ENERGETSKA ELEKTRONIKA.pdf

TEHNIČKA ŠKOLA VALJEVO

SEMINARSKI RAD

Predmet:

ELEKTRIČNI POGON I OPREMA U MEHATRONICI

ENERGETSKA ELEKTRONIKA

Mentor:

Učenik:

Prof. Goran Mićović

Matija Jakovljević III-5

Valjevo, Januar, 2015.

SADRŽAJ Uvod .................................................. .............................................................................. ......................................................... ....................................... .......... 1 Dioda ............................................... ............................................................................ .......................................................... ........................................ ........... 2 Dijak .................................................. .............................................................................. ......................................................... ....................................... .......... 5 Tiristor .............................................. ........................................................................... ......................................................... ....................................... ........... 6 Trijak ............................................... ............................................................................ ............................................................... ........................................ ...... 8 MOSFET ........................................................ .......................................................................................... ...................................................... .................... 9 IGBT .................................................... ............................................................................. ............................................................ ..................................... .. 11

Ispravljač ............................................... ........................................................................... ......................................................... ................................. .... 13 Invertor ............................................ ........................................................................ ...................................................... ....................................... ............. 15 Regulator ............................................... ........................................................................... ......................................................... ................................. .... 17

Čoper ............ ................................................... ............................................................................. ................................................... ......................... 19 Ciklokonvertori Ciklokonvertori ................................................. ................................................................................... ................................................. ............... 20 Regulacija motora ............................................. ......................................................................... ................................................. ..................... 22 Stabilizator napona ................................................. ............................................................................. ........................................... ............... 25

Operacioni pojačavači ......................................................................... ................................................................... .............. 27

SADRŽAJ Uvod .................................................. .............................................................................. ......................................................... ....................................... .......... 1 Dioda ............................................... ............................................................................ .......................................................... ........................................ ........... 2 Dijak .................................................. .............................................................................. ......................................................... ....................................... .......... 5 Tiristor .............................................. ........................................................................... ......................................................... ....................................... ........... 6 Trijak ............................................... ............................................................................ ............................................................... ........................................ ...... 8 MOSFET ........................................................ .......................................................................................... ...................................................... .................... 9 IGBT .................................................... ............................................................................. ............................................................ ..................................... .. 11

Ispravljač ............................................... ........................................................................... ......................................................... ................................. .... 13 Invertor ............................................ ........................................................................ ...................................................... ....................................... ............. 15 Regulator ............................................... ........................................................................... ......................................................... ................................. .... 17

Čoper ............ ................................................... ............................................................................. ................................................... ......................... 19 Ciklokonvertori Ciklokonvertori ................................................. ................................................................................... ................................................. ............... 20 Regulacija motora ............................................. ......................................................................... ................................................. ..................... 22 Stabilizator napona ................................................. ............................................................................. ........................................... ............... 25

Operacioni pojačavači ......................................................................... ................................................................... .............. 27

Tehnička Škola Valjevo

Energetska Elektronika Matija Jakovljević __________________ ___________________________ __________________ _________________ __________________ ___________________ ___________________ ___________________ __________ _

UVOD

Energetska

elektronika

se

prema

preporuci

IEC-a,

detinira

kao:

POWER

ELECTRONICS IS THAT PART OF ELECTRONICS WHITCH DEALS WITH POWER TECHNOLOGY; dakle, kao deo elektornike koji ima primenu u elektroenergetici.

Uopštenost definicije zahteva i dopunsko tumačenje. Naime, primenjena elektronika se može podeliti na deo koji se bavi uređajima male snage i deo koji se bavi uređajima velike snage.

Uređaji male snage se koriste npr. u informacionim delovima Sistema za automatsko upravljanje I regulaciju, a osnovna pitanja koja se pomoću njih rešavaju su amplitudno frekventna i fazno-frekventa karakteristika, uslovi stabilnosti itd.

Uređaji velike snage se koriste npr. u sistemima za regulaciju elektromotornih pogona, sistemima uzbude asihronih mašina ili u sistemima za napajanje električnom energijom. Pomoću njih se rešavaju osnovna pitanja kao što su energetske karakteristike, specifična težina, specifični volume itd. Pošto se uređaji velike snage koriste za postizanje određenih energetskih ciljeva, ovaj deo primenjene elektronike se naziva ENERGETSKA ELEKTRONIKA.

Energetska elektronika u širem smislu ovuhvata još I električne uređaje za neposredno pretvaranje toplotne, nuklearne i svetlosne energije u električnu. Osnovna karakteristika elektr ičnih ičnih uređaja za neposredno pretvaranje energije je nepostojanje pokrenih delova.

Uređaji energetske elektronike mogu obavljati sledeće funkcije: uključivanje i isljučivanje toka električne energije, podešavanje snage toga električne energije i preoblikovanje parametara električne energije. Kako je primena električnih prekidača prekida ča zanemariva u odnosu na na primenu električnih pretvarača, ponekad se energetska elektronika naziva pretvaračna tehnika. Energetska elektronika nastala je oko 1900. godine pojavom ispravljačke tehnike.

1


Energetska Elektronika Matija Jakovljević ___________________________________________________________________________________

DIODA Dioda je elektronska komponenta koja dozvoljava protok električne struje u jednom

smeru bez otpora (ili uz veoma mali otpor) dok u suprotnom smeru predstavlja beskonačan (ili bar veoma veliki) otpor. Zato za diodu se kaže da postoji provodni i neprovodni smer. Može se smatrati da za proticanje struje u provodnom smeru diode ima otpornost koliko i žica provodnika

(nula), a za neprovodni smer može se posmatrati kao prekid provodnika (beskonačno). Diode se proizvode, uglavnom, od poluprovodničkih materijala kao što su silicijum ili germanijum. Međutim, još uvek postoje diode sa termojonskom emisijom, nekada popularne elektronske cevi.

Kao i sijalice sa užarenim vlaknom, tako i vakuumske cevi imaju nit koja se užari kada

kroz nju teče električna struja. Nit užarena u vakuumu emituje elektrone, a potom električni napon, razlika potencijala između elektroda pokreće elektrone od užarene elektrode ka drugoj, hladnoj. Tako tog negativnog elektorna od užarene niti kroz vakuum do druge elektrode predstavlja protok električne struje. Usijana elektroda naziva se katoda, a hladna se zove anoda. Neuporedivo manje elektrona može ići u suprotnom smeru, čak i ako je anoda na negativnijem potencijalu u odnosu na katodu, jer ne postoji termojonska emisija elektrona koja se izaziva usijavanjem.

Poluprovodničke diode Najveći broj današnjih dioda su poluvrovodničke diode bazirane na PN spojevima. U PN spoju električna struja može da teče od P-elektrode (anode) ka N-elektrodi (katodi) ali i ne u suptrotnom smeru. Smer struje i elektrona je suprotan, tj. Elektroni idu od katode ka anodi.

Postoji nekoliko vrsta dioda sa poluprovodničkim PN spojem: 2



1.

Obične (p-n) diode – Rade na način predhodno opisan. Proizvode se od silicijuma.

2.

Diode obogaćene zlatom – Zlato omogućava da diode rade na većim frekvencijama.

3. Cener diode – Posebna osobina ovih diode je da mogu provoditi i u suprotnom smeru. 4. Diode sa lavinskim efektom – Provode u inverznom smeru kada napon izazove lavinsko

umnožavanje slobodnih nosilaca elektriciteta. 5. Dioda za potiskivanje prolaza napona – Koriste se kao zastita za druge poluprovodniče

uređaje. 6. LED – Emituje fotone kada elektroni prolaze kroz spoj. 7. Foto diode – Reaguje na pojavu svetlosti generišući električnu struju. 8. Laserske diode – Vrsta svetleće diode kod kojih se formira šupljina koja manifestuje pojačavač usmerene svetlosti – laser.

3



4



DIJAK Dijak je poluprovodnička elektronska komponenta koja ima namenu dvosmerne prekidne diode, a pretežno se upotrebljava za generisanje pobudnog impulsa za trijak ili tiristor. Dijak ne provodi struju sve dok napon ne dostigne probojnu vrednost. Kada vrednost napona pređe napon praga provođenja, uređaj se aktivira i napon brzo opada dok vrednost struje se

povećava. Dijak je izveden od tri sloja poluprovodnika (NPN) pa je sličan tiristoru bez izvoda za

bazu, što se vidi prema izvornoj oznaci.

5



TIRISTOR

Tiristor je poluprovodnički elemenat koji se u elektroenergetici koristi u funkciji snažnog elektronskog prekidača. Tiristor se još sreće sa nazivom SCR (silikonski upravljivi prekidač). Ima dva stanja: provodno i neprovodno. Tiristor je četvoroslojni poluprovodnički elemenat (pnpn) koji ima tri spoljašnja priključka: anodu, katodu i gejt. To je u osnovi četvoroslojna dioda sa izvodom na trećem sloju, koji se označava sa G i ima funkciju upravljačke elektrode. Naponom izmeću gejta i katode, odnosno strujom gejta moguće je uticati na vrednost probojnog napona direktne polarizacije između anode i katode, pri kojem tiristor prelazi u provodno stanje. Najvažnija osobina tiristora jeste mogućnost upravljanja vrlo velikim snagama uz trošak malih iznosa snage. U tiristore spadaju: četvoroslojna dioda, SCR i trijak.

I provodom stanju unutrašnja ot pornost tiristora je mala, a struja po pravilu velika dok je u neprovodnom stanju otpornost tiristora velika, a struja mala.

Postoje mnogo različitih tipova tiristora zavisno od veličine struje u provodnom smeru i veličine napona koji se prekida. Pri porastu temperature tiristor se može uključiti nezavisno od pobude na gejtu zbog porasta inverznih struja na PN spojevima. Pri brzoj promeni napona anoda-katoda u vremenu može da dođe do uključenja tiristora

zbog parazitnih kapacitivnosti. Sprečava se ubacivanjem između anode i katode RC kola koje usporava promene napona anoda-katoda.

DIODNI TIRISTOR (tiristor bez gejta)

6



7



TRIJAK Naziv trijak potiče od engleske skraćenice za elektrodni poluprovodnički prekidač naizmenične struje. U funkcionalnom smislu, trijak je zamena za paralelnu vezu dva suprotno priključena tiristora, a može se razmatrati i kao dijak sa upravljačkom diodom. Trijak je deo familije tiristora, i blisko je povezan sa SCR-om. Za razliku od SCR koji provodi struju samo u jednom smeru, trijak može propuštati struju u oba smera, pa nije potrebno

voditi računa o polaritetu priključenog napona. Na nivo napona pri kojem se uključuje trijak, zavisno od polariteta, utiče se pozitivnim ili negativnim naponom upravljačke elektr ode.

8



Operacioni pojačavač – MOSFET Drugu grupu unipolarnih tranzistora odnosno traznistora sa efektom polja čine mosfetovi različite vrste. Skraćenica MOS (metal-oxide-semiconductor) upućuje na troslojnu strukturu od metala, silicijum dioksida kao izolatora i poluprovodnika. Sloj poluprovodnika (SI-silicijum) čini kanal čiju provodnost treba da modifikuje napon doveden na sloj metala (Al-aluminijum). Eventualnu galvansku spregu između sloja metala

poluprovodnika sprečava sloj oksida sa izolacionim vojstvom. Al

SiO2

D

D

G

Si

G S

S

(a)

(b)

Kanal može biti od N tipa ili P tipa poluprovodnika; po tome razlikujemo N kanalne i P kanalne mosfetove. Za razliku od jfetova gde je dovedeni napon na gejt mogao samo da smanji

provodnost kanala, ovde smo svedoci dvojakog ponašajna. Kod takozvanih mosfetova sa ugrađenim kanalom zavisno od smera polarizacije na gejtu provodiće struju bolje ili lošije nego bez polarizacije. Kod mosfetova sa ugr ađenim kanalom bez polarizacije nema struje kroz kanal.

D

D

G

D

G S

G S ID

ID

VGS

(a)

G

S

ID

D

S ID V GS

VGS

VGS

(b)

(c)

(d) 9



Izvodi mosfetova se nazivaju na isti način kao kod jfetova. Priključci kanala drejn (Ddrain) i sors (S-source) a upravljačka elektroda je gejt (G-gate). Pri simetričnoj konstrukciji

drej i sors bi mogli slobodno menjati ulogu, u stvarnosti međutim većina komponenti nije simetrična. Osnovni tehnički podaci u vezi mosfetova su granice oblasti sigurnog rada i parametri

modela. Kod većine diskretnih mosfetova prag otvaranja je standardizovan, spada u opseg od 2V do 4V, a kod jedne manje grupe je između 1V i 2V. Mosfetovi se prave za razne snage. Veliki broj mosfetova se koristi u integrisanoj tehnici za neka analo gna kola ali su mnogo

brojnije digitalne primene. Struktura snažnih mosfetova odstupa od gore prikazane. Princip rada je isti međutim kanal potrebnog velikog preseka i male dužine ostv aruju vertikalnim rasporedom, okomito na ravan poluprovo dničke pločice.

G

D

Cgd

G Cgs

D g mVgs

ID=f(VGS,VDS) S

S

S

S

(a)

(b) G

G S N

SiO2 N

P N

I D[mA]

VGS5

4 3

VGS4

2

VGS3

1

VGS2

0

VGS1 0

2

4

6

8

D

DS[V]

10



IGBT Bipolarni tranzistor sa izolovanim gejtom, engl. Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) je ustvari hibridni element koji kombinuje pozitivne osobine MOSFET-a (tranzistora sa efektom polja i BJT-a (bipolarnog tranzistora). IGBT tranzistori su u suštini elementi sa manjinskim nosiocima, imaju bolju karakteristiku vođenja od MOSFET tranzistora, dok su im

konkurentni po ostalim osobinama kao što su: 1. jednostavna pobuda, 2. široka oblast sigurnog rada SOA ("Safe Operating Area"), 3. velika strujna idržljivost (podnošenje strujnih pikova i trajna strujna opteretivost).

Generalno govoreći, prekidačka brzina IGBT-a je manja u odnosu snažne MOSFET-e. Ipak prekidačke karakteristike novih tipova IGBT-a proizvodnje MOTOROLA, IRF ,.... su veoma slične snažnim MOSFET-ima ali sa mnogo boljom karakteristikom provođenja. IGBT, dakle ima sposobnost brzog prekidanja (osobina MOSFET-a) pri relativno

velikim strujama i naponima, tipičnim za BJT. Osim toga IGBT sa niskim naponima upravljačke electrode (gejta) imaju sposobnost blokiranja viših napona. U prvoj aproksimaciji IGBT se može modelirati kao PNP tranzistor upravljan od strane MOSFET-a.

11



12



ISPRAVLJAČ Ispravljač je statički pretvarač električne energije naizmenične struje u električnu energiju jednosmerne struje. Ispravljač služi kao jednosmerni izvor napajanja koji ima zadatak da generiše jednosmerne konstantne napone, čija vrednost ostaje u zadatim gr anicama pri promene struje potrošača. Jednosmerni izvori koji se napajaju iz gradske mreže naizmeničnog napona sastoje se iz transformatora, usmerivačke diode i mrežnog filtra. Transformator, osim što sluzi za podešavanje naizmeničnog napona na željenu vrednost, omogućava galvansko razdvajanje kola jednosmerne od naizmenične struje. Ispravljeni napon, koji na izlazu diodnog kola ima pulsirajući karakter, usrednjava se posredstvom mrežnog filtra. Između izlaznih krajeva filtra I potrožača često se umeće stabilizator koji ima zadatak da izlazni napon učini nezavisnim od varijacija naizmeničnog napona i potrošača. Pri pretvaranju naizmeničnog napona u jednosmerni, naizmenična struja trpi nelinearna izobličenja, factor snage se smanjuje jer se javlja reaktivna snaga. Oblik naizmenične struje zavisi od mrežnog filtra. Stabilizator napona se gradi kao system sa jakom povratnom spregom koji se napaja iz izvora nestabilnog napona, pri čemu se kao ulazni signal vezuje jednosmerni napon velike stabilnosti.

U opštem slučaju ispravljač sadrži: 1.

Mrežni transformator;

2.

Blok ispravljačkih elemenata, diode;

3.

Filtar, za izravnavanje, “peglanje” jednosmernog napona;

4.

Priključak za potrošač.

Uloga mrežnog transformatora je da prilagodi napon mreže na potreban nivo jednosmernog potrošača, ali I da izvriši galvansko odvajanje izlaznog jednosmernog napona od

mreže.

13



Funkcija bloka ispravljačkih elemenata je pretvaranje prostoperiodičnog napona u jednosmerni pulsirajući napon. Filtri u ispravljačima imaju zadatak da iz jednosmernog pulsirajućeg napona izdvoje konstantnu komponentu srednju vrednost.

14



INVERTOR Invertor je elektronsko kolo koje pretvara jednosmernu struju u

naizmeničnu struju.

Invertori se koriste za izradu neprekidnih izvora napajanja, pri prenosu električne energije jednomernom strujom, kao i za regulaciju brzine rada asinrhronih motora. Invertor je dobio ime

po tome što obrće (invertuje) jednosmerni napon, nasuprot ispravljaču, koji pretvara naizmeničnu struju u jednosmernu. Prosto invertorsko kolo prikazano sa elektromehaničkim i tranzistorskim prekidačem. U prostom invertorskom kolu, izvor jednosmernog napona je povezan na transformator

preko izvoda na centru primara. Prekidač se brzo prebacuje iz jednog položaja u drugi, što omogućuju električnoj struji da teče nazad do jednosmernog izvora preko dva alternativna puta, jednim kroz jedan kraj primara, a drugim kroz drugi kraj primara. Promena smera struje u

primaru transformatora proizvodi naizmeničnu struju u sekundaru. Elek tromehanička verzija ovakvog prekidača koristila je dva nepomična kontakta i

oprugu koja je nalegala na pokretni kontakt. Opruga drži pokretni kontakt na jednom nepomičnom kontaktu, a elektromagnet povlači pokretni kontakt ka drugom nepomičnom kontaktu. Struja u elektrmagnetu je prekinuta radnjom prekidača, tako da prekidač stalno menja položaj.Ovakav tip elektromehaničkih invertora, zvani vibratori ili zujalice su korišćeni u automobilskim radio-uređajima načinjenih od vakuumskih cevi.

15



16



REGULATOR Regulator predstavlja komponentu regulacione konture koja na osnovu poređenja zadate vrednosti i merene vrednosti regulisane veličine određuje regulaciono delovanje i njime deluje na sistem kojim se upravlja. Regulatori se mogu ponašati na različite načine, odnosno na različite načine mogu davati

regulaciono dejstvo kao izlazni signal na osnovu regulacione greške kao ulaznog signala. Postoje dve osnove klase regulatora: 1. Regulatori sa kontinualnom vrednošću izlaza – na svom izlazu daju kontinualno

promenljiv signal, koji zavisi od regulacione greške. 2. Regulatori sa diskretnim vrednostima izlaza – kao izlazni signal mogu se pojaviti

samo vrednosti iz konačnog skupa unapred određenih vrednosti. Najpoznatiji diskretni regulatori su dvopoložajni regulatori, koji na svom izalzu daju samo reguaciona dejstva „uključeno“ i „isključeno“. Primer ovakvog regulatora je termostat kakav se susreće u pegli, bojleru, grejalici i sl. I dok se dvopoložajni regulatori jako često susreću u aparatima koji se koriste u širokoj

potrošnji, regulatori koji se koriste u složenijim sistemima, mašinama, te procesima različite prirode, su u najvećem broju slučajeva kontinualni. Regulaciono dejstvo klasičnih kontinualnih regulatora se sastoji od tri osnovne komponente: 1. Proporcionalnog delovanja (P-delovanja) 2. Integralnog delovanja (I-delovanja) 3. Diferencijalnog delovanja (D-delovanja) Ove tri osnovne komponente delovanja regulatora proizlaze iznačina na koji se određuje regulaciono dejstvo, na osnovu ulaznog signala u regulator.

17



18



ČOPER Čoperi ili impulsni regulatori jednosmernog napona su energetski pretvarači koji vrše pretvaranje jednosmernog napona u jednosmerni napon različite srenje vrednosti. Ovi pretvarači

služe da smanje ili povećaju jednosmerni napon na ulazu. Takođe predstavljaju elektronske uređaje koji pretvaraju jednosmernu električnu energiju jednih parametara u jednosmernu energiju drugih parametara. Mogu biti indirektni (kombinacija invertora i ispravljača) ili

direktni. Čoperi se koriste za kontrolu brzine jednosmernog motora, kao izvori napajanja ili pojačivači. Postoje sledeći tipovi impulsni impuslnih generatora – čopera: 1. Čoperi za sniženje napona (engl. Buck converters) 2. Čoperi za povećanje napona (engl. Boost converters) 3. Čoperi za sniženje/povećanje napona (engl. Buck -boost converters)

Prva dva tipa čine bazične konvertorske topologije, dok ostali tip čini njihovu kombinaciju. Kao k omponente za izradu direktnih čopera se mogu koristiti GTO tiristori, obični

tiristori i IGBT tranzistori. IGBT tranzistori se koriste za manje snage, a tiristori za veće. BUCK-BOOST KONVERTORI Kod buck- boost konvertora izlazni napon može biti manji ili veći u odnosu na ulazni,

pri čemu polaritet izlaznog napona (koji se može teoretski menjati od 0 do beskonačnosti) suprotan ulaznom. U suštini to je kaskadna sprega spuštača i podizača napona.

19



CIKLOKONVERTORI Ciklokonvertori (CCV) služe za pretvaranje naizmeničnog napona bez jednosmernog

međukola (nema dela sa jednosmernim naponom ili jednosmernom strujom). Postoje dva tipa ciklokonvertora: 1. Tiristorski ciklokonvertori sa prirodnom komutacijom 2. Tranzistorki (PWM) ciklokonvertori sa prisilnom komutacijom.

CIKLOKONVERTORI – Tiristorska rešenja

Sadrže dva usmeračka tiristorska mosta koja formiraju jedni i drugu poluperiodu izlaznog napona. Maksimalna izlazna frekvencija ovog rešenja je trećina ulazne frekvencije.

20



CIKLOKONVERTORI – Tranzistorska rešenja

Korsite matrično raspoređene bilateralne prekidače. Broj prekidača je mxn, gde je m broj ulaznih faza, n broj izlaznih faza. Uključivanju/isključivanju prekidača treba posvetiti veliku pažnju. Ne sme se dozvoliti da dođe ni do kratkog spoja ulaznih napona ni do prekidanja izlazne struje.

21



UPRAVLJANJE BRZINE MOTORA DC MOTOR Brzina obrtanja motora jednosmerne struje se može upravljati na dva različita načina: 1.

Promenom napona armature (Ua)

2.

Promenom struje pobude, tj. Fluksa

U koliko se u armaturi krug postavi spoljnji otpor, taj otpor, sa stanovišta karakteristike ω=f(M), ima isti uticaj kao I otpor armature. To znači da se I dodavanjem otpora u armature krug može upravljati brzinom. Iako se takav način koristio u starim elektromotornim pogonima, u novim pogonima se ne koristi zbog slabog stepena iskorišćenja pri upravljanju otporom I velikih gubitaka na dodatnom otporu.

Promenom napona armature upravlja se brzinom DC motora od njegove nazivne

brzine. Napon armature se menja: tiristorski konvertor – AC/DC ispravljač ili tranzistorski čoper

– DC/DC konvertor, pomoću kojeg brzinu moguće i reverzirati.

22



Promena fluksa – Uz konstantan napon armature promenom struje pobude menja se

fluks I upravlja brzinom iznad njene nominalne vrednosti. Snaga je konstantna. Zbog zasićenja

gvožđa promena fluksa može se ostvariti samo tako da se on smanjuje. Smanjivanje fluska povećava se brzina praznog hoda, a karakteristike postsaju sve strmije.

23



ASIHRONI MOTOR

Na brzinu obrtanja asihronog motora može se uticati promenom broja pari polova ili menjanjem učestanosti napajanja. Pre razvoja jeftinih uređaja energetske elektronike, bilo je teško menjati frekvenciju struje motora, pa je upotreba ovakvih mašina bila ograničena. Za kontrolu brzine obrtanja asihrnone mašine koriste se invertori. Najkorišćenija tehnika za regulaciju frekvencije je impulsno-širinska modulacija (PWM). Invertor nema sposobnost da pretvara jednosmerni napon u idealan naizmenični, već se pogodnim izborom trajanja i

polariteta dobijaju pravougaoini impulsi određene širine i visoke učestanosti. Kada se takav niz impulsa napona primeni na RL potrošač kao što je na namotaj statora, stuja koja protiče ima talasni oblik vrlo blizak sinusnom. Za velike vrednosti struje, frekvencija imppulsa je niža , te se upotrebljavaju filtri kojima je struja dodatno filtrira ka sinusnom obliku, potrebnom za

najefikasniji rad asihrone mašine. Ovom metodom je moguće regulisati i vrednost napona koji će se dovesti na motor, jer radna mašina zahteva određen obrtni moment od motora, a koji zavisi od napona napajanja, frekvencije i klizanja.

Obični asinhroni motori se mogu koristiti sa invertorima, ali zbog visokih naponskih impulsa koji prate njihov rad, preporučuje se korištenje asinhronih motora posebno testiranih za tu svrhu (engl. inverter-rated motor ), sa boljom izolacijom namotaja.

24



STABILIZACIJA NAPONA Nadzorom postupka izvedbe spojne diode moguće je proizvesti diodu koja u prekidnom

području rada za širi opseg reverznih struja ima stalni iznos napona, tzv. Zener diodu. Budući radon područje Zener diode predstavljaju negativni iznosi napona I struje, za Zener diodu se pretpostavljaju suprotni referentni polariteti I smerovi napona i struja. Napon kod kojega dolazi do potrebnog ponašanja diode naziva se Zener-ovim naponom, Uz, I njime je postavljen prag karakteristike.

Zenerova diode nalazi primenu u kolima za održavanje stalnih iznosa napona.

25



Kolo je moguće analizirati na više načina. U analizi koja slijedi naglašava se primena Zener diode. Pretpostavlja se da je dioda idealna, tj. da strujama koje teku kroz diodu u opsegu od IZ,min do IZ,Max odgovara stalni iznos napona UZ. Uz napon izvora Ug koji se menja u rasponu od U g,min do Ug,Max regulator teži održati stalni pad napona iznosa UZ na otporniku R T čak i u

slučaju promjene otpora trošila R T. To je moguće postići ako se Zener-ova struja uvek nalazi unutar dozvoenih krajnjih granica IZ,min i IZ,Max.

26



OPERACIONI POJAČAVAČI

Analizu i primenu pojaèavaèa umnogome olak šava ako je kod naponskog ulaza velika ulazna otpornost (mnogo veća od unutra.nje otpornosti izvora signala) a kod strujnog ulaza mala ulazna otpornost. Kod naponskog izlaza poželjna je mala izlazna otpornost (mnogo manja od otpornosti potrošača), suprotno tome pri strujnom izlazu poželjna je velika izlazna otpornost. Takve

idealizovane

pojačavače

je

nemoguće realizovati sa prostim tranzistorskim

konfiguracijama. Postoje međutim višestepeni integrisani pojačavači koji se ponašaju kao

približno idealni naponski pojačavači sa velikim naponskim pojačavačem. Takvi pojačavači nose naziv operacioni pojačavači. Postoji na tržištu veliki izbor operacionih pojačavača i zbog idealnog ponašanja vrlo široko se primenjuju. Nasuprot složenoj unutrašnjoj strukturi, operacioni pojačavač se smatra za osnovnu elektronsku komponentu Karakteristika pokazuje ono što je već unapred rečeno, da je operacioni pojačavači naponski pojačavač sa velikim pojačanjem. I po drugim aspektima se približava idealnom naponskom pojačavaču: ulazna otpornost mu je vrlo velika a izlazna otpornost vrlo mala.

VCC

Vo

VCC

V1

(V2-V)1

V2 Vo -VCC

-VCC

(a)

(b)

27



Za normalan rad operacionog pojaèavača redovno treba obezbediti dvostruko, simetrično napajanje (+VCC, -VCC ). Masa se redovno ne priključuje na operacioni pojačavač (eventualno pri jednostrukom napajanju). Novina u odnosu na običan naponski pojačavač je da poseduje dva ulaza (sa - je označen invertujući ulaz a sa + neinvertujući ulaz), ulazni naponi dovedeni na njih su označeni sa V1, V2. Operacioni pojačavač pojačava signal po formuli: V0 = A(V2 - V1).

KOLA SA OPERACIONIM POJAČAVAČIMA A) Sleditelj napona. VCC

Kod ovog kola kompletan izlazni napon je vraćen na invertirajući ulaz. Sleditelj napona se koristi kao odvojni stepen pošto mu je

A

naponsko pojačanje tačno jedinično, ulazna otpornost je izuzetno velika, a izlazna zanemarljiva.

VI

VO -VCC

B) Invertirajući pojačavač

Može se ostvariti sa precino definisanim pojačanjem. Tu se

R2

zapravo radi o strujnom upraljanom naponskom pojačavaču sa

VCC

negativnom povratnom spregom. U takvim slučajevima pri analizi bi bilo potrebno pretvoriti realni naponski generator

R1 A VI

VO

koga čine elementi V1 I R 1 u realni strujni generator I tako -VCC

sprovesti analizu.

C) Pojačavač za sabiranje signala

VI1

R1

I u ovom slučaju polazimo od uslova V1 = 0. Proizvoljno su

VI2

R2

uzeta tri ulaza, na ovaj n ačin se može sumirati I veći broj ulaza

VI3

R3

RO

VCC

po potrebi I faktori množenja u zbiru se mogu birati slobodno.

A VO

-VCC

28



D) Neinvertujući pojačavač

R2

I sleditelj napona je neinvertujućeg karaktera, ali mu se ne može

VCC

podešavati pojačanje. Nasuprot tome, pojačanje sklopa na slici

R1

se može podešavati u izvesnim granicama. Ovde se radi o

A

naponskom pojačavaču sa naponskom povratnom spregom.

VI

VO

-VCC

E) Diferencijalni pojačavač Operacioni pojačavač već samo po sebi se ponaša kao

VIA

R1

R2

R1

R2

pojačavač razlike napona, nažalost, zbog prevelikog pojačanja, ne može se koristiti direktno. Primenom povratne sprege može VIB

se konstruisati odgovarajući diferencijalni pojačavač.

VO

F) Kolo za integraljenje

Pri analognoj obradi signala često se javlja potreba za

C

određivanje vremenskog integral ulaznog signala, Kolo koje može da obavi integraljenje u vremenskom domenu je prikazano na slici. I kod ovog kola se može primeniti

R

vI

vO

predpostavka da je invertujući ulaz operacionog pojačavača na virtuelnoj masi.

G) Kolo za diferenciranje

R

Zamenom RC elemenata se dobija kolo za diferenciranje C

prikazano na slici. Struja kondenzatora je srazmera sa izvodom ulaznog napona. Kolo se dosta retko koristi. Razlog tome je

vI

vO

velika osetljivost na smetnje I sklonost ka zaoscilovanju.

29

ENERGETSKA ELEKTRONIKA.pdf

Recommend Documents