ISPRAVLJAČI Ispravljači (AC-DC pretvarači) mogu biti neupravljivi, poluupravljivi poluupravljivi i upravljivi. Neupravljivi Neupravljivi ispravljači su sačinjeni od neupravljivih poluvodičkih poluvodičkih ventila (dioda), a poluupravljivi poluupravljivi od neupravljivih neupravljivih i polupravljivih polupravljivih poluvodičkih ventila (tiristora). Neupravljive Neupravljive i poluupravljive poluupravljive ispravljače karakterizira tok energije od izmjenične prema istosmjernoj strani pa se zato i nazivaju ispravljači. Ipak , upravljivi ispravljači, ispravljači, koji su sačinjeni isključivo od tiristora omogućavaju omogućavaju dvosmjeran tok energije. Pretvarači koji omogućavaju tok energije u oba smjera se, općenito nazivaju bidirekcijski pretvarači, a kod !"#! pretvarača pretvarača se takvi spojevi nazivaju usmjerivači.
1
DIODNI ISPRAVLJAČ I SPRAVLJAČII Dioa-!eupravljivi poluvoič"i ve!til POL#VALNI ISPRAVLJAČ Najjednostavniji Najjednostavniji ispravljač Ispravljački Ispravljački sklopovi ne daju istosmjerni napon konstantne vrijednosti vrijednosti i $rekvencije nula, već istosmjerni napon koji sadr%i izmjenične komponente koje uzrokuju variranje napona oko istosmjerne komponente. &vo variranje napona zove se valovitost. Poluvalni Poluvalni ispravljač daje valoviti izlazni napon. 'rekvencija valovite komponente ovog napona jednaka je $rekvenciji izmjeničnog napona izvora. rednja vrijednost ispravljenog napona d . (istosmjerna komponenta ispravljenog ispravljenog napona)* U d U DC =
=
U s π
=
√ 2 ∙U sef π
=
0.45 ∙ U sef
gdje je* s+ maksimalna maksimalna vrijednost napona izvora se$ + e$ektivna vrijednost napona izvora $ektivna vrijednost ispravljenog napona na omskom otporu e$ * U ef =
U smax 2
=
√ 2 ∙ U sef 2
=
U sef √2
'aktor oblika -o* U sef U √2 π = = 1.57 K o= ef = U d √ 2 ∙ U sef 2 π
'aktor valovitosti -v*
2
K v = √ K 20 −1=1.21
3
POL#VALNI ISPRAVLJAČ$I S$LOP OP%&R&'&N IND#$%IVNI %ROILO (RL) I*J&NIČNI NAPON I DIODA
Po!avlja!je+ " napon samoindukcije protivi se promjeni struje u zavojnici " kada struja raste zavojnica prima energiju iz izvora i koristi je za izgradnju magnetskog polja (napon na zavojnici u je pozitivan) "kada struja pada zavojnica djeluje kao izvor, magnetsko polje se razgra/uje i zavojnica predaje energiju strujnom krugu (napon na zavojnici u je negativan) -ada je napon izvora us pozitivan dioda je propusno polarizirana (u#+0) i vodi struju i d. 1bog induktiviteta d struja kasni za naponom, ali i zbog napona samoidukcije koji djeluje u smjeru struje kada se ona smanjuje, struja kroz diodu jo2 neko vrijeme nastavlja teći iako je napon izvora postao negativan. &vo vrijeme odgovara kutu 3. -ada struja kroz diodu padne na nulu, dioda preuzima negativni napon izvora i zaporno se polarizira. Napon na tro2ilu osim pozitivnih ima i negativne vrijednosti. rednja vrijednost napona na induktivnom tro2ilu d ovisi o impedanciji 1 i vremenskoj konstanti tro2ila τ. Ld τ = R d
4
I*,LAIVANJ& POL#VALNO ISPRAVLJ&NO, NAPONA
manjivanje valovitosti odnosno izgla/ivanje bilo poluvalno bilo punovalno ispravljenog napona obavlja se elektrolitskim kondenzatorom. 4remenska konstanta 5! tro2ila mora biti dovoljno velika u odnosu na period izmjeničnog napona. 4remenska konstanta τ +56! Primjer* +700 ms 8 + 90 ms τ
+70 ms 8 + 90 ms
τ
5
J&DNO.A*NI OSNI SPOJ&VI ISPRAVLJAČA-P#NOVALNI ISPRAVLJAČI /0 Ispravljač s vije ioe i tra!s1ormatorom sa sre!jom toč"om - oms"o tro2ilo
rednja vrijednost ispravljenog napona d (istosmjerna komponenta ispravljenog napona)* U d =U DC =
2 ∙ U s
π
=
2 ∙ √ 2 ∙ U sef
π
= 0.9
∙ U sef
$ektivna vrijednost ispravljenog napona na omskom otporu e$ * U ef =
U s √ 2 ∙ U sef = = U sef √2 √2
$ektivna vrijednost napona na tro2ilu jednaka je e$ektivnoj vrijednosti napona izvora. 'aktor oblika -o* K o=
U ef U sef = = 1.11 U d 0.9 ∙ U sef
'aktor valovitosti -v* 6
K v = √ K 20 −1=0.48
'aktor valovitosti punovalno ispravljenog napona (0.:;) je znatno manji od $aktora valovitosti poluvalno ispravljenog napona (7.97).
7
30 Ispravljač s četiri ioe u mos!om spoju (,reat4ov spoj) - oms"o tro2ilo
Prednosti punovalnih ispravljača u odnosu na poluvalne* " manja valovitost istosmjernog napona " bolji $aktor snage
Izgla/ivanje napona se tako/er vr2i kondenzatorom kao i kod poluvalnih ispravljača.
8
.A*NO #PRAVLJIVI ISPRAVLJAČI koliko umjesto neupravljive diode koristimo upravljivi tiristor, dobivamo $azno upravljive ispravljače s mogućno2ću promjene srednje vrijednosti napona na tro2ilu pomoću kuta upravljanja α.
#PRAVLJIVI POL#VALNI ISPRAVLJAČ "
oms"o optere5e!je rednja vrijednost napona d na tro2ilu* U d =
U s U ∙ ( 1 + cos α )= d 0 ∙ ( 1 + cos α ) 2 π 2
8iristor je poluupravljivi ventil. 1a razliku od diode, on neće provesti struju kad na njega djeluje pozitivni napon izvora bez upravljačkog pozitivnog impulsa na geitu. 8renutak dovo/enja ovog impulsa odre/en je upravljačkim kutom α koji mo%e poprimiti bilo koju vrijednost izme/u 0= i 7;0= tako da istosmjerna komponenta napona na tro2ilu ovisi o ovom kutu. -ada tiristor uklopi, on ostaje uklopljen (i kad upravljački signal zavr2i) sve dok struja ne padne na nulu 2to se u slučaju omskog otpora doga/a kada izmjenični napon izvora prolazi kroz nulu (kod omskog otpora struja i napon su u $azi) -ada je napon izvora negativan, tiristor preuzima negativni napon izvora i ne vodi struju. 9
Ponavljanje: cos0 ° =1cos90 ° =0 cos 180 ° =−1
90 ° =
π 2
rad 180 ° πrad 360 ° =
=
2 πrad
pravljačka karakteristika je ovisnost srednje veličine izlaznog napona o upravljačkoj veličini tj. o kutu upravljanja α. pravljačka karakteristika tiristorskog poluvalnog ispravljača s omskim otporom pokazuje da s porastom kuta upravljanja pada vrijednost istosmjernog napona na tro2ilu. -ada je kut upravljanja 7;0= napon na tro2ilu je nula.
Napon na omskom otporu u ovisnosti o kutu upravljanja
α.
10
*a"ljuča"+ u krugu s oms"im otporom, struja je u $azi s naponom na omskom otporu, pa tiristor propu2ta samo pozitivni dio perioda sinusoide TIRISTOR OPTEREĆEN INDUKTIVNIM TROŠILOM
Napon na induktivnom tro2ilu u ovisnosti o kutu upravljanja
α.
8ro2ila s induktivnim karakterom uvode $azno ka2njenje struje > stanje vo/enja tiristora se prouljuje u odnosu na omsko opterećenje. Izlazni napon poprima i negativne vrijednosti. ?ez obzira na karakter tro2ila, struja kroz tiristor je istog smjera. 11
JEDNOFAZNI MOSNI SPOJ TIRISTORSKOG ISPRAVLJAČA
ovom slučaju tro2ilo je oms"i otpor.
-ada je pozitivni poluval napona izvora i na geitu upravljački impuls, vode tiristori 8 7 i 8:. Prestaju voditi kada struja padne na nulu (tada je i napon izvora 0 i prelazi na negativne vrijednosti). Nakon toga uklapaju tiristori 8 9 i 8@. rednja vrijednost napona na omskom tro2ilu* U dsr =U d=
U s U ∙ ( 1 + cos α ) = d 0 ∙ ( 1+ cos α ) π 2
d0 je srednja vrijednost napona na tro2ilu tj. istosmjerna komponentna izlaznog napona kada je upravljački kut α+0 (odgovara srednjem naponu kod punovalnog diodnog ispravljača). 8ada ćemo dobiti punovalno ispravljeni napon na tro2ilu kao u mosnom spoju sa diodama. pravljačka karakteristika tiristorskog mosnog spoja s omskim otporom slična je karakteristici poluvalnog tiristorskog ispravljača s omskim otporom.
12
Izgled napona na tro2ilu kada je kut upravljanja A0=.
U d =
U d 0 2
13
J&DNO.A*NI OSNI SPOJ %IRIS%ORS$O, ISPRAVLJAČA - i!u"tiv!o optere5e!je
$azno upravljivom ispravljaču svaki dijagonalni par tiristora vodi pola perioda. Prvo vode tiristori B7 i B9. ko drugi par tiristora B@ i B: ne uklope, struja nastavlja teći kroz prvi par tiristora i dr%i ih uklopljenim i nakon 2to je napon izvora postao negativan. B7 i B9 isklope kada B@ i B: dobiju upravljački signal i uklope. rednja vrijednost napona ud na tro2ilu iznosi* U d =
2 ∙ U s
π
∙ cos α =U d 0 ∙ cos α
14
&visnost srednje vrijednosti napona u d o kutu upravljanja α prikazana je na donjoj slici.
rednja vrijednost napona ud je negativna za
π 2
≤α ≤ π
. 1ato u tom području kuta
upravljanja energija teče od istosmjerne strane k izmjeničnoj. 5ad obilje%en smjerom toka energije od istosmjerne prema izmjeničnoj strani naziva se izmjenjivanje. Cosni spoj tiristora mo%e raditi samo ako je struja i d pozitivna (teče samo u jednom smjeru). protivnom tiristori ne mogu voditi.
#vokvadratna karakteristika pretvarača
8iristorski pretvarači koji mogu raditi u ispravljačkom i izmjenjivačkom području zovu se usmjerivači .
15
Napome!a+ -ada napon na tro2ilu ne mo%e poprimiti negativne vrijednosti npr. kod omskog otpora srednja vrijednost napona računa se prema izrazu* U dsr =U d=
U d 0 2
∙ (1 + cos α )
-ada napon na tro2ilu mo%e poprimiti negativne vrijednosti npr. kod punoupravljivih spojeva s jakim induktivnim opterećenjem srednja vrijednost napona računa se prema izrazu* U d =U d 0 ∙ cos α
16
#SJ&RIVAČ je elektronički učinski tiristorski pretvarač koji se s izmjenične strane spaja na izmjeničnu energetsku mre%u , a s istosmjerne strane daje ili uzima istosmjernu struju. -omutiran je izmjeničnom energetskom mre%om zato je impulsni ure/aj koji daje impulse za okidanje tiristora nu%no sinkroniziran na napon izmjenične mre%e. Jednosmjerni usmjerivač mo%e dati ili pozitivnu ili negativnu srednju vrijednost
napona kod jednog smjera strujeD ako je srednja vrijednost napona pozitivna izmjenična energetska mre%a daje energiju ( ispravljački način rada), a ako je negativna prima je (izmjenjivački način rada). Dvosmjerni usmjerivač (sastoji se od dva antiparalelno spojena jednosmjerna
usmjerivačka sklopa) mo%e dati ili pozitivnu ili negativnu srednju vrijednost napona kod oba smjera struje (naziva se i reverzibilni usmjerivač , jer se upotrebljava za reverziranje smjera vrtnje istosmjernih motora). smjerivači se upotrebljavaju npr. u istosmjernim veleprijenosima, u sustavima uzbude sinkronih generatora i istosmjernim elektromotornim pogonima. -od usmjerivača je moguća promjena toka energije.
17
Primjer tiristorskog pretvarača:
&vaj se tip tro2ila često javlja u praksi, istosmjerni motor, punjač baterija. truja tro2ila mo%e biti neisprekidana (kontinuirana) i isprekidana (diskontinuirana).
18
19
POL##PRAVLJIVI AC6DC PR&%VARAČI
20
P#NO#PRAVLJIVI AC6DC PR&%VARAČI
21
RA*LI$A I*&# POL##PRAVLJIVO, I P#NO#PRAVLJIVO, ISPRAVLJAČA
22
