X SIMPOZIJUM Energetska elektronika 10 th SYMPOSIUM on Power Electronics. Novi Sad, Yugoslavia,

Transcription

1 X SIMPOZIJUM Energetska elektronika 1 th SYMPOSIUM on Power Electronics Novi Sad, Yugoslavia, Ee'99 REALIZACIJA MONOFAZNOG STABILIZATORA MREŽNOG NAPONA D.Jevtić, B.Jeftenić, M.Gvozdenović, M.Rodić* Elektrotehnički fakultet, Beograd *RDA.Co, Beograd Sadržaj: U radu je dat prikaz realizacije stabilizatora mrežnog napona sa autotransformatorom i trijakom. Regulacija napona ostvarena je na principu povratne veze po izlaznom naponu. Opisani uređaj je pogodan za upotrebu na mestima gde su promene mrežnog napona brze i veće od dozvoljenih. Stabilizator je u potpunosti razvijen i ispitan u Laboratoriji za elektromotorne pogone Elektrotehničkog fakulteta u Beogradu. Ključne reči: Stabilizator / trijak / mrežni napon PRACTICAL REALIZATION OF THE SINGLE-PHASE VOLTAGE STABILIZER Abstract: The paper presents the practical realization of the voltage stabilizer with an autotransformer and a triac. The voltage regulation is accomplished based on the output voltage feedback principle. The device is suitable for use at locations with fast and excessive fluctuations of the grid s voltage. The stabilizer is completely developed and tested in the Laboratory for the Electric drives at the Faculty of Electrical Engineering of the University of Belgrade. Key words: Stabilizer / triac / grid s voltage 1. UVOD Stabilizator mrežnog napona je uređaj čija je zadatak da naponom stalne efektivne vrednosti napaja potrošač, bez obzira na varijacije napona u distributivnoj mreži. Kako promene napona u mreži mogu biti velike, brze i nepredvidive koncipiran je uređaj sa autotransformatorom - podizačem napona, trijakom i regulatorom napona sa odgovarajućom povratnom vezom. Autotransformatorom sa fiksnim prenosnim odnosom napon mreže se podiže u odnosu 22 na 31V. Između izlaza autotransformatora i potrošača se nalazi trijak čijom strujom gejta i uglom paljenja određujemo sečenje sinusoide odnosno efektivnu vrednost napona na potrošaču. Na ovaj način moguće je održavati konstantnu efektivnu vrednost napona potrošača, i u slučaju povećanja, ili smanjenja napona mreže iznad, odnosno ispod nominalne vrednosti. Na slici 1 je prikazana blok šema uređaja. 165

2 Mre`a Generator linearne vremenske sinhronizovane sa mre`om baze Komparator Poja~ava~ impulsa za paljenje trijaka Trijak Merenje napona na potro{a~u Regulator napona Blok za{tite Blok za isklju~enje potro{a~a Slika 1. Blok šema stabilizatora mrežnog napona. Potro{a~ Pored pomenutih osnovnih komponenata uređaj sadrži podnaponsku i prenaponsku zaštitu. Prenaponska zaštita isključuje napajanje potrošača; do njenog reagovanja može doći usled neke neispravnosti u samom uređaju, npr. pregorevanje trijaka. Podnaponska zaštita štiti potrošač od rada pri nedozvoljeno niskim naponima, što je kod nekih potrošača vrlo značajno, npr. frižidera, ili zamrzivača. Ova zaštita može da se isključi, čime bi se dozvolilo napajanje potrošača bez obzira koliki je pad napona u mreži. Podnaponska zaštita isključuje napajanje potrošača ako je napon na njegovim krajevima manji od Upot =22V, odnosno ako je napon mreže manji od: Um = ( Up Us) Upot = 156V Prenaponska zaštita reaguje kada napon na potrošaču dostigne vrednost od Upot=22+5%=231V što pretstavlja maksimalnu dozvoljenu vrednost. Prekostrujnu zaštitu stabilizatora čini brzi topljivi osigurač koji je dimenzionisan na osnovu maksimalne struje koju elementi u kolu mogu da podnesu. U Laboratoriji za elektromotorne pogone Elektrotehničkog fakulteta u Beogradu je razvijen uređaj nominalne prividne snage Snom=65VA. 2. OPIS UREĐAJA 2.1. Generisanje linearne vremenske baze sinhronizovane sa mrežom Na torusnom jezgru autotransformatora se nalazi sekundarni namot koji ima napon Uss=25V pri mrežnom naponu Up=22V. Uloga ovog napona je da napaja elektronski sklop stabilizatora. Grecovim spojem G1 (slika 2) se ispravlja naizmenični napon, a elektrolitskim kondenzatorom C1 se isti filtrira i podiže na vršnu vrednost. S obzirom da taj napon ima vrednost Uj =35V, upotrebom stbilizatora napona ST1 (78M15CV) obezbeđen je konstantan napon od Ue =15V za napajanje integrisanih kola, relea i ostalih elemenata. Otporničkim razdelnikom R5 i R6 uvodi se sinhronizacioni napon u neinvertujući ulaz operacionog pojačavača U1:A (LM324). Na invertujući ulaz se dovodi stabilisani jednosmerni napon preko otporničkog razdelnika R1 i R2 vrednosti oko 1V. Komparacijom ova dva napona na izlazu iz operacionog pojačavača se dobijaju impulsi sa amplitudom od 13V i periode 1ms. Otpornicima R8, R8A, R1 i R1A se reguliše struja baze tranzistora T1, a samim tim i struja kolektora kojom se puni kondenzator C2. Uzajamnim dejstvom ova dva signala se dobija testerast signal koji se uvodi u invertujući ulaz operacionog pojačavača U1:B. Na neinvertujući ulaz istog pojačavača se dovodi komandni napon Uc. 166

3 Slika 2 Električna šema stabilizatora mrežnog napona 2.2. Formiranje komandnog napona Komandni napon se dobija na izlazu iz regulatora napona. Na ulaz regulatora dovodi se signal dobijen komparacijom referentnog napona i napona negativne povratne sprege. Referentni napon je dobijen trimer potenciometrom P1. Upotrebom P1 je omogućena kontinualna promena željenog napona stabilizacije. Odnosom otpornika 167

4 R28 i R27 je dobijeno željeno pojačanje, a kondenzator je integralni član regulatora koga čini i operacioni pojačavač U1:D Impulsi za paljenje trijaka Na izlazu iz operacionog pojačavača U1:B se imaju impulsi koje dovodimo preko otpornika R13 na bazu tranzistora T2. Uloga tranzistora je da pojača impulse radi sigurnog paljenja trijaka Povratna veza po naponu Otpornicima R17 i R18 napon sa potrošača se smanjuje i preko diode D4 uvodi u invertujući ulaz operacionog pojačavača da bi se isti prilagodio po znaku. Odnosom otpornika R21 i R19 izvršeno je prilagođavanje po vrednosti a kondenzatorom C4 izvršeno filtriranje dobijenog napona da bi se smanjila naizmenična komponenta Zaštite Prenaponska zaštita je realizovana uz pomoć brzog komparatora napona U2. U komparator se uvodi signal koji je srazmeran naponu na potrošaču i upoređuje sa zadatom vrednošću pri kojoj zaštita treba da reaguje. Na taj način će se detektovati svako prekoračenje dozvoljenog napona i omogućiti delovanje relea (RELAY) koje će isključiti potrošač sa napajanja. Podnaponska zaštita je realizovana tako što se napon sa elektrolitskog kondenzatora C1 koristi za uključenje tranzistora T4 koji omogućuje uključenje relea (RELAY A), odnosno isključenje potrošača. Pri tome je moguće promeniti prag reagovanja relea promenom odnosa otpora R42 i R REZULTATI TESTIRANJA UREĐAJA Napon na potrošaču u trenutku uključenja je prikazan na slici 3, dok se na slici 4 vidi struja uključenja. Kao potrošač korišćen je frižider, kao jedan od najinteresantnijih uređaja za ovu vrstu napajanja Struja [A] Vreme [s] Slika 3. Napon na potrošaču u trenutku uključenja Vreme [s] Slika 4. Struja potrošača u trenutku uključenja Na sledećim slikama se vidi napon na potrošaču koji je meren digitalnim voltmetrom i iznosi 22V, i mrežni napon koji iznosi 16V (slika 5), 19V (slika 6), 22V (slika 7) i 25V (slika 8) 168

5 Slika 5. Napon na potrošaču (22V) i mrežni napon (16V) Slika 7. Napon na potrošaču (22V) i mrežni napon (22V) Slika 6. Napon na potrošaču (22V) i mrežni napon (19V) Slika 8. Napon na potrošaču (22V) i mrežni napon (25V) 4. ZAKLJUČAK Na osnovu izloženog, može se konstatovati da je stabilizator mrežnog napona, s obzirom na sadašnje stanje u distributivnoj mreži, veoma koristan. Brz odziv na promene napona i širok opseg regulacije su njegove osnovne osobine. Pored toga moguće je napajanje konstantnim naponom uređaja kojima je nomonalni napon manji od nominalnog distributivnog napona. Izlazni napon ima veću vršnu vrednost od vršne vrednosti nominalnog mrežnog napona što u nekim slučajevima ograničava upotrebu stabilizatora. Prenaponska, podnaponska i prekostrujna zaštita povećavaju sigurnost potrošača pri upotrebi uređaja. Koncepcija i cena stabilizatora je prilagođena za veoma široku upotrebu. 5. LITERATURA [1] M. Petronijević, B. Jeftenić, D. Stojanović, N. Mitrović: Analiza uticaja snažnih poluprovodničkih pretvarača na distributivnu mrežu, Zbornik radova sa IX simpozijuma Energetska elektronika, str , Novi Sad, [2] M. Stojić, Sistemi automatskog upravljanja, Nauka, Beograd 199. [3] J. G. Kassakian, M. F. Schlecht, G. C. Vergese, Principles of Power Elektronics, Addision-Wesly,