DOMAI ZADATAK BROJ 1 Grupa 3 Lepojevi Nikola

DOMAĆI ZADATAK BROJ 1 Grupa 3 Lepojević Nikola 03/391 Stamenković Dragan 03/126 Stojadinović Miloš 03/403

Proračun broja i tipa ćelija akumulatora za potrebe sistema besprekidnog napajanja

Tekst zadatka Koristeći izvod iz kataloga proizvođača olovnih akumulatora, dat u tabeli (snaga opterećenja olovne ćelije, iskazana u vatima, u funkciji njenog trajanja, pri definisanom minimalnom naponu na ćeliji), usvojiti broj i tip ćelija akumulatora za potrebe sistema besprekidnog napajanja za napajanje potrošača snagom 30 k. VA, pri cos = 0. 8 i za napon 3 x 380 V, koje u jednosmernom kolu ima potrošnju od 26. 4 k. W, i to u trajanju od 30 minuta. Regulacijom u izlaznom invertorskom stepenu sistema (invertor i izlazni transformator) besprekidnog napajanja, na izlazu se može održati potrebni napon pri minimalnom naponu u jednosmernom međukolu od 326. 4 V. Maksimalni napon punjenja baterije je 2. 4 V po ćeliji. Minimalni napon distributivne mreže (3 x 380 V / 220 V) iznosi 90 % nominalnog. Ispravljački regulisani most je direktno napajan sa mreže, bez međutransformatora. Specificirati elemente sistema besprekidnog napajanja ako se ono izvodi pomoću čopera u jednosmernom kolu. Odrediti opsege prenosnog odnosa oba čopera – onog koji podiže vrednost napona od izlaza diodnog ispravljača prema ulazu PWM invertora i onog koji služi kao punjač baterije akumulatora. Definisati i potrebnu akumulatorsku bateriju.

Tabela proizvođača olovnih akumulatorskih baterija

Rešenje

Broj ćelija Iz uslova da je napon na jednoj ćeliji u toku pražnjenja 2 V (nominalni napon za Pb baterije) i da napon cele baterije treba da iznosi 380 V dobijamo da je potreban broj ćelija: n 1= = =190 ćelija Na ovaj broj dodajemo još 2 ćelije zbog padova napona u jednosmernom međukolu pa je ukupan broj ćelija u bateriji 192.

Minimalni napon po ćeliji Iz uslova da je minimalan napon koji se može javiti u DC međukolu 326. 4 V dobijamo da je minimalan napon po jednoj ćeliji: U 1 min= = = 1. 7 V

Izbor ispravljača Za punjenje baterije moguće je izabrati jedan od sledeća dva tiristorska ispravljača : n n Mostni poluupravljivi Mostni punoupravljivi

Mostni poluupravljivi

n Formula za srednju vrednost napona na izlazu ovog ispravljača uz zanemarenu komutaciju iznosi: Ud = (1) gde su: Ud - srednja vrednost napona na izlazu ispravljača E - efektivna vrednost faznog napona mreže - ugao paljenja tiristora

n Ukoliko je mrežni napon minimalan i iznosi 0. 9 Un=198 V ugao paljenja =0 o napon na izlazu ispravljača će biti: Ud = =463. 14 V n Ako ovaj napon podelimo sa brojem ćelija dobijamo da je napon po ćeliji u tom slučaju: U 1= = 2. 41 V

n n Ukoliko uračunamo pad napona u vezama između ispravljača i baterije dobićemo da je prethodno izračunati napon po ćeliji prihvatljiv u odnosu na maksimalni napon celije pri punjenju koji iznosi 2. 4 V Posto je ovaj kriterijum ispunjen, zaključujemo da je ovaj ispravljač moguće koristiti za punjenje Pb baterije sa uslovima iz zadatka

n Ako pretpostavimo da je maksimalan napon mreže 1. 1 Un=242 V, a zelimo da bateriju punimo konstantnim naponom čija je usvojena vrednost 463. 14 V iz formule (1) dobijamo da je tada potreban ugao paljenja: max = 50. 48 o n Imamo dakle, da je za promenu ulaznog napona za ± 10% potrebno ugao paljenja menjati u opsegu [0 o, 50. 48 o] ako se želi punjenje baterije konstantnim naponom

Mostni punoupravljivi

n Formula za srednju vrednost napona na izlazu ovog ispravljača uz zanemarenu komutaciju iznosi: Ud = (2) gde su: Ud - srednja vrednost napona na izlazu ispravljača E - efektivna vrednost faznog napona mreže - ugao paljenja tiristora

n n Dobija se da je za minimalan napon mreže i ugao paljenja 0 o isti napon po ćeliji tj. 2. 41 V što smo ustanovili da je prihvatljiva vrednost Iz ovoga se može zaključiti da je prihvatljiva upotreba i ovog ispravljača za punjenje Pb baterije

n U slučaju maksimalnog napona mreže od 242 V potreban ugao paljenja, da bi održali konstantan i maksimalan napon na bateriji pri punjenju, iznosi: max = 35. 1 o pa je potreban opseg promene ugla paljenja [0 o, 35. 1 o].

Izbor baterije iz tabele n n Pošto je usvojen jedan od dva ispravljača sa definisanim opsegom ugla paljenja može se konačno odrediti baterija iz tabele koja daje snagu specificiranu u zadatku (26. 4 k. W) Snaga po jednoj ćeliji iznosi: P 1= =137. 5 W n Koristeći ovu vrednost, kao i podatak o minimalnom naponu ćelije od 1. 7 V i trajanju napajanja od 30 min, iz tabele usvajamo bateriju sa prvom većom snagom po ćeliji (210 W), a to je baterija SL 100

n Dobijamo da je ukupna snaga koju izabrana baterija može da pruži: P=192· 210 W=40. 32 k. W Napomena: Pošto je u zadatku dozvoljena linearna interpolacija između vrednosti datih u tabeli mogla se odmah usvojiti baterija snage 137. 5 W po ćeliji, minimalnom naponu 1. 7 V i vremenu pražnjenja od 30 min.

Rešenje sa čoperom u jednosmernom kolu n Kod ovog rešenja koristimo diodni most za ispravljanje mrežnog napona dok čoperima regulišemo napon punjenja baterije i ulazni napon invertora. Slika ovog rešenja je data na sledećem slajdu

Elementi sistema n n n Diodni ispravljač Čoper podzač napona PWM invertor za podešenje napona na prijemniku Statički prekidač za prebacivanje na mrežu u slučaju kvara invertora i preusmeravanje preopterećenja Mehanički prekidač za prebacivanje na mrežu

Određivanje opsega prenosnih odnosa čopera n Napon na izlazu diodnog ispravljača: • kada uzimamo napon iz mreže: • kada uzimamo napon iz baterije:

n Za željeni napon od 380 V na izlazu iz invertora, potrebno je obezbediti na njegovom ulazu:

Rad na mreži n n Napon na izlazu podizača: Kako je ovo nemoguće, usvajamo m=0, što daje na izlazu invertora napon: što je 5% više od zahtevanog napona, i ovo ne škodi potrošačima.

n Za minimalan napon na izlazu iz ispravljača dobijamo tako dobijamo da se opseg modulacije menja u granicama:

n Dok radimo na mreži, pored napajanja potrošača punimo i bateriju, pa radi i čoper spuštač, kome je to namena. n Bateriju punimo naponom: n Napon na izlazu spuštača iznosi:

n Rad sa baterije (kad nema napona na mreži, napajanje obezbeđuje baterija i u tom slučaju čoper punjač nije u funkciji). Opseg modulacije u tom slučaju iznosi: n

Hvala na pažnji!