravna
Izmjenicna pretvorba može biti izravna i
neizravna. Najjednostavniji primjer izravnog
izmjenicnog pretvaraca je izmjenicni regulator
napona. Primjena jednofaznog regulatora napona
je kod rasvjete, univerzalnih motora itd.
Primjena trofaznog regulatora napona je za
upuštanje asinkronih motora, naponsko upravljanje
asinkronim motorima, jednostavnu promjenu smjera
vrtnje. Neizravni izmjenicni pretvaraci imaju dva
stupnja pretvorbe i istosmjerni medukrug. To je
najcešca struktura pretvorbe kod suvremenih
pretvaraca za izmjenicne strojeve.
4
Jednofazni regulator napona
Izmjenicni regulator napona principna shema
spoja i neki od mogucih valnih oblika izlaznog
napona (moguce inacice upravljanja).
Potrebno je koristiti odgovarajuce sklopke.
5
Jednofazni regulator napona
Da bi se dobio sljedeci valni oblik izlaznog
napona
izmjenicni regulator napona se ostvaruje ovako
Radi se o faznom upravljanju.
6
Jednofazni regulator napona djelatno trošilo
Valni oblik struje jednak je valnom obliku napona
na trošilu. Izlazni napon je izmjenicni
napon. Promijenila se efektivna vrijednost
izlaznog napona.
7
Jednofazni regulator napona djelatno trošilo
Izraz za efektivnu vrijednost izlaznog napona je
Upravljacka karakteristika daje ovisnost
efektivne vrijednosti izlaznog napona u kutu
upravljanja ?. Upravljacka karakteristika je
nelinearna.
8
Jednofazni regulator napona djelatno trošilo
Slijedi izraz za efektivnu vrijednost struje kroz
djelatno trošilo
i izraz za snagu P na djelatnom trošilu R
Kroz svaki od ventila struja tece samo u jednoj
poluperiodi, pa se izraz za efektivnu vrijednost
struje tiristora razlikuje za faktor v2.
9
Jednofazni regulator napona djelatno trošilo
Napon i struja trošila bogati su višim
harmonicima, što se vidi iz slike. Posljedica je
onecišcenje napojne mreže.
10
Jednofazni regulator napona djelatno trošilo
Faktor snage ? Buduci da je trošilo djelatno,
pretpostavka je da u sklopu ne postoji jalova
snaga, i da je faktor snage jednak 1. Da li je
ova pretpostavka ispravna?
11
Jednofazni regulator napona djelatno trošilo
Postupak racunanja faktora snage je izravan
12
Jednofazni regulator napona djelatno trošilo
Pretpostavka je bila pogrešna. I sklopovi s
djelatnim trošilom mogu imati faktor snage manji
od 1. Zašto?
Faktor snage ? u ovisnosti o kutu upravljanja ?
za jednofazni regulator napona.
13
Jednofazni regulator napona induktivno trošilo
Ako je trošilo induktivno, strujno-naponski
odnosi i izracunavanje izraza nešto su složeniji.
Ne postoji potpuna sloboda u izboru kuta
upravljanja. Minimalni kut upravljanja jednak je
kutu trošila ?. Strujno-naponski odnosi kod
minimalnog kuta upravljanja jednaki su onima bez
tiristora.
14
Jednofazni regulator napona induktivno trošilo
Kut prestanka vodenja u ovisnosti o kutu
upravljanja. Kut trošila je parametar.
Od ? 0 do ? ? ne može se upravljati naponom.
15
Trofazni regulator napona
U slucaju trofaznog trošila i trofaznog
regulatora napona, strujno-naponski odnosi su
znatno složeniji, što se može vidjeti iz slike.
16
Trofazni regulator napona
17
Primjena Naponsko upravljanje asinkronim motorom
Pomocu trofaznog regulatora napona moguce je
naponsko upravljanje brzinom vrtnje asinkronog
motora (uz ogranicene mogucnosti i svojstva).
Dodavanjem još dvaju parova tiristora moguca je
i promjena smjera vrtnje asinkronog motora. Radi
se o promjeni redoslijeda faza napona napajanja.
18
Izravna pretvorba napona i frekvencije
Izmjenicni regulatori napona mijenjaju efektivnu
vrijednost napona. Frekvencija izlaznog sustava
jednaka je frekvenciji ulaznog sustava. Izmjenicni
regulator napona može se, uz drugaciji sklopni
raspored, upotrijebiti za izravnu pretvorbu
napona i frekvencije (uz ogranicenja).
19
Izravna pretvorba napona i frekvencije
(ciklopretvaraci)
To je ideja ciklopretvaraca. Ciklopretvaraci su
izravni pretvaraci napona i frekvencije (bez
istosmjernog medukruga).
Ciklopretvarac zasnovan na jednofaznom mosnom
spoju.
20
Izravna pretvorba napona i frekvencije
(ciklopretvaraci)
Nacelo upravljanja frekvencijom.
21
Izravna pretvorba napona i frekvencije
(ciklopretvaraci)
Nacelo upravljanja naponom.
Ciklopretvaraci na ovom nacelu rada nazivaju se
anvelopni ciklopretvaraci (rijec anvelopa nije
upotrijebljena u matematickom smislu).
anvelopa krivulja koja u svakoj svojoj tocki
dodiruje po jednu od beskonacno mnogo
istovrsnih crta u ravnini. fr.
enveloppe kuverta, omotac, omot, ovoj, oplet
22
Ciklopretvaraci djelatno trošilo
Ako se žele dobiti navedeni valni oblici napona,
a trošilo je djelatno, ciklopretvarac se
ostvaruje ovako
Svaka sklopka je ostvarena s dva antiparalelna
tiristora.
23
Ciklopretvaraci induktivno trošilo
U opcem slucaju, ciklopretvarac na svojem izlazu
mora dati oba polariteta napona i oba smjera
struje. Potrebne su sve kombinacije pozitivni
smjer struje i oba polariteta napona, te
negativni smjer struje i oba polariteta napona.
24
Ciklopretvaraci s trofaznim spojevima
Ciklopretvarac zasnovan na trofaznom spoju sa
srednjom tockom daje sinusoidalni valni oblik
izlaznog napona primjerice ciklopretvarac od dva
trofazna tiristorska usmjerivaca sa srednjom
tockom u antiparalelnom spoju.
Ako je trošilo induktivno, valni oblik izlaznog
napona ovisi o faznom pomaku struje trošila.
25
Ciklopretvaraci s trofaznim spojevima
Fazni pomak izmedu izlaznog napona i struje
trošila mijenja valni oblik izlaznog napona.
Dakle, energija akumulirana u trošilu mora se
moci vracati u napojnu mrežu. Zato, svaki
usmjerivac radi u ispravljackom i izmjenjivackom
nacinu rada.
26
Ciklopretvaraci s trofaznim spojevima
27
Ciklopretvaraci s trofaznim spojevima
Sinusoidalniji valni oblik izlaznog napona dobije
se upotrebom složenijih pretvarackih spojeva.
Primjerice, umjesto dva antiparalelna spoja sa
srednjom tockom mogu se upotrijebiti dva
antiparalelna mosna spoja
Zakon upravljanja
28
Ciklopretvaraci s trofaznim spojevima
Šestpulsni, fazno upravljivi, dvokvadrantni (I. i
II. kvadrant) tzv. pozitivni pretvarac.
Valni oblici izlaznog napona i filtriranog
izlaznog napona ako se spojem upravlja tako da je
to mrežom komutirani ciklopretvarac.
29
Ciklopretvaraci s trofaznim spojevima
Šestpulsni, fazno upravljivi, dvokvadrantni (III.
i IV. kvadrant) tzv. negativni pretvarac.
Valni oblici izlaznog napona i filtriranog
izlaznog napona ako se spojem upravlja tako da je
to mrežom komutirani ciklopretvarac.
30
Ciklopretvaraci s trofaznim spojevima
Valni oblici izlaznog napona, filtriranog
izlaznog napona i struje trošila kod
ciklopretvaraca bez strujne pauze.
31
Ciklopretvaraci s trofaznim spojevima
Valni oblici izlaznog napona, filtriranog
izlaznog napona i struje trošila kod
ciklopretvaraca sa strujnom pauzom.
32
Ciklopretvaraci rješenje s prigušnicama kružne
struje
Zakon upravljanja
33
Rješenja za trofazna trošila su složena
34
Matricni pretvaraci izravni pretvaraci napona i
frekvencije (primjer u IPES_on-line)
Moguca je istovremena izravna pretvorba napona i
frekvencije.
35
Neizravni izmjenicni pretvaraci
Neizravni izmjenicni pretvaraci su danas najcešce
korišteni pretvaraci za izmjenicne elektromotorne
pogone. U ulaznom dijelu nalazi se ispravljac
(najcešce diodni), a iza istosmjernog medukruga
nalazi se izmjenjivac.
UG
T1
T5
T3
L1
RLade
U
L2
V
UDC
CDC
L3
W
Bremschopper
T6
T2
T4
UG-
Auswertung Steuerkarte
BR1
BR2
Ogranicenje struje punjenja
Mjerenje izlazne struje
Prikljucak motora
RBrems
Kapacitet medukruga
Prenaponska zaštita
Izmjenjivac
Kocni krug
Mreažni prikljucak
Ispravljac
36
Neizravni izmjenicni pretvaraci

• ULAZNI DIO
• Diodni ispravljac
• Tiristorski usmjerivac
• PWM usmjerivac (eng. active front end -AFE)

37
Neizravni izmjenicni pretvaraci

• IZLAZNI DIO
• VSI izmj. s nap. ulazom
• CSI izmj. sa str. ulazom

38
Neizravni izmjenicni pretvaraci rješenja EM
kocenja
39
Ulazni stupanj PWM usmjerivac (engl. Active
Front End)
40
Ulazni stupanj PWM usmjerivac (engl. Active
Front End)
41
Ulazni stupanj PWM usmjerivac (engl. Active
Front End)
Uzimanje energije iz mreže uz faktor snage 1
Vracanje energije u mreže uz faktor snage -1
Opterecenje mreže uz proizvoljni faktor snage
Mogucnost kompenzacije utjecaja ostalih trošila