AKTUATORI U JEDNOSMERNOM POGONU Pojačivači snage Pojačivači snage Pojačivači snage Pojačivači snage Uređaji za napajanje električnom energijom jednosmernih motora u Uređaji za napajanje električnom energijom jednosmernih motora u pogonima, pre svega regulisanim. ENERGETSKI ULAZ ULAZ AKTUATOR UPRAVLJAČKI P uu P eu + u + e M L d a ULAZ uu u a e + i a a a a a a eu a a uu i u P P i u P η η = = <<
45
Embed
AKTUATORI U JEDNOSMERNOM POGONU - pogoni.etf.rs aktuatori.pdf · - ili je posmatrani aktuator podsistem u nekom složenom sistemu, tada se mora voditi računa o kompatibilnosti baznih
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
AKTUATORI U JEDNOSMERNOM POGONUPojačivači snagePojačivači snagePojačivači snagePojačivači snage
Uređaji za napajanje električnom energijom jednosmernih motora uUređaji za napajanje električnom energijom jednosmernih motora u pogonima, pre svega regulisanim.
ENERGETSKI ULAZULAZ
AKTUATORUPRAVLJAČKIPuu
Peu
+
u
+
e M
Lda
ULAZuu ua e
+ ia
a
aa
a
aeu
aauu
iuPP
iuP
ηη==
<<
Snaga na upravljačkom ulazu ima isključivo električnu prirodu.
ccuu iuP =
Napon uc – KOMANDNI NAPON, može biti znatno manji od napona ua.
U najvećem broju slučajeva:
caa uku =
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: Statički (kon ertori) akt atori
mehanička ili električna (u naizmeničnom ili jednosmernom obliku).
Statički (konvertori) aktuatori1. Ispravljači (AC/DC)2. Čoperi (DC/DC)3. Magnetbi pojačivači2. Amplidin g p j
GENERATOR JEDNOSMERNE STRUJE
“DINAMIČKI SISTEM”“DINAMIČKI SISTEM”
+
Ra La
+
uf
if Rf
Lf
Nf
ϕf
+ e
Gmg, θg =const.
ua
Jednačine
+ ia+
Diferencijalne: Algebarske:
f iRd
Nϕ
( )gfce ⋅⋅= ωϕ
aaaa
a
ffff
f
iRuedtdiL
iRudt
N
−−=
−= ( )( )
afg
aaa
ff
icmtiuu
if
⋅⋅==
=
ϕ
ϕ
?;;
fg
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:
fbffb iRu =
( )fbfb
bfbababab
fff
fi
ciRu
ϕ
ωϕ1−=
==
***
fff
fb
bf iudt
du
N−=
ϕϕ
****
aab
aa
a
ab
a
a
a
fb
e
iRRue
dtdi
RR
RL
⋅=
−−=
ωϕ
( )( )****
***
***
,?,aaa
ff
gf
tiuu
ife
=
=
=
ϕ
ωϕ
N:
*** afg im ⋅=ϕ
N:ffff
iRiRTiupT −=ϕ
aaaaaa iRuepiRT −−=
i
BLOK DIJAGRAM:
N:
uf=uc+
−
iff -1(ϕ)
1 ×e
+ 1−
ia1
N:
pTf ϕf
ωg ua
−Ra + apTa
Kod ovoga aktuatora važi:g
ffgggeu
aaa
ffuu
imPiuP
iuP
⋅⋅=⋅=⋅=
⋅=
ϕωω ffgggeu ϕ
Ako se zanemare gubici na trenje, ventilaciju i u gvožđu, važi:
aa R−=1η
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 j g ,odredirti relaciju ua (ia,?,t), zatim linearizovati model i tek tada se mogu određivati prenosne funkcije i pojačanja.
ISPRAVLJAČIISPRAVLJAČI
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:
f i i i lj č- monofazni mosni ispravljač;
- trofazni mosni ispravljač.
Detaljno proučavanje ovih ispravljača radi se u okviru predmeta EnergetskaDetaljno proučavanje ovih ispravljača radi se u okviru predmeta Energetska elektronika.
Zbog svoje složenosti ova jednačina se može rešiti samo numerički!!!
Maksimalna vrednost za ugao β je:Maksimalna vrednost za ugao β je:
απβ +=max
Granica prekidnog režima, posle nastaje neprekidni režim (sa kontinualnom strujom).
Srednja struja u prekidnom režimu je:
( ) ( )∫=β
α
Ωπ
ωα tdiI aa1,
iliili
( ) ( )( )ωψωαωα faaa
aaa U
RREUI −=
−= ,1,
Srednja vrednost ispravljenog (jednosmernog) napona je:
( ) ( ) ( )[ ]αββαπωψωα coscos21, −⋅⋅−−+⋅= VU fa ( ) ( ) ( )[ ]ββψπ
, fa
Zbog vremenski promenljive struje pri stalnom fluksu ima se i promenljiv momenat, njegova srednje vrednost je:
( ) ( )ωαψωα ,, afe IM ⋅=
Poslednji izraz predstavlja MEHANIČKU KARAKTERISTIKU u prekidnim režimima, koja je očigledno nelinearna.
Režimi sa neprekidnim strujamaRežimi sa neprekidnim strujama
v
vANvBN vAN
Ea
0
V2
η
π
2π
3πΩ t
( )
Veće brzine i velikoOperećenje. Ω t
Ω t
(a)
0 (b)3π2ππα
iGA
iGB
0 3π2ππia iA iB iA
Ω tγ
(c)
0Ω t
Ω t
(d)3π
3
2π
2π
πα η β
V2Ua
vAN vBN vAN
0(e)
3ππ
Analitičke relacije koje važe u režimu neprekidnih struja Srednja vrednostAnalitičke relacije koje važe u režimu neprekidnih struja. Srednja vrednost ispravljenog napona je:
( ) απ
α cos22 VUa =π
Takođe važi i relacija:
( ) aafaaaa IRIREU +=+= ωψα
Sada se može izvesti statička karakteristika:
af
a
f
IRVψ
απψ
ω −= cos22
ff ψπψDok je MEHANIČKA KARAKTERISTIKA linearna i glasi:
a MRV αω cos22−={
eff
M
ωΔω
ψα
πψω 2
0
cos=43421
ω [ob/min]1000
MenomGranica prekidnostiL =0
800
600
( )( )
gr
IMωαβαπβ ,max =+=
Ld=0αo
03045
600
400
( )grafegr IM ωαψ ,=
Me(Nm)
kid i
45
60
5075403020
200
prekidni
( )( )grafegr
gr
IM ωαψ
ωαβαπβ
,,max
=
=+=
( )neprekidni režim
30
-200 90
105
prekidnirežim
-400
-600
120
135
-800150180
Prenosna funkcija mosta
Most je nelinearan sistem! Pojačanje se određuje linearizacijom.
0.5
1
0Ua α( )
0 90 1801
0.5
( ) [ ]V/STEPEN013,015030
150cos30cos22 00
−=−
==παΔ
Δ VUk amos
α
15030 −παΔ
U dinamičkim režimima most unosi transportno kašnjenje,međutim, zbog pojednostavljenja analizeon se može predstaviti kao član sa kašnjenjem prvog reda:
( )d
mosmos pt
kpG+
=1
Gde je: td – srednje vreme kašnjenja koje je za monofazni most napajan iz naizmenične mreže sa 50Hz:iz naizmenične mreže sa 50Hz:
ms522
121
===f
Ttd ππ
Objašnjenje je opisano na sliciObjašnjenje je opisano na slici.
uaUUa1
0
Ua2
4π3π α2α1 π 2π α2Ω t
Ukupno pojačanje ispravljača
( ) [ ]/Vkkk ( ) [ ]/013,0max
minmaxc
mosgiis uVkkk αα −=⋅=
U praksi je:0
0max
0min
1601503010
−=
−=
α
α
P f k ij i lj čPrenosna funkcija ispravljača
( ) isis pt
kpG+
=1 dpt+1
Trofazni mostOva konfiguracija ispravljača danas se najčešće koristi u praksi PrincipijelnaOva konfiguracija ispravljača danas se najčešće koristi u praksi. Principijelna
šema trofaznog mosta data je na slici.
∼- +van
isa a
Q1Q3 Q5iG3 iG1 iG5
ia
ua∼- +vbn
isb b i3
i6
i1
i4
i5
i2
G3 G5
n
∼- +vcn
iscc
Q6 Q4 Q2iG6 iG2iG4
V2v vab vbc vca
Ω t0 π 2π
Ω t
Kod ovog načina ispravljanja takođe postoje režimi sa prekidnom i g p j j p j pneprekidnom strujom.
Režim PREKIDNIH STRUJA nećemo proučavati iz dva razloga:
zbog višefaznog ispravljanja ovaj režim se retko javlja;- zbog višefaznog ispravljanja ovaj režim se retko javlja;
- analiza režima prekidnih struja je u principu ista kod svih vrsta ispravljanja.
Familije mehaničkih karakteristika za različite uglove paljenja date su na slici.
ω [ob/min][ ]1500
α=30o
α=0o
1000
500
α=60o
α=45o
Granica prekida Ld=0
Prekidni režim500
0 50 100 150 200 250
α=75o
Me [Nm]Menom
-500α=105o
α=90oNeprekidni režim
-1000
α=150o
α=135o
α=120o
-1500 α=180o
Pojačanje trofaznog mosta je:
( ) [ ]V/stepenV0195.015030
150cos30cos23 oo
−=−
=ΔΔ
=πα
VUk amos 15030−Δ πα
Srednje vreme kašnjenja:211 π ms66,122
21
21
===f
Ttd ππ
ČETVOROKVADRANTNI POGON
Važno je istaći da jedan punoupravljivi most obezbeđuje rad pogonu samo u dva kvadranta Rad u četiri kvadranta može se ostvariti: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:
παα
21
21
21
aa
aa
uuUU
≠−==− παα
IV- kvadratni rad sa preklopnikom
Ld
TGMuc
6x
IV- kvadratni rad bez kružne struje(razdeljeno upravljanje)
Lk Lk Lk
ia* Ld
TGMuc LOG.-
iaia
isti hladnjak
IV- kvadratni rad sa kružnom strujom(saglasno upravljanje)
Za ostvarivanje bržih reversaZa ostvarivanje bržih reversaLc i1
ω
o21 180=+ααω
C1 - ISP C1 - ISP
C1
MLd ia
me
C2 - INV C2 - INV
C1 - INV
C - ISP
C1 - INV
C - ISPC2
Lc i2
C2 - ISP C2 - ISP
III UU = III uu ≠ kružna struja(samo za α1=α2=90o )uu =⇒(samo za α1 α2 90 )III uu =⇒
o21 90==αα
Iuo
1 45=αo
2 135=α o2 135=α
o1 45=α
τω =t
IIu
III uu +
τω =t
Dijagram trenutnih vrednosti napona
Vard Leonardova grupaVard Leonardova grupag pg p
PM G MUa
ω
Uc=Uf
ČOPERI
U ZAVISNOSTI U KOJIM KVADRANTIMA JE MOGUĆ RADDELIMO IH NA KLASE, A, B ,C D i E
Ua Ua
Ia0
Ia0
CLASS A CLASS B
UaUa
Ia
0Ia0
CLASS DCLASS C
Ua
Ia
0
CLASS E
ČOPER KLASE A
(sp štač napona)(spuštač napona)
Na slici je prikazana šema ovog čopera i dijagrami karakterističnih veličina ži kid t j (b) i ži kid t j ( )u režimu prekidne struje (b) i režimu neprekidne struje (c).
U
is
vAK1
Q1
Ea
t
Ua
Ia
0+-
+- ViaiG1
vAK1
iDUaD1
La Ra+ - -+vReL
VTtu on=0(a)
iG1iG1
t0 tON Tp
ia
t0
ua
V
VTt
up
ona =
t0
Ea
(b)
iG1
t0 Tt ptON0 Tp
iaIa1Ia2 iQ1= is iD1
t0
t
ttON T0
ua
V
(c)tON Tp0
ČOPER KLASE B
(podizač napona)(pod ač apo a)
Šema i dijagram karakterističnih veličina u režimu neprekidne struje je dataŠema i dijagram karakterističnih veličina u režimu neprekidne struje je data na slici.
is
DUa
Ia +
+- Via
Q2
iQ
U
D2
La Ra+ - -+vReL
E+
0-
iG2vAK2
Ua
(a)
Ea
ČOPER KLASE C
Ovaj čoper omogućava rad u dva kvadranta i predstavlja supstituciju prethodna dva Šema i karakteristični dijagrami dati su na sliciprethodna dva. Šema i karakteristični dijagrami dati su na slici.
is
Ua
Ia +
+-ia
Q1
iQ1 D2
La Ra+ - -+vReL
VQ2
iQ2
iG1
iD2
D1a
0+-
iG2
Ua Ea
Q2
iD1
1
tt T
iG1
0
t
tON Tp0
0t
iG2
ia
Ia1 iQ1 iD1
VTt
up
ona =t
0
a1
Ia2
iQ1 iD1
iD2 iQ2Ua
VV
is
0
0
ČOPER KLASE D
Šema čopera:
is
Q1 D2Uo
I
+ -
Q1 D2
L R+ - -+
vReL
E
+V iG1
io
Q2Io
0
vo
D1
Q2
iG2
ČOPER KLASE E
Supstitucija dva čopera klase C omogućava četvorokvadrantni rad. Šema čopera je na slici.čopera je na slici.