1. kolokvijum, Zadatak 1

Napajanje 10 V iz mreže, ispravljač i filtar: rešen zadatak

Zadatak sa kolokvijuma iz predmeta Energetska elektronika 1, FTN Novi Sad, 12. decembra 2020. Rešenje: Miloš Sarić

Zadatak

Integrisano kolo zahteva jednosmeran napon male talasnosti. Pomoću odgovarajućeg pretvarača energetske elektronike, potrebno je obezbediti napon od 10 V. Integrisano kolo pri tom naponu povlači struju od 1 A. Dostupna je klasična monofazna, niskonaponska mreža.

Nacrtati kolo i sve relevantne talasne oblike.
Dati osnovne karakteristike potrebnih poluprovodničkih i pasivnih komponenti.

Transformator, Grecov spoj i kondenzator

Poznato

$U_d = 10$ V
$I_d = 1$ A
$U = 230$ V
$f = 50$ Hz

Rešenje

Šta se traži i kojim postupkom

Mreža ima mnogo veći napon nego što kolu treba, pa ga transformator prvo snižava. Monofazni diodni ispravljač u Grecovom spoju daje pulsirajući napon dvostruke učestanosti, a kondenzator ga ravna u jednosmerni napon male talasnosti. Podatke koje zadatak ostavlja otvorene biramo i navodimo: pad napona na diodi i talasnost.

a) Kolo i talasni oblici

Dok je ispravljeni napon veći od napona kondenzatora, vode dve diode i pune kondenzator. Ostatak vremena kondenzator sam napaja kolo i prazni se, skoro stalnom strujom $I_d$ . Diode zato vode kratko, u impulsima velike struje:

Ispravljeni napon, napon kondenzatora i struja dioda

b) Kondenzator

Biramo talasnost $\Delta U = 5$ % od $U_d$ , odnosno 0,50 V. Između dva punjenja kondenzator se prazni približno pola periode mreže, $\Delta T \approx T/2 = 10$ ms, a struja je $I_d$ :

C = \frac{I_d \Delta T}{\Delta U} = \frac{1 \cdot 10 \cdot 10^{-3}}{0{,}50} = 20\ \text{mF}

Prvi veći standardni kondenzator je $22$ mF. Radni napon mu mora biti veći od temena napona i pri povišenom naponu mreže za 10 %: $U_C \geq 1{,}1 \cdot 10{,}25 = 11{,}3$ V, pa je dovoljan kondenzator od 16 V.

Transformator

Teme napona sekundara mora da pokrije srednji napon, polovinu talasnosti i pad napona na dve diode, po 0,7 V:

\begin{aligned} U_{2m} &= U_d + \frac{\Delta U}{2} + 2U_D \\ &= 10 + 0{,}50/2 + 1{,}4 = 11{,}65\ \text{V} \\ U_2 &= \frac{U_{2m}}{\sqrt{2}} = 8{,}24\ \text{V} \end{aligned}

Prenosni odnos je $U/U_2 = 230/8{,}24 \approx 28$ .

Diode

Svaka dioda vodi u svakoj drugoj poluperiodi, pa je srednja struja kroz nju polovina struje potrošača. U Grecovom spoju neprovodna dioda trpi teme napona sekundara, a sa povišenim naponom mreže:

\begin{aligned} I_{D,sr} &= \frac{I_d}{2} = 0{,}50\ \text{A} \\ U_{RRM} &\geq 1{,}1 \cdot U_{2m} = 12{,}8\ \text{V} \end{aligned}

Kondenzator se dopunjava samo dok ispravljeni napon raste od $U_c - \Delta U$ do temena. To je ugao od 18,0° pre temena, odnosno vreme:

\begin{aligned} t_c &= \frac{18{,}0^\circ}{360^\circ} \cdot 20\ \text{ms} = 1{,}00\ \text{ms} \\ I_{D,max} &\approx \frac{2 I_d \Delta T}{t_c} = 20\ \text{A} \end{aligned}

Impuls je približno trougaoni, pa je ta procena temena struje dve puta veća od srednje struje tokom punjenja. Biraju se, dakle, spore mrežne diode od bar 1 A srednje struje i bar 20 V inverznog napona, koje podnose periodične impulse od 20 A.

Zbog tih impulsa je efektivna struja sekundara, $I_2 \approx 3{,}7$ A, mnogo veća od $I_d$ , pa je i prividna snaga transformatora, $S \approx U_2 I_2 = 30$ VA, nekoliko puta veća od snage kola, $P = 10$ W.

Ako kolu treba još manja talasnost, posle kondenzatora se dodaje linearni stabilizator napona, a sekundar se bira nešto veći, za pad napona na stabilizatoru.

Rezultat

Transformator 230/8,2 V, Grecov spoj i kondenzator $C = 20$ mF za 5 % talasnosti.

Diode: $I_{D,sr} = 0{,}50$ A, $U_{RRM} \geq 12{,}8$ V, $I_{D,max} \approx 20$ A. Kondenzator: bar 11,3 V.

Slični zadaci

Tiristorski ispravljač, punjenje baterije, ugao: rešen zadatak

Teme

Ispravljači

Ispit u PDF-u, na Drive-u

Folder predmeta Energetska elektronika 1Na Drive-u: Predavanja · Kolokvijumi i ispiti · Studentske beleške

Ako si autor nečega što je ovde i želiš da se ukloni, piši mi na milossaric@outlook.com i uklanjam ga.