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 aktuatora) 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) Magnetni pojačivači

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

Usvajanjem sledećih baznih vrednosti: 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 posmatrani aktuator je podsistem u nekom složenom sistemu, tada se mora voditi računa o kompatibilnosti baznih vrednosti u celom dinamičkom sistemu. Usvajanjem sledećih baznih vrednosti:

Možemo sprovesti postupak normalizacije

Kod ovog aktuatora važi: BLOK DIJAGRAM: N: uf=uc +  if f -1() 1 pTf f ωg  ua e Ra ia pTa Kod ovog 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 konkretan dinamički sistem, naime odrediti relaciju ua (ia,?,t), zatim linearizovati model i tek tada se mogu određivati prenosne funkcije i pojačanja.

Vard Leonardova grupa PM G M  Ua Uc=Uf

ISPRAVLJAČI Iz perspektive danas aktuelnih ispravljača za pogone sa jednosmernim motorom 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 Energetski pretvarači.

GENERATOR OKIDNIH IMPULSA Strukturna šema ispravljača: MREŽA Peu= V~ I~   cos () SINHRONI-ZACIJA (“TESTERE”) uc GENERATOR OKIDNIH IMPULSA POJAČAVAČ IMPULSA TIRISTORSKI MOST JEDNOSMERNI IZLAZ (Pa;ua;ia) UGAO PALJENJA  IMPULSI

Dijagram pretvaranja komandnog napona uc u ugao paljenja  uc max min uc uc min max   2  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 ovog 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.

Režim prekidnih struja 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 i transcendentne prirode ova jednačina se može rešiti samo numerički!!! Maksimalna vrednost za ugao  je: - Granica prekidnog režima, posle koje 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 srednja 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:

 [o/min] Memin Me 1000 800 Granica prekidnosti Ld=0 600 o neprekidni režim 400 30 45 200 60 Me 20 40 75 60 30 prekidni režim 90 -200 Ovde ima neka belina? -OK 105 -400 120 -600 135 150 -800 180

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

U dinamičkim režimima most unosi transportno kašnjenje, međutim, zbog pojednostavljenja analize most 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: Promena ugla paljenja se može dogoditi bilo kada, dok promena napona nastaje tek nakon uključenja odgovarajućeg tiristora. ua Ua1 Ua2 4 3 1  2 2  Td

Ukupno pojačanje ispravljača U praksi je: Prenosna funkcija ispravljača:

Trofazni tiristorski 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  t  2 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 ne javlja često; analiza režima prekidnih struja je u principu ista kod svih vrsta ispravljanja.

Režim neprekidnih struja ispravljački režim rada 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 rada 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.

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

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:

Četvoro- kvadratni rad sa preklopnikom Regulacija brzine za male brzine reversa! Logičko kolo: - promena stanja prekidača samo kada je ia = 0 - položaj prekidača u funkciji od znaka ia*

Četvoro-kvadratni rad sa dva anti-paralelna mosta (razdeljeno upravljanje) isti hladnjak

Četvoro-kvadrantni rad sa kružnom strujom

Četvoro-kvadrantni rad sa kružnom strujom (saglasno upravljanje) Koristi se za ostvarivanje brzih reversa (promene znaka) momenta. me  C1 – ISP. C2 – INV. C1 – INV. C2 – ISP.

Dijagram trenutnih vrednosti napona kružna struja samo za Uglovi nisu OK!,

Vard Leonardova grupa zamajac PM G M DB  g ia Ref. Vc if Reg A

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

Ua Ia Klasa A Ua Ia Klasa C Ua Ia Klasa B Ua Ia Klasa D Ua Ia Klasa 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). Ea + - V is ia iG1 vAK1 Q1 iD Ua D1 La Ra vR (a) eL Ia Ua

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

ČOPER KLASE B (podizač napona) Ua Ia 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

t tON Tp iG2 ia Ia1 Ia2 iD2=is iQ2 vAK2 V is

ČOPER KLASE C Ua Ia is ia iG2 Q1 iQ1 D2 La Ra vR eL Ea V Q2 iQ2 iG1 Ovaj čoper omogućava rad u dva kvadranta i predstavlja kombinaciju 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 ia Šema čopera: Ua Ia is Q1 D2 E L R + - V iG1 eL vR Q2 + - is Q1 D2 L R + - vR eL E V iG1 ia D1 Q2 iG2

ČOPER KLASE E Ua Kombinacija dva čopera klase C omogućava četvorokvadrantni rad. Šema čopera je na slici. Q1 - Q4 - ON Ia Q2 - Q3 - ON + - + - is ia Q1 Ua D2 La Ra vR eL Ea V Q2 D1 D4 D3 Q3 Q4 vD

Savremeni elektromotorni pogon sa motorom jednosmerne struje napajanim iz čopera