1. kolokvijum, Zadatak 4

Tiristorski ispravljač, punjenje baterije, ugao: rešen zadatak

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

Zadatak

Monofaznim tiristorskim ispravljačem se puni olovna baterija, nominalnog napona 48 V. Baterija je prazna (36 V) i potrebno ju je napuniti do nominalnog napona (48 V). Ekvivalentna unutrašnja otpornost baterije je 0,5 Ω. Filtarska induktivnost je dovoljno velika da se talasnost struje potrošača može zanemariti. Dostupna je klasična, monofazna, niskonaponska mreža.

Ukoliko je maksimalna struja punjenja baterije 50 A, koliki treba da bude ugao uključenja pri startu punjenja baterije? Koliki je ugao uključenja na kraju punjenja, ako se baterija puni strujom od 5 A kada se napon baterije približi 48 V?
Nacrtati kolo i sve relevantne talasne oblike za radni režim kada se započinje sa punjenjem baterije.

Monofazni mostni tiristorski ispravljač

Poznato

$U = 230$ V
$E_1 = 36$ V
$E_2 = 48$ V
$R = 0{,}5$ Ω
$I_1 = 50$ A
$I_2 = 5$ A

Rešenje

Šta se traži i kojim postupkom

Prigušnica je dovoljno velika, pa je struja praktično konstantna, a na njoj nema srednjeg pada napona. Srednji napon ispravljača zato mora biti jednak naponu baterije i padu na njenoj unutrašnjoj otpornosti. Srednji napon se podešava uglom uključenja tiristora, pa se ugao čita iz te jednakosti, posebno za početak i kraj punjenja.

Srednji napon ispravljača

Kod monofaznog mostnog tiristorskog ispravljača sa neprekidnom strujom svaki par tiristora vodi 180°, pa je:

\begin{aligned} U_d &= \frac{1}{\pi} \int_\alpha^{\pi + \alpha} \sqrt{2} U \sin\omega t\, \mathrm{d}(\omega t) = U_{d0} \cos\alpha \\ U_{d0} &= \frac{2\sqrt{2} U}{\pi} = \frac{2\sqrt{2} \cdot 230}{\pi} = 207{,}1\ \text{V} \end{aligned}

a) Početak punjenja

Baterija je prazna, sa 36 V, a struja je najveća, 50 A:

\begin{aligned} U_{d1} &= E_1 + R I_1 = 36 + 0{,}5 \cdot 50 = 61\ \text{V} \\ \cos\alpha_1 &= \frac{61}{207{,}1} = 0{,}2946 \\ \alpha_1 &= 72{,}9^\circ \end{aligned}

Kraj punjenja

Baterija je blizu nominalnog napona, a struja je pala na 5 A:

\begin{aligned} U_{d2} &= E_2 + R I_2 = 48 + 0{,}5 \cdot 5 = 50{,}5\ \text{V} \\ \cos\alpha_2 &= \frac{50{,}5}{207{,}1} = 0{,}2439 \\ \alpha_2 &= 75{,}9^\circ \end{aligned}

Oba ugla su blizu 90°, jer je napon baterije mali prema naponu mreže. Na malom naponu $\cos\alpha$ je strm, pa ceo tok punjenja traži promenu ugla od samo nekoliko stepeni. U praksi se zato ispred ispravljača stavlja transformator.

b) Talasni oblici na početku punjenja

Tiristori vode i posle prolaska napona mreže kroz nulu, jer ih prigušnica drži, sve dok se ne uključi drugi par pod $\pi + \alpha$ . Zato $u_d$ ima i negativan deo, a struja mreže je pravougaona, $\pm 50$ A. Teme napona na tiristoru je 325 V, srednja struja tiristora je 25 A, a efektivna 35,4 A:

Napon na izlazu mosta i struja mreže, za ugao oko 73°

Rezultat

a) Na početku punjenja $\alpha_1 = 72{,}9^\circ$ , a na kraju $\alpha_2 = 75{,}9^\circ$ .

Slični zadaci

Napajanje 10 V iz mreže, ispravljač i filtar: 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.