-
Istosmjerna pretvorba izravna i neizravna*
-
Osnovna ideja istosmjerne pretvorbe*Linearni regulator
napona(nije rjeenje uinske elektronike). Istosmjerni pretvara pomou
preklopke.
-
Usporedba djelotvornosti linearnog regulatora i istosmjernog
pretvaraa*Istosmjerni pretvara (u ovom primjeru buck converter ili
silazni pretvara) postie znatno veu djelotvornost od linearnog
regulatora napona.
-
*Naelo upravljanja istosmjernim pretvaraima modulacija irine
impulsa (PWM modulacija)
-
Podjela istosmjernih pretvaraa*istosmjerni pretvarai bez
galvanskog odvajanjaistosmjerni pretvarai s galvanskim
odvajanjemoper etverokvadrantni oper (PWM istosmjerni
pretvara)silazni (engl. buck converter)uzlazni (engl. boost
converter)silazno-uzlazni (engl. buck - boost converter)
-
Neke primjene istosmjernih pretvaraa obnovljivi izvori
energije*
-
Neke primjene istosmjernih pretvaraa obnovljivi izvori
energije*
-
Pojam transformatorskih jednadbiPrva transformatorska
jednadbaDruga transformatorska jednadbaAko je jedna
transformatorska jednadba izvedena, druga se izvodi izjednaavanjem
ulazne i izlazne snage. Druga transformatorska jednadba moe se
dobiti i izravno: iz valnog oblika struje izvora UB.
-
Metoda izvoenja transformatorskih jednadbiNaputak:
transformatorske jednadbe istosmjernih pretvaraa koji sadre filtre
izvode se iz dva uvjeta:
srednja vrijednost napona na induktivitetu jednaka je nuli
srednja vrijednost struje kroz kapacitet jednaka je nuli.
To su uvjeti ustaljenog stanjaFaktor voenja D (optereenja,
upravljanja) moe se smatrati prijenosnim omjerom.
-
Istosmjerni silazni pretvaraPretpostavka: C je tako velik da je
ud = konst. Uoite da je srednja vrijednost struja kroz troilo
jednaka srednjoj vrijednosti struje kroz induktivitet. Jo uoite da
je srednja vrijednost napona na diodi jednaka srednjoj vrijednosti
napona na troilu.
-
Neisprekidani nain radaPolazi se od valnog oblika napona na
induktivitetu.Srednja vrijednost napona u ustaljenom stanju je
nula.Slijedi naponskatransformatorska jednadba:
-
Neisprekidani nain radaNaponska transformatorska jednadba je
evidentna. Srednja vrijednost napona na troilu jednaka je srednjoj
vrijednosti napona na diodi, jer je srednja vrijednost napona na
induktivitetu (u ustaljenom stanju) jednaka nuli.Strujna
transformatorska jednadba dobije se izjednaavanjem ulazne i izlazne
snage:
-
Istosmjerni silazni pretvara valni oblici u neisprekidanom nainu
rada
-
Struja troila kod koje nastupa isprekidani nain radaGranica
izmeu neisprekidanog i isprekidanog naina radaIdk = kritina struja
troilaDo isprekidanog naina rada dolazi kada se srednja vrijednost
struje troila smanjuje, primjerice zbog smanjenja potronje nekog
ureaja. Pri tome je valovitost struje nepromijenjena.
Kada se srednja vrijednost struje toliko smanji da minimalna
vrijednost struje prigunice padne na nulu, dosegnut je isprekidani
nain rada.
-
Struja troila kod koje nastupa isprekidani nain radaAko je UB =
konst.,onda je Idk = f(D) parabola.
-
Isprekidani nain radaSrednja vrijednost napona na prigunici mora
ostati jednaka nuli.
Trajanje negativne povrine se smanjilo, pa se stoga amplituda
negativnog napona mora poveati.
Dakle, izlazni napon pretvaraa raste, uz nepromijenjeni faktor
voenja D.
-
Isprekidani nain radaNaponska transformatorska jednadba:Treba
nai .
-
Isprekidani nain radaKonano:Transformatorska jednadba vie nije
linearna.
-
*Izlazne karakteristike
-
*Zadatak: Strujna transformatorska jednadba istosmjerni silazni
pretvaraIzvedite strujnu transformatorsku jednadbu istosmjernog
silaznog pretvaraa iz uvjeta da je srednja vrijednost struje kroz
kapacitet u ustaljenom stanju jednaka nuli.Srednja vrijednost
struje kroz troilo jednaka je srednjoj vrijednosti struje kroz
induktivitet.
-
Zadatak: Za istosmjerni silazni pretvara odrediti faktor voenja
D*Razmiljamo: L je tako velik da je struja troila id konstantna C
je tako velik da je njegov napon konstantan ako se zna napon na C,
onda je D = 5/UC dakle, treba odrediti UC kako je UC = 25 Is 0,2,
problem se svodi na odreivanje Is Is se odreuje metodom energetskih
odnosa (Pul = Piz)
-
*Prvo rjeenje nije fizikalno mogue.Zadatak: Za istosmjerni
silazni pretvara odrediti faktor voenja D
-
Istosmjerni uzlazni pretvaraPretpostavka: C je tako velik da je
ud = konst.
-
Neisprekidani nain radaSlijedi naponskatransformatorska
jednadba:Strujna transformatorska jednadbadobije se
izjednaavanjemulazne i izlazne snage:
-
Istosmjerni uzlazni pretvara valni oblici u neisprekidanom nainu
rada
-
Zadatak: Strujna transformatorska jednadba istosmjerni uzlazni
pretvaraIzvedite strujnu transformatorsku jednadbu istosmjernog
uzlaznog pretvaraa iz uvjeta da je srednja vrijednost struje kroz
kapacitet u ustaljenom stanju jednaka nuli.
-
*Zadatak: Istosmjerni uzlazni pretvaraUzlazni pretvara
(tranzistor i dioda su idealni) ima sljedee parametre: Ui = 50 V, L
= 250 H, tON = DT = 50 s , RL = 2,5 . Potrebno je odrediti: a)radnu
frekvenciju pretvaraa tako da pretvara radi u neisprekidanom nainu
rada pri izlaznom naponu UO = 75 V, b)srednje vrijednosti ulazne i
izlazne struje, c)kapacitet izlaznog kondenzatora potreban da
valovitost izlaznog napona ne bude vea od 1%
-
*Zadatak: Istosmjerni uzlazni pretvaraNa temelju
transformatorske jednadbe za uzlazni pretvara slijedi za potreban
faktor optereenja D = 1 Ui/UO = 1 50/75 = 1/3 = 0,333Budui da je
tON = DT = 50 s ; T = tON /D = 150 s. Slijedi radna frekvencija f =
1/T = 6,66 kHz.b)Srednja vrijednost izlazne struje jednaka je IO =
UO / RL = 75/2,5 = 30 A,pa je prema strujnoj transformatorskoj
jednadbi srednja vrijednost ulazne struje jednaka Ii = IO /(1-D) =
30/(1-1/3) = 90/2 = 45 APromjena struje kroz prigunicu (valovitost)
iznosi:
-
*Zadatak: Istosmjerni uzlazni pretvaraMinimalna i maksimalna
struja prigunice odreene su izrazima:to je prikazano na slici.
-
*Zadatak: Istosmjerni uzlazni pretvaraBudui da su komponente
pretvaraa idealne, moe se zanemariti ESR (ekvivalentni serijski
otpor) izlaznog kondenzatora.Promjena napona na kondenzatoru
odreena je valnim oblikom struje kondenzatora i iznosi:
-
*Zadatak: Istosmjerni uzlazni pretvaraPotrebna vrijednost
kapaciteta kondenzatora moe se odrediti pomou formule:
-
Istosmjerni silazno uzlazni pretvaraPretpostavka: C je tako
velik da je ud = konst.
-
Neisprekidani nain radaSlijedi naponskatransformatorska
jednadba:Strujna transformatorska jednadbadobije se
izjednaavanjemulazne i izlazne snage:
-
Istosmjerni silazno-uzlazni pretvara valni oblici u
neisprekidanom nainu rada
-
Zadatak: Strujna transformatorska jednadba istosmjerni
silazno-uzlazni pretvaraIzvedite strujnu transformatorsku jednadbu
istosmjernog silazno-uzlaznog pretvaraa iz uvjeta da je srednja
vrijednost struje kroz kapacitet u ustaljenom stanju jednaka
nuli.
-
Zadatak: Ogranienje radne frekvencije istosmjernih pretvaraa -
gubitci sklopkeIstosmjerni silazni pretvara s komutacijskim
induktivitetom Lc.Indeksi veliina koje se odnose na sklopne
elemente piu se velikim slovima.Gubitci postoje iako sklopka moe
biti idealna.
-
Jednostavniji proraun pomou valnog oblika gubitakaNpr. ako je US
= 2UB, Lc = 25 H, Id = 200 A, onda je:Zadatak: Ogranienje radne
frekvencije istosmjernih pretvaraa - gubitci sklopkeZa vjebu:
Izvesti izraz za Wi integriranjem umnoka us is.
-
IPES primjeri istosmjernih pretvaraa
-
IPES primjeri istosmjernih pretvaraa
-
IPES primjeri istosmjernih pretvaraa
-
etverokvadrantni oper (PWM istosmjerni pretvara)etverokvadrantni
oper (PWM istosmjerni pretvara) je najee koriteni pretvara za
istosmjerne servo pogone, ali i mnoge druge primjene. Istosmjerni
motor moe se nadomjestiti serijskim spojem protuelektromotorne sile
(protuEMS), otpora i induktiviteta.
-
etverokvadrantni operAnalizu rada PWM istosmjernog pretvaraa
jednostavnije je provesti uz pretpostavku idealnih sklopki.
Mogua su 3 razliita naponska stanja na troilu, koja se mogu
dobiti na 4 razliita naina. Napomena: analizira se pretvara s
naponskim ulazom
-
etverokvadrantni oper (napon na troilu +UB)Zatvore li se sklopke
S1 i S4, na troilu je pozitivni napon UB.
Struja troila iO raste. Zbog jednostavnosti pretpostavlja se da
je porast struje linearan. U sluaju prisustva protuelektromotorne
sile E, struja ovisi o odnosu uO i E.
-
etverokvadrantni oper (napon na troilu -UB)Zatvore li se sklopke
S2 i S3, na troilu je negativni napon -UB.
Struja troila iO pada, zbog jednostavnosti pretpostavlja se da
je pad struje linearan. U sluaju prisustva protuelektromotorne sile
E , struja ovisi o odnosu uO i E.
-
etverokvadrantni oper (napon na troilu 0)Zatvore li se sklopke
S1 i S3 ili sklopke S2 i S4, troilo je kratko spojeno, te je na
njemu napon jednak 0.
Struja troila iO se ne mijenja, zadrava vrijednost prije tog
stanja. Ovo vrijedi samo u idealnom sluaju, tj. kad ne bi postojali
djelatni otpori i protuelektromotorna sila. U stvarnosti, tijekom
ovog stanja struja se mijenja ovisno o iznosu R i E.
-
etverokvadrantni oper kako radi?
-
etverokvadrantni oper kako radi?
-
etverokvadrantni oper upravljanje sklopkama (bipolarna
modulacija)Napon na troiluStruja troila
-
etverokvadrantni oper upravljanje sklopkama (bipolarna
modulacija)
-
etverokvadrantni oper upravljanje sklopkama (unipolarna
modulacija)Napon na troiluStruja troila
-
etverokvadrantni oper upravljanje sklopkama (unipolarna
modulacija)
-
etverokvadrantni oper D, upravljaki i referentni naponi,
naponska transformatorska jednadbaKod mosnog spoja pretvaraa sa 4
sklopke, nije jednostavno definirati faktor optereenja.
Neka D1 bude faktor optereenja sklopke S1, odnosno omjer
trajanja voenja sklopke S1 i sklopne periode TS.
Analizom prikaza modulacije (unipolarne i bipolarne), moe se
pokazati da za obje modulacije vrijede omjeri:
-
etverokvadrantni oper D, upravljaki i referentni naponi,
naponska transformatorska jednadbaOmjer srednje vrijednosti
izlaznog napona i napona napajanja jednak je omjeru vrijednosti
upravljakog signala (reference) i vrne vrijednosti
visokofrekvencijskog signala nosioca (trokutni signal).
Ukoliko je kao faktor optereenja D definirano relativno trajanje
pozitivnog izlaznog napona (kao u primjeru IPES), tada je za
bipolarnu modulaciju D = D1, te gornji izraz ostaje
nepromijenjen.
Za unipolarnu modulaciju vrijedi D = 2D1-1, izraz se mijenja u
UO/UB = D, no za negativnu srednju vrijednost napona tako
definirani faktor optereenja D postaje negativan.
-
Upravljaki sklopovi za istosmjerne pretvaraeNajee se koriste
analogni integrirani krugovi posebne namjene.Starije rjeenje je s
integriranim krugom TDA1060. Taj se integrirani krug susree i na
laboratorijskoj vjebi.Postoje mnogobrojna novija tehnika rjeenja s
integriranim krugovima za upravljanje istosmjernim pretvaraima.
Mogu se pronai na internetu pod kljunim rijeima DC/DC PMW control
IC. Upravljanje istosmjernim pretvaraem moe biti u naponskom ili
strujnom nainu rada.
-
*Naponsko upravljanje pretvaraimaAnalogna izvedba sklopa za
generiranje upravljakog signala
-
Naelo naponskog upravljanja pretvaraimaNa pojaalu pogreke
usporeuju se stvarna (izmjerena) i eljena vrijednost napona (najee
izlaznog).
Signal pogreke usporeuje se s visokofrekvencijskim signalom
nosiocem.
Rezultat usporedbe je pravokutni upravljaki signal za sklopke
pretvaraa.
-
Strujno upravljanje pretvaraima (I)
-
Naelo strujnog upravljanja pretvaraima (I)Postoje razliite
izvedbe strujnog upravljanja, no zajedniko svima je da je osnovna
informacija izmjerena struja (kroz induktivitet ili kroz
sklopku).
U prikazanom primjeru strujnog upravljanja silaznim pretvaraem
izmjerena stvarna struja prigunice usporeuje se na PWM komparatoru
s repetitivnim signalom. Dodana je jo i kompenzacija nagiba (o tome
ne govorimo u ovom kolegiju).
RS bistabil slui za sinkronizaciju sa signalom sata. Izlaz iz
bistabila je pravokutni upravljaki signal za uinske sklopke
pretvaraa.
-
Strujno upravljanje pretvaraima (II)
-
Naelo strujnog upravljanja pretvaraima (II)Jo jedan esto koriten
nain strujnog upravljanja je histerezno upravljanje kod kojeg se
usporeuju stvarna i eljena vrijednost struje uz pojas
histereze.
Rezultat usporedbe je pravokutni signal za upravljanje uinskim
sklopkama pretvaraa.
eljeni valni oblik struje moe biti sinusni, ili pak
(kvazi)pravokutni.
-
Strujni nain upravljanja pretvaraa est je u praksi
-
TDA1060 upravljaki sklop za istosmjerne pretvarae
-
Primjer koritenja sklopa TDA1060Primjer koritenja integriranog
sklopa TDA1060 za upravljanje istosmjernim pretvaraem.
-
Primjer koritenja sklopa TDA1060Jo jedan primjer.Uoite povratne
veze.
-
Upravljaki sklopovi za istosmjerne pretvaraeNiti jedan
istosmjerni pretvara ne moe ispravno raditi bez odgovarajueg
odabira povratnih veza i naina upravljanja, sa ustaljenom vrijednou
faktora upravljanja D. U stvarnom se radu faktor upravljanja
(voenja) D neprestano dinamiki mijenja, te ga tada oznaavamo sa
d.Projektiranje sustava upravljanja nije jednostavno, moramo
poznavati dinamike modele istosmjernih pretvaraa i svojstva
upravljakih sustava. Ta se problematika prouava na diplomskom
studiju, izborni predmet Upravljanje uinskim pretvaraima.
-
Projektiranje istosmjernih pretvaraaDobar primjer nalazi se u
dodatnoj literaturi u repozitoriju, Projektiranje uzlaznog
istosmjernog pretvaraa.
-
Projektiranje istosmjernih pretvaraa
-
Dodatna literatura:HART poglavlje 6. (str. 185-236)WILLIAMS
poglavlje 17 (str. 577-602)TEMA 4 (T-4)
Ak. god. 2008/2009Ak. god. 2008/2009Ak. god. 2008/2009Ak. god.
2008/2009Ak. god. 2008/2009Ak. god. 2008/2009Ak. god. 2008/2009Ak.
god. 2008/2009Ak. god. 2008/2009Ak. god. 2008/2009Ak. god.
2008/2009Ak. god. 2008/2009Ak. god. 2008/2009Ak. god. 2008/2009Ak.
god. 2008/2009Ak. god. 2008/2009Ispraviti VB u UBAk. god.
2008/2009Ispraviti VB u UBAk. god. 2008/2009Ispraviti VB u UBAk.
god. 2008/2009Ak. god. 2008/2009Izvod bi trebalo napraviti za sluaj
da je struja kroz L valovita.
Ak. god. 2008/2009*Ak. god. 2008/2009*Ak. god.
2008/2009Obrazloiti izvod za sluaj da je struja izvora
valovita.
Ak. god. 2008/2009*Ak. god. 2008/2009Ak. god. 2008/2009*Ak. god.
2008/2009Ak. god. 2008/2009*Ak. god. 2008/2009Ak. god.
2008/2009*Ak. god. 2008/2009Ak. god. 2008/2009*Ak. god.
2008/2009Ak. god. 2008/2009*Ak. god. 2008/2009*Ak. god.
2008/2009Ak. god. 2008/2009Ak. god. 2008/2009