AUTONOMNI IZMJENJIVAČI II. Smanjivanje THD-a – Metoda uklanjanja harmonika – Metoda poništavanja harmonika – Metoda premještanja harmonika (metoda širinsko-impulsne modulaci-je, metoda modulacije širine impulsa, PWM)

Metoda uklanjanja harmonika Ideja je da se odabere takav δ da nema nekih harmonika.

 = 2

Amplituda sinusnih članova iznosi: Amplituda trećeg harmonika iznosi: Izborom δ može se potpuno otkloniti treći harmonik. Treći harmonik ne postoji ako je δ = 30o el.

Grafičko tumačenje integranda integrala: Pozitivne slabo zatamnjene površine jednke su negativnim jako zatamnjenim površinama. Zato je uklonjen treći harmonik iz kvazipravokutnog valnog oblika.

Peti harmonik iznosi: Grafičko tumačenje integranda ovog integrala za δ = 30o el. dobije se polaganjem kvazipravokutnog valnog oblika bez trećeg harmonika na sinusoidu sin 5ωt: 180 : 5 = 36 Vidi se da integral nije jednak nuli.

Uistinu, uklonjeni su svi harmonici reda 3n Uistinu, uklonjeni su svi harmonici reda 3n. Za taj valni oblik se kaže, u tehničkom žargonu, da je oslobođen od 3n harmonika. To se može dokazati analizom Fourierovih koeficijenata.

Primjer: Istodobno uklanjanje trećeg i petog harmonika Ideja: u valnom obliku odabrati dva parametra; prvim (δ) se uklanja treći harmonik, a drugim peti (γ).

Žljebove treba umetnuti tako da ostane uklonjen treći harmonik Žljebove treba umetnuti tako da ostane uklonjen treći harmonik. Očito, središte žljeba treba biti u 60o i u 120o.

Sada treba odabrati takovu širinu žljeba da nestane peti harmonik: Poluširina žljeba treba biti 6o el. Pozitivni i negativni mali trokutasti isječci poništavaju jedan drugi, a zbroj dviju negativnih površina osnovice četvrtine periode (petog harmonika) poništava jednu pozitivnu površinu osnovice poluperiode (petog harmonika).

Metoda poništavanja harmonika

Primjer: Istodobno uklanjanje trećeg i poništavanje petog harmonika Uzmu se dva izmjenjivača. Svaki izmjenjivač daje kvazipravokutni napon koji nema trećeg harmonika. Zato se kombinacijom ova dva kvazipravokutna napona ne može dobit napon koji sadrži treći harmonik. No, odgovarajućim “faznim pomakom” ova dva kvazipravokutna napona može se dobiti napon koji ne sadrži peti harmonik.

180 : 5 = 36 30 + 36 = 66

Metoda premještanja harmonika MODULACIJA ŠIRINE IMPULSA (PWM)

Prisjetimo se definicije THD: Treba naći Va rms i Vac rms. Računamo:

Dakle, napon dobiven širinsko-impulsnom mdulacijom i pravokutni valni oblik napona imaju u osnovi jednak faktor THD. Pa, u čemu je onda prednost širinsko-impulsnog moduliranog napona?

Harmonici PWM valnog oblika imaju mnogo veću frekvenciju od onih pravokutnog valnog oblika. Ako se trošilo napaja preko jednostavnog induktivnog filtra, za postizanje željenog faktora THD valnog oblika struje vrijednost induktiviteta je mnogo manja u pretvarača s PWM valnim oblikom izlaznog napona nego u pretvarača s pravokutnim valnim oblikom izlaznog napona.

- NAČELO

a) Bipolarna modulacija širine impulsa

Amplitudni indeks modulacije: Frekvencijski indeks modulacije:

b) Unipolarna modulacija širine impulsa Napomena: Parovi grana A i B upravljaju se odvojeno, za par grana A upravljački signal je VC, dok je za par grana B upravljački signal -VC

Uočite: Došlo je do efektivnog udvostručavanja sklopne frekvencije, iako je frekvencija signala nosioca nepromijenjena u odnosu na bipolarnu modulaciju.

c) Unipolarna modulacija širine impulsa – nesimetrična izvedba Pretpostavka: Sklopke para grana A upravljaju se visokofrekvencijskim signalom iz komparatora, dok se sklopke para grana B opravljaju predznakom (sign) upravljačkog signala VC

Izmjenjivači spregnuti transformatorom a) Niskofrekvencijski transformator

b) Visokofrekvencijski transformator

modulator demodulator

TROFAZNI IZMJENJIVAČI

Slika 8. 18. b) Trofazno trošilo u Y-spoju Slika 8.18. b) Trofazno trošilo u Y-spoju. c) Trofazno trošilo u Δ-spoju.

Kako odabrati sklopni raspored Kako odabrati sklopni raspored? Sklopke a1 i a2, b1 i b2, te c1 i c2 sklapaju u protutaktu. Nadalje, sklopni trenuci sklopki a1– b1– c1 i sklopki a2 – b2 – c2 su pomaknuti za 120o el.

Uočite: linijski naponi ne sadrže treći harmonik!

Primjer 8.5. Trofazni izmjenjivač sa srednjom točkom u istosmjernom naponskom izvoru

Razlika prema mosnom spoju je samo u dostupnoj srednjoj točki izvora i srednjoj točki trošila (trošilo mora biti u Y-spoju). Svaku fazu napaja zasebni izmjenjivač u polumosnom spoju. Polumosni spojevi su nezavisni, pa se faznim naponima može nezavisno upravljati. Ovdje je uzeto da sklopke sklapaju u protutaktu i da su zatvorene 180o el. Postoje i drugi sklopni rasporedi, primjerice takvi koji daju kvazi-pravokutni fazni napon. Moguć je samo dvorazinski rad.

Zbroj linijskih izlaznih napona i zbroj faznih izlaznih struja mora biti jednak nuli (Kirchhoffov zakon napona i struje). Primjerice za fazne struje:

zbroj faznih struja može biti jednak nuli samo onda, ako fazne struje ne sadrže 3n (3, 6, 9, 12, …) harmonike. Iz činjenice da fazne struje ne sadrže 3n harmonike slijedi da granske struje simetričnog -trošila trofaznog izmjenjivača ne sadrže 3n harmonike.

Dakle, niti granske struje: niti fazne struje: ne sadrže 3n harmonike.

Da granska struja ne sadrži 3n harmonike može se pokazati razvojem granske struje u Fourierov red: A = Vdc/R

Ili ako se izračunaju Fourierovi koeficijenti za δ = π/6: Parni 3n harmonici ne postoje.

Da fazna struja ne sadrži 3n harmonike može se pokazati razvojem fazne struje struje u Fourierov red: Pokažite!

TROFAZNI IZMJENJIVAČ S PWM UPRAVLJANJEM

TROFAZNI IZMJENJIVAČ S PWM UPRAVLJANJEM

TROFAZNI IZMJENJIVAČ S PWM UPRAVLJANJEM HARMONICI IZLAZNOG LINIJSKOG NAPONA