AKTUATORI U JEDNOSMERNOM POGONU Pojačivači snage Uređaji za napajanje električnom energijom jednosmernih motora u pogonima, pre svega regulisanim. ENERGETSKI ULAZ AKTUATOR UPRAVLJAČKI ULAZ Puu Peu + ua e M Ld + ia

Generator jednosmerne struje 2. Amplidin Snaga na upravljačkom ulazu ima isključivo električnu prirodu. Napon uc – KOMANDNI NAPON, može biti znatno manji od napona ua. U najvećem broju slučajeva: gde je ka – konstanta pojačanja aktuatora. Snaga na energetskom ulazu može biti (u zavisnosti od vrste aktuara) mehanička ili električna (u naizmeničnom ili jednosmernom obliku). Vrste aktuatora Elektromehanički: Generator jednosmerne struje 2. Amplidin Statički (konvertori) aktuatori Ispravljači (AC/DC) Čoperi (DC/DC) Magnetbi pojačivači

GENERATOR JEDNOSMERNE STRUJE “DINAMIČKI SISTEM” + uf if Rf Lf Nf f e G mg, g =const. Ra La ua ia Jednačine Diferencijalne: Algebarske:

NORMALIZACIJA: Sistem baznih vrednosti bira se u zavisnosti od toga: -da li je posmatrani dinamički sistem nezavisan, tada se bira isto kao kod motora; - ili je posmatrani aktuator podsistem u nekom složenom sistemu, tada se mora voditi računa o kompatibilnosti baznih vrednosti u celom dinamičkom sistemu. Usvajanjem sledećih baznih vrednosti:

N:

Kod ovoga aktuatora važi: uf=uc +  if f -1() 1 pTf f ωg  ua e Ra ia pTa BLOK DIJAGRAM: N: Kod ovoga aktuatora važi: Ako se zanemare gubici na trenje, ventilaciju i u gvožđu, važi: Vezu između ulaznog signala i izlaza aktuatora ovde nije moguće odrediti jednoznačno jer je sistem složen i nelinearan!!! Potrebno je aktuator integrisati u konkretandinamički sistem, naime odredirti relaciju ua (ia,?,t), zatim linearizovati model i tek tada se mogu određivati prenosne funkcije i pojačanja.

ISPRAVLJAČI Iz perspektive danas aktuelnih ispravljača treba govoriti samo o poluprovodničkim ispravljačima, sa tiristorima i diodama, pri tome rešenja sa diodama, neregulisane ispravljače (samo diode) i poluupravljive ispravljače (razne kombinacije tiristora i dioda) treba samo pomenuti. Delimično ćemo proučiti, pre svega sa stanovišta elektromotornog pogona, dve vrste regulisanih ispravljača: - monofazni mosni ispravljač; - trofazni mosni ispravljač. Detaljno proučavanje ovih ispravljača radi se u okviru predmeta Energetska elektronika.

GENERATOR OKIDNIH IMPULSA Strukturna šema ispravljača: MREŽA Peu=V~I~  cos () MOST IMPULSI POJAČAVAČ IMPULSA (“TESTERE”) SINHRONI-ZACIJA GENERATOR OKIDNIH IMPULSA UGAO PALJENJA  uc JEDNOSMERNI IZLAZ (Pa;ua;ia) DIJAGRAM PRETVARANJA KOMANDNOG NAPONA ucU UGAO PALJENJA  v uc iG  t ucmax   2  3  +2  min max Pojačanje generatora impulsa:

Monofazni punoupravljivi most Sprega monofaznog mosta i jednosmernog motora ip is Np Ns vs ia if Q1 Q3 Q4 Q2 ua Ekvivalentna šema pomoću koje se može objasniti rad ovoga ispravljača - ~ + - + N A B vAN vBN Ea - + vR Ra ua iA iB La eL ia vAKA vAKB iGB QA QB iGA Analizom rada ovoga ispravljača može se utvrditi da postoji više različitih režima rada koji se mogu podeliti na dve osnovne grupe: - režime prekidnih struja, i - režime neprekidnih struja.

Prekidni režimi Male brzine, mala Elektromotorna sila. v vAN vBN Ea    2 3  t  iGA - iGB ia  iA iB ip ua Male brzine, mala Elektromotorna sila.

Za sve prekidne režime važe sledeće analitičke relacije: Jednačina naponske ravnoteže je:

čijim se rešavanjem dobija: gde je:

U prekidnom režimu važi: Rešavanjem ove jednačine po  dobija se: Zbog svoje složenosti ova jednačina se može rešiti samo numerički!!! Maksimalna vrednost za ugao  je: Granica prekidnog režima, posle nastaje neprekidni režim (sa kontinualnom strujom).

Srednja struja u prekidnom režimu je: ili Srednja vrednost ispravljenog (jednosmernog) napona je:

Zbog vremenski promenljive struje pri stalnom fluksu ima se i promenljiv momenat, njegova srednje vrednost je: Poslednji izraz predstavlja MEHANIČKU KARAKTERISTIKU u prekidnim režimima, koja je očigledno nelinearna.

Režimi sa neprekidnim strujama v vAN vBN Ea   2 3  t (a) (b)  iGA iGB ia iA iB (d) (e)  (c)  Ua Veće brzine i veliko Operećenje.

Analitičke relacije koje važe u režimu neprekidnih struja Analitičke relacije koje važe u režimu neprekidnih struja. Srednja vrednost ispravljenog napona je: Takođe važi i relacija: Sada se može izvesti statička karakteristika: Dok je MEHANIČKA KARAKTERISTIKA linearna i glasi:

Ovde ima neka belina? -OK

Most je nelinearan sistem! Pojačanje se određuje linearizacijom. Prenosna funkcija mosta Most je nelinearan sistem! Pojačanje se određuje linearizacijom.

Objašnjenje je opisano na slici. U dinamičkim režimima most unosi transportno kašnjenje,međutim, zbog pojednostavljenja analizeon se može predstaviti kao član sa kašnjenjem prvog reda: Gde je: td – srednje vreme kašnjenja koje je za monofazni most napajan iz naizmenične mreže sa 50Hz: Objašnjenje je opisano na slici. ua Ua1 Ua2 4 3 2 1  2  t

Ukupno pojačanje ispravljača U praksi je: Prenosna funkcija ispravljača

Trofazni most Ova konfiguracija ispravljača danas se najčešće koristi u praksi. Principijelna šema trofaznog mosta data je na slici. ua  - + van vbn vcn isa isb isc a b c Q1 Q3 Q5 Q6 Q4 Q2 i3 i6 i1 i4 i5 i2 iG3 iG6 iG1 iG5 iG2 iG4 ia n

v vab vbc vca  2  t Kod ovog načina ispravljanja takođe postoje režimi sa prekidnom i neprekidnom strujom. Režim PREKIDNIH STRUJA nećemo proučavati iz dva razloga: - zbog višefaznog ispravljanja ovaj režim se retko javlja; - analiza režima prekidnih struja je u principu ista kod svih vrsta ispravljanja.

Režim neprekidnih struja v vcb vab vac vbc vba vca Ea  t 3 2   /3 iG1 iG2 iG3 iG4 iG5 iG6 ia ua isa i5 i6 i1 i2 i3 i4

Režim neprekidnih struja, invertorski režim v vcb vab vac vbc vba vca Ea  t 3 2   /3 iG1 iG2 iG3 iG4 iG5 iG6 ia ua isa i3 i4 i5 i6 i1 i2

Srednja struja je: Mehanička karakteristika, koja je linearna je: Familije mehaničkih karakteristika za različite uglove paljenja date su na slici.

 [ob/min] Me [Nm] 1500 =0o =30o =45o 1000 Granica prekida Ld=0 -500 -1000 -1500 50 100 150 200 250 =180o =150o =135o =120o =105o =90o =75o =60o =45o =30o =0o Granica prekida Ld=0 Prekidni režim Neprekidni režim Me [Nm] Menom

Pojačanje trofaznog mosta je: Srednje vreme kašnjenja: U prvoj jednačini treba 3 umesto 2 -OK

ČETVOROKVADRANTNI POGON Važno je istaći da jedan punoupravljivi most obezbeđuje rad pogonu samo u dva kvadranta. Rad u četiri kvadranta može se ostvariti: - prevezivanjem jednog ispravljača, u slučajevima kada se ne zahteva brzi prelazak iz jedne u drugu poluravan; - antiparalelno povezivanje sa odvojenim upravljanjem (bez kružne struje), kod brzih prelazaka (najčešće u praksi); - antiparalelno povezivanje sa saglasnim upravljanjem (sa kružnom strujom), kod vrlo brzih prelazaka iz jedne u drugu poluravan. Kod rada sa kružnom strujom važi:

IV- kvadratni rad sa preklopnikom TG M uc 6x Ld

IV- kvadratni rad bez kružne struje (razdeljeno upravljanje) TG M ia* ia uc Ld LOG. - Lk isti hladnjak

IV- kvadratni rad sa kružnom strujom (saglasno upravljanje) Za ostvarivanje bržih reversa Lc i1 me  C1 - ISP C2 - INV C1 - INV C2 - ISP C1 Ld ia M C2 Lc i2

Dijagram trenutnih vrednosti napona kružna struja (samo za 1=2=90o ) Dijagram trenutnih vrednosti napona

Vard Leonardova grupa PM G M  Ua Uc=Uf

ČOPERI U ZAVISNOSTI U KOJIM KVADRANTIMA JE MOGUĆ RAD DELIMO IH NA KLASE, A, B ,C D i E

Ua Ua Ia Ia CLASS A CLASS B Ua Ua Ia Ia CLASS C CLASS D Ua Ia CLASS E

ČOPER KLASE A (spuštač napona) Na slici je prikazana šema ovog čopera i dijagrami karakterističnih veličina u režimu prekidne struje (b) i režimu neprekidne struje (c). Ua Ia + - V is ia iG1 vAK1 Q1 iD D1 La Ra vR (a) eL Ea

iG1 t tON Tp ia ua V Ea (b) Ia1 Ia2 iQ1= is iD1 (c)

ČOPER KLASE B (podizač napona) Šema i dijagram karakterističnih veličina u režimu neprekidne struje je data na slici. + - V is ia iG2 vAK2 Q2 iQ Ua D2 La Ra vR (a) eL Ea Ua Ia

ČOPER KLASE C Ovaj čoper omogućava rad u dva kvadranta i predstavlja supstituciju prethodna dva. Šema i karakteristični dijagrami dati su na slici. Ua Ia + - is ia iG2 Q1 iQ1 D2 La Ra vR eL Ea V Q2 iQ2 iG1 iD2 iD1 D1

t tON Tp iG1 iG2 ia Ia1 Ia2 iQ1 iD1 iD2 iQ2 Ua V is

ČOPER KLASE D Šema čopera: Uo Io is Q1 vo D2 L R + - vR eL E V iG1 io + - is Q1 vo D2 L R + - vR eL E V iG1 io D1 Q2 iG2

ČOPER KLASE E Supstitucija dva čopera klase C omogućava četvorokvadrantni rad. Šema čopera je na slici. Ua - Q4 - ON Ia - Q2 - ON

+ - + - is ia Q1 Ua D2 La Ra vR eL Ea V Q2 D1 D4 D3 Q3 Q4 vD

L C Rk Č M