ELEKTRIČNE MAŠINE
Elementi energetske elektronike
Uvod
Čime se bavi energetska elektronika?
Energetska elektronika se bavi konverzijom (pretvaranjem)
različitih oblika električne energije.
Uvod
Gde se koristi?
Elementi energetske elektronike
Savremene komponente energetske elektronike izrađene su na bazi
silicijuma i u osnovi ih čine:
dioda,
tiristor,
GTO tiristor,
bipolarni tranzistor,
unipolarni tranzistor.
Ove komponente u energetskoj elektronici rade u prekidačkom
režimu (uključeno-isključeno)!
Elementi energetske elektronike
Dioda
Dioda je najvažnija komponenta energetske elektronike. Kod nje nije
moguće upravljati ni trenutkom počinjanja ni trenutkom završetka
provođenja struje. Provodi struju samo u jednom naznačenom smeru.
Dioda počinje da provodi struju kada je i>0, a prestaje da provodi
kada vrednost struje postane jednaka nuli (i=0).
u
+
(katoda
)
(anoda)
A
K
i
Elementi energetske elektronike
Tiristor
Za razliku od diode, tiristor je komponenta kod koje je moguće
upravljati trenutkom otpočinjanja provođenja struje, dok se trenutkom
prestanka provođenja ne može upravljati direktno. Tok struje je moguć
samo u jednom, naznačenom smeru. Trenutak kad tiristor počinje da
provodi može se kontrolisati preko treće elektrode (gejt – S1).
u
A
+
K
S1
(Gate)
i
Elementi energetske elektronike
Tiristor
Dovođenjem impulsa na gejt, uz uslov da je napon između anode i
katode pozitivan, tiristor počinje da provodi.
u
A
+
K
S1
(Gate)
i
Elementi energetske elektronike
GTO tiristor
GTO tiristor, za razliku od običnog tiristora, omogućava upravljanje i
trenutkom prestanka provođenja. Struja može teći samo u jednom,
naznačenom smeru. Trenutak kada počinje vođenje kontroliše se na isti
način kao kod tiristora, ali se kod GTO tiristora preko drugog gejta (S2)
može prekinuti vođenje u željenom trenutku.
u
A
+
K
S1
S2
i
Elementi energetske elektronike
Bipolarni tranzistor
Kao i GTO tiristor i tranzistor omogućava kontrolu trenutka otpočinjanja
i trenutka prestajanja provođenja struje, ali preko baze tranzistora.
Tranzistor vodi dok postoji bazna struja. Da bi tranzistor počeo da
provodi u trenutku dovođenja bazne struje, neophodno je da napon
između kolektora i emitera bude pozitivan. Tok struje je u jednom smeru.
u
+
C
i
Kolekto
r
E
Emiter
Baza B
Osnovne konfiguracije pretvarača
Pretvarači koriste elemente energetske elektronike, a njihova
uloga je transformacija električne energije jednog kvaliteta u
električnu energiju drugog kvaliteta. Ova transformacija
definisana je sa:
Uu , fu , mu → Ui , fi , mi
gde su sa U, f, m označeni napon, frekvencija i broj faza, a
indeksi označavaju u-ulaz i i-izlaz
Osnovne konfiguracije pretvarača
DC/DC pretvarači
U DC-DC pretvaračima potrebno je na izlazu dobiti jednosmerni napon
čija se srednja vrednost može menjati, iz ulaznog jednosmernog napona
konstantne srednje vrednosti. Izlazni napon može biti veći ili manji od
ulaznog.
Ovde će biti razmotren slučaj kada je izlazni napon manji od ulaznog.
Osnovne konfiguracije pretvarača
DC/DC pretvarači
uu = U u
S
t
uu
ui
R
ui
ui
U DC
t off
t on
T
t
Osnovne konfiguracije pretvarača
DC/DC pretvarači
S – prekidački element (tranzistor ili GTO tiristor, ne može dioda ili
tiristor)
Srednja vrednost izlaznog napona je:
U DC
ton
1T
1 ton
= ∫ ui ⋅ dt = ∫ uu ⋅ dt = U u ⋅
T0
T 0
T
Osnovne konfiguracije pretvarača
AC/DC pretvarači (ispravljači)
u
iD
i
u
uD
T2
0
R
u R = ui
uR
u
R
T
U DC
uR
i
i
0
3T 2
T 2
T
t
t
3T 2
Elementarni diodni ispravljač
Talasni oblici diodnog ispravljača
Osnovne konfiguracije pretvarača
AC/DC pretvarači (ispravljači)
Srednja vrednost jednosmernog napona je:
U DC =
2 ⋅U
π
Elementarni diodni ispravljač je bez praktičnog značaja jer je izlaz
lošeg kvaliteta: izlazni napon je prekidan i ima malu srednju vrednost.
u
0
T 3T 2
T 2
t
2T
i1 ,i2
1
i1 3
t
i3
i3 , i 4
R
u
t
uR
i
4
i4 2
i2
t
i
uR
U DC
t
Jednofazni diodni most
(Grecov spoj)
Talasni oblici jednofaznog
diodnog ispravljača
Osnovne konfiguracije pretvarača
AC/DC pretvarači (ispravljači)
Srednja vrednost jednosmernog napona je:
U DC =
2 ⋅ 2 ⋅U
π
Izlazni napon je kvalitetniji u odnosu na slučaj ispravljača sa jednom
diodom.
Grec
Osnovne konfiguracije pretvarača
AC/DC pretvarači (ispravljači)
Osnovne konfiguracije pretvarača
DC/AC pretvarači (invertori)
T1
T3
U DC
ui
T4
R
T2
Osnovna šema jednofaznog autonomnog invertora
Osnovne konfiguracije pretvarača
DC/AC pretvarači (invertori)
U posmatranoj varijanti izlazni
napon nije sinusnog nego
pravougaonog oblika. Moguće
je dobiti i napon koji je približan
sinusu, ali je tada konfiguracija
pretvarača
složenija
i
upravljanje se vrši na složeniji
način.
U DC
t
ui
Ti 2
Ti
t
Osnovne konfiguracije pretvarača
DC/AC pretvarači (invertori)
UPS uređaj
12 V DC u 230 V AC
Osnovne konfiguracije pretvarača
AC/AC pretvarači
Kod ove vrste pretvarača i ulaz i izlaz su naizmenični signali.
S1
i
i1
S2
uu
R
i2
ui
Osnovne konfiguracije pretvarača
AC/AC pretvarači
2Uu
uu
Promenom trenutka uključenja menja se
vreme u kome postoji naizmenični napon na
0
potrošaču.
Time se menja efektivna vrednost napona i1 , i2
i1
na potrošaču.
0 t1
Primeri ove navedene vrste pretvarača su
regulatori svetla.
ui
0
t1
Tu
Tu 2
Tu 2
Tu 2
i2
Tu
Ti
t
t
t
Osnovne konfiguracije pretvarača
AC/AC pretvarači
Dimeri za svetlo
Download

Energetska elektronika