3 Trofazni ispravljaci

7/22/2019 3 Trofazni ispravljaci

1/8

1

TROFAZNI KONTROLISANI ISPRAVLJAI

Za primene velikih snaga najee se koriste kola viefaznih ispravljaa. U ovoj oblasti

viefaznih kontrolisanih ispravljaa postoje 3, 6, 12 i 24-impulsni sistemi, pri emu se u praksi

najvie koriste trofazni kontrolisani ispravljai. Postoji mnogo razliitih kola trofaznih ispravljaa,

pri emu su kola najprostijih trofaznih diodnih ispravljaa veanalizirana ranije.

Trofazni kontrolisani ispravljai omoguavaju vee srednje vrednosti izlaznih napona u odnosuna jednofazne kontrolisane ispravljae. Kod kontrolisanih ispravljaa, mada izlazni napon moe biti

menjan kontinualno, harmonijski sastav izlaznog napona se znaajno poveava, tako da je potrebno

filtriranje izlaznog napona. Naravno, amplitude harmonijskih komponenti su manje kod trofaznih

kontrolisanih ispravljaa u odnosu na jednofazne kontrolisane ispravljae. Pri tome, talasnost

izlaznog napona i izoblienje ulazne struje se smanjuju sa poveanjem broja izlaznih impulsa na

periodi. Frekvencija talasnosti izlaznog napona je vea u poreenju sa jednofaznim ispravljaima,

tako da su manji zahtevi u pogledu izlaznog filtra koji izlazni napon i struju treba da uini

konstantnim.

Trofazni ispravljai se najee koriste za napajanje snanih jednosmernih motora. Zbog toga je

i ovde, kao i u sluaju jednofaznih kontrolisanih ispravlja

a, u nastavku posebna panja posve

enakolima tiristorskih kontrolisanih ispravljaa sa RL optereenjem, jer je to sluaj koji se najee

javlja u praksi kao realno optereenje ovakvih ispravljaa. U sluaju potroaa velike induktivnosti,

izlazna struja moe se smatrati konstantnom, tako da se strujni talasni oblici tada mogu pre smatrati

pravougaonim impulsima, nego kombinacijama sinusoidalnih i eksponencijalnih funkcija. U tom

sluaju je povean harmonijski sastav ulazne struje. Kao i u sluaju jednofaznih ispravljaa, strujni i

naponski talasni oblici mogu biti znaajno promenjeni ukoliko su zbog prisutnih parazitnih

induktivnosti transformatora i izvora napajanja (komutacionih induktivnosti) modifikovani procesi

komutacije tiristora u kolu ispravljaa, o emu e biti rei kasnije.

U nastavku su prikazana najvanija kola trofaznih kontrolisanih ispravljaa, koji se kao i u

sluaju analognih diodnih ispravljaa mogu podeliti na ispravljae sa srednjom takom na

transformatoru i na mostne ispravljae.

Tiristorski ispravljasa srednjom takom na transformatoru i RL optereenjem

Ukoliko se u kolu diodnog ispravljaa sa srednjom takom na transformatoru diode zamene

tiristorima, kolo postoje potpuno kontrolisano, gde se srednja vrednost izlaznog napona moe

podeavati kontrolom ugla paljenja tiristora . Time se dobija kolo trofaznog ispravljaa sa

srednjom takom na transformatoru, koje je u sluajuRLoptereenja prikazano na slici 2.2.1a. To

je najprostiji trofazni kontrolisani ispravlja. Sprega trougao-zvezda primara i sekundara ulaznog

trofaznog transformatora je najpovoljnija sprega kod trofaznih ispravljaa i uslovljena je zahtevom

za naizmeninom ulaznom strujom primara (najmanji je uticaj sekundara na primar). Pored toga,

vezom primara u trougao ostvaruju se najmanje dimenzije transformatora, a, takoe, kod ovakveveze je dostupna neutralna (nulta) taka na sekundaru transformatora.

Slika 2.2.1. Tiristorski ispravljasa srednjom takom na transformatoru i RL optereenjem

Rp

Lp

a)

b)


2/8

2

Ugao ukljuivanja tiristora, kao i trenutak poetka provoenja dioda u sluaju analognog

diodnog ispravljaa, posmatra se od trenutka kada je trenutni fazni napon tiristora koji treba da

provede vei od faznog napona tiristora koji je do tada vodio. Tiristori T1, T2 i T3 se smenjuju u

voenju. Prema tome, kada se tiristor T1 ukljui pri uglu += 6/t , na potroa dolazi fazninapon u1, sve dok se tiristor T2ne ukljui pri uglu += 6/5t . Kada se ukljui tiristor T2, tiristorT1je inverzno polarisan, zbog toga to je meufazni napon u12negativan, i tiristor T1se iskljuuje.

Fazni napon u2je sada na potroau, sve dok se tiristor T3ne ukljui pri uglu += 2/3t . Kadase tiristor T3ukljui, T2se iskljuuje i fazni napon u3se javlja na potroau sve dok se tiristor T1

ponovo ne ukljui na poetku sledee periode. Na slici 2.2.1b prikazana je u-i karakteristika

potroaa, koja pokazuje da se radi o dvokvadrantnom ispravljau. Na slici 2.2.2 prikazani su

talasni oblici ulaznog napona, izlaznog napona i struja tiristora pri jako induktivnom potroau.

Napon na potroau u sluaju 6/> ima negativnu vrednost u pojedinim delovima periode. Usluaju otpornog potroaa, i pri 6/> , struja potroaa bie diskontinualna i svaki tiristor seiskljuuje pri promeni polariteta njegovog faznog napona. Osnovna frekvencija izlaznog napona je

3f. Ovakav ispravlja se retko koristi u praksi, zbog jednosmerne komponente koju sadri ulazna

struja takvog ispravljaa. Meutim, na primeru ovog ispravljaa moe se lako objasniti princip rada

trofaznih tiristorskih ispravljaa.

Srednju vrednost izlaznog napona u sluaju kontinualne struje potroaa najlake je odrediti

pomeranjem naponske ose u vrh napona u1, kako bi izlazni napon bio deo kosinusne funkcije

(odnosno simetrian):

( )

cos2

323cos2

2

33/

3/

UtdtUUpsr ==

+

+

,

dok je srednja vrednost struje potroaa ppsrpsr RUI /= . Srednja i efektivna vrednost struje tiristora

odreuju se iz uslova da svaki tiristor provodi treinu periode, odnosno vai da je 3/psrTsr II = i

3/psrTeff II = .

Slika 2.2.2. Karakteristini talasni oblici za tiristorski kontrolisani ispravljasa srednjom takomna transformatoru i sa RL optereenjem u sluaju kontinualne struje potroaa

u1 u2 u3

uG

up

iT1

iT2

iT3

t

Ip

Ip

Ip

/6

5/6 3/2

T1 T2 T3 T1


3/8

3

Maksimalna srednja vrednost izlaznog napona dobija se pri uslovu 0= , ime se dobija izrazjednak izrazu za srednju vrednost izlaznog napona analognog diodnog ispravljaa:

2

323max

UUpsr = .

Prema tome, upravljaka karakteristika ovog ispravljaa, kao normalizovana karakteristika

zavisnosti srednjeg napona na potroau od ugla , u ovom sluaju je:

cosmax

==psr

psr

psrnU

UU ,

to znai da u intervalu uglova paljenja o900


4/8

4

Slika 2.2.3. Tiristorski ispravljasa srednjom takom na transformatoru, RL optereenjem i

povratnom diodom (a) i talasni oblici izlaznog napona, kao i struja tiristora i diode (b)

Na osnovu talasnog oblika izlaznog napona sa slike 2.2.3b, srednja i efektivna vrednost

izlaznog napona za razmatrani ispravlja u sluajuo30> date su respektivno preko prethodna

dva izraza za sluaj ovog ispravljaa sa otpornim optereenjem:

( )

++==

+

6

cos12

23cos2

2

32/

3/

UtdtUUpsr i

( ) ( )

++==

+

23

sin8

1

424

532cos2

2

32/

3/

2UtdtUUpeff ,

dok su srednja i efektivna vrednost struje potroaa ppsrpsr RUI /= i ppeffpeff RUI /= .

Kako je ugao provoenja jednog tiristora 6/5 , a ugao provoenja povratne diode6/ , srednje vrednosti struje tiristora i povratne diode su:

2

6/5 = psrTsr II ,

( )

2

6/3 = psrDsr II .

Diferenciranjem poslednjeg izraza za struju povratne diode po , i izjednaavanjem dobijenogizraza sa nulom, dobija se maksimalna vrednost struje povratne diode:

( ) 06

sin66

cos1624

32

=

+

++=

p

Dsr

R

U

d

dI.

iT2iT1

u1 u2 u3

t

t

a)

b)


5/8

5

Na osnovu poslednjeg izraza struja DsrI postaje maksimalna pri ugluo75= . Zamenom ove

vrednosti za , dobija se da je pDsr RUI /186.0max= . Maksimalna srednja vrednost struje potroaa

dobija se za =0, tako da je odnos maksimalnih srednjih struja povratne diode i potroaa

16.0/ maxmax =psrDsr II . Prema tome, srednja vrednost struje diode iznosi oko 16% od maksimalno

mogue vrednosti struje potroaa. Normalizovane zavisnosti srednjih vrednosti struja potroaa,

tiristora i povratne diode u funkciji ugla paljenja tiristora prikazane su na slici 2.2.4.

Slika 2.2.4. Normalizovane zavisnosti srednjih struja potroaa,

tiristora i povratne diode za kolo sa slike 2.2.3

Trofazni tiristorski punoupravljivi mostni ispravljasa RL optereenjem

Trofazni mostni ispravljai se najee koriste u industrijskim primenama sa velikim snagamado 120kW, pri emu se i ovde ostvaruje dvokvadrantni rad ispravljaa. Na slici 2.2.5a prikazano je

kolo trofaznog mostnog tiristorskog punoupravljivog ispravljaa saRLoptereenjem, za koje e se

nadalje smatrati da je jako induktivno. Tiristori se zavisno od ugla ukljuuju na svakih 60o i

provode u intervalima od po 120o. Frekvencija talasnosti izlaznog napona je 6f, i zahtevi kod

njegovog filtriranja su manji nego kod trofaznog ispravljaa sa srednjom takom na transformatoru.

Pri uglu += 6/t tiristor T6 ve provodi, a ukljuuje se tiristor T1. Tokom intervala ++ 2/6/ t provode istovremeno tiristori T1i T6, tako da se meufazni napon u12javlja

na potroau. Pri uglu += 2/t ukljuuje se tiristor T2, tako da je tiristor T6trenutno polarisaninverzno, odnosno tiristor T6 se iskljuuje mrenom komutacijom. Tokom intervala

++ 6/52/ t provode tiristori T1i T2i na potroau je meufazni napon u13. Ukoliko setiristori oznae kao na slici 2.2.5a, sekcence ukljuivanja tiristora su: 12, 23, 34, 45, 56 i 61. Slika

2.2.5b prikazuje talasne oblike ulaznog napona, izlaznog napona, ulazne struje i struja kroz tiristore

za sluaj 3/= .

Kao to je poznato, trenutne vrednosti faznih napona sekundara ulaznog transformatora uodnosu na njegovu neutralnu taku date su sledeim izrazima:

( )( ),240sin2,120sin2

,sin2

3

2

1

o

o

tUu

tUu

tUu

=

=

=

dok su trenutne vrednosti meufaznih napona za isti koordinatni poetak:

[o]

normalizovane

srednje vrednosti

struja

Ipsr

IDsr

ITsr


6/8

6

L

R

8

Slika 2.2.5. Tiristorski mostni punoupravljivi ispravljasa RL optereenjem (a) i njegovi

karakteristini talasni oblici pri uglu paljenja tiristora = 60o(b)

)( )( ).210sin32

,90sin32

,30sin32

31

23

12

o

o

o

tUu

tUu

tUu

=

=

+=

Srednja vrednost izlaznog napona kod ovog ispravljaa je duplo vea nego kod ispravljaa sa

srednjom takom na transformatoru i moe se odrediti na osnovu izraza:

( )

cos34.2cos323

cos322

66/

6/

UU

tdtUUpsr === +

+

,

pri emu maksimalna srednja vrednost izlaznog napona nastaje pri uglu paljenja tiristora 0= iista je kao u sluaju diodnog mostnog ispravljaa:

( ) UU

Upsr 34.2323

0max ===

.

T1 T3 T5

T4 T6 T2

Lp

Rp

U2

u1 u2 u3

up

Ip

Ip

Ip

Ipip

iS=iT1-iT4

iS

-Ip

U32

u12u32 u13 u23 u21

a)

b)

iT1

iT4


7/8

7

Prema tome, normalizovana upravljaka karakteristika i ovog ispravljaa je :

cosmax

==psr

psr

psrnU

UU .

Srednja vrednost izlaznog napona postaje jednaka nuli pri o90= , a negativna za 2/ , kada ispravlja radi u invertorskom modu. Srednja vrednost struje potroaa je

ppsrpsr RUI /= , dok su srednja i efektivna vrednost struje jednog tiristora 3/psrTsr II = i

3/psrTeff II = (za veliko L), respektivno. Efektivna vrednost struje sekundara transformatora je

3/2psrseff II = (takoe za veliko L). Maksimalna vrednost napona na tiristoru je

UUT 32=max .

Efektivna vrednost izlaznog napona kod ovog ispravljaa je:

( ) ( )

2cos4

33

2

132cos32

2

66/

6/

2+==

+

+

UtdtUUpeff .

tako da se lako mogu odrediti i faktor oblika ( psrpeff UUFF /= ) i faktor talasnosti izlaznog napona

( 12 = FFRF ).

Kao to je venapomenuto, slika 2.2.5b prikazuje karakteristine talasne oblike za ovo kolo pri

uglu paljenja tiristora 3/= . Za uglove paljenja tiristora iz opsega 3/0 struja potroaaje kontinualna za sve tipove potroaa, bilo otporne, bilo induktivne. Pri 3/> , odnosno za

3/23/ , talasni oblik izlaznog napona ima intervale sa negativnim delovima napona.Naravno, kako struja kroz tiristor ne moe biti negativna, struja potroaa je uvek pozitivna. U

sluaju isto otpornog optereenja izlazni napon nikad nije negativan, i tada se ovaj ispravlja

ponaa kao poluupravljivi mostni ispravljakoji je razmatran u nastavku.

Kao i kod trofaznog mostnog diodnog ispravljaa, i u ovom slu

aju se analiza kola moe izvestisuperpozicijom uticaja dva ispravljaa sa srednjom takom na transformatoru, na koje se uslovno

moe razdvojiti mostni ispravlja. Ukoliko se tiristori T1, T3 i T5 posmatraju kao ispravlja sa

srednjom takom na transformatoru za pozitivni ulazni napon, a tiristori T4, T6i T2kao ispravljasa

srednjom takom za negativni ulazni napon, izlazni 6-impulsni napon dobija se superpozicijom

fazno pomerenih 3-impulsnih izlaznih napona ovih ispravljaa, kao to je prikazano na slici 2.2.5b.

Ovaj pristup je dobar u sluajevima kada je ugao paljenja tiristora mali. Pri velikim uglovima ,kada izlazni napon ima intervale u kojima je negativan, tee je vizuelizovati talasni oblik izlaznog

napona na ovakav nain. Kao to i prethodni izraz za upravljaku karakteristiku pokazuje, i ovde je

(primenom superpozicije) oigledno da je srednja vrednost napona potroaa jednaka nuli pri uglu

paljenju tiristora =90o.

Tiristorski mostni poluupravljivi ispravljasa RL optereenjem

I trofazni mostni poluupravljivi ispravljai se koriste u industrijskim primenama sa velikim

snagama do 120kW, gde je ostvaren jednokvadrantni rad ovog ispravljaa. Njihovom primenom

eliminie se invertorski rad ispravljaa. Faktor snage ovog ispravljaa se smanjuje sa porastom ugla

paljenja tiristora, ali je u optem sluaju bolji u odnosu na trofazne ispravljae sa srednjom takom

na transformatoru. Na slici 2.2.6a prikazano je kolo ovog ispravljaa sa jako induktivnim

potroaem, to znai da je talasnost struje potroaa zanemarljivo mala.


8/8

8

L

R

8

Slika 2.2.6. Tiristorski mostni poluupravljivi ispravljasa RL optereenjem (a) i njegovi

karakteristini talasni oblici pri uglu paljenja tiristora =90

Na slici 2.2.6b prikazani su talasni oblici ulaznog i izlaznog napona. Izlazni napon ovog

ispravljaa je 3-impulsni, a osnovna frekvencija izlaznog napona je 3f. Ugao paljenja tiristora moe

se menjati od 0 do . U intervalu 6/76/

Documents

3 Trofazni ispravljaci