Click here to load reader
Upload
xhebigji
View
820
Download
93
Embed Size (px)
Citation preview
FIEK
Dr.sc.Myzafere K. Limani
ELEKTRONIKAENERGJETIKE
UNIVERSITETI I PRISHTINËS
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
Dr.sc. Myzafere K. Limani Fakulteti Elektroteknik, Universiteti i Prishtinës
Prishtinë 2001
Recenzent:
Mr.sc. Agron Dida, Ligjërues i lartë, Universiteti i Prishtinës
Dr. sc. Luan Ahma, Docent, Universiteti i Prishtinës
Të gjitha të drejtat e rezervuara. Asnjë pjesë e këtij libri nuk mund të reproduktohet në çfardo forme pa pajtimin me shkrim të autorit.
iii
PARATHËNJE
Elektronika energjetike është paraparë si tekst për lëndën “Elektronika Energjetike” për studentët e energjetikës dhe të elektronikës. Ky mund të shfrytëzohet edhe si libër referent për inxhinierët nga praktika, të cilët merren me projektimin dhe zbatimet e elektronikës energjetike. Parakusht për përcjelljen e shtjellimit në këtë lëmi duhet të jenë njohurit themelore nga komponetet elektronike dhe qarqet elektrike.
Koha që i kushtohet lëndës nga eletronika energjetike në studimet e rregullta, në shumicën e univerziteteve, është zakonisht një semester. Elektronika energjetike është zhvilluar aq shumë, sa që është e pamundur të mbërthehet tërë subjekti në një kurs njësemestral. Por bazat e elektronikës energjetike janë të rrumbullaksuara dhe ato nuk ndryshojnë shumë shpejtë. Ndërkaq, karakteristikat e komponenteve gjysmëpërçuese vazhdimisht përsosen dhe shtohen komponente të reja. Libri Elktronika Energjetike, i cili është bazuar në çasjet më bashkohore, mbulon karakteristikat e komponenteve dhe metodat e shndërrimit, e pastaj zbatimet. Në këtë libër përparësi i është dhënë principeve themelore të shndërrimit, të cilat, pa marrë parasysh zhvillimin e hovshëm të komponenteve të reja, mbesin deri diku të pandryshueshme.
Libri është i ndarë në dymbëdhjetë kapituj. Në paraqitjen e materialit është shkuar nga rastet më të thjeshta dhe është përcjellë rrjedha logjike e ideve, kah rastet më komplekse. Gjatë shtjellimit,
iv
për theksimin e koncepteve themelore dhe ilustrimin e metodave për zgjidhjen e problemeve tipike, janë zhvilluar shumë shembuj, që paraqesin bazë të mjaftueshme për zgjidhjen e problemeve të dhëna. Në të njëjtën kohë, janë diskutuar edhe zbatimet e relacioneve të nxjerra në pajisjet e teknologjive bashkohore. Indekset pranë simboleve, që paraqesin madhësit e caktuara, janë kryesisht nga gjuha angleze, për shkak se si të tilla gjenden në katalogjet e prodhuesve të komponenteve dhe pajisjeve. Kjo është bërë më qëllim të lehtësimit të punës së mëvonshme të inxhinierve të ardhshëm dhe të atyre që tani më merren me këtë problematikë. Në fund të çdo kapitulli është dhënë pasqyra e pyetjeve për testimin e studentëve se në çfarë mase e kanë përvehtësuar materialin thelbësor të kapitullit aktual. Problemet në çdo kapitull janë përpiluar asisoji që ta riforcojnë kuptimin e ndërlidhjeve në mes të madhësive të ndryshme në formula, dhe ta zgjërojnë aftësinë për zbatimin e tyre në zgjidhjen e problmeve praktike.
Zhvillimi më i hovshëm i elektronikës energjetike është paraqitur në fund të viteve të ’80 dhe në fillim të ’90. Brenda 30 viteve të ardhshme, me këto trende të zhvillimit të teknologjive të reja dhe mikroprocesorëve, pritet që elektronika energjetike t’i japë formë dhe ta përshtatë energjinë elektrike diku në mes të gjenerimit dhe të gjithë shfrytzuesve të saj. Potenciali i zbatimeve të elektronikës energjetike tani për tani nuk është shfrytëzuar plotësisht, por në këtë libër, është tentuar që të mbulohen sa është e mundur më tepër zbatime.
Myzafere K. Limani
1. HYRJE
1.1 ZBATIMI I ELEKTRONIKËS ENERGJETIKE
Kërkesa për rregullimin e fuqisë te sistemet e ngasjeve të
motorëve dhe për rregullimin industrial paraqitet për shumë vite, dhe kjo
daton që nga zhvillimi i hershëm i sistemit të Ward-Leonard-it për
përfitimin e tensionit të ndryshueshëm njëkahor për rregullimin e
ngasjeve të motorëve njëkahor. Elektronika energjetike e ka ndryshuar në
tërsi konceptin e rregullimit të fuqisë, të shndërrimit të fuqisë dhe të
rregullimit të ngasjeve të motorëve elektrik.
Elektronika energjetike kombinon fuqinë, elektronikën dhe
rregullimin. Rregullimi ka të bëjë me gjendjen stacionare dhe dinamike të
karakteristikave të sistemeve të mbyllura. Fuqia ka të bëjë me pajisje
statike dhe rrotulluese për gjenerimin, bartjen dhe shpërndarjen e
energjisë elektrike. Elektronika ka të bëjë me komponentet dhe qarqet për
përpunimin e sinjaleve për arritjen e objektivave të rregullimit.
Elektronika energjetike mund të definohet si zbatim i elektronikës
gjysmëpërçuese për rregullimin dhe shndërrimin e fuqisë elektrike.
Elektronika energjetike kryesisht bazohet në ndërprerësit
gjysmëpërçues. Me zhvillimin e teknologjisë së komponenteve
gjysmëpërçuese të fuqisë, mundësitë e durimit të tensioneve e rrymave
dhe shpejtësia e këtyre komponenteve janë përmirësuar në mënyrë
marramendëse. Zhvillimi i teknologjisë së
mikroprocesorëve/mikrokompjutorëve ka patur ndikim të rëndësishëm në
sintezën e strategjisë së rregullimit të qarqeve gjysmëpërçuese. Pajisjet
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
2
bashkohore të elektronikës energjetike shfrytëzojnë (1) komponentet
gjysmëpërçuese të fuqisë, të cilat mund të krahasohen me muskuj, dhe (2)
mikroelektronikën e cila e ka fuqinë dhe inteligjencën e trurit.
Elektronika energjetike tani më paraqet një pjesë të rëndësishme
të teknologjisë bashkohore dhe shfrytëzohet në një numër shumë të madh
të pajisjeve energjetike, si te rregullimi i nxemjes, rregullimi i dritës,
rregullimi i motorëve, burimet e fuqisë, sistemet njëkahore të tensioneve
të larta, automjetet elektrike, etj. Kufijtë e zbatimit të elektronikës
energjetike vështirë mund të caktohen, posaçërisht me trendet e tanishme
të zhvillimit të komponenteve të fuqisë dhe të mikroprocesorëve.
1.2 QARQET E ELEKTRONIKËS ENERGJETIKE
Për rregullimin e fuqisë elektrike paraqitet nevoja për shndërrimin
e kësaj fuqie nga një formë në tjetrën, dhe këtë shndërrim e përmbushin
karakteristikat ndërprerëse të komponenteve të fuqisë. Funksionin e
shndërrimit të fuqisë e kryejnë konvertorët statik të fuqisë, të cilët mund
të konsiderohen si një matricë ndërprerëse. Qarqet e elektronikës
energjetike mund të klasifikohen në gjashtë grupe:
1. Drejtuesit me dioda
2. Shndërruesit alternativ-njëkahor (ac-dc) ose drejtuesit e
kontrolluar
3. Shndërruesit alternativ-alternativ (ac-ac) ose rregullatorët
e tensionit
4. Shndërruesit njëkahor-njëkahor (dc-dc) ose çoperët
5. Shndërruesit njëkahor-alternativ (dc-ac) ose invertorët
6. Ndërprerësit statik
1.HYRJE
3
Fig.1.1 Sistemi i gjeneralizuar i shndërruesit të fuqisë
Parimi i punës së shndërruesve të fuqisë bazohet kryesisht në
veprimin ndërprerës të komponenteve gjysmëpërçuese të fuqisë, dhe për
këtë arsye këto qarqe fusin komponente harmonike të rrymës e të
tensionit në sistemin e burimit dhe në dalje. Këto komponente shkaktojnë
shtrembërime të tensionit dalës, gjenerim të komponeneteve harmonike
në sistemin e furnizimit dhe interferencë me qarqet komunikuese dhe
sinjalizuese. Prandaj, për zvoglimin e nivelit të këtyre komponenteve në
një masë të pranueshme, paraqitet nevoja e vendosjes së filtrave në hyrje
dhe në dalje. Në fig.1.1 është paraqitur bllok-diagrami i shndërruesit të
gjeneralizuar të fuqisë.
Strategjia e rregullimit të shndërruesve të fuqisë luan një rol të
rëndësishëm në gjenerimin e formave valore dalëse dhe shtrembërimeve,
dhe mund të shfrytëzohet për minimizimin ose zvoglimin e këtyre
problemeve.
1.3 KOMPONENTET GJYSMËPËRÇUESE TË FUQISË
Komponentet gjysmëpërçuese të fuqisë që shfrytëzohen në këto
qarqe mund të ndahen në gjashtë lloje kryesore: (1) dioda të fuqisë, (2)
tiristorë, (3) tranzistorë bipolar të fuqisë (BJT), (4) MOSFET të fuqisë,
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
4
(5) tranzistorë bipolar me gejt të izoluar (IGBT) dhe (6) tranzistorë me
indukcion statik (SIT).
Diodat mund të klasifikohen në tri tipe: (a) dioda për zbatim të
përgjithëshëm ose dioda gjenerale, (b) dioda të shpejta (ose dioda me
rimëkëmbje të shpejtë) dhe (c) Schottky dioda. Diodat për zbatim të
përgjithshëm në treg mund të gjenden me brez të rrymës e të tensionit
deri 3500 A dhe 3000 V me kohë të rimëkëmbjes reverze deri 25 s.
Diodat me rimëkëmbje të shpejtë kanë kohë në mes të 0.1 dhe 5 s.
Shpejtësi më të madhe të punës kanë diodat Schottky (koha e tyre e
rimëkëmbjes është e rendit nanosekonda) por edhe brezin e punës së
rrymave dhe të tensioneve e kanë dukshëm më të ulët se diodat për
destinim gjeneral.
Tiristorët mund të ndahen në shtatë tipe: (a) tiristorë me komutim
të dhunshëm, (b) tiristorë me komutim natyror, (c) tiristorë me shkyçje
përmes gejtit (GTO), (d) tiristorë me përcjellje të kundërt (RCT), (e)
tiristorë me indukcion statik (SITH), (f) tiristorë që aktivizohen me dritë
(LASCR) dhe (h) tiristorë të kontrolluar me efekt të fushës (MOST).
Tiristorët me komutim të dhunshëm kërkojnë qarqe ndihmëse për shkyçje
dhe këto zakonisht quhen qarqe komutuese. Tiristorët me komutim
natyror shkyçen me kalimin e rrymës në mënyrë të natyrshme nëpër zero
(te qarqet alternative). GTO-ot dhe SIT-at janë tiristorë me vetëkomutim
prandaj as këta nuk kanë nevojë për qarqe komutuese shtesë. Tiristorët
mund të gjenden në brez të rrymave dhe tensioneve deri 2000 A dhe 6000
V, varësisht nga lloji, dhe kanë kohë të rimëkëmbjes reverze në mes të 10
dhe 20 s.
Tranzistorët bipolar të fuqisë shfrytëzohen te qareqet shndërruese
që punojnë në frekuencën nën 10 kHz dhe brezi i tyre i fuqisë mund të
shkoj deri 120 V, 400 A. Te shndërruesit e fuqisë tranzistorët zakonisht
janë të lidhur në konfiguracion me emiter të përbashkët. MOSFET-ët e
fuqisë shfrytëzohen në shndërrues me shpejtësi të punës më të madhe (
në brez frekuencor prej disa dhjeta kiloherca) dhe brez relativisht të ulët
të fuqisë (diku rreth 1000 V, 50 A). SIT-i është komponentë me fuqi të
lartë dhe shpejtësi të madhe. Në esencë, ky tranzistor paraqet verzionin
gjysmëpërçues të triodës me vakuum. Ka zhurma të ulëta, shtrembërime
të vogla dhe mundësi të mëdha të durimit të fuqisë, posaçërisht në audio-
frekuenca. Brezi i fuqisë së SIT-ave sillet rreth 1200 V, 300 A me
shpejtësi të ndërprerjes mbi 100 kHz. Këta tranzistorë janë të
përshtatshëm për zbatime me fuqi të madhe dhe frekuencë të lartë (p.sh.
VHF/UHF, audio dhe amplifikatorë mikrovalor).
1.HYRJE
5
1.4 MODULET E FUQISË
Komponentet e fuqisë mund të gjenden në treg si njësi të veçanta
ose në module. Shndërruesi i fuqisë zakonisht përmban dy, katër ose
gjashtë komponente varësisht nga konfiguracioni i tij. Prandaj këto
komponente mund të gjenden edhe në formë të moduleve me dy, katër
ose gjashtë pjesë, për gadi të gjitha grupet e qarqeve të elektronikës
energjetike. Modulet ofrojnë disa përparësi: si humbje më të vogla në
gjendjen e kyçjes, karakteristika ndërprerse më të mira për rryma e
tensione më të larta dhe shpejtësi më të madhe se komponentet
konvencionale. Disa module në vedi përmbajnë edhe qarqet për mbrojtje
nga proceset kalimtare dhe qarqet e trigerimit të gejtit.
Qarqet për ngasje të gejtit shërbejnë për trigerimin e
komponenteve individuale ose të moduleve. Modulet inteligjente të cilat
paraqesin fjalën e fundit të elektronikës energjetike, integrojnë në veti
modulin e fuqisë dhe qarqet periferike. Qarqet periferike paraqesin qarqet
për izolim hyrje/dalje nga bashkëveprimi i sinjalit me tensionin e lartë të
sistemit, qarqet për trigerim, qarqet për mbrojtje dhe diagnostifikim (nga
tejkalimi i rrymës, lidhja e shkurt, qarku i hapur i ngarkesës, tejnxemja,
tejkalimi i tensionit), qarqet për rregullimin me mikrokompjutor dhe
rregullimin e rrjedhës së fuqisë. Shfrytëzuesit i mbetet vetëm ta kyç
burimin e jashtëm të furnizimit. Çdo modul i këtillë, pra në vedi i
përmban pothuajse të gjitha qarqet e nevojshme, të cilat do të analizohen
veç e veç në kuadër të këtij libri.
2. DIODAT GJYSMËPËRÇUESE TË FUQISË
2.1 HYRJE
Diodat gjysmëpërçuese të fuqisë luajnë një rol të rëndësishëm në
elektronikën energjetike. Në shumicën e zbatimeve ato veprojnë si
ndërprerës dhe mund të kryejnë funksione të ndryshme; si ndërprerës në
qarqet drejtuese ( drejtuesit e paudhëhequr me dioda), si komponente
kthyese në zbrazjen e ngarkesave të kapaciteteve dhe në bartjen e
energjisë në mes të komponenteve, në izolimin e elementeve të qarkut
nga tensioni, në izolimin nga riveprimi i energjisë nga ngarkesa në burim
të fuqisë, etj.
Diodat e fuqisë, për shumë zbatime, mund të trajtohen si
ndërprerës ideal, por diodat reale (praktike) dallojnë nga karakteristikat
ideale dhe kanë disa kufizime të cilat duhet të merren parasysh gjatë
projektimit të qarqeve të diodave. Diodat e fuqisë janë të ngjashme me
diodat e sinjaleve të vogla me kontakt pn, por këto të fuqisë kanë
mundësi më të madhe të durimit të tensionit dhe të rrymës se diodat e
zakonshme. Përgjigja frekuencore (ose shpejtësia e ndërprerjes) është e
ulët në karahasim me atë të diodave të sinjaleve, por kjo nuk paraqet
pengesë për zbatimin e tyre te pajisjet me frekuencë të ulët të punës siç
janë shndërruesit e ndryshëm të energjisë.
2. DIODAT GJYSMËPËRÇUESE TË FUQISË
7
2.2 KARAKTERISTIKAT E DIODËS
Dioda e fuqisë është komponentë gjysmëpërçuese me dy
terminale dhe një kontakt pn. Teknikat bashkohore të automatizuara të
difuzionit dhe të proceseve epitaksiale mundësojnë përfitimin e
karakteristikave të dëshiruara të këtyre komponenteve. Në fig.2.1 është
paraqitur prerja e një diode me kontakt pn dhe simboli i saj.
Kur potenciali i anodës është pozitiv në krahasim me katodën,
thuhet se dioda përçon dhe ka polarizim të drejtë. Gjatë përcjelljes dioda
sillet si ndërprerës i mbyllyr dhe në te ka rënie të vogël të tensionit dhe
madhësia e kësaj rënieje do të varet nga procesi i fabrikimit të diodës dhe
temperatura e kontaktit. Rryma e diodës, në këtë brez të punës është e
pakufizuar, dhe madhësia e saj varet nga kushtet e jashtme të qarkut.
Kur potenciali i katodës është pozitiv në krahasim me anodën,
thuhet se dioda ka polarizim të kundërt (reverz) dhe ajo sillet si
ndërprerës i hapur. Nën kushtet e polarizimit reverz, nëpër diodë kalon
rryma reverze e rendit mikro ose miliamper, dhe kjo rrymë rritet ngadal
me rritjen e tensionit reverz deri sa të arrihet tensioni i shpimit (ortekut)
ose i Zener-it. Gjatë shfrytëzimit të rëndomtë, puna në në afërsi të
tensionit të shpimit duhet të shmanget.
Anoda Katodap n
V+
_
Kontakti pn
i
V+
_
Simboli i diodës
i
A K
D
Fig.2.1 Kontakti pn dhe simboli i diodës
Në fig.2.2a është paraqitur karakteristika stacionare dalëse tension
-rrymë (v-i) e diodës reale. Për shumë destinime praktike dioda mund të
konsiderohet si komponentë ndërprerse ideale, karakteristikat e
linearizuara të së cilës janë paraqitur në fig.2.2b.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
8
(a)(b)
Fig.2.2 Karakteristikat v-i të diodës: (a) dioda praktike; (b) dioda ideale
Karakteristikat e paraqitura në fig.2.2a mund të shprehen përmes
një ekuacioni të njohur si ekuacioni i Schockley-ut për diodën, i cili është
i dhënë me shprehjen
1T
D
V
V
SD eII
2.1
ku:
ID - rryma nëpër diodë, A
VD - tensioni i diodës, me potencial pozitiv të anodës në
karahasim me katodën, V
IS - rryma reverze e ngopjes, zakonisht në brezin pej 10-6
deri në
10-5
A
- konstantë empirike e njohur si koeficienti i emisionit ose
faktori i idealitetit, vlerat e të cilit ndryshojnë nga 1 në 2
Koficienti i emisionit varet nga materiali dhe konstrukcioni
fizik i diodës. Për dioda të germaniumit, konsiderohet të jetë 1, ndërsa
për ato të silicit, vlera e parashikuar e është 2, por për shumicën e
diodave praktike të slicit kjo vlerë sillet në brezin prej 1.1 deri në 1.8. VT
në ek.(2.1) është një konstantë që quhet tensioni termik dhe është i dhënë
me
2. DIODAT GJYSMËPËRÇUESE TË FUQISË
9
q
kTVT 2.2
ku:
q - ngarkesa e elektronit: 1.6022x10-19
C
T - temperatura absolute në oKelvin (K = 273 +
oC)
K - konstanta e Boltzmann-it: 1.3806x10-23
J/oK
Në temperaturën e kontaktit rreth 25 oC, tensioni termik është
mVq
kTVT 8.25
106022.1
)25273(103806.119
23
Në një temperaturë të caktuar, rryma reverze IS është konstante për
diodën e dhënë. Karakteristikat e diodës nga fig.2.2a mund të ndahen në
tri regjione:
Regjioni me polarizim të drejtë, ku VD > 0
Regjioni me polarizim reverz, ku VD < 0
Regjioni i thyerjes, ku VD < VZK
Regjioni me polarizim të drejtë. Në regjionin me polarizim të
drejtë tensioni i diodës është VD > 0. Rryma e diodës ID është shumë e
vogël nëse tensioni i diodës VD është shumë më i vogël se një vlerë e
specifikuar VTD (rreth 0.7V) që paraqet tensionin e pragut të kyçjes.
Dioda do të përcjellë plotësisht vetëm atëherë kur tensioni VD është më i
lartë se tensioni i pragut të kyçjes.
Nëse tensioni i diodës është i vogël VD = 0.1 V, = 1, dhe VT =
25.8 mV, nga ek.(2.1) mund të caktohet rryma gjegjëse e diodës ID si
SSS
V
V
SD IIeIeII T
D
23.48123.4811 0258.0
1.0
me
gabim 2,1%.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
10
Prandaj, për VD > 0.1, që është rast i zakonshëm në praktikë, ID
>> IS, dhe ek.(2.1) me gabim 2,1% mund të rrumbullaksohet në
T
D
V
V
sD eII
2.3
Regjioni me polarizim reverz. Në regjionin me polarizim reverz
tensioni në diodë është VD < 0. Nëse ky tension është TD VV , gjë që
plotësohet për VD < - 0.1 V, antari eksponencial në ek.(2.1) bëhet i
papërfillshëm në krahasim me 1 dhe rryma e diodës është
S
V
V
SD IeII T
D
1 2.4
që tregon se rryma e diodës në kahjen reverze është konstante dhe e
barabartë me IS.
Regjioni i thyerjes. Në regjionin e thyerjes, tensioni reverz është
i lartë, zakonisht më i madh se 1000 V. Madhësia e tensionit reverz
paraqet tensionin e njohur si tension i thyerjes (shpimit) VBR. Rryma
reverze në këtë tension rritet shumë shpejtë me ndryshime të vogla të
tensionit mbi VBR. Puna e diodës në këtë regjion nuk do të jetë shkatruese
nëse sigurohet që fuqia e disipacionit të jetë në një “nivel të garantuar” të
cilin e deklaron prodhuesi i komponenteve, në të kundërtën, zakonisht
duhet të ndërmerren masa për kufizimin e rrymës në regjionin e thyerjes,
në mënyrë që disipacioni i fuqisë të kufizohet brenda një vlere të
arsyeshme.
Shembulli 2.1___________________________________________________________
Rënia e tensionit në diodën e fuqisë të polarizuar drejtë është VD = 1.2 V në ID = 300 A.
Duke supozuar se = 2 dhe VT = 25.8 mV, të gjendet rryma reverze IS.
Zgjidhje_______________________________________________________________
Duke zbatuar ek.(2.1), mund ta gjejmë rrymën e kërkuar IS
2. DIODAT GJYSMËPËRÇUESE TË FUQISË
11
1T
D
V
V
SD eII
13003108.252
2.1
eI S
AIS
81038371.2
2.3 KOHA E RIMËKËMBJES REVERZE
Rryma e diodës me polarizim të drejtë është pasojë e efektit të
përgjithshëm të bartësve kryesorë dhe të atyre minor. Nëse dioda është
me polarizim të drejtë dhe në modin përcjellës të punës, dhe nëse pastaj
rryma e saj redukohet në zero (për shkak të sjelljes natyrore të qarkut të
diodës ose me zbatimin e tensionit reverz), dioda vazhdon të përçoj për
shkak të bartësve minor të cilët mbesin të grumbulluar në kontaktin pn
dhe të atyre në vet trupin e materialit gjysmëpërçues. Bartësve minor i
duhet një kohë që të rekombinohen me ngarkesat e kundërta dhe të
neutralizohen. Kjo kohë quhet koha e rimëkëmbjes reverze e diodës.
Në fig.2.3 janë paraqitur dy karakteristika të rimëkëmbjeve të
diodave me kontakt. Tipi me rimëkëmbje të butë është më i shpeshtë.
Koha e rimëkëmbjes reverze shënohet me trr dhe matet prej momentit të
kalimit të rrymës së diodës nëpër zero deri sa të bie në 25% të vlerës
maksimale të rrymës reverze IRR. Koha trr përbëhet nga dy pjesë: ta që
është pasojë e ngarkesave të grumbulluara në regjionin e varfëruar të
kontaktit dhe paraqet kohën prej kalimit të rrymës nëpër zero deri në
vlerën maksimale të rrymës reverze IRR; dhe tb që është pasojë e
ngarkesave të grumbulluara në trupin e materialit gjysmëpërçues. Herësi
ta/tb quhet faktori i butësisë dhe shënohet me SF. Në praktikë kujdes
duhet t’i kushtohet kohës së përgjithshme të rimëkëmbjes trr dhe vlerës
maksimale të rrymës reverze IRR.
barr ttt 2.5
Vlera maksimale e rrymës reverze mund të shprehet si
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
12
dt
ditI aRR 2.6
Koha e rimëkëmbjes reverze mund të definohet si intervali kohor
në mes të çastit kur rryma kalon nëpër zero kur dioda kalon nga kushti i
përcjelljes në kushtet e bllokimit dhe momentit kur rryma reverze bie në
25% të vlerës së saj maksimale IRR. Koha e rimëkëmbjes varet nga
temperatura e kontaktit dhe shpejtësia e zhdukjes së rrymës së drejtë.
Ngarkesa e rimëkëmbjes reverze QRR, është sasia e ngarkesës së
bartësve që kalon nëpër diodë në kahjen reverze (të kundërt), kur të
ndryshohen kushtet e punës nga përcjellja në modin bllokues. Kjo
ngarkesë është përafërsisht e barabartë me
Fig.2.3 Karakteristikat e rimëkëmbjes reverze
rrRRbRRaRRRR tItItIQ2
1
2
1
2
1 2.7
ose
rr
RRRR
t
QI
2 2.8
Duke i barazuar ek.(2.6) dhe (2.8) fitohet
2. DIODAT GJYSMËPËRÇUESE TË FUQISË
13
dtdi
Qtt RR
arr
2 2.9
Nëse tb është e papërfillshme në krahasim me ta, gjë që është rast
shumë i shpeshtë në praktikë, arr tt , dhe ek.(2.9) bëhet
dtdi
Qt RR
rr
2 2.10
dhe
dt
diQI rrRR 2 2.11
Nga ek.(2.10) dhe (2.11) mund të shihet se koha e rimëkëmbjes
reverze trr dhe vlera maksimale e rrymës reverze IRR varen nga ngarkesa e
grumbulluar QRR dhe di/dt.
Ngarkesa e grumbulluar varet nga rryma e diodës për polarizim të
drejtë IF. Madhësitë IRR, QRR, dhe trr kanë rëndësi gjatë projektimit të
qarqeve dhe vlerat e tyre zakonisht jepen në specifikacion të
komponenteve nga ana e prodhuesit.
Nëse dioda punon në kushte të polarizimit reverz, rryma që rrjedh
është pasojë e bartësve minor. Në atë rast aplikimi i tensionit të drejtë do
ta detyroj diodën që ta ndërroj kahjen e rrymës. Por edhe në këtë rast
nevojitet një kohë e caktuar para se bartësit kryesor ta kalojnë tërë
kontaktin dhe të kontribojnë në rrjedhjen e rrymës. Kjo kohë quhet koha
e rimëkëmbjes së drejtë (ose koha e kyçjes). Nëse shpejtësia e rritjes së
rrymës së drejtë është e lartë, dhe nëse kjo rrymë është e koncentruar në
një sipërfaqe të vogël të kontaktit, dioda mund të shkatrohet. Prandaj
koha e rimëkëmbjes së drejtë e kufizon shpejtësinë e ndërprerësit.
Shembulli 2.2___________________________________________________________
Koha e rimëkëmbjes reverze e diodës është trr = 3s dhe shpejtësia e rënies së rrymës së
diodës është di/dt = 30 A/s. Të caktohet: (a) ngarkesa e grumbulluar QRR; (b) vlera
maksimale e rrymës reverze të rimëkëmbjes IRR.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
14
Zgjidhje_______________________________________________________________
(a) Nga ek.(2.10) kemi
CsAtdt
diQ rrRR 135103/305.0
2
1 26
(b) Nga ek.(2.11) kemi
Adt
diQI RRRR 902
2.4 LLOJET E DIODAVE TË FUQISË
Dioda ideale nuk duhet të ketë kohë të rimëkëmbjes reverze, por
kostoja e fabrikimit të një diodë të tillë do të rritej. Në shumë zbatime,
efektet e kohës së rimëkëmbjes reverze nuk janë të rëndësishme prandaj
mund të përdoren dioda të lira. Varësisht nga karakteristikat rimëkëmbse
dhe teknikat e fabrikimit, diodat e fuqisë mund të klasifikohen në tri
kategori. Karakteristikat dhe kufizimet praktike të secilit lloj ngushtojnë
mundësitë e zbatimit të tyre. Llojet e diodave janë:
1. diodat standarde ose për zbatim gjeneral
2. diodat me rimëkëmbje të shpejtë
3. Schottky diodat
Diodat për zbatim gjeneral kanë kohë të rimëkëmbjes reverze
relativisht të lartë, rreth 25 s, dhe përdoren në raste kur nuk nevojitet
shpejtësi e madhe ( për shembull drejtuesit me dioda, konvertorët me
frekuencë të ulët deri në 1 kHz dhe konvertorët e udhëhequr me rrjetë ).
Këto dioda mbulojnë brezin e rrymës prej 1 A deri 6 000 A, me brez të
tensionit prej 50 V deri 5 kV. Teknologjia e fabrikimit të tyre është me
difuzion.
Diodat me rimëkëmbje të shpejtë kanë kohë të shkurtë të
rimëkëmbjes, zakonisht më të vogël se 5 s, dhe shfrytëzohen në qarqet
2. DIODAT GJYSMËPËRÇUESE TË FUQISË
15
konvertuese dc-dc dhe ac-ac, ku shpejtësia e rimëkëmbjes ka rëndësi
kritike. Këto dioda mbulojnë brezin e rrymës prej 1 A deri në 5 000 A me
brez të tensionit prej 50 V deri në 3 kV.
Për tensione mbi 400 V diodat me rimëkëmbje të shpejtë
zakonisht fabrikohen me difuzion dhe koha e tyre e rimëkëmbjes është e
kontrolluar me difuzion të platinës ose të arit. Për tensione nën 400 V,
diodat epitaksiale tregojnë shpejtësi më të mëdha të ndërprerjes se ato me
difuzion. Diodat epitaksiale kanë bazë të ngushtë, që rezulton me kohë të
shpejtë të rimëkëmbjes, zakonisht më të ulët se 50 ns.
Schottky diodat eliminojnë problemin e ngarkesave të
grumbulluara në kontaktin p-n. Kjo arrihet me ngritjen e një “bariere
potenciale” me një kontakt në mes të metalit dhe gjysmëpërçuesit. Një
shtresë e hollë e metalit depozitohet në shtresën epitaksiale të silicit të
tipit n. Bariera potenciale simulon kontaktin p-n. Veprimi drejtues, në
këtë rast varet vëtëm nga bartësit kryesor, dhe si rezultat nuk ka bartës
minor për tu rekombinuar.
Rryma e shpimit te këto dioda është më e madhe se te diodat me
kontakt. Tensionet maksimale të këtyre diodave në përgjithësi janë të
kufizuara deri në 1 000 V. Brezi i rrymës ndryshon prej 1 A deri 300 A.
Këto dioda janë ideale për burime të fuqisë njëkahore me tension të ulët
dhe rrymë të madhe. Këto përdoren shumë edhe te burimet e fuqisë me
rrymë të vogël e me efikasitet të rritur.
2.5 LIDHJA SERIKE E DIODAVE
Në shumë zbatime të tensionit të lartë (p.sh. te linjat e tensionit të
lartë njëkahor), një diodë nuk mund ta përmbush brezin e kërkuar të
tensionit, prandaj diodat lidhen në seri që ta rrisin mundësinë e bllokimit
të tensionit revez.
T’i marrim në shqyrtim dy dioda të lidhura në seri si në fig.2.4a.
Në praktikë, karakteristikat v-i për tipin e njëjtë të diodave ndryshojnë
për shkak të tolerancës në procesin e prodhimit. Në fig.2.4b janë
paraqitur dy karakteristika për dioda të tilla.
Në kushtet e polarizimit të drejtë, të dy diodat përcjellin rrymë të
njëjtë, dhe rënia e tensionit në to është përafërsisht e barabartë. Ndëkaq,
në kushtet e polarizimit reverz bllokues, secila diodë duhet të bartë rrymë
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
16
të njëjtë kthyese dhe si rezultat i kësaj, tensionet bllokuese do të jenë të
ndryshme.
Një zgjidhje e thjeshtë e këtij problemi, fig.2.5a, është ndarja e
barabartë e tensionit duke lidhur nga një rezistor paralel me secilën diodë.
Për shkak të ndarjes së barabartë të tensionit, rrymat kthyese të diodave
ndryshojnë dhe kjo është paraqitur në fig.2.5b.
VD2
-
+
_
+_
+
VD1
D1
D2
Is
VS
V
+
_
VD1 VD2
i
v0
(a)(b)
Fig.2.4 Dy dioda me polarim reverz të lidhura në seri: (a) diagrami i
qarkut; (b) karakteristikat v-i
VD2
-
+
_
+_
+
VD1 D1
D2
Is
VS
V
+
_
R1
R2
IS1
IS2IR2
IR2
VD1VD2
i
v0
_ _=
1
2
(a)(b)
Fig.2.5 Diodat e lidhura në seri me ndarje të barabartë të tensionit në
kushte stacionare: (a) diagrami i qarkut; (b) karakteristikat v-i
2. DIODAT GJYSMËPËRÇUESE TË FUQISË
17
Pasi që rryma e tërësishme duhet të ndahet në mes të diodave dhe
rezistorëve të tyre, ajo është
2211 RSRSS IIIII 2.12
ndërsa këto rryma janë
1
11
R
VI D
R dhe 2
22
R
VI D
R
Ekuacioni i fundit jep lidhjen në mes të rezistorëve R1 dhe R2 për ndarje
të barabartë të tensionit
2
22
1
11
R
VI
R
VI D
SD
S 2.13
Nëse rezistencat janë të barabarta, R = R1 = R2, tensionet e dy
diodave do të ndryshojnë pak, gjë që varet nga karakteristikat v-i të
diodave.
Vlerat e tensioneve VD1 dhe VD2 mund të caktohen nga ek.(2.13)
SDD VVV 21 2.14
Ndarja e njëtrajtshme e tensionit në kushte kalimtare (p.sh. gjatë
kyçjes-shkyçjes së ngarkesës, zbatimit fillestar të tensionit hyrës) arrihet
me lidhjen e kapaciteteve si në fig.2.6. Rezistenca RS kufizon shpejtësinë
e rritjes së tensionit të bllokimit.
D1
D2
RS
R1
R2
CS
CS
RS
Fig.2.6 Diodat e lidhura në seri me qarkun për ndarje të tensionit
në kushte stacionare dhe kalimtare
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
18
2.6 LIDHJA PARALELE E DIODAVE
Në zbatimet praktike të fuqisë së lartë, kur një diodë nuk mund ta
bartë rrymën e kërkuar, ato lidhen paralel që të rritet mundësia e bartjes
së rrymës për kërkesat e parashtruara. Shpërndarja e rrymës së diodave
do të jetë në pajtim me rëniet e tyre gjegjëse të tensionit për polarizim të
drejtë. Shpërndarja uniforme e rrymës mund të arrihet me vendosjen e
induktiviteteve të barabarta ose me lidhjen e rezistorëve (që nuk është
shumë praktike për shkak të humbjeve të fuqisë) si në fig.2.7.
R1
+
_
R2
D1 2
SV
D
+
_
V R1
+_R2
D1 2
SV
D
ii
L1 2L
(a) (b)
Fig.2.7 Lidhja paralele e diodave: (a) shpërndarja në gjendje stacionare;
(b) shpërndarja për kushte dinamike
Ky problem mund të minimizohet me zgjedhjen e diodave me
rënie të barabarta të tensionit ose dioda të tipit të njëjtë. Pasi që diodat
janë lidhur paralel, tensionet reverze të bllokimit do t’i kenë të barabarta.
Rezistorët në fig.2.7a do të ndihmojnë shpërndarjen e rrymës nën
kushtet stacionare, ndërsa për kushtet dinamike (gjendja kalimtare) kjo
shpërndarje sigurohet me lidhjen e induktiviteteve si në fig.2.7b. Nëse
rryma nëpër diodën D1 rritet, rritet edhe dt
diL nëpër L1 dhe në
induktivitetin L2 indukohet tension me polaritet të kundërt. Rezultat i
kësaj është zvoglimi i impedancës nëpër D2. Këto induktivitete mund të
jenë të shtrenjta dhe voluminoze, posaçërisht te vlerat e larta të rrymave.
2. DIODAT GJYSMËPËRÇUESE TË FUQISË
19
Shembulli 2.3___________________________________________________-_______
Dy dioda janë lidhur në seri si në fig.2.5a, në mënyrë që ta ndajnë tensionin total VD = 5
kV. Rrymat reverze të diodave janë IS1 = 30 mA dhe IS2 = 35 mA. (a) Të gjinden
tensionet e diodave nëse rezistencat për ndarjen e tensionit janë të barabarta, R1 = R2 =
R= 100k. (b) Të caktohen rezistencat R1 dhe R2 nëse tensionet e diodave janë të
barabarta, VD1 = VD2 = VD/2.
Zgjidhje_______________________________________________________________
(a) IS1 = 30 mA, IS2 = 35 mA, R1 = R2 = R = 100 k
VD = VD1 + VD2
VD2 = VD – VD1
Nga ek.(2.13) kemi
R
VI
R
VI D
SD
S2
21
1
Duke zëvëndsuar 12 DDD VVV fitojmë
VkkV
IIRV
V SSD
D 2750)10301035(2
100
2
5)(
22
33121
dhe VVVV DDD 22502750500012
(b) IS1 = 30 mA, IS2 = 35 mA, VD1 = VD2 = VD/2 = 2500 V
Nga ek.(2.13) kemi
2
22
1
11
R
VI
R
VI D
Sd
S
nga i cili mund të nxjerret R2 për një vlerë të njohur të R1
)( 1211
11
2
SD
D
IIRV
RVR
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
20
Nëse supozohet se R1 = 100 k, fitohet
kR 125
)10301035(10100105.2
10100105.23333
33
2
PASQYRË PYETJESH
2.1 Cilat janë llojet e diodave të fuqisë?
2.2 Çka është rryma reverze e diodës?
2.3 Çka është koha e rimëkëmbjes reverze të diodës?
2.4 Cila është rryma e rimëkëmbjes reverze të diodës?
2.5 Cilat janë llojet e rimëkëmbjes së diodave?
2.6 Çka shkakton kohën e rimëkëmbjes reverze te dioda me
kontakt p-n?
2.7 Cili është efekti i kohës së rimëkëmbjes reverze?
2.8 Pse duhet të përdoren diodat me rimëkëmbje të shpejtë në
rastet e ndërprerësve të shpejtë?
2.9 Çka është koha e rimëkëmbjes së drejtë?
2.10 Cilat janë dallimet kryesore në mes të diodave me kontakt
p-n dhe atyre Schottky?
2.11 Cilat janë kufizimet e Schottky diodave?
2.12 Cila është koha tipike e rimëkëmbjes reverze te diodat për
zbatim të përgjithshëm?
2.13 Cila është koha tipike e rimëkëmbjes reverze te diodat me
rimëkëmbje të shpejtë?
2.14 Cilat janë problemet te lidhja serike e diodave dhe cilat janë
zgjidhjet e mundshme?
2. DIODAT GJYSMËPËRÇUESE TË FUQISË
21
2.15 Cilat janë problemet te lidhja paralele e diodave, dhe cilat
janë zgjidhjet e mundshme?
2.16 Nëse dy dioda janë të lidhura në seri dhe kanë ndarje të
njëjtë të tensionit, pse ndryshon rryma e tyre reverze?
PROBLEME
2.1 Koha e rimëkëmbjes reverze të diodës është trr = 5 s, dhe
shpejtësia e rënies së rrymës së diodës është di/dt = 80 A/s.
Nëse faktori i butësisë është SF = 0.5, të caktohet: (a) ngarkesa
e grumbulluar QRR, dhe (b) rryma maksimale reverze IRR.
2.2 Vlerat e matura të diodës në temperaturën prej 25 oC janë: VD =
1.0 V për ID = 50 A dhe VD = 1.5 V për ID = 600 A. Të caktohet:
(a) koeficienti , (b) rryma reverze IS.
2.3 Dy dioda janë të lidhura në seri dhe tensioni në secilën diodë
mbahet i njëjtë me lidhjen e rezistorëve për ndarje te tensionit,
VD1 = VD2= 2000 V dhe R1 = 100 k. Karakteristikat v-i të
diodave janë paraqitur në fig.2.8. Të caktohen rrymat reverze të
diodave dhe R2.
2.4 Dy dioda janë të lidhura paralel dhe rënia e tensionit në secilën
diodë për polarizim të drejtë është 1.5 V. Karaktristikat v-i të
diodave janë dhënë në fig.2.8. Të caktohen rrymat nëpër dioda
për polarizim të drejtë.
2.5 Dy dioda janë lidhur paralel si në fig.2.7a dhe kanë rezistenca
për ndarje të rrymave. Karakteristikat e tyre janë paraqitur në
fig.2.8. Rryma totale është IT = 200 A. Tensioni në diodë dhe
rezistencë është V = 2.5 V. Të caktohen vlerat e rezistencave R1
dhe R2 , nëse rryma e tërësishme ndahet në mënyrë të barabartë
ndërmjet diodave.
2.6 Në qarkun e paraqitur në fig.2.6a diodat janë lidhur në seri.
Rezistencat në dioda janë R1 = R2= 10 k. Tensioni njëkahor
hyrës është 5 kV. Rrymat reverze të diodave janë IS1 = 25 mA
dhe IS2 = 40 mA. Të caktohen tensionet nëpër dioda.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
22
i
5 mA1015202530
50100150
20040080012001600200022000.5 1 2 3 v(V)
(A)
Fig.2.8
3. DREJTUESIT ME DIODA
3.1 DREJTUESI NJËFAZOR I GJYSMËVALËS
Drejtuesi është qark i cili shndërron sinjalin alternativ hyrës në
sinjal njëkahor dalës me vlerë të fiksuar. Te këto qarqe, më së shpeshti si
ndërprerës shfrytëzohen diodat. Varsisht nga lidhja e diodave dhe
transformatorit hyrës, realizohen tipe të ndryshme të drejtuesve.
s=V sinm
is
+ -vD
vL
-
+
p vv
-
+
tRL
t
t
t
t
iVm/RL
D
-
0
0
0
0
D
(a)
2
22
2
22
(b)
Fig.3.1 Drejtuesi njëfazor i gjysmëvalës; (a) qarku; (b) format
valore
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
24
Drejtuesi njëfazor i gjysmëvalës është tipi më i thjeshtë, i cili
zakonisht nuk përdoret në zbatime industriale, por ai është megjithate i
përshtatshëm për kuptimin e parimit të punës së këtyre qarqeve. Diagrami
i qarkut me ngarkesë rezistive është paraqitur në fig.3.1a. Gjatë
gjysmëciklit pozitiv të tensionit hyrës, dioda D përcjell dhe tensioni hyrës
paraqitet në ngarkesë. Gjatë gjysmëciklit negativ të tensionit hyrës, dioda
është nën kushtet e bllokimit dhe tensioni dalës është zero. Format valore të tensionit hyrës dhe dalës janë parqitur në fig.3.1b.
3.2 PARAMETRAT E PERFORMANSAVE
Edhepse tensioni dalës në fig.3.1b është njëkahor, ai është edhe
diskontinual dhe përmban komponente harmonike të larta. Drejtuesi është
procesor i fuqisë i cili në dalje duhet të jap tension njëkahor me
përmbajtje minimale të harmonikëve. Në të njëjtën kohë, ai duhet ta ketë
rrymën hyrëse sa më afër sinusoidës dhe në fazë me tensionin hyrës.
Kualiteti i përpunimit të fuqisë te drejtuesi kërkon përcaktimin e
përmbajtjes së harmonikëve të rrymës hyrëse, tensionit dalës dhe rrymës
dalëse. Për caktimin e përbërjes harmonike të rrymave dhe tensioneve
përdoret zbërthimi në seri Fourier. Ekzistojnë lloje të ndryshme të
qarqeve drejtuese dhe performansat e tyre caktohen nga parametrat e
poshtëshënuar:
o Fuqia njëkahore dalëse
dcdcdc IVP 3.1
o Vlera efektive e tensionit dalës, Vrms
o Tensioni maksimal reverz në skaje të diodës, VRDmax
o Vlera efektive e rrymës dalëse, Irms
o Fuqia alternative dalëse
rmsrmsac IVP 3.2
3. DREJTUESIT ME DIODA
25
o Efikasiteti i drejtuesit është i definuar si
ac
dc
P
P 3.3
Tensioni dalës mund të konsiderohet se përbëhet prej dy
komponenteve: (1) vlerës njëkahore dhe (2) komponentës alternative ose
valëzimit.
o Vlera efektive e tensionit të valëzimit dalës është
22
dcrmsac VVV 3.4
o Faktori i formës, që vlerëson formën e tensionit dalës
është
dc
rms
V
VFF
3.5
o Faktori i valëzimit, që vlerëson përmbajtjen e valëzimit,
definohet si
11 2
2
FF
V
V
V
VFV
dc
rms
dc
ac 3.6
o Faktori i harmonikut të rrymës hyrëse definohet si
2/12
1
2/1
2
1
2
1
2
1
S
S
S
SS
I
I
I
IIFH 3.7
ku IS është vlera efektive e rrymës së sekondarit të transformatorit, dhe IS1
komponenta themelore e rrymës IS.
o Faktori i fuqisë hyrëse definohet si
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
26
coscos 11
S
S
SS
SS
I
I
IV
IVPF 3.8
ku këndi është këndi i shfazimit në mes të komponentës themelore të
rrymës hyrëse dhe tensionit.
Drejtuesi ideal duhet t’i ketë = 100%, Vac = 0, FV = 0, FH = 0
dhe PF = 1.
3.3 DREJTUESI NJËFAZOR I VALËS SË PLOTË
Qarku i drejtuesit të valës së plotë me transformator me pikë të
mesme është paraqitur në fig.3.2a.
+
+ -
sv
pv
-
+
RL
+-
sv+ -
vD1
vD2
-
vL- +
t
t
t
D
0
0
-
0
vD2 vD1
v 1=0 vD2=0
2
(a) (b)
Fig.3.2 Drejtuesi i valës së plotë me transformator me pikë të
mesme: (a) diagrami i qarkut; (b) format valore
Secila gjysmë e transformatorit me diodën e vet përcjellëse
vepron si drejtues i gjysmëvalës dhe dalja e tij është paraqitur në fig.3.2b.
3. DREJTUESIT ME DIODA
27
Pasi që këtu nuk ka rrjedhje të rrymës njëkahore nëpër transformator, nuk
ka humbje të fuqisë në bërthamën e transformatorit.
Vlera mesatare e tensionit dalës është
mm
T
mdc VV
dttVT
V 6366.02
sin2
2/
0
3.9
Në vend të transformatorit me pikë të mesme mund të përdoren
katër dioda si në fig.3.3a. Gjatë gjysmëciklit pozitiv të tensionit hyrës,
fuqia i dorëzohet ngarkesës nëpër diodat D1 dhe D2, ndërsa gjatë
gjysmëciklit negativ përcjellin diodat D3 dhe D4. Forma valore e tensionit
dalës është paraqitur në fig.3.3b. Tensioni maksimal reverz i diodës është
vetëm Vm. Qarku i këtillë është i njohur si drejtuesi me urë dhe zakonisht
ky përdoret në zbatimet industriale. Përparsia e konfiguracionit të këtillë
është se kërkon transformator më të thjeshtë (pa pikë të mesme në
sekondar).
(a)
(b)
Fig.3.3 Drejtuesi me urë: (a) diagrami i qarkut; (b) format valore
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
28
Shembulli 3.1___________________________________________________________
Drejtuesi njëfazor me urë që furnizon një ngarkesë me induktivitet të lartë (p.sh. motor
njëkahor) është paraqitur në fig.3.4a. Rryma e armatures, Ia, që nget motorin është
paraqitur në fig.3.4b. Të caktohet: (a) faktori i harmonik i rrymës hyrëse FH dhe (b)
faktri i fuqisë hyrëse PF
Zgjidhje______________________________________________________________
Motori njëkahor ka induktivitet të lartë dhe vepron si filtër në redukimin e rrymës së
valëzimit të ngarkesës. (a) Format valore të rrymës hyrëse dhe tensionit hyrës të
drejtuesit janë paraqitur në fig.3.4b. Rryma hyrëse mund të zbërthehet në seri Fourier si
)sincos()(,...3,1
1 tnbtnaIti n
n
ndc
ku 0)(2
1)()(
2
12
0
2
0
1
tdItdtiI adc
0)(cos2
)(cos)(1
0
2
0
1
tdtnItdtntia an
M
= i
(a)
Ia
Ia-
Ia
i1
Komponenta themelore
( b)
Fig.3.4 Drejtuesi me urë me motor si ngarkesë: (a) qarku; (b) format valore
3. DREJTUESIT ME DIODA
29
n
ItdtnItdtntib a
an
4)(sin
2)(sin)(
1
0
2
0
1
ashtu që shprehja për rrymën hyrëse është
...)5
5sin
3
3sin
1
sin(
4)(1
tttIti a
Vlera efektive e komponentës themelore të rrymës hyrëse është
aa
S II
I 90.02
41
Vlera efektive e rrymës hyrëse është
aaS III
2/1222
...7
1
5
1
3
11
2
4
(a) Sipas definicionit faktori harmonik është
%43.484843.0
19.0
11
2/12
2/12
1
2/1
2
1
2
1
2
FH
I
I
I
IIFH
S
S
S
SS
(b) Këndi i shfazimit është = 0, ashtu që faktori i fuqisë hyrëse është
9.09.0
cos1 a
a
S
S
I
I
I
IPF
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
30
3.4 DREJTUESIT SHUMFAZORË NË YLL
Tensioni mesatar që mund të fitohet te drejtuesi njëfazor i valës së
plotë është 0.6366 Vm dhe këta përdoren për fuqi deri në 15 kW. Për fuqi
më të lartë dalëse përdoren drejtuesit trefazorë dhe shumfazorë. Tensioni
dalës i drejtuesve njëfazor, i zbërthyer në seri Fourier, tregon se në dalje
janë të pranishme komponentet harmonike dhe se frekuenca e
harmonikut themelor është dyfishi i frekuencës së burimit (2f). Në
praktikë zakonisht përdoret filtri për redukimin e nivelit të harmonikëve
në ngarkesë.
Fig.3.5 Drejtuesi shumfazorë
3. DREJTUESIT ME DIODA
31
Te drejtuesi shumfazorë frekuenca themelore e komponenteve
harmonike gjithashtu rritet dhe ajo është q herë frekuenca e burimit (qf).
Drejtuesi i këtillë është i njohur edhe si drejtuesi në yll. Qarku i drejtuesit
shumfazorë me yll është paraqitur në fig.3.5a. Ky qark mund të trajtohet
si q drejtues njëfazor të gjysmëvalës dhe të konsiderohet si drejtues i tipit
gjysmëvalor. Dioda e k-të do të përcjellë gjatë periodës kur tensioni i
fazës k është më i lartë se i fazave tjera. Format valore për tensione dhe
rryma janë paraqitur në fig.3.5b. Perioda e përcjelljes së secilës diodë
është 2/q. Nga fig.3.5b mund të vërehet se rryma që kalon nëpër
sekondar është njëkahore, dhe pasi që vetëm një sekondar bartë rrymë në
kohë të caktuar, primari duhet të lidhet në trekëndësh në mënyrë që të
eliminohet komponenta njëkahore në anën hyrëse të transformatorit. Kjo
minimizon përmbajtjen e harmonikëve të rrymës linjore të primarit.
Nëse supozojmë valën kosinusoidale prej /q deri në 2/q,
tensioni mesatar dhe efektiv dalje për drejtuesin q-fazorë është
q
qVtdtV
qV m
q
mdc
sin)(cos/2
2/
0
3.10
2/1
2/1/
0
22
)2
sin2
1(
2
)(cos/2
qV
tdtVq
qV
m
q
mrms
3.11
Nëse ngarkesa është rezistencë e pastër, rryma maksimale nëpër diodë
është
Lmm RVI /
dhe mund të caktohet vlera efektive e rrymës së diodës (ose rrymës së
sekondarit të transformatorit) si
L
rmsm
q
mS
R
V
qqI
tdtII
2/1
2/1/
0
22
)2
sin2
1(
2
1
)(cos2
2
3.12
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
32
3.5 DREJTUESI TREFAZORË ME URË
Drejtuesi trefazorë me urë zakonisht përdoret kur kërkohet fuqi
më e madhe dhe një drejtues i tillë është paraqitur në fig.3.6. Ky është
drejtues i valës së plotë. Ai mund të punoj me ose pa transformator dhe
në dalje jep gjashtë pulse të valëzimit. Diodat janë numërizuar sipas
rradhës së përcjelljes dhe secila prej tyre përcjellë për 120o. Sekuencat e
përcjelljes për dioda janë 12, 23, 34, 45, 56 dhe 61. Ato çifte të diodave
që janë të lidhura në mes të linjës furnizuese që ka tensionin linjor
momental më të lartë do të përçojnë. Tensioni linjor është 3 herë
tensioni fazor. Format valore dhe kohët e përcjelljes së diodave janë
paraqitur në fig.3.7. Tensioni mesatar në dalje është
mmmdc VVtdtVV 654.133
)(cos36/2
26/
0
3.13
ku Vm është vlera maksimale e tensionit fazor.
Vlera efektive e tensionit dalës është
mm
mrms
VV
tdtVV
6554.14
39
2
3
)(cos6/2
6
2/1
2/16/
0
22
3.14
Fig.3.6 Drejtuesi trefazorë me urë
3. DREJTUESIT ME DIODA
33
Diodate kyçura
Fig.3.7 Format valore dhe kohët e përcjelljes së diodave
Nëse ngarkesa është rezistencë e pastër, rryma maksimale nëpër diodë
është
Lmm RVI /3
dhe vlera efektive e rrymës së diodës është
mm
mD
II
tdtII
5518.0)6
2sin
2
1
6(
1
)(cos2
4
2/1
2/16/
0
22
3.15
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
34
dhe vlera efektive e rrymës së sekondarit të transformatorit
mm
mS
II
tdtII
7804.06
2sin
2
1
6(
2
)(cos2
8
2/1
2/16/
0
22
3.16
ku Im është vlera maksimale e rrymës linjore të sekondarit.
Shembulli 3.2___________________________________________________________
Drejtuesi trefazor me yll ka ngarkesë të pastër rezistive R. Të caktohet (a) efikasiteti, (b)
faktori i formës, (c) faktori i valëzimit, (d) tensioni reverz maksimal i secilës diodë, dhe
(e) rryma maksimale e diodës, nëse drejtuesi jep rrymën Idc = 30 A në tensionin dalës
Vdc = 400 V.
Zgjidhje_______________________________________________________________
(a) Nga ek.(3.10), vlera mesatare e tensionit dalës është
mmdc VVV 827.03
sin3
dhe rryma mesatare në ngarkesë është
R
V
R
VI mdc
dc 827.0
Nga ek.(3.11), vlera efektive e tensionit është
mrms VV 84068.0
dhe vlera efektive e rrymës
R
VI m
rms 84068.0
Nga ek.(3.1), fuqia njëkahore në dalje është
3. DREJTUESIT ME DIODA
35
RVIVP mdcdcdc /)827.0( 2
dhe nga ek.(3.2), fuqia efektive në dalje është
RVIVP mrmsrmsac /)84068.0( 2
Efikasiteti i drejtuesit, nga ek.(3.3), është
%77.96)84068.0(
)827.0(2
2
m
m
ac
dc
V
V
P
P
(b) Faktori i formës
(c) Faktori i valëzimit
%24.181824.010165.11 22 FFV
VFV
dc
ac
(d) Tensioni reverz maksimal në secilën diodë është i barabartë me vlerën
maksimale të tensionit linjor të sekondarit
mR VV 3max
(e) Vlera mesatare e rrymës nëpër diodë është
qItdtII m
q
mD
sin1
)(cos2
2/
0
Për q = 3,
mD II 2757.0
Rryma mesatare nëpër diodë është
103/30 DI A
dhe kjo jep rrymën maksimale të diodës
%65.1010165.1 dc
rms
V
VFF
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
36
27.362757.0/10max DI A
Shembulli 3.3___________________________________________________________
Drejtuesi trefazorë me urë ka ngarkesë të pastër rezistive R. Të caktohet (a) efikasiteti,
(b) faktori i formës, (c) faktori i valëzimit, (d) tensioni reverz maksimal në diodë, dhe
(e) rryma maksimale e diodës. Drejtuesi jep rrymën Idc = 60 A në tensionin dalës Vdc =
280.7 V dhe frekuencë të burimit f = 60 Hz.
Zgjidhje_______________________________________________________________
(a) mmdc VVV 654.133
dhe R
VI m
dc 654.1
mmrms VVV 6554.1)4
39
3
2( 2/1
RVI mrms /6554.1
RVIVP mdcdcdc /)654.1( 2
RVIVP mrmsrmsac /)6554.1( 2
%83.99)6554.1(
)654.1(2
2
m
m
V
V
(b) %08,100dc
rms
V
VFF
(c) %412 FFV
VFV
dc
ac
(d) Nga ek.(3.13) tensioni maksimal fazor është
VV
V dcm 7.169
654.1
3. DREJTUESIT ME DIODA
37
Tensioni maksimal reverz në diodë është i barabartë me tensionin maksimal linjor, pra
VVV mR 9.2933max
(e) Rryma mesatare nëpër diodë është
mmmD IItdtII 3183.06
sin2
)(cos2
46/
0
Rryma mesatare nëpër diodë është
AID 203/60
prandaj rryma maksimale nëpër diodë është
AI
I Dm 83.62
3183.0
20
3183.0
3.6 PROJEKTIMI I QARQEVE DREJTUESE
Projektimi i drejtuesit përfshin caktimin e karakteristikave të
diodave gjysmëpërçuese që do të përdoren për rastin konkret. Këto
karakteristika zakonisht specifikohen në varshmëri nga rryma mesatare,
rryma efektive, rryma maksimale dhe tensioni maksimal reverz. Nuk
ekzistojnë procedura standarde për projektim, por kërkohet të caktohen
format valore të tensioneve dhe rrymave të diodës.
RL
+
-
Ld+
-
vL
+
-
+
-
RL
vL Cd
+
-
Ld+
-
RL
vL Cd
(a) (b) (c)
Fig.3.8 Filtrat njëkahor të tipit L, C dhe LC
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
38
Më parë është theksuar se dalja e drejtuesve përmban komponente
harmonike, prandaj për rrafshimin e tensionit njëkahor në dalje mund të
përdoren filtrat njëkahor. Filtrat njëkahor janë zakonisht të tipit L, C dhe
LC si në fig.3.8.Për shkak të veprimit të drejtimit, edhe rryma hyrëse e
drejtuesit gjithashtu përmban komponente harmonike, prandaj edhe një
filtër alternativ përdoret zakonisht që t’i filtroj disa nga këta harmonik
nga sistemi i furnizimit. Filtri alternativ është zakonisht i tipit LC dhe ky
është paraqitur në fig.3.9.
+
-
+
-
Drejtuesiv =V sin tS m
Fig.3.9 Filtri alternativ
Gjatë projektimit të filtrit kërkohet që të caktohen amplitudat dhe
frekuencat e komponenteve harmonike, dhe hapat e duhur për
projektimin e drejtuesit janë spjeguar me anë të shembujve.
Shembulli 3.4___________________________________________________________
Drejtuesi trefazorë me urë furnizon ngarkesën me induktivitet të lartë ashtu që rryma
mesatare e ngarkesës është Idc = 60 A dhe valëzimi i rrymës është i papërfillshëm. Të
caktohen parametrat e diodës nëse tensioni fazor i burimit të lidhur në yll është 120 V në
f = 60 Hz.
Zgjidhje_______________________________________________________________
Rryma mesatare e diodës është
AI
I dcD 20
3
60
3
Rryma efektive është
3. DREJTUESIT ME DIODA
39
AI
tdII dcdcrms 64.34
3)(
2
12/1
3/
2
Rryma maksimale e diodës është
AII dcm 60
Tensioni maksimal reverz është
VVV mR 294120233max
Prandaj, për drejtuesin që do t’i përmbush këto kërkesa duhet të përdoren dioda
që durojnë tension reverz më të lartë se 300 V (për shkak të sigurisë së punës) dhe
rrymë maksimale më të lartë së 60 A.
Shembulli 3.5___________________________________________________________
Drejtuesi njëfazor me urë furnizohet nga burimi 120 V dhe 60 Hz (fig.3.10). Rezistenca
e ngarkesës është RL = 500 . Të llogaritet vlera e induktivitetit serik i cili do ta kufizoj
vlerën efektive të rrymës së valëzimit Iac në më pak se 5% të Idc.
RLL
L
1 3
24 D
DD
D
i L+
_
vvS
-
++
-
v p
Fig.3.10 Filtri i tipit L në dalje të drejtuesit
Zgjidhje_______________________________________________________________
Impedanca e ngarkesës është
nLnRLnjRZ 22 )()(
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
40
R
Lnarctgn
Tensioni dalës mund të përshkruhet me seri Fourier si
)sincos()(,...4,2
tnbtnaVtv n
n
ndcn
mmLdc
VttdVtdtvV
2)(sin
2
2)()(
2
1
0
2
0
,...4,2
0
2
0
)1)(1(
14
)(cossin2
)(cos)(1
n
m
mLn
nn
V
tdtntVtdtntva
0)(sinsin2
)(sin)(1
0
2
0
tdtntVtdtntvb mLn
Prandaj
...6cos35
44cos
15
42cos
3
42)(
t
Vt
Vt
VVtv mmmm
L
Vlera momentale e rrymës së ngarkesës është
)...4(cos
15
1)2(cos
3
1
)(
4)( 42
22tt
LnR
VIti m
dcL
ku
L
dcdc
R
VI
Nga shprehja për vlerën momentale të rrymës mund të nxjerret vlera efektive e rrymës
së valëzimit si
3. DREJTUESIT ME DIODA
41
...
15
1
)(2
)4(
3
1
)(2
)4(2
222
22
222
22
LnR
V
LnR
VI
L
m
L
mac
Nëse marrim parasysh vetëm harmonikun e rendit më të ulët (n=2), do të kemi
3
1
)(2
422 LnR
VI
L
mac
Faktori i valëzimit
05,0)/2(1
4714.0
2)2(23
4
222
Lm
L
L
m
dc
ac
RLV
R
LR
V
I
IFV
Për vlerat e dhëna numerike do të fitohet
222 500/604105.04714.0 L
HL 22.6
Nga shprehja për rrymën e ngarkesës mund të vërehet, se induktiviteti në ngarkesë
paraqet impedancë të lartë për komponentet harmonike dhe vepron si filtër në redukimin
e tyre. Por, kjo induktansë fut vonesë kohore në rrymën e ngarkesës në krahasim me
tensionin hyrës, dhe në rastin e drejtuesit njëfazor të gjysmëvalës duhet të vendoset
dioda shkarkuese për këtë rrymë induktive.
Shembulli 3.6___________________________________________________________
Drejtuesi njëfazor me urë furnizohet nga burimi 120 V dhe 60 Hz (fig.3.11). Rezistenca
e ngarkesës është RL = 500 . (a) Të projektohet filtri i tipit C ashtu që faktori i
valëzimit të tensionit dalës të jetë më i vogël së 5%. (b) Me vlerën e kapacitetit Ce të
llogaritur nën (a), të llogaritet tensioni mesatar i ngarkesës Vdc.
Zgjidhje_______________________________________________________________
(a) Kur vlera momentale e tensionit vs është më e lartë se vlera momentale e
tensionit të kondenzatorit vC, diodat D1 dhe D2 (ose D3 dhe D4) përçojnë, dhe në atë rast
kondenzatori mbushet nga burimi (fig.3.11b).
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
42
1 3
24 D
DD
D
vS
-
++
-
v pRL
+
_L
vCe
(a) diagrami i qarkut
RL
+
_L
vCe
Vm
t0
vs+vs
(b) modeli i qarkut
Fig.3.11 Drejtuesi me filtër të tipit C
Nëse vlera momentale tensionit të furnizimit vs bie nën vlerën momentale të tensionit të
kondenzatorit vC, diodat D1 dhe D2 (ose D3 dhe D4) janë të polarizuara reverz dhe
kondenzatori zbrazet përmes rezistencës së ngarkesës RL. Tensioni i kondenzatorit
ndryshon prej një vlere minimale VCmin deri në maksimale VCmax si në fig.3.11c.
Të supozojmë se t1 është koha e mbushjes dhe t2 koha e zbrazjes se kondenzatorit Ce.
Qarku ekuivalent gjatë mbushjes është paraqitur në fig.3.12a. Kondenzatori do të
mbushet deri në vlerën maksimale të tensionit te burimit Vm, ashtu që mC Vttv )( 1 .
Në fig.3.12b është paraqitur qarku ekuivalent gjatë zbrazjes. Kondenzatori zbrazet
eksponencialisht nëpër rezistencën RL.
Vm
t0
vs+vs
+_
Ce
vC
+_
Ce
Vm
iL
RL
(a) mbushja (b) zbrazja
D D21
Fig.3.12.Qarqet ekuivalente për mbushje dhe zbrazje të kondenzatorit
3. DREJTUESIT ME DIODA
43
Ekuacioni i barazpeshës dinamike është
0)(1
LLCL
e
iRtvdtiC
nga i cili, për kushte fillestare mC Vtv )0( , nxjerret rryma e zbrazjes si
eLCRt
L
mL e
R
Vi
/
Tensioni dalës (ose i kondenzatorit) vL gjatë periodës së zbrazjes mund të gjendet nga
eLCRt
mLLL eViRtv/
)(
Tensioni i valëzimit prej majës-në-maje (angl.peak-to-peak) vv(pp) mund të caktohet nga
)1(//
)()()(22
2
eLeL
t
CRt
m
CRt
mmttLttLppv eVeVVvvv
Pasi që xe x 1 , shprehja e fundit mund të thjeshtohet
eL
m
eL
m
eL
mppvCfR
V
CR
tV
CR
tVv
2)11( 22
)(
ku është konsideruar se t1 << t2 T/2.
Faktori i valëzimit mund të gjendet nga
)14(2
1
)144(
4
24
eLeLm
eL
eL
m
dc
ac
CfRCfRV
CfR
CfR
V
V
VFV
që mund të zgjidhet për Ce
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
44
FFVfR
CL
e
2.126)05.02
11(
500604
1)
2
11(
4
1
(b) Tensioni mesatar në ngarkesë është
VCfR
VVV
eL
mmdc 49.158
102.126500604
7.1697.169
4 6
PASQYRË PYETJESH
3.1 Çka është drejtuesi?
3.2 Cili është kushti i bllokimit të një diode?
3.3 Çka janë parametrat e performansave të drejtuesit?
3.4 Ku është rëndësia e faktorit të formës te drejtuesi?
3.5 Ku është rëndësia e faktorit të valëzimit te drejtuesi?
3.6 Çka është efikasiteti i drejtimit?
3.7 Çka është faktori i fuqisë hyrëse?
3.8 Çka është faktori harmonik?
3.9 Ku është dallimi në mes të drejtuesit të gjysmëvalës dhe të
valës së plotë?
3.10 Cili është tensioni dalës i drejtuesit njëfazor të gjysmëvalës?
3.11 Cili është tensioni dalës i drejtuesit njëfazor të valës së
plotë?
3.12 Cila është frekuenca themelore e tensionit dalës te
drejtuesi njëfazor i valës së plotë?
3. DREJTUESIT ME DIODA
45
3.13 Cilat janë përparësitë e drejtuesit trefazorë ndaj
drejtuesit njëfazor?
3.14 Cilat janë të metat e drejtuesit shumëfazorë të
gjysmëvalës?
3.15 Cilat janë përparësitë e drejtuesit trefazorë me urë
ndaj drejtuesit gjashtëfazorë me yll?
3.16 Për çfarë qëllimi përdoren filtrat në qarqet drejtuese?
3.17 Cilat janë dallimet në mes të filtrave njëkahor dhe të
atyre alternativ?
3.18 Cili është efekti i induktivitetit të burimit në tensionin
dalës të drejtuesit?
3.19 Cili është efekti i induktivitetit të ngarkesës në daljen e
drejtuesit?
3.20 Cili është efekti i kondenzatorit të lidhur në daljen e
drejtuesit?
PROBLEME
3.1 Drejtuesi njëfazor me urë ka ngarkesë të pastër rezistive R = 10
, vlerë maksimale të tensionit hyrës Vm = 170 V dhe frekuencë
f = 60 Hz. Të caktohet tensioni mesatar në dalje të drejtuesit
nëse induktiviteti i burimit është i papërfillshëm.
3.2 Të përsëritet Prob.3.1 nëse induktiviteti i burimit (së bashku me
atë të transformatorit) është Lc = 0.5 mH
3.3 Drejtuesi trefazorë me yll ka ngarkesë të pastër rezistive R = 10
, dhe tension hyrës VS = 220 V dhe frekuencë f = 50 Hz. Të
caktohet tensioni mesatar në dalje të drejtuesit nëse induktiviteti
i burimit është i papërfillshëm.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
46
3.4 Të përsëritet Prob.3.3 nëse induktiviteti i burimit (së bashku me
atë të transformatorit) është Lc = 0.5 mH.
3.5 Drejtuesi trefazorë me urë ka ngarkesë të pastër rezistive R =
100 , dhe furnizohet nga burimi me tension 380 V dhe
frekuencë 50 Hz. Primari dhe sekondari i transformatorit janë të
lidhur në trekëndësh. Të caktohet tensioni mesatar në dalje të
drejtuesit nëse induktiviteti i burimit është i papërfillshëm.
3.6 Të përsëritet Prob.3.5 nëse induktiviteti i burimit (së bashku me
atë të transformatorit) është Lc = 0.5 mH.
3.7 Drejtuesi njëfazor me urë nga fig.3.2a duhet të jap tension
mesatar në dalje prej Vdc = 400 V në ngarkesën rezistive R = 10
Të caktohen rrymat dhe tensionet e diodave dhe rryma e
transformatorit.
3.8 Drejtuesi trefazorë me urë duhet të jap tension mesatar në dalje
prej Vdc = 750 V dhe rrymë Idc = 900 A. Primari dhe sekondari i
transformatorit janë të lidhur në trekëndësh. Të caktohen rrymat
dhe tensionet e diodave dhe rryma e transformatorit.
3.9 Drejtuesi njëfazor me urë furnizohet nga burimi me tension 220
V dhe 50 Hz. Rezistenca e ngarkesës është R = 200 . (a) Të
projektohet filtri i tipit C ashtu që faktori i valëzimit të tensionit
dalës të jetë më i vogël se 5%. (b) Me vlerën e kapacitetit C të
caktuar nën (a), të llogaritet tensioni mesatar i ngarkesës Vdc.
3.10 Të përsëritet Prob.3.9 për drejtuesin njëfazor të
gjysmëvalës.
4. TIRISTORËT
4.1 HYRJE
Tiristori është njëra nga komponentet më të rëndësishme
gjysmëpërçuese të fuqisë. Tiristorët përdoren me të madhe në qarqet
elektronike të fuqisë si ndërprerës bistabil që punojnë në dy gjendje:
jopërcjellëse dhe përcjellëse. Edhepse tiristorët konsiderohen si
ndërprerës ideal për shumë zbatime, tiristorët praktik kanë karakteristika
dhe kufizime të caktuara, të cilat gjithësesi duhet të kihen parasysh gjatë
projektimit të qarqeve.
4.2 KARAKTERISTIKAT E TIRISTORIT
Tiristori është komponentë katërshtresore gjysmëpërçuese e
strukturës pnpn me tri kontakte pn. Ka tri terminale: anodën, katodën dhe
portën ose gejtin (angl. Gate). Në fig.4.1 janë parqitur simboli dhe prerja
tërthore e tri kontakteve pn. Teknologjia e fabrikimit të tiristorëve është
me difuzion dhe gjeneratat bashkohore të këtyre komponenteve kanë brez
të lartë të durimit të rrymave dhe tensioneve (të rendit kiloamper dhe
kilovolt).
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
48
A
KG G
Porta (gejti)
A Anoda
K Katoda
p
n
p
n
J1
2
3
J
J
Fig.4.1 Simboli dhe kontaktet pn të tiristorit
Kur tensioni në anodë është pozitiv në krahasim me katodën,
kontaktet e jashtme J1 dhe J3 janë të polarizuara drejtë. Kontakti i mesëm
J2 është i polarizuar reverz (sillet si diodë me polarizim reverz) dhe
vetëm një rrymë e vogël rrjedhë nga anoda në katodë. Për tiristorin në
këtë rast thuhet se është në gjendje bllokuese të drejtë ose i shkyçyr, dhe
kjo rrymë është e njohur si rryma e shkyçjes ID.
VAK
+
vS
A
iT
RL
K
+
iT
i gejtitTrigerimi
i Tensioni
vAKvBO
RrymaRrymareveze jopërcjellse
Tensionireverz
Rrymae mbajtjes
IH
(a) qarku (b) karakteristikat v-i
shpimit
e shkyçjes
i shpimit
Rënia e tensionit
Fig.4.2 Qarku i tiristorit dhe karaktristikat v-i
4. TIRISTORËT
49
Nëse tensioni i zbatuar anodë-katodë, VAK, rritet deri në një vlerë
të konsiderueshme, kontakti me polarizim reverz J2 do të shpoj. Kjo është
e njohur si shpimi i ortekut dhe tensioni gjegjës quhet tensioni i drejtë i
shpimit VBO. Pasi që dy kontaktet e jashtme (J1 dhe J3) kanë pasë
polarizim të drejtë që më parë, tani do të ketë lëvizje të lirë të bartësve
përmes të tri kontakteve, duke rezultuar në rrymë të lartë të anodës. Për
tiristorin atëherë thuhet se është në gjendje të përcjelljes ose i kyçur.
Rënia e vogël e tensionit në te paraqitet për shkak të rezistencës omike të
katër shtresave (pjerrtësia e lakores së rrymës në fig.4.2) dhe kjo rënie te
shumica e tipeve të tiristorëve zakonisht është e vogël rreth 1 V.
Në gjendjen e kyçjes, madhësia e rrymës së anodës është
praktikisht e pakufizuar, por në qarqet praktike ajo kufizohet me ndonjë
impedancë ose rezistencë të jashtme RL, siç është paraqitur në fig.4.2a.
Rryma e anodës duhet të jetë më e madhe se vlera e njohur si rryma e
mbajtjes IH, në mënyrë që të sigurohet rrjedha e sasisë së kërkuar të
bartësve nëpër kontakte; në të kundërtën tiristori do të kthehet në gjendje
bllokuese me zvoglimin e tensionit anodë-katodë. Rryma e mbajtjes IH
është rryma minimale e anodës që kërkohet për ta mbajtur tiristorin të
kyçur.
Karaktristikat tipike v-i të tiristorit janë paraqitur në fig.4.2b. Kur
tiristori përçon, ai sillet si një diodë përçuese dhe më nuk ka kurfarë
kontrolle të jashtme mbi komponentën. Nëse rryma e anodës zvoglohet
nën nivelin e rrymës së mbajtjes IH, tiristori do të kthehet në gjendje
bllokuese. Rryma e mbajtjes është rendit miliamper.
Kur tensioni në katodë është pozitiv në krahasim me anodën,
kontakti J2 është i polarizuar drejtë, por kontaktet J1 dhe J3 kanë
polarizim reverz. Situata është analoge me dy dioda me polarizim reverz
të lidhura në seri. Tiristori do të jetë në gjendje të bllokimit reverz dhe
nëpër te do të kaloj një rrymë e vogël e njohur si rryma reverze IR.
Tiristori mund të kyçet me rritjen e tensionit të polarizimit të
drejtë mbi vlerën VBO, por një kyçje e këtillë mund të jetë shkatruese. Në
praktikë, tensioni i polarizimit të drejtë mbahet nën vlerën VBO, ndërsa
tiristori kyçet me aplikimin e një impulsi të tensionit ose të rrymës në
mes të gejtit dhe katodës (trigerimi i gejtit). Kjo është paraqitur në fig.4.2
me vija të ndërprera. Tiristori njëherë i kyçur me sinjal të gejtit ka rrymë
të anodës më të madhe se rryma e mbajtjes dhe tiristori vazhdon të përçoj
për shkak të riveprimit pozitiv edhe kur sinjali i gejtit të ndërprehet.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
50
4.3 MODELI I TIRISTORIT ME DY TRANZISTORË
Veprimi regjenerativ për shkak të riveprimit pozitiv mund të
demonstrohet me modelin ekuivalent të tiristorit me dy tranzistorë.
Tiristori mund të konsiderohet si dy tranzistorë komplementar bipolar,
një i tipit pnp, Q1 dhe tjetri i tipit npn, Q2, si në fig.4.3a.
Rryma e kolektorit të tranzistorit është e lidhur, në përgjithësi, me
rrymën e emiterit dhe rrymën reverze të ngopjes së kontaktit kolektor-
bazë me relacionin
CBOEC III 4.1
dhe amplifikimi i rrymës për konfiguracion me bazë të përbashkët është i
definuar si E
C
II
. Për tranzistorin Q1, rryma e emiterit është rryma e
anodës IA, dhe rryma e katodës mund të caktohet nga ek.(4.1)
111 CBOAC III 4.2
ku 1 është amplifikimi i rrymës dhe ICBO1 rryma reverze e ngopjes për
tranzistorin Q1. Ngjashëm, rryma e kolektorit të tranzistorit Q2 është
222 CBOKC III 4.3
ku 2 është amplifikimi i rrymës dhe ICBO2 rryma reverze e ngopjes për
Q2. Duke i kombinuar shprehjet (4.2) dhe (4.3) fitohet rryma e anodës
21 CCA III 11 CBOA II 22 CBOK II 4.4
Rryma e gejtit IG është e lidhur me rrymën e katodës dhe të anodës
përmes shprehjes IK = IA + IG dhe nga ek.(4.4) gjendet
)(1 21
212
CBOCBOG
A
IIII 4.5
4. TIRISTORËT
51
p
p
n n
n
p
J1
J2G
IG
A
IA
KIK
J2
J3
Q1
2Q
I I
I
I
I
I
I
I
A T
B1 C2
C1
B
K
G
A
=
=
2
1
2
1
2
Q
Q
G
K
Fig.4.3 Modeli i tiristorit me dy tranzistorë bipolar
Amplifikimi i rrymës 1 ndryshon me rrymën e emiterit AE II
dhe 2 ndryshon me rrymën GAK III . Nëse rryma e gejtit papritur
rritet, të themi prej 0 deri në 1 mA, kjo menjëherë do të shkaktoj rritjen e
rrymës së anodës IA, e cila më tutje shkakton rritjen e 1 dhe 2, pasi që
ky i fundit varet nga rryma e anodës dhe e gejtit. Rritja e vlerave të 1
dhe 2 do ta rrisë edhe më tepër rrymën IA. Kësisoji, këtu paraqitet një
efekt regjenerativ ose riveprim pozitiv. Nëse (1+2) tentojnë kah 1,
emruesi i ek.(4.5) i afrohet zeros, duke rezultuar në vlerë të lartë të
rrymës së anodës IA, kështu që tiristori do të kyqet me një rrymë të vogël
të gejtit.
Sipas ek.(4.5) vlerat mjaftë të larta të ICBO1 dhe ICBO2 mund të
shkaktojnë që (1+2) t’i afrohen vlerës 1 dhe si rezultat i kësaj mund të
vie deri te kyçja e padëshiruar e tiristorit.
4.4 KYÇJA E TIRISTORIT
Tiristori mund të kyçet me rritjen e rrymës së anodës. Kjo mund
të arrihet me njerën nga mënyrat vijuese.
Nxehtësia. Nëse temperatura e tiristorit është e lartë, do të
paraqitet rritja e numrit të çifteve elektro-vrimë, që do të shkaktojë rritjen
e rrymave reverze të ngopjes. Kjo rritje e rrymave do të shkaktoj rritjen e
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
52
(1+2) dhe tiristori mund të kyçet. Ky tip i kyçjes mund të shkaktoj
shkatrim termal dhe zakonisht në praktikë shmanget.
Drita. Nëse drita i rrezaton kontaktet e tiristorit, numri i çifteve
elektron-vrimë do të rritet dhe tiristori mund të kyçet. Tirisorët me
aktivizim me dritë kyçen pra me rrezatimin me dritë të shtresave të silicit.
iT
vAKvBO
IH
v
123
vv v
1 2 3
123
vv v>
>
>
>
3IGIG2IG 1IG
IG IGIG
=0
0
Fig.4.4 Efekti i rrymës së gejtit në tensionin e bllokimit të drejtë
Tensioni i lartë. Nëse tensioni i polarizimit të drejtë anodë-
katodë është më i lartë se tensioni i shpimit të drejtë VBO, rryma e rritur e
bllokimit do ta inicoj kyçjen regjenerative. Ky lloj i kyçjes mund të jetë
shkatrues dhe duhet të evitohet.
dv/dt: Nëse shpejtësia e rritjes së tensionit anodë-katodë është e
lartë, rryma e zbrazjes së kapaciteteve parazitare të kontakteve mund të
jetë e mjaftueshme që ta kyçë tiristorin. Vlerat e larta të rrymës së
zbrazjes mund ta dëmtojë tiristorin, prandaj qarku duhet të mbrohet nga
vlerat e larta të dv/dt.
Rryma e gejtit. Nëse tiristori ka polarizim të drejtë, injektimi i
rrymës së gejtit me aplikimin e tensionit pozitiv në mes të gejtit dhe
katodës do ta kyçë tiristorin. Me rritjen e rrymës së gejtit, tensioni i
bllokimit të drejtë do të zvoglohet siç është paraqitur në fig.4.4.
Në fig.4.5 është paraqitur forma valore e rrymës së anodës pas
aplikimit të sinjalit të gejtit. Në këtë rast paraqitet një vonesë kohore e
njohur si koha e kyçjes ton në mes të momentit të zbatimit të sinjalit të
gejtit dhe momentit të përcjelljes së tiristorit. Kjo kohë definohet si
intervali kohor në mes të vlerës 10% të rrymës së gejtit në gjendje
stacionare (0.1IG) dhe vlerës 90% të rrymës së tiristorit në gjendje
4. TIRISTORËT
53
stcionare (0.9IT). Koha e kyçjes përbëhet nga koha e vonesës td dhe koha
e rritjes tr. Koha e vonesës definohet si intervali kohor në mes të vlerës
10% të rrymës së gejtit dhe vlerës 10% të vlerës së rrymës së tiristorit.
Koha e rritjes është koha që nevojitet që rryma e anodës të rritet nga vlera
10% deri në 90% të vlerës së gjendjes stacionare. Këto kohë janë
paraqitur në fig.4.5.
iT
0i
T
I
0 tt t
t
d r
ton
G
I
I
II
G
G
T
T0.9
0.1
0.1
Fig.4.5 Karakteristikat e kyçjes
Gjatë projektimit të qarkut të udhëheqjes së gejtit duhet t’i
kushtohet kujdes këtyre pikave:
Sinjali gejtit duhet të shkyçet pas kyçjes së tiristorit. Sinjali i
pandërprerë i gejtit do t’i risë humbjet e fuqisë në kontaktin e
gejtit.
Derisa tiristori ka polarizim reverz, nuk duhet të ketë sinjal të
gejtit, përndryshe tiristori mund të dëmtohet për shkak të
rritjes së rrymës reverze.
Gjërësia e impulsit të gejtit duhet jetë më e madhe se koha e
nevojshme për rritjen e rrymës së anodës deri në vlerën e
rrymës së mbajtjes IH. Në praktikë, gjërësia e impulsit merret
zakonisht më e madhe se koha e kyçjes së tiristorit ton.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
54
4.5 MBROJTJA di/dt
Tiristorit i nevojitet një kohë minimale që të bëhet përhapja
uniforme e rrymës së përcjelljes nëpër trupin e kontakteve. Nëse
shpejtësia e rritjes së rrymës së anodës është shumë e madhe në krahasim
me shpejtësinë e përhapjes së procesit të kyçjes, në tiristor mund të
paraqitet një “njollë” e lokalizuar e nxemjes për shkak të dendësisë së
lartë të rrymës, dhe si rezultat i temperaturës së lartë që zhvillohet,
komponenta mund të dëmtohet. Për këtë arsye, në praktikë komponentet
vendosen në ftohës special metalik dhe duhet t’iu sigurohet qarkullim i
ajrit.
Komponentet në praktikë duhet të mbrohen nga vlerat e larta të
di/dt. Si shembull ta trajtojmë qarkun në fig 4.6. Në gjendje stacionare,
dioda Dm përcjell kur tiristori T1 është i shkyçyr. Nëse T1 kyçet derisa Dm
është ende duke përcjellë, di/dt mund të jetë shumë e lartë dhe e kufizuar
vetëm me induktivitetin parazitar të qarkut.
-
vs
Ls T1
R2
Ii m
mD
Ngarkesa
C2
Fig.4.6 Qarku i tiristorit me induktivitet për kufizimin e di/dt.
Në praktikë, di/dt mund të kufizohet me vendosjen e një
induktiviteti në seri me tiristorin siç është paraqitur në fig. 4.6. Në këtë
rast shpejtësia e ndryshimit të rrymës di/dt është
S
S
L
V
dt
di 4.6
ku LS paraqet induktivitetin serik së bashku me induktivitetet parazitare të
qarkut.
4. TIRISTORËT
55
4.6 MBROJTJA dv/dt
Me mbylljen e ndërprerësit N1, në fig.4.7a, në momemtin t = 0, në
termonalet e tristorit T1 do të zbatohet tensioni i menjëhershëm shkallë
dhe kjo shpejtësi e ndryshimit të tensionit mund të jetë mjaftë e lartë që ta
kyçë qarkun në mënyrë të padëshiruar. Për t’iu shmang kyçjeve të këtilla
të pakontrolluara, dv/dt mund të kufizohet me lidhjen e një kondenzatori
CS dhe rezistence RS, siç është paraqitur në fig.4.7a. Kur të kyçet tiristori
T1, rryma e zbrazjes së kondenzatorit në këtë rast kufizohet me
madhësinë e rizstencës RS si në fig.4.7b.
+
-
1
S AKSV vC
+
-
T
+
-
1
SV
SC
1TS
D
R1
R2
+
-
SV
SC1T
S
R
R
L
VS
0.63VS
0 t= T t
(a) (b)
(d)
(c)
(e)
+
-
1AK
SV vSC
+
-
T
A
K
RS
N1 N1
N N1
Fig.4.7 Qarqet për mbrojtje të dv/dt
Me një qark të këtillë RC, tensioni në tiristor do të rritet
eksponencialisht siç është paraqitur në fig.4.7c dhe dv/dt e qarkut
përafërsisht mund të gjendet nga
SS
SS
CR
VV
dt
dv 632.0632.0
4.7
Vlera e konstantës kohore = RSCS mund të caktohet nga ek.(4.7)
për vlerë të njohur të dv/dt. Vlera e RS caktohet nga rryma e zbrazjes ITD
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
56
TD
SS
I
VR 4.8
Për zbrazje të kondenzatorit mund të përdoren më tepër rezistenca
siç është paraqitur në fig.4.7d. Në këtë rast dv/dt kufizohet me R1 dhe CS.
rezistencat (R1 +R2) kufizojnë rrymën e zbrazjes
21 RR
VI S
TD
4.9
Ngarkesa mund të formoj qark serik me qarkun oscilues siç është
paraqitur në fig.4.7e. Shpejtësia e shuarjes e këtyre oscilimeve është
LL
CRR
S
SS
20
4.10
ku LS është induktiviteti i definuar më parë, ndërsa L dhe R paraqesin
induktivitetin dhe rezistencën e ngarkesës.
Shembulli 4.1___________________________________________________-_______
Tensioni hyrës në fig.4.7e është VS = 200 V dhe rezistenca e ngarkesës R = 5 .
Induktiviteti i ngarkesës dhe induktivitetet parazitare të qarkut janë të papërfillshme dhe
tiristori punon në frekuencën fS = 2 kHz. Nëse kërkohet që dv/dt të jetë 100 V/s dhe
rryma e zbrazjes e kufizuar në 100 A, të caktohet: (a) vlerat e RS dhe CS, (b) humbjet në
qarkun oscilues dhe (c) fuqia në rezistencën e qarkut oscilues.
Zgjidhje_______________________________________________________________
VVdheLLRmAIsVdvdv SSTD 2000,5,100,100
(a) Nga fig.4.7e rryma e mbushjes së kondenzatorit mund të shprehet si
)0(1
)( tvdtiC
iRRV c
S
SS
Me kushtet fillestare 0)0( tvc , rryma e mbushjes do të jetë
4. TIRISTORËT
57
t
S
S eRR
Vti )(
ku sS CRR )(
Tensioni i drejtë në tiristor është
t
S
SST e
RR
RVVtv )(
Për )/()0(,0 RRRVVvt SSST
dhe për )/(368.0)(, RRRVVvt SSST fitohet
2)(
632.0)0()(
RRC
RVvv
dt
dv
SS
STT
Nga ek.(4.8), rezistenca për kufizimin e rrymës së kondenzatorit është
2100
200
TD
SS
I
VR
Nga shprehja e parafundit, për vlerën e kondenzatorit do të fitojmë
FCS
129.0100)52(
102005632.02
6
(b) Humbjet në qarkun oscilues janë
W
fVCP SSSS
2.5200020010129.05.0
5.0
26
2
(c) Nëse përvehtësojmë që e tërë energjia e akumuluar në kondenzator, do të
derdhet vetëm në rezistencën RS, fuqia në rezistencën e qarkut oscilues do të jetë 5.2W.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
58
4.7 SHKYÇJA E TIRISTORIT
Tiristori njëherë i kyçur mund të shkyçet me zvoglimin e rrymës
së drejtë nën vlerën e rrymës së mbajtjes IH. Ekzistojnë metoda të
ndryshme të shkyçjes së tiristorit (zvoglimi i rrymës së anodës nga vlera
e gjendjes stacionare të përcjelljes në zero) dhe për të gjithat është e
përbashkët se rryma e anodës mbahet nën vlerën e rrymës së mbajtjes për
një kohë mjaftë të gjatë sa t’iu mundësohet të gjithë bartësve të tepërt nga
të katër shtresat e trupit të komponentës të largohen nën veprimin e
tensionit reverz, ose të rekombinohen.
Për shkak se dy kontaktet e jashtme, J1 dhe J3, gjatë shkyçjes kanë
polarizim reverz, karakteristikat e shkyçjes do të jenë të ngjashme me ato
të diodës, dhe përmbajnë kohë të rimëkëmbjes reverze trr dhe rrymë
reverze të rimëkëmbjes IRR. Rryma IRR mund të jetë shumë më e madhe se
rryma normale e bllokimit IR.
Te qarqet konvertuese me komutim me rrjetë, ku tensioni hyrës
ndryshon në mënyrë sinusoidale, siç është paraqitur në fig.4.8a, tensioni
reverz paraqitet në tiristor menjëherë pas kalimit të rrymës së drejtë nëpër
zero. Ky tension reverz do ta shpejtoj procesin e shkyçjes, duke i larguar
ngarkesat e tepërta nga kontaktet p-n, J1 dhe J3. Për llogaritjen e trr dhe
IRR mund të shfrytëzohen ekuacionet e njëjta si te dioda.
Kontaktit të brendshëm J2 (i cili ka polarizim reverz) do t’i
nevojitet një kohë për rekombinimin e bartësve të tepërt dhe kjo kohë
njihet si koha e rekombinimit trc. Nëse në terminalet e tiristorit zbatohet
tensioni negativ reverz, ai do ta redukoj kohën e rekombinimit, sepse kjo
kohë varet nga madhësia e tensionit reverz dhe nga sasia e ngarkesave të
grumbulluara. Në fig.4.8a dhe b janë paraqitur karakteristikat e shkyçjes
së tiristorit për qarqe me komutim me rrjetë ( ose natyror) dhe për qarqe
me komutim të dhunshëm.
Koha e shkyçjes tq paraqet shumën e kohës së rimëkëmbjes
reverze trr dhe kohës së rekombinimit trc. Në fund të procesit të shkyçjes,
nëpër kontaktin J2 zhvillohen shtresat e varfëruara dhe tiristori
rimëkëmbë aftësinë e vet për kyçje të sërishme. Në të gjitha metodat e
shkyçjes, gjatë këtij procesi zbatohet tension reverz në terminalet e
tiristorit. Koha e rimëkëmbjes reverze e tiristorit është një parametër
shumë i rëndsishëm, I cili gjithësesi duhet të kihet parasysh gjatë
projektimit të qarqeve me tiristorë, sidomos te qarqet me komutim te
dhunshëm (si inverorët dhe çoperët).
4. TIRISTORËT
59
+
-
1
V
AKv+ -
T
RL
iT
q
t
t
t
T
RR
rr rAK
m
1
0
0
0
Rryma e bllokimit
(a) Qarku i tiristorit për komutim me rrjetë
q
t
t
t
T
AK
rr
0
0
0
Rryma e bllokimit
S
2
rc
-V0
v0
mL=
didtmI mI
(b) Qarku i tiristorit për komutim të dhunshëm
Fig.4.8 Karaktristikat e shkyçjes së tiristorit
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
60
Koha e shkyçjes tq është intervali minimal kohor në mes të
momentit kur rryma e gjendjes së kyçjes bie në zero dhe momentit kur
tiristori aftësohet për pranimin e tensionit e drejtë pa u kyçur. tq varet nga
vlera maksimale e rrymës së gjendjes së kyçur dhe vlera momentale e
tensionit në këtë gjendje.
Ngarkesa e rimëkëmbjes reverze QRR është sasia e ngarkesës që
do të rimëkëmbet gjatë procesit të shkyçjes. Vlera e saj është e caktuar
nga sipërfaqja të cilën e mbyll lakorja e rrymës së rimëkëmbjes reverze.
Vlera e QRR varet nga shpejtësia e rënies së rrymës së gjendjes së kyçjes
dhe vlerës maksimale të rrymës së kyçjes para shkyçjes. QRR shkakton
humbje të energjisë në qark.
4.8. LIDHJA SERIKE E TIRISTORËVE
Për zbatime praktike ku kërkohet tension i lartë reverz, dy ose më
shumë tiristorë mund të lidhen në seri që ta përballojnë tensionin reverz
më të lartë se tensioni i tyre reverz veç e veç. Për shkak tolerancës në
procesin e fabrikimit, karakteristikat e tiristorëve të tipit të njëjtë
megjithate ndryshojnë në mes vedi. Në fig.4.9 janë paraqitur
karakteristikat e shkyçjes së dy tiristorëve. Për rrymë të njëjtë të shkyçjes,
tensionet e tyre të shkyçjes ndryshojnë.
v
0
I
Gjendja e kyçyr
Gjendja e shkyçyr
Is
v v1 2
T T2 1
Fig.4.9 Karakteristikat e shkyçjes së dy tiristorëve
4. TIRISTORËT
61
Në rastin e diodave, në mes të diodave të lidhura në seri, bëhej
vetëm ndarja e tensionit reverz bllokues. Te lidhja serike e tiristorëve,
përveç qarqeve për ndarje të tensionit reverz bllokues, nevojiten edhe
qarqet për ndarje të tensionit për tensionin e drejtë bllokues. Ndarja e
barabartë e tensionit edhe në këtë rast bëhet me lidhjen e rezistorëve për
secilin tiristor siç është paraqitur në fig.4.10. Për ndarje të barabartë të
tensionit, rrymat e shkyçjes për polarizim të drejtë ndryshojnë siç është
paraqitur në fig.4.11. Le të jenë ns tiristor në varg. Rryma e shkyçjes së
tiristorit T1 le të jetë ID1 ndërsa rrymat e tiristorëve tjerë le të jenë të
barabarta ashtu që ID2 = ID3 = IDn dhe ID1 < ID2. Pasi që triristori T1 ka
rrymën e shkyçjes më të vogël, ai do të marrë mbi vedi tension më të
madh bllokues.
C R
I T
V
R I
+ -
C R
I T
V
R I
+ -
C R
I T
V
R I
+ -
IT
T1 T2 T3
1 2 3
1 1 1 1 1 1
1 2D1 D23D3
IT
Fig.4.10 Tre tiristorë të lidhur në seri
Nëse I1 është rryma nëpër rezistencën R të lidhur në skajet e T1
dhe rrymat nëpër rezistorët tjerë janë të barabarta I1 = I3 = In, shpërndarja
e rrymave të shkyçjes është
211221 IIIIIIIII TTDDD
ose DIII 12
Tensioni në skajet e T1 është VT1 = RI1. Me zbatimin e ligjit të Kirchhoff-
it për tensione fitohet
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
62
RIInV
RInVV
DsT
sTS
))(1(
)1(
11
21
RInVn
RInRInV
DsTs
DssT
)1(
)1()1(
1
11 4.11
v0
IGjendja e kyçyr
Gjendja e shkyçur
T T2 1
V =V1 2
ID1
ID2
Fig.4.11 Rrymat e shkyçjes së drejtë për shpërndarje të barabartë të
tensionit
Nga ek.(4.11) mund të caktohet tensioni në skajet e tiristorit T1
s
DsST
n
IRnVV
)1(1 4.12
Tensioni VT1 do të ketë vlerë maksimale kur është ID maksimale.
Për ID1 = 0 dhe ID = ID2, ek.(4.12) paraqet tensionin më të lartë të
gjendjes stacionare në skajet e tiristorit T1
s
DsSTS
n
RInVV 2
(max)
)1( 4.13
Gjatë shkyçjes, dallimet në ngarkesën e grumbulluar shkaktojnë
diferenca në shpërndarjen e tensionit siç është paraqitur në fig.4.12.
Tiristori me ngarkesë të grumbulluar më të vogël (ose me kohë më të
vogël të rimëkëmbjes reverze) do të marrë mbi vedi tension më të lartë
4. TIRISTORËT
63
kalimtar. Kapacitete e kontakteve të cilat e kontrollojnë shpërndarjen
tensionit kalimtar nuk do të jenë të njejta prandaj është e nevojshme të
lidhen kapacitetet C1 në skaje të secilit tiristor si në fig.4.10. Rezistenca
R1 e kufizon rrymën e zbrazjes. Zakonisht qarku i njëjtë RC përdoret për
shpërndarjen kalimtare të tensionit dhe për mbrojtje nga dv/dt.
Tensioni kalimtar në tiristorin T1 mund të caktohet nga ek.(4.12)
me zbatimin e ndryshimit të tensionit
11
12
C
Q
C
QQIRV D
4.14
iT
IT
t1 t2
t
t
t
Q1
2Q
vT1+vT2=VS
0
vT1
0
-VS
vT2
-VS
0
Fig.4.12 Koha e rimëkëmbjes reverze dhe shpërndarja e tensionit
ku Q1 paraqet ngarkesën e grumbulluar në T1 dhe Q2 ngarkesën e
tiristorëve tjerë, ashtu që Q2 = Q3 = Qn dhe Q1 < Q2. Nëse ek.(4.14)
zëvëndsohet në ek.(4.12) fitohet
])1(
[1
1
1C
QnV
nV
s
S
s
T
4.15
Tensioni i shpërndarjes kalimtare për rastin më të keq do të
paraqitet kur Q1 = 0 dhe Q = Q2
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
64
])1(
[1
1
2(max)
C
QnV
nV s
S
s
TT
4.16
Faktori i uljes së tensionit kalimtar i cili zakonisht përdoret për
definimin e besueshmërisë së punës së vargut të tiristorëve definohet si
(max)
1DSs
S
Vn
VDRF 4.17.
Shembulli 4.2___________________________________________________________
Dhjetë tiristorë janë shfrytëzuar në varg për ta përballuar tensionin njëkahor VS = 15 kV.
Rrymat maksimale të bllokimit janë 10 mA dhe diferencat e ngarkesave janë 150 C.
Secili tiristor ka rezistencën për shpërndarje të tensionit R = 56 k dhe kapacitet C1 =
0.5 F. Të caktohet (a) tensioni maksimal i shpërndarjes në gjendje stacionare VTS(max),
(b) faktori i uljes së tensionit stacionar, (c) tensioni maksimal i shpërndarjes në gjendje
kalimtare VTT(max) dhe (d) faktori i uljes së tensionit kalimtar.
Zgjidhje_______________________________________________________________
ns = 10, V S= 15 kV, ID = ID2= 10 mA dhe Q = Q2= 150 C.
(a) Nga ek.(4.13), tensioni maksimal i shpërndarjes në gjendje stacionare është
VVTS 200410
10101056)110(000,15 33
(max)
(b) Nga ek.(4.17), faktori i uljes së tensionit stacionar është
%15.25200410
000,151
DRF
(c) Nga ek.(4.16), tensioni maksimal i shpërndarjes në gjendje kalimtare është
VVTT 177010
)105.0/(10150)110(000,15 66
(max)
(d) Nga ek.(4.17), faktori i uljes së tensionit kalimtar është
4. TIRISTORËT
65
%25.15177010
000,151
DRF
4.9 LIDHJA PARALELE E TIRISTORËVE
Në praktikë shpesh ndodhë që rryma e kërkuar e ngarkesës të jetë
më e madhe se rryma e lejuar e tiristorit. Prandaj në këto raste bëhet
lidhja paralele e disa tiristorëve të tipit të njëjtë. Kur tiristorët janë të
lidhur paralel, rryma e ngarkesës nuk është e shpërndarë njëtrajtësisht
nëpër tiristorë për shkak të diferencës në karakteristikat e tyre. Nëse
ndonjëri tiristor bart rrymë më të madhe se të tjerët, rritet disipacioni i
fuqisë në te, kësisoji rritet temperatura e kontaktit dhe zvoglohet
rezistenca e brendshme. Ky zvoglim i rezistencës më tutje do të shkaktoj
rritjen e rrymës së shpërndarjes dhe mund ta dëmtoj tiristorin. Kjo
bredhje e energjisë termike mund të evitohet me anë të ftohësve, në
mënyrë që të gjitha njësitë të punojnë në temperaturë të njëjtë.
Në seri me secilin tiristor mund të lidhet nga një rezistencë e
vogël, fig.4.13a, për ta siguruar shpërndarjen e barabartë të rrymës nëpër
tiristorë, por në këtë rast paraqiten humbje të konsiderueshme të fuqisë në
rezistorët serik. Për tu evituar kjo, zakonisht shpërndarja e njëtrajtshme e
rrymës sigurohet me anë të induktiviteteve me ndërlidhje magnetike si në
fig.4.13b. Nëse rryma nëpër tiristorin T1 rritet, një tension me polaritet të
kundërt do të indukohet në skajet e tiristorit T2 dhe impedanca në
konturën e T2 do të zvoglohet duke shkaktuar rritje të rrymës nëpër T2.
Fig.4.13 Shpërndarja e rrymave te tiristorët e lidhur paralelel:
(a) për kushte statike; (b) për kushte dinamike
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
66
4.10 QARQET PËR UDHËHEQJE TË TIRISTORIT
Te konvertorët me tiristorë, në terminale të ndryshme paraqiten
potenciale të ndryshme. Qarku në tërësi është nën tension të lartë,
zakonisht nbi 100 V, ndërsa qarku i gejtit mbahet nën tension të ulët,
zakonisht prej 12 deri 30 V. Prandaj paraqitet nevoja për një izolim në
mes të tiristorëve individual dhe qarqeve të tyre për gjenerimin e
impulseve. Izolimi mund të bëhet me transformator impulsiv ose me
optokaplera. Si optokapler mund të përdoret fototranzistori ose
fototiristori si në fig.4.14. Një impuls i shkurtë në hyrje të LED-diodës
D1, kyç fototiristorin T1 dhe tiristori i fuqisë TL trigerohet. Ky lloj i
izolimit kërkon furnizim të ndarë VCC dhe e rritë çmimin dhe peshën e
qarqeve udhëheqëse.
Në fig.4.15a është paraqitur një lloj i izolimit të thjeshtë me anë të
transformatorit impulsiv. Kur impulsi me tension adekuat zbatohet në
bazën e tranzistorit ndërprerës Q1, tranzistori shkon në ngopje dhe
tensioni njëkahor VCC paraqitet në primar të transformatorit, duke
indukuar tension impulsiv në sekondar, i cili zbatohet në mes të
terminaleve të gejtit dhe katodës së tiristorit.
-
+
1
1 g L
T
1V
1R
D
T
R
R
T
I
CC+V
A
K R
sv
Fototiristori
Fig.4.14 Izolimi me fototiristor
Kur impulsi zhvendoset nga baza e tranzistorit Q1, tranzistori
shkyçet, një tension me polaritet të kundërt indukohet në primar, dhe
dioda Dm fillon të përçoj. Rryma e energjisë magnetike të grumbulluar në
transformator bie në zero përmes diodës Dm. Gjatë kësaj zbrazjeje
kalimtare, në sekondarin e transformatorit indukohet tensioni gjegjës
4. TIRISTORËT
67
v
CC
m
1
2
1
1
1
1
1
t
t
0
R
CD
Q
RK
G
NND
+V
Tensioni igejtit
0
CC
m
1
2
1
1
1
1
v1
R
CD
Q
RK
G
NND
+V
0
+
-
C
t
Tensioni igejtit
+
-
1
v1
1R
1C
1D
Q
+
-
2
K
G
N1N
mD
CC+V
0t
Tensioni igejtit+
-
N3
R
1
RQ
2
K
G
N1N
mD
CC+V
0t
Tensioni igejtit
R
Oscilatori
ANDV
V
1
2
(a)
(b)
(d)
c)(
Fig.4.15 Izolimi me transformator impulsiv: (a) me impulse të shkurta; (b) me
impulse të gjata; (c) me gjenerator të vargut të impulseve; dhe (d) vargu i
impulseve me oscilator dhe qark AND
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
68
reverz. Gjersia e impulsit mund të rritet me lidhjen e kapacitetit C në
skajet e rezistencës R, siç është paraqitur në fig.4.15b.
Në shumë shndërrues të energjisë me ngarkesë induktive, perioda
e përcjelljes së tiristorit varet nga faktori i fuqisë së ngarkesës, prandaj
fillimi i përcjelljes së tiristorit nuk është mirë i definuar. Në këtë rast,
zakonisht duhet të bëhët trigerimi kontinual i tiristorit. Por, në anën tjetër
trigerimi kontinual në gejt i rritë humbjet e panevojshme në tiristor.
Prandaj më mirë është të përdoret një varg i impulsive, i cili mund të
fitohet me mbështjella ndihmëse N3, si në fig.4.15c. Kur tranzistori Q1
kyçet, një tension indukohet gjithashtu në mbështjellat N3 në bazën e
tranzistorit Q1, ashtu që dioda D1 polarizohet reverz dhe e shkyç
tranzistorin Q1. Në ndërkohë, kapaciteti C1 mbushet përmes rezistencës
R1 dhe përsëri kyçet Q1. Ky proces i kyçje-shkyçjes vazhdon përderisa të
ketë sinjal hyrës v1 në qarkun e izolatorit. Në vend të mbështjellave
ndihmëse, për formimin e vargut të impulseve shpesh në praktikë edhe
përdoret qarku logjik AND së bashku me një oscilator si në fig.4.15d.
G
K R
I
g
T
T1R
gCgDD1
1
(d)(c)
G
K
T
IT
1
gD
(b)
G
K
T
IT
1
gC
G
K
T
I
R g
T
1
(a)
Fig.4.16 Qarqet për mbrojtje të gejtit
Dalja e qarqeve të gejtit në fig.4.14 ose fig.4.15 lidhet në mes të
gejtit dhe katodës ose me komponentet tjera për mbrojtjen e gejtit siç
4. TIRISTORËT
69
është paraqitur në fig.4.16. Rezistenca Rg në fig.4.16a rritë aftësinë dv/dt
të tiristorit, zvoglon kohën e shkyçjes dhe rritë rrymën e mbajtjes.
Kapaciteti Cg në fig.4.16b zhvendos komponentet e larta të zhurmës dhe
rritë aftësinë dv/dt dhe kohën e vonesës së gejtit. Dioda Dg në fig.4.16c
mbron gejtin nga tensionet negative. Të gjitha këto mund të kombinohen
në një qark si në fig.4.16d.
PASQYRË PYETJESH
4.1 Çka është karakteristika v-i e tiristorit?
4.2 Cili është kushti i kyçjes së tiristorit?
4.3 Cili është kushti i shkyçjes së tiristorit?
4.4 Çka është rryma mbajtëse e tiristorit?
4.5 Cili është modeli i tiristorit me dy tranzistor?
4.6 Çka është koha e kyçjes së tiristorit?
4.7 Cili është qëllimi i mbrojtejes di/dt?
4.8 Cila është metoda e përgjithshme e mbrojtjes nga di/dt?
4.9 Cili është qëllimi i mbrojtejes dv/dt?
4.10 Cila është metoda e përgjithshme e mbrojtjes nga dv/dt?
4.11 Çka është koha e shkyçjes së tiristorit?
4.12 Cila është metoda e përgjithshme për shpërndarjen
uniforme të tensionit te tiristorët e lidhur në seri?
4.13 Cila është metoda e përgjithshme për shpërndarjen
uniforme të rrymës te tiristorët e lidhur paralel?
4.14 Cili është efekti i kohës së rimëkëmbjes reverze te
shpërndarja kalimtare e tensionit te tiristorët e lidhur
paralel?
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
70
4.15 Çka është faktori i uljes së tensionit te tiristorët e lidhur në
seri?
4.16 Si sigurohet shpërndarja e barabartë e rrymës kalimtare te
tiristorët e lidhur në seri?
4.17 Si sigurohet shpërndarja e barabartë e tensioneve
kalimtare te tiristorët e lidhur paralel?
PROBLEME
4.1 Tensioni hyrës në qarkun në fig.4.7e është VS = 200 V,
rezistenca e ngarkesës R = 10 dhe induktiviteti i ngarkesës L
= 50 H. Nëse herësi i shuarjes është 0.7 dhe rryma e zbrazjes
së kapacitetit 5 A, të caktohet (a) vlerat e RS dhe CS, dhe (b)
vlera maksimale e dv/dt.
4.2 Të përsëritet Problemi 4.1 për tension hyrës alternativ vS = 179
sin 377t.
4.3 Disa tiristorë janë lidhur në seri për përballimin e tensionit
njëkahor VS = 15 kV. Rryma maksimale e bllokimit të
tiristorëve është 10 mA dhe ndryshimi në ngarkesat e
grumbulluara të rimëkëmbjes është 150 C. Faktori i uljes së
tensionit për tensionet e shpërndarjes kalimtare dhe stacionare
është 20%. Nëse shpërndarja stacionare maksimale e tensionit
është 1000 V, të caktohet (a) rezistenca R për shpërndarje të
njëtrajtshme stacionare për secilin tiristor, dhe (b) kapaciteti C1
për tensione kalimtare.
4.4 Dy tiristorë janë të lidhur paralel për ndarjen e rrymës së
tërsishme të ngarkesës prej IL = 600 A. Rënia e tensionit në
njërin tiristor në gjendje të kyçur është VT1 = 1.0 V në 300 A
dhe për tiristorin e dytë VT2 = 1.5 V në 300 A. Të caktohen
vlerat e rezistencave serike për shpërndarje të tensionit me
diferencë 10% dhe tension total v = 2.5 V.
5. DREJTUESIT E UDHËHEQUR
5.1 HYRJE
Në kapitullin tre kemi parë se drejtuesit me dioda në dalje japin
tension njëkahor me vlerë të fiksuar. Për të fituar tension të kontrolluar në
dalje, në vend të diodave, si ndërprerës përdoren tiristorët e udhëhequr
me fazë. Tensioni dalës i drejtuesve me tiristorë ndryshohet me
kontrollimin e vonesës së këndit të kyçjes së tiristorëve. Tiristori i
kontrolluar me fazë kyçet me zbatimin e një impulsi të shkurtë në gejtin e
tij dhe shkyçet me komutim të natyrshëm ose me rrjetë, ndërsa në rastin e
ngarkesës me induktivitet të lartë, ai shkyçet me ndihmën e tiristorit tjetër
gjatë gjysmëciklit negativ të tensionit hyrës.
Këta drejtues të kontrolluar me fazë janë të thjeshtë, më të lirë dhe
efikasiteti i këtyre drejtuesve është zakonisht mbi 95%. Pasi që këto
qarqe bëjnë shndërrimin e energjisë alternative në njëkahore, këta quhen
edhe konvertorë ac-dc dhe shfrytëzohen shumë në zbatime industriale,
posaçërisht te ngasjet motorike me shpejtësi të ndryshueshme. Brezi i të
fuqisë së tyre shkon prej disa vatësh deri në disa megavat.
Konvertorët e kontrolluar me fazë, varësisht nga burimi, mund të
klasifikohen në dy grupe: (1) konvertorët njëfazor, dhe (2) konvertorët
trefazorë. Secili grup mund të ndahet në: (a) gjysmëkonvertor, (b)
konvertor të plotë, dhe (c) konvertor dual. Gjysmëkonvertori është
konvertor që punon vetëm në një kuadrant dhe i cili në dalje ka tension
dhe rrymë të vetëm një polariteti. Konvertori i plotë është konvertor që
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
72
punon vetëm në dy kuadrante dhe tensioni i tij në dalje mund të jetë edhe
pozitiv edhe negativ, ndërsa rryma dalëse ka vetëm një polaritet.
Konvertorët dual mund të punojnë në katër kuadrante, ndërsa tensioni
dhe rryma e tyre dalëse mund të jenë edhe pozitiv edhe negativ. Në disa
zbatime, konvertorët lidhen në seri për të punuar në tension më të lartë
dhe për ta përmirësuar faktorin e fuqisë hyrëse.
Performansat e konvertorëve të kontrolluar më fazë mund të
analizohen gjithashtu me metodën e serive Fourier. Nëse, për thjeshtim të
analizës, supozojmë se induktiviteti i ngarkesës është mjaftë i lartë, mund
të konsiderojmë se rryma e ngarkesës është kontinuale dhe ka valëzim të
papërfillshëm.
5.2 PRINCIPI I PUNËS SË KONVERTORIT TË KONTROLLUAR ME FAZË
Ta analizojmë qarkun e paraqitur në fig.5.1a I cili ka ngarkesë
kryesisht rezistive. Gjatë gjysmëciklit pozitiv të tensionit hyrës, anoda e
tiristorit është pozitive në krahasim me katodën dhe për tiristorin thuhet
se ka polarizim të drejtë. Kur tiristori T1 kyçet në momentin t = (në
këtë moment në tiristor vepron impulsi i gejtit), tiristori përçon dhe
tensioni hyrës paraqitet në ngarkesë. Kur tensioni hyrës fillon të bëhet
negativ në momentin t = , anoda e tiristorit bëhet negative në krahasim
me katodën dhe për tiristorin T1 thuhet se ka polarizim revers dhe ai
shkyçet. Koha kur tensioni hyrës fillon të bëhet pozitiv derisa tiristori të
kyçet në t = quhet vonesa ose koha e kyçjes .
Në fig.5.1b është paraqitur regjioni i punës së konvertorit ku edhe
rryma edhe tensioni kanë polaritet të njëjtë. Në Fig.5.1c janë paraqitur
format valore të tensionit hyrës, të tensionit dalës, të rrymës së ngarkesës
dhe të tensionit në skajet e tiristorit T1. Ky konvertor zakonisht nuk
përdoret në zbatime industriale sepse dalja e tij, siç kemi theksuar më
parë, përmban valëzim të madh me frekuencë të ulët të valëzimit. Nëse fS
është frekuenca e burimit hyrës, frekuenca më e ulët e tensionit të
valëzimit në dalje është fS.
5. DREJTUESIT E UDHËHEQUR
73
2 t
t
t
t
i
-
0
0
0
0
2
2
2
1
1V
0
T1
v /Ro
V
0
0
dcV
v
dcIi
0
(c)
( b)
Fig.5.1 Konvertori njëfazor me tiristor dhe me ngarkesë rezistive: (a)
qarku; (b) kuadranti i punës; (c) format valore
Nëse Vm është amplituda e tensionit hyrës, tensioni mesatar në
dalje, Vdc, mund të caktohet nga
)cos1(2
]cos[2
)(sin2
1
m
mmdc
V
tV
tdtVV
5.1
dhe ky tension mesatar mund të ndryshohet nga
mV deri në 0 me
ndryshimin e këndit prej 0 deri në . Tensioni mesatar bëhet maksimal
kur = 0 dhe në atë rast tensioni maksimal në dalje është
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
74
m
dm
VV
5.2
Tensioni i normalizuar në dalje është
)cos1(5.0 dm
dcn
V
VV 5.3
Vlera efektive e tensionit në dalje është
2/1
2/12
2/122
)]2
2sin(
1[
2
)]()2cos1(4
[
)](sin2
1[
m
m
mrms
V
tdtV
tdtVV
5.4
Pra, tensioni në dalje përbëhet nga një impuls njëkahor, vlera
mesatare (dhe efektive) e të cilit mund të rregullohet me ndryshimin e
këndit të kyçjes së tiristorit
Shembulli 5.1___________________________________________________________
Nëse konvertori nga fig.5.1a ka rezistencë të pastër si ngarkesë R dhe kënd të vonesës
= /2, të caktohet (a) efikasiteti i drejtimit, (b) faktori i formës FF, (c) faktori i valëzimit
FV dhe (d) tensioni revers maksimal në tiristorin T1.
Zgjidhje_______________________________________________________________
Nga ek.(5.1), vlera mesatare e tensionit dhe e rrymës dalëse është
mdc VV 1592.0 dhe
RVI mdc /1592.0
5. DREJTUESIT E UDHËHEQUR
75
Nga ek.(5.3), tensioni i normalizuar në dalje është
5.0)cos1(5.0 dm
dcn
V
VV
Nga ek.(5.4), vlera efektive e tensionit dhe rrymës dalëse është
mrms VV 3536.0 dhe
RVI mrms /3536.0
Nga ek.(3.1), fuqia njëkahore dalëse është
RVIVP mdcdcdc /)1592.0( 2
dhe nga ek.(3.2) fuqia efektive dalëse
RVIVP mrmsrmsac /)3536.0( 2
(a) Nga ek.(3.3), efikasiteti i drejtuesit është
%27.20)3536.0(
)1592.0(2
2
m
m
V
V
(b) Nga ek.(3.5) faktori i formës është
%1.2223536.0
1592.0
m
m
V
VFF
(c) Nga ek.(3.7), faktori i valëzimit është
%3.198)1221.2( 22 FV
(d) Tensioni revers maksimal në tiristor është
mRT VV max
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
76
5.3 GJYSMËKONVERTORI NJËFAZOR
Në fig.5.2a është paraqitur qarku i gjysmëkonvertorit njëfazor me
ngarkesë të lartë induktive. Rryma e ngarkesës është përvetësuar të jetë
kontinuale dhe pa valëzime. Gjatë gjysmëciklit pozitiv, tiristori T1 ka
polarizim të drejtë. Kur tiristori të kyçet në momentin t = , ngarkesa
është e lidhur në burimin hyrës përmes T1 dhe D2 gjatë periodës t
. Gjatë periodës t (+), tensioni hyrës është negativ dhe dioda
shkarkuese Dm ka polarizim të drejtë. Kjo diodë përçon për ta siguruar
kontinuitetin e rrymës së ngarkesës induktive. Rryma e ngarkesës bartet
nga T1 dhe D2 në Dm; tiristori T1 dhe D2 janë të shkyçur. Gjatë
gjysmëciklit negativ të tensionit hyrës, tiristori T2 ka polarizim të drejtë,
dhe kyçja e tiristorit T2 në t = (+) do ta polarizojë revers diodën Dm.
Dioda shkyçet dhe ngarkesa është e lidhur me burimin përmes T2 dhe D1.
Në fig.5.2b është paraqitur regjioni i punës së konvertorit, ku
shihet se edhe tensioni edhe rryma dalëse kanë polaritet pozitiv. Në
fig.5.2c janë paraqitur format valore të tensionit hyrës, tensionit dalës,
rrymës hyrëse dhe rrymave nëpër tiristorët T1, T2, dhe diodat D1 e D2. Ky
konvertor ka faktor më të mirë të fuqisë për shkak të diodës shkarkuese
dhe zakonisht përdoret në zbatime praktike me fuqi deri në 15 kW, ku
puna në një kuadrant është e pranueshme.
Tensioni mesatar në dalje mund të caktohet nga shprehja
)cos1(
]cos[2
2)(sin
2
2
m
mmdc
V
tV
tdtVV
5.5
dhe ky tension mund ta ndryshoj vlerën prej 2Vm/ deri në 0 me
ndryshimin e këndit të kyçjes së tiristorit prej vlerës 0 deri në . Vlera
maksimale e tensionit mesatar në dalje është Vdm = 2Vm/ dhe është e
qartë se kjo vlerë paraqitet për = 0.
5. DREJTUESIT E UDHËHEQUR
77
+
pv
-
+R
-
vS
S
T1
T2
o
1
D1 D2 Dm
2
i
T T
mD L
i i iE
o aIi =
-
+
v
i
i
t
t0
0
t0
t0
t0
t0
t0
t0
t0
+
+
+
+
+
+
+
+
Ia
Ia
Ia
Ia
Ia
Ia
Ia
o
T1
D1
T2
D2
S
o
Dm
i
i
i
i
i
i
i
0o
o
dc
dcV
v
iI
(a)
(b)
(c)
Fig.5.2 Gjysmëkonvertori njëfazor: (a) qarku; (b) kuadranti i punës; (c)
format valore
Tensioni i normalizuar në dalje është
)cos1(5.0 dm
dcn
V
VV 5.6
Vlera efektive e tensionit dalës është
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
78
2/1
2/12
2/122
)]2
2sin(
1[
2
)]()2cos1(2
[
)](sin2
2[
m
m
mrms
V
tdtV
tdtVV
5.7
Shembulli 5.2___________________________________________________________
Gjysmëkonvertori në fig.5.2a është lidhur në burim me 120 V dhe 60 Hz. Rryma e
ngarkesës mund të konsiderohet kontinuale dhe valëzimi i saj mund të neglizhohet.
Herësi i transformatorit është një. (a) Të shprehet rryma hyrëse në seri Fourier dhe të
caktohet faktori harmonik i rrymës hyrëse, FH, dhe faktori i fuqisë hyrëse PF. (b) Nëse
këndi i vonesës është = /2, të llogaritet Vdc, Vn, Vrms, FH dhe PF.
Zgjidhje_______________________________________________________________
(a) Forma valore e rrymës hyrëse është paraqitur në fig.5.2c dhe vlera momentale
e saj mund të shprehet në seri Fourier si
,...2,1
)sincos()(n
nndcS tnbtnaIti 5.8
ku 0)()(2
12
tdItdII aadc dhe
,...6,4,20
,...5,3,1sin2
)(cos)(cos1
)(cos)(1
2
2
nkur
nkurnn
I
tdtnItdtnI
tdtntia
a
aa
sn
5. DREJTUESIT E UDHËHEQUR
79
,...6,4,20
,...5,3,1)cos1(2
)(sin)(sin1
)(sin)(1
2
2
nkur
nkurnn
I
tdtnItdtnI
tdtntib
a
aa
sn
Pasi që Idc = 0, ek.(5.8) mund të shkruhet si
...5,3,1
)(sin2)(n
nnS tnIti 5.9
ku 2
tan 1 n
b
a
n
nn 5.10
Vlera efektive e komponentës së n-të harmonike të rrymës hyrëse është
2cos
22)(
2
1 2/122
n
n
IbaI a
nnSn 5.11
Nga ky ekuacion mund të nxjerrët vlera efektive e komponentës themelore të rrymës
hyrëse si
2cos
221
a
S
II
Nga ek.(5.11) vlera efektive e rrymës hyrëse është
2/1
,2,1
)( Sn
n
S II
Rryma IS mund të llogaritet gjithashtu drejtpërsëdrejti nga
2/12/1 )1()](2
[
aaS ItdII
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
80
Faktori harmonik është
2/12
1 ]1)/[( SS IIFH ose 2/1]1
)cos1(4
)([
FH 5.12
Faktori i fuqisë hyrëse është
2/1
1
)]([
)cos1(2
2cos
S
S
I
IPF 5.13
(b) 2/
dhe 7.1691202 mV V
Nga ek.(5.5), vlera mesatare e tensionit është
VV
tV
tdtVV
m
mmdc
02.54)cos1(
]cos[2
2)(sin
2
2
Nga ek.(5.6), tensioni i normalizuar është
5.0)cos1(5.0 dm
dcn
V
VV
dhe nga ek.(5.7), vlera efektive e tensionit është
57.84)]2
2sin(
1[
2
2/1
mrms
VV V
aa
S II
I 6366.04
cos22
1
aaS III 7071.0)1( 2/1
5. DREJTUESIT E UDHËHEQUR
81
4835.0]1)/[( 2/12
1 SS IIFH ose 48.35%
6366.0)]([
)cos1(2
2cos
2/1
1
S
S
I
IPF
Vërejtje:Parametrat e performansave të konvertorit varen nga këndi i
vonesës .
5.3.1 GJYSMËKONVERTORI NJËFAZOR ME NGARKESË RL
Në praktikë, ngarkesa ka induktivitet të fundmë. Rryma e
ngarkesës varet nga rezistenca e ngarkesës R dhe induktiviteti i ngarkesës
L. Forma valore e rrymës së ngarkesës është paraqitur në fig.5.3. Puna e
konvertorit mund të ndahet në dy mode: modi 1 dhe modi 2.
Modi 1. Ky mod vlen për 0 t , dhe gjatë kësaj periode
dioda shkarkuese Dm përçon. Rryma e ngarkesës iL1 gjatë modit 1
përshkruhet me
011 ERi
dt
diL L
L 5.14
e cila , për kushte fillestare iL1 (t=0) = IL0, në gjendjen stacionare është
)1( )/()/(
01
tLRtLR
LL eR
EeIi për iL1 0 5.15
Në fund të këtij modi në t = , rryma e ngarkesës bëhet IL1. Pra kjo
është
1LI = )1()( /)/(/)/(
01
LRLR
LL eR
EeIti për IL1 0
5.16
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
82
t0
+
o
0 +
t
i1L
L
L0II
Modi 1 Modi 2
Fig.5.3 Forma valore e rrymës së ngarkesës
Modi 2. Ky mod vlen për t , derisa tiristori T1 përçon.
Nëse tensioni hyrës është tVv Ss sin2 , rryma e ngarkesës iL2 gjatë
modit 2 mund të gjendet nga ekuacioni
tVERidt
diL SL
L sin222 5.17
zgjidhja e të cilit ka formën
R
EeAt
Z
Vi tLRSL )/(
12 )(sin2
për iL2 0
ku 2/122 ])([ LRZ është impedanca e ngarkesës dhe
)/(tan 1 RL . Konstanta A1, e cila mund të caktohet nga kushtet
fillestare t = , iL2= iL1, është
)/)(/(
11 )(sin2
LRS
L eZ
V
R
EIA
5. DREJTUESIT E UDHËHEQUR
83
Nëse tani këtë konstantë e zëvendësojmë në shprehjen për rrymën e
ngarkesës, fitojmë
R
Et
Z
Vi S
L )(sin2
2
)/)(/(
1 )(sin2 tLRS
L eZ
V
R
EI
për iL2 0 5.18
Në fund të modit 2, në kushtin e gjendjes stacionare kemi iL2 (t=) =
IL0. Nëse këtë kusht e zëvendësojmë në ek.(5.15) dhe e zgjidhim për IL0
do të fitohet
R
E
e
e
Z
VI
LR
LR
SL
)/)(/(
/))(/(
01
)(sin)(sin2
për IL0 0 dhe 5.19
Vlera efektive e rrymës së tiristorit mund të gjendet nga ek.(5.18) si
2/1
2
2 )(2
1
tdiI LTef
Vlera mesatare e rrymës së tiristorit është
)(2
12 tdiI LTmes
Vlera efektive e rrymës dalëse mund të caktohet nga ek.(5.15) dhe (5.18)
si 2/1
0
2
2
2
1 )(2
1)(
2
1
tditdiI LLrms
Vlera mesatare e rrymës dalëse mund të caktohet nga ek.(5.15) dhe (5.18)
si
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
84
)(2
1)(
2
12
0
1 tditdiI LLdc .
Shembulli 5.3___________________________________________________________
Gjysmëkonvertori njëfazor nga fig.5.2a ka ngarkesë RL me L = 6.5 mH, R = 2.5 dhe
E = 10 V. Tensioni hyrës është VS = 120 V në 60 Hz. Të caktohet (a) rryma e ngarkesës
IL0 në t = 0, dhe rryma e ngarkesës IL1 në t = = 60o, (b) rryma mesatare ITmes dhe
efektive ITef e tiristorit (c) rryma efektive dhe mesatare dalëse Irms, dhe Idc.
Zgjidhje_______________________________________________________________
.5.3,42.44)/(tan
,120,/377602,60,5.6,5.2
1
ZRL
VVsradHzfmHLR
o
S
(a) Rrymat stacionare të ngarkesës nga ek.(5.19) dhe (5.16) për t = 0 dhe në t =
janë
R
E
e
e
Z
VI
LR
LR
SL
)/)(/(
/))(/(
01
)(sin)(sin2=29.77 A,
për t = 0
1LI = )1()( /)/(/)/(
01
LRLR
LL eR
EeIti =7.6 A,
për t = ,
(b) Rryma mesatare dhe efektive e tiristorit
)(2
12 tdiI LTmes
=11.42 A
2/1
2
2 )(2
1
tdiI LTef =20.59 A
5. DREJTUESIT E UDHËHEQUR
85
(c) Vlera efektive dhe mesatare e rrymës dalëse 2/1
0
2
2
2
1 )(2
1)(
2
1
tditdiI LLrms =30.92 A
)(2
1)(
2
12
0
1 tditdiI LLdc =28.45 A.
5.4 KONVERTORI I PLOTË NJËFAZOR
Qarku i konvertorit të plotë njëfazor është paraqitur në fig.5.4a.
Ngarkesa është me induktivitet të lartë ashtu që rryma e ngarkesës është
kontinuale dhe pa valëzime të konsiderueshme. Gjatë gjysmëciklit
pozitiv, tiristorët T1 dhe T2 kanë polarizim të drejtë; dhe nëse të dy
tiristorët janë të kyçur njëkohësisht në t = , ngarkesa kyçet në burim
përmes këtyre tiristorëve. Për shkak të ngarkesës induktive, tiristorët T1
dhe T2 do të vazhdojnë të përçojnë edhe pas t = , edhe pse tensioni i
hyrjes është tashmë negativ. Gjatë gjysmëciklit negativ të tensionit hyrës,
tiristorët T3 dhe T4 kanë polarizim të drejtë; dhe kyçja e njëkohshme e
tiristorëve T3 dhe T4 do ta lidh tensionin e burimit në skajet e tiristorëve
T1 dhe T2 si tension revers të bllokimit. T1 dhe T2 do të shkyçen për shkak
të komutimit nga rrjeta ose me komutim të natyrshëm dhe rryma e
ngarkesës do të kaloj nga T1 dhe T2 në T3 dhe T4. Në fig.5.4b është
paraqitur regjioni i punës së konvertorit, ndërsa në fig.5.4c janë paraqitur
format valore të tensionit hyrës, tensionit dalës dhe rrymat hyrëse dhe
dalëse. Gjatë periodës prej deri në , tensioni hyrës vS dhe rryma
hyrëse iS janë pozitive edhe fuqia rrjedh nga burimi në ngarkesë. Për
konvertorin thuhet se punon në modin drejtues. Në periodën prej deri
në + , tensioni hyrës vS është negativ dhe rryma hyrëse iS është
pozitive. Këtu do të ketë rrjedhje të kundërt të fuqisë nga ngarkesa në
burim. Për konvertorin thuhet se punon në modin e invertimit. Ky
konvertor përdoret shumë në zbatime industriale deri në 15 kW.
Varësisht nga vlera e , tensioni mesatar në dalje mund të jetë ose pozitiv
ose negativ dhe mundëson punë në dy kuadrante.
Tensioni mesatar në dalje mund të caktohet nga
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
86
cos2
]cos[2
2)(sin
2
2
m
mmdc
V
tV
tdtVV
5.20
dhe ky tension ndryshon nga 2Vm/ deri në -2Vm/ me ndryshimin e
këndit nga 0 deri në . Tensioni maksimal mesatar në dalje është Vdm =
2Vm/ dhe tensioni i normalizuar dalës është
cosdm
dcn
V
VV 5.21
o
ov
i0 dc
dcV
I
(b)
+
pv
-
+R
-
vS
S
o
1 2
i
T T
L
E
o aIi =
-
+
v
(a)
1T1T
T T3 4
t
0
+
+
t0
+
Ia
Ia
Si
t0
Ia
oi
( )c
t
0 +
o
-
1 2 3 4T T T T, ,
dcI
dcV
dcVdcV-
Fig.5.4 Konvertori i plotë njëfazor: (a) qarku; (b) kuadranti i punës; (c)
format valore
5. DREJTUESIT E UDHËHEQUR
87
Vlera efektive e tensionit dalës është
Sm
m
mrms
VV
tdtV
tdtVV
2
)]()2cos1(2
[
)](sin2
2[
2/12
2/122
5.21
Me ngarkesë të pastër rezistive, tiristorët T1 dhe T2 do të përçojnë
nga deri në , dhe tiristorët T3 dhe T4 do të përçojnë nga + deri në
2. Vlera momentale e tensionit dalës do të jetë e ngjashme me atë për
gjysmëkonvertorin në fig.5.2b. Ekuacionet (5.5) dhe (5.7) mund të
zbatohen për gjetjen e vlerës mesatare dhe efektive të tensionit dalës.
Shembulli 5.4___________________________________________________________
Për konvertorin e plotë njëfazor në fig.5.4a, të përsëritet Shembulli 5.2 për këndin e
vonesës = /3.
Zgjidhje_______________________________________________________________
(a) Forma valore e rrymës hyrëse është paraqitur në fig.5.4c dhe vlera momentale
e rrymës hyrëse mund të shprehet në seri Fourier si
,...2,1
)sincos()(n
nndcS tnbtnaIti
ku 0)()(2
12
tdItdII aadc dhe
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
88
,...6,4,20
,...5,3,1sin4
)(cos)(cos1
)(cos)(1
2
2
nkur
nkurnn
I
tdtnItdtnI
tdtntia
a
aa
sn
,...6,4,20
,...5,3,1cos4
)(sin)(sin1
)(sin)(1
2
2
nkur
nkurnn
I
tdtnItdtnI
tdtntib
a
aa
sn
Pasi që Idc = 0, rryma hyrëse mund të shkruhet si
...5,3,1
)(sin2)(n
nnS tnIti
ku nb
a
n
nn
1tan 5.22
Vlera efektive e komponentës së n-të harmonike të rrymës hyrëse është
n
I
n
IbaI aa
nnSn
22
2
4)(
2
1 2/122 5.23
Nga ky ekuacion mund të nxjerrët vlera efektive e komponentës themelore të rrymës
hyrëse si
5. DREJTUESIT E UDHËHEQUR
89
a
S
II
221
Vlera efektive e rrymës hyrëse është
2/12
,...5,3,1
)( Sn
n
S II
Rryma IS mund të llogaritet gjithashtu drejtpërsëdrejti nga
2/12/1 )1()](2
2[
aaS ItdII
Faktori harmonik është
483.0]1)/[( 2/12
1 SS IIFH ose 48.3%
Faktori i fuqisë hyrëse është
cos22
)(cos1
S
S
I
IPF sepse shfazimi i rrymës dhe tensionit është (-).
(b) 3/ dhe VVm 7.1691202
Vlera mesatare e tensionit është
VV
V mdc 02.54cos
2
Tensioni i normalizuar është
5.0dm
dcn
V
VV
dhe vlera efektive e tensionit është
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
90
VVV
V Sm
rms 1202
aa
S II
I 90032.022
1
aS II
4835.0]1)/[( 2/12
1 SS IIFH ose 48.35%
45.0)(cos1 S
S
I
IPF
Vërejtje: Komponenti fundamental (themelore) i rrymës hyrëse është
gjithmonë 90.03% e Ia dhe faktori harmonik mbetet konstant në 48.34%.
5.5 KONVERTORËT DUAL NJËFAZOR
Në paragrafin 5.4 kemi parë se konvertorët e plotë punojnë vetëm
në dy kuadrante. Nëse dy konvertorë të këtillë janë të lidhur në opozitë,
siç është paraqitur në fig.5.5a, edhe rryma e ngarkesës edhe tensioni dalës
mund ta ndërrojnë polaritetin. Sistemi i këtillë mund të punoj në katër
kuadrante dhe quhet konvertor dual. Këta konvertor shfrytëzohen
zakonisht te ngasjet motorike të fuqisë së lartë me shpejtësi të
ndryshueshme. Nëse 1 dhe 2 janë këndet e vonesës së konvertorëve 1
dhe 2, tensionet gjegjëse dalëse janë Vdc1 dhe Vdc2. Këndet e vonesës janë
të kontrolluara asisoj që njëri konvertor punon si drejtues dhe tjetri si
invertor; por që të dy konvertorët japin tension të njëjtë mesatar në dalje.
Në fig.5.5c janë paraqitur format valore për të dy konvertorët, ku dy
tensionet mesatare në dalje janë të njëjta.
5. DREJTUESIT E UDHËHEQUR
91
vS
1T
T
oi
-
+
ov
(a)
1T1T T
T
3
4
+-
vS
o
1
2
T
T
+
v
1T1TT
T
3
4
+
-o
v
2
11
1 2
+
-
aa
bb
iL L rrr/2 /2
Ngark
esa
`
`
`
`
t
0
+
t
o
0
+
0
o
t0
v=Vmsint
1
2
1
1
-
-
-
1
1
1
Vmsint
Vmsint
Vmsint
Vmsint
2
--
v (t)=v +vr 01 02
o
ov
i
(b)
V
dc
dcV
IdcI
dcdc
0
dcIdcI
-
-
2
Rryma
qarkulluese
1-1-
1
(c)
t
Fig.5.5 Konvertori dual njëfazor: (a) qarku; (b) kuadranti i punës; (c)
format valore
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
92
Në fig.5.5b janë paraqitur karakteristikat v-i të konvertorit dual. Nga
ek.(5.20) tensionet mesatare në dalje janë
1
1
cos2
]cos[2
2)(sin
2
21
1
m
mmdc
V
tV
tdtVV
5.24
dhe
2
2
cos2
]cos[2
2)(sin
2
22
2
m
mmdc
V
tV
tdtVV
5.25
Pasi që njëri konvertor drejton, ndërsa tjetri inverton, tensionet e tyre
dalëse janë
21 dcdc VV
ose
)(coscoscos 112
prandaj
12 5.26
Pasi që vlerat momentale të tensioneve dalëse janë të shfazuara,
do të paraqitet një diferencë momentale e tensionit e cila do të rezultojë
në rrymë qarkulluese në mes të dy konvertorëve. Kjo rrymë qarkulluese
nuk do të kalojë nëpër ngarkesë dhe zakonisht kufizohet me induktivitet
Lr siç është paraqitur në fig.5.5a.
Nëse vo1 dhe vo2 janë tensionet momentale të daljeve të
konvertorëve 1 dhe 2, rryma qarkulluese mund të gjendet me integrimin e
vlerave momentale të diferencës së tensioneve prej intervalit
12 t . Pasi që vlerat mesatare të tensioneve dalëse në intervalin
12 t janë të barabarta dhe të kundërta, kontributi i tyre në rrymën
qarkulluese momentale ir është zero.
5. DREJTUESIT E UDHËHEQUR
93
t
r
r
r tdvL
i
12
)(1
t
r
tdvvL
12
0201 )()(1
t
r
m tdtL
V
12
)(sin[
t
tdt
12
)](sin
)cos(cos2
1
tL
V
r
m 5.27
Vlera momentale e rrymës qarkulluese varet nga këndi i vonesës.
Për 1 = 0, t = n, n = 0, 2, 4…, ajo bëhet minimale dhe për t = n,
n= 1, 3, 5…, ajo bëhet maksimale. Nëse rryma maksimale e ngarkesës
është Iom, njëri nga konvertorët, ai i cili kontrollon rrjedhën e fuqisë mund
të bartë rrymë maksimale prej (Iom + 4Vm/Lr).
Konvertorët dual mund të punojnë me ose pa rrymë qarkulluese.
Kur punojnë pa rrymë qarkulluese, vetëm njëri konvertor punon në atë
kohë dhe bartë tërë rrymën e ngarkesës; konvertori tjetër është plotësisht i
bllokuar me impulset e gejtit. Puna me rrymë qarkulluese ka këto
përparësi:
rryma qarkulluese mban përcjelljen e të dy konvertorëve gjatë
tërë brezit të udhëheqjes, pavarësisht nga ngarkesa,
pasi që njëri konvertor gjithmonë punon si drejtues ndërsa
tjetri si invertor, rrjedha e fuqisë në çdo kohë është e
mundshme në të dy drejtimet,
pasi që të dy konvertorët përçojnë kontinualisht, koha e
nevojshme për ndryshim të kuadrantit të punës prej njërit në
tjetrin, është më e vogël.
Shembulli 5.5___________________________________________________________
Konvertori dual njëfazor nga fig.5.5a punon me burim 120 V, 60 Hz dhe rezistencë të
ngarkesës R = 10 . Induktiviteti Lr = 40 mH; këndet e vonesës janë 1 = 60o dhe 2 =
120o, të llogaritet vlera maksimale e rrymës qarkulluese dhe vlera maksimale e rrymës
së konvertorit 1.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
94
Zgjidhje_______________________________________________________________
60o rad/s, 1 = 60
o, Vm = 2 120 = 169.7 V, f = 60 Hz. Në fig.5.5c është
paraqitur forma valore e rrymës qarkulluese për t = 2 dhe 1 = /3. Nga ek. (5.27)
vlera maksimale e rrymës qarkulluese është
AL
VI
r
mr 25.11
04.0377
7.169)cos1(
21(max)
Vlera maksimale e rrymës së ngarkesës është
Iom=169.71/10=16.97 A
Vlera maksimale e rrymës së konvertorit 1 është
IK1m=(Iom + 4Vm/Lr)=(16.97 + 11.25) = 28.22 A.
5.6 KONVERTORËT SERIK NJËFAZOR
Për zbatime ku kërkohet tension më i lartë, dy ose më shumë
konvertorë lidhen në seri. Në këtë rast përmirësohet edhe faktori i fuqisë.
Në fig.5.6a është paraqitur lidhja serike e dy konvertorëve. Secili
sekondar ka numër të njëjtë të dredhave, dhe herësi i transformatorit
është Np/Ns = 2. Nëse 1 dhe 2 janë këndet e vonesës të konvertorëve 1
dhe 2, tensioni maksimal në dalje Vdm fitohet për 1 = 2 = 0.
Në sistemin me dy konvertorë, një konvertor punon dhe siguron
tension në dalje prej 0 deri Vdm/2 dhe konvertori tjetër është i lidhur
shkurtë përmes diodës së vet shkarkuese. Për të fituar tension dalës prej
Vdm/2 deri në Vdm, njëri konvertor duhet të jetë plotësisht i kyçur ( me
kënd të vonesës 1 = 0) ndërsa këndi i vonesës së konvertorit të dytë 2
ndryshon. Në fig.5.6 janë paraqitur tensionet dalëse, rrymat hyrëse të
konvertorëve dhe rryma hyrëse nga burimi kur të dy konvertorët punojnë
me ngarkesë me induktivitet të lartë.
5. DREJTUESIT E UDHËHEQUR
95
pv
-
oi+
-
+
vS
S
o
1 2
i
T T
mD
-
v
0
(a)
0o
o
dc
dcV
v
iI
(b)
( c)
+
-
+
vS
S
o
1 2
i
T T
mD
-
v
ov
2
1
1
2
` `
` `
`
Ngarke
a
+
-
t 0
+
2
2
0 +
2
2 t
0 +2 2
t
t +2
t
Ia
+2
Ia-
Ia
t
Ia
+
2
-
t
Ia
+
2
Ia-
t
Ia/2
Ia/2-
Ia
2
2
2
o1
1
02
0
2
o
v
i
i
i
i
0
0
0
0
+
2
Fig.5.6 Konvertorët serik njëfazor: (a) qarku; (b) kuadranti i
punës; (c) format valore
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
96
Nga ek.(5.5) tensionet mesatare në dalje të dy gjysmëkonvertorëve janë
)cos1( 11
mdc
VV
dhe
)cos1( 22
mdc
VV
Tensioni rezultues dalës i konvertorëve është
dcV 1dcV )coscos2( 212
mdc
VV 5.28
Tensioni mesatar maksimal dalës për 1 = 2 = 0 është Vdm = 4Vm/. Nëse
konvertori 1 është duke punuar: 0 1 dhe 2 = , atëherë
dcV 1dcV )cos1( 12
mdc
VV 5.29
dhe tensioni i normalizuar mesatar në dalje është
)cos1(25.0 1dm
dcn
V
VV 5.30
Nëse të dy konvertorët janë duke punuar: 1 = 0 dhe 0 2 , atëherë
dcV 1dcV )cos3( 22
mdc
VV 5.31
dhe tensioni i normalizuar mesatar në dalje është
)cos3(25.0 2dm
dcn
V
VV 5.32
5. DREJTUESIT E UDHËHEQUR
97
Fig.5.7 Konvertorët e plotë serik: (a) qarku; (b) kuadranti i
punës; (c) format valore; (d) format valore
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
98
Në fig.5.7 janë paraqitur dy konvertorë të plotë të lidhur në seri.
Edhe në këtë rast herësi i transformatorit është Np/Ns = 2. Për arsye së
këtu nuk ka dioda shkarkuese, njëri nga konvertorët nuk mund të
urëzohet, prandaj të dy konvertorët duhet të punojnë në të njëjtën kohë.
Në modin e drejtimit, njëri konvertor plotësisht prinë (1 = 0) dhe
këndi i vonesës së konvertorit tjetër 2, ndryshon nga 0 deri në dhe
kësisoj kontrollon tensionin njëkahor në dalje. Në fig.5.7b janë paraqitur
tensionet hyrëse, tensionet dalëse, rrymat hyrëse të konvertorëve dhe
rryma hyrëse nga burimi. Nëse krahasohen fig.5.2b dhe 5.7b mund të
vërehet se rryma hyrëse nga burimi është e ngjashme me atë të
gjysmëkonvertorit. Si rezultat faktori i fuqisë është më i vogël se te
gjysmëkonvertorët serik.
Në modin invertues, njëri konvertor është plotësisht i vonuar, 2 =
, dhe këndi i vonesës së konvertorit tjetër, 1, ndryshon nga 0 deri në
dhe kësisoj kontrollon tensionin njëkahor në dalje. Në fig.5.7d janë
paraqitur karakteristikat v-i të konvertorëve të plotë serik.
Nga ek.(5.20) tensionet mesatare në dalje të dy konvertorëve të
plotë janë
11 cos2
mdc
VV
dhe
22 cos2
mdc
VV
Tensioni rezultues dalës i konvertorëve është
dcV 1dcV )cos(cos2
212
mdc
VV 5.33
Tensioni mesatar maksimal dalës për 1 = 2 = 0 është Vdm = 4Vm/. Në
modin drejtues, 1 = 0 dhe 0 2 , atëherë
dcV 1dcV )cos1(2
22
mdc
VV 5.34
dhe tensioni i normalizuar mesatar në dalje është
5. DREJTUESIT E UDHËHEQUR
99
)cos1(5.0 2dm
dcn
V
VV 5.35
Në modin invertues, 0 1 dhe 2 = , atëherë
dcV 1dcV )1(cos2
12
mdc
VV 5.36
dhe tensioni i normalizuar mesatar në dalje është
)1(cos5.0 1 dm
dcn
V
VV 5.37
Shembulli 5.6___________________________________________________________
Rryma e ngarkesës (me vlerë mesatare Ia) e konvertorëve të plotë serik në fig.5.7a është
kontinuale dhe me valëzime të papërfillshme. Hersi i transformimit të transformatorit
është Np/Ns = 2. Konvertorët punojnë në modin drejtues ashtu që 1 = 0 dhe 2 ndryshon
prej 0 deri në . (a) Të shprehet rryma hyrëse e burimit në seri Fourier, të caktohet
faktori harmonik i rrymës hyrëse, FH, dhe faktori i fuqisë hyrëse PF. (b) Nëse këndi i
vonesës është 2 = /2 dhe tensioni maksimal hyrës Vm = 162 V, të llogaritet Vdc, Vn,
Vrms dhe PF.
Zgjidhje_______________________________________________________________
(a) Forma valore e rrymës hyrëse është paraqitur në fig.5.7c dhe vlera momentale
e kësaj rryme mund të shprehet në seri Fourier si
,...2,1
)(sin2)(n
nnS tnIti 5.38
ku 2/2 nn
Vlera efektive e komponentës së n-të harmonike të rrymës hyrëse është
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
100
2cos
22
2cos
2
4 22
n
n
In
n
II aa
Sn 5.39
Nga ky ekuacion mund të nxjerrët vlera efektive e komponentës themelore të rrymës
hyrëse si
2cos
22 21
a
S
II 5.40
Vlera efektive e rrymës hyrëse është
2/12 )1(
aS II 5.41
Faktori harmonik është
2/1
2
22/12
1 1)cos1(4
)(]1)/[(
SS IIFH 5.42
Faktori i fuqisë hyrëse është
2/1
2
221
)(
)cos1(2
2cos
S
S
I
IPF 5.43
(b) 01 dhe 2/2 .
Nga ek.(5.34) vlera mesatare e tensionit është
VVdc 13.103)2
cos1()162
2(
Tensioni i normalizuar është
5. DREJTUESIT E UDHËHEQUR
101
5.0dm
dcn
V
VV
dhe vlera efektive e tensionit, nga ek.(5.36), është
)(sin)2(2
2 222
2
tdtVV mrms
VVVV mmrms 162)2
2sin(
12
2/1
22
aaS III 6366.04
cos22
1
dhe IS = 0.707Ia
4835.0]1)/[( 2/12
1 SS IIFH ose 48.35%
41
6366.0)(cos 11
S
S
I
IPF
5.7 KONVERTORËT TREFAZORË TË GJYSMËVALËS
Konvertorët trefazorë japin tension mesatar më të lartë në dalje
dhe frekuenca e valëzimit në tensionin dalës është më e lartë në krahasim
me konvertorët njëfazor. Si rezultat i kësaj kërkesat për filtrat për
rrafshimin e rrymës dhe tensionit dalës janë më të thjeshtë. Për këtë
arsye, konvertorët trefazorë përdoren shumë te ngasjet me shpejtësi të
ndryshueshme dhe fuqi të lartë.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
102
n
i
i
i
i
i
a
b
c
T
T
Tv
a
b
c
1
2
3
o
o
T1= I
Ia
Ng
ark
esa
(a)
I i
V
v
0dc
dc
o
o
(b)
T T T T T33 11 2
v v v v v v
v
0
anbn cnan bn
v Vman= sint
t
t
t
t
0
I
I
i
i
T1
a
a
0
0
Rryma e ngarkesës
0
Rryma e T1
0
(c)
Fig.5.8 Konvertori trefazorë i gjysmëvalës: (a ) qarku; (b) kuadranti i
punës; (c) format valore për ngarkesë induktive
5. DREJTUESIT E UDHËHEQUR
103
Konvertorët njëfazor të gjysmëvalës nga fig.5.1a mund të lidhen
asisoj që të formojnë konvertorin trefazorë të gjysmëvalës siç është
paraqitur në fig.5.8a. Kur tiristori T1 të jetë kyçur në momentin t = /6
+ , tensioni fazor van paraqitet në ngarkesë përderisa të kyçet tiristori T2
në momentin t=5/6+. Kur të jetë kyçur tiristori T2, tiristori T1 ka
polarizim revers, për shkak të tensionit linjor negativ (vab = van - vbn), dhe
ai shkyçet. Tensioni fazor vbn paraqitet në ngarkesë përderisa tiristori T3
të kyçet në momentin t = 3/2 + . Kur të jetë kyçur tiristori T3, tiristori
T2 ka polarizim revers, për shkak të tensionit linjor negativ (vbc = vbn -
vcn), dhe ai shkyçet. Tensioni fazor vcn paraqitet në ngarkesë përderisa
tiristori T1 të kyçet përsëri në fillim të ciklit të ardhshëm. Në fig.5.8b janë
paraqitur karakteristikat v-i të këtij konvertori i cili punon në dy
kuadrante. Në fig.5.8c janë paraqitur tensionet hyrëse, tensionet dalëse
dhe rryma nëpër tiristorin T1 për ngarkesë me induktivitet të lartë. Për
ngarkesë rezistive dhe /6, rryma e ngarkesës do të jetë diskontinuale
dhe secili tiristor vetëkomutohet me ndryshimin e polaritetit të tensionit
të tij fazor. Frekuenca e valëzimit dalës është 3fs. Ky konvertor nuk
shfrytëzohet zakonisht në sistemet praktike, sepse rryma e burimit
përmban komponent njëkahore.
Nëse tensioni fazor është van = Vm sin t, tensioni mesatar në dalje
për rrymë kontinuale të ngarkesës është
cos2
33)(sin
2
36/5
6/
mmdc
VtdtVV 5.51
ku Vm paraqet tensionin maksimal të fazës. Tensioni mesatar maksimal
dalës paraqitet për kënd të vonesës = 0 dhe është
2
33 mdm
VV
dhe tensioni i normalizuar mesatar në dalje është
cosdm
dcn
V
VV 5.52
Vlera efektive e tensionit dalës është
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
104
2/1
2/12
6/5
6/
2
)2cos8
3
6
1(3
)](sin2
3[
m
mrms
V
tdtVV
5.53
Për ngarkesë rezistive dhe /6, këto tensione janë
)]6
(cos1[2
3)(sin
2
3
6/
mmdc
VtdtVV 5.51a
)]6
(cos1[3
1
dm
dcn
V
VV 5.52a
2/1
2/12
6/
2
)]23
(sin8
1
424
5[3
)](sin2
3[
m
mrms
V
tdtVV
5.53a
Shembulli 5.7___________________________________________________________
Konvertori trefazorë i gjysmëvalës në fig.5.8a punon me burim trefazorë të lidhur në yll
me tension 208 V, 60 Hz dhe rezistencë të ngarkesës R =1 0 . Nëse kërkohet që
tensioni mesatar në dalje të jetë 50% të tensionit maksimal të mundshëm në dalje, të
llogaritet (a) këndi i vonesës , (b) vlerat efektive dhe mesatare të rrymave dalëse, (c)
vlerat mesatare dhe efektive të rrymave të tiristorëve, (d) efikasiteti i drejtimit, (e)
faktori i fuqisë hyrëse.
Zgjidhje_______________________________________________________________
Tensioni fazor është VVS 1.1203/208 , VVV sm 83.1692 , 5.0nV
dhe 10R . Tensioni mesatar maksimal dalës është
5. DREJTUESIT E UDHËHEQUR
105
VV
V mdm 45.140
2
83.16933
2
33
Tensioni i normalizuar mesatar në dalje, nga kushti i detyrës, është
5.0cos dm
dcn
V
VV
prej nga mund të caktohet tensioni mesatar në dalje si
VVV dmdc 23.7045.1405.05.0
(a) Për ngarkesë rezistive, rryma e ngarkesës është kontinuale nëse /6 dhe
nga ek.(5.52) nxjerrim kushtin
%6.866
cos
nV
Pra, për këtë kusht tensioni i normalizuar është më i madh se që është kërkuar në detyrë
( %50nV ), prandaj rryma e ngarkesës është diskontinuale dhe vlejnë ekuacionet për
/6. Nga ek.(5.52a) kemi
5.0)]6
(cos1[3
1
dm
dcn
V
VV
prej nga gjendet këndi i vonesës
67
(b) Vlera mesatare e rrymës dalëse është
AR
VI dc
dc 02.710
23.70
Nga ek.(5.53a), vlera efektive e tensionit dalës është
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
106
VV
tdtVV
m
mrms
74.94)]23
(sin8
1
424
5[3
)](sin2
3[
2/1
2/12
6/
2
dhe vlera efektive e rrymës së ngarkesës është
AR
VI rms
rms 47.910
74.94
(c) Rryma mesatare e tiristorit është
AI
I dcTmes 34.2
3
02.7
3
dhe vlera efektive e rrymës së tiristorit është
AI
I rmsTef 47.5
3
47.9
3
(d) Efikasiteti i drejtimit është
%95.5447.974.94
02.723.70
rms
dc
P
P
(e) Faktori i fuqisë hyrëse është
%5.4584.1970
81.896
47.51.1203
1047.9
33
222
TefS
rms
SS
rms
Hy
rms
IV
RI
IV
RI
P
PPF
sepse vlera efektive e rrymës hyrëse linjore është e barabartë me rrymën efektive të
tiristorit.
5. DREJTUESIT E UDHËHEQUR
107
5.8 GJYSMËKONVERTORËT TREFAZORË
Gjysmëkonvertorët trefazorë shfrytëzohen në zbatime industriale
deri në 120 kW, ku kërkohet puna e drejtuesit në një kuadrant. Faktori i
fuqisë së këtij konvertori zvogëlohet me rritjen e këndit të vonesës, por
gjithsesi është më i mirë se te konvertori trefazorë i gjysmëvalës. Në
fig.5.9a është paraqitur qarku i gjysmëkonvertorit trefazorë me ngarkesë
të lartë induktive, ashtu që rryma e ngarkesës ka valëzime të
papërfillshme.
Në fig.5.9b janë paraqitur format valore të tensioneve hyrëse,
tensioneve dalëse, rryma hyrëse dhe rrymat nëpër tiristorë dhe dioda.
Frekuenca e tensionit dalës është 3fs. Këndi i vonesë mund të ndryshoj
nga 0 deri në . Gjatë periodës /6 t 7/6, tiristori T1 ka polarizim
të drejtë. Nëse T1 kyçet në t = /6 + , T1 dhe dioda D1 përçojnë dhe
tensioni linjor vac paraqitet në ngarkesë. Në t = 7/6, tensioni vac fillon
të bëhet negativ dhe dioda shkarkuese Dm fillon të përçoj. Rryma e
ngarkesës vazhdon të rrjedhë përmes Dm. Në ndërkohë tiristori T1 dhe
dioda D1 janë të shkyçur.
Nëse nuk do të kishte diodë shkarkuese, tiristori T1 do të
vazhdonte të përçoj derisa të kyçet T2 në t = 5/6 + , dhe shkarkimi i
energjisë së grumbulluar në induktivitet do të kryhej përmes T1 dhe
diodës D2. Nëse këndi i kyçjes është /3, secili tiristor përçon për
2/3 ndërsa dioda shkarkuese Dm nuk do të përçoj fare. Format valore për
gjysmëkonvertorin trefazorë me /3 janë paraqitur në fig.5.10b.
Nëse definohen tri tensionet fazore si
tVv man sin
)3
2(sin
tVv mbn
)3
2(sin
tVv mcn
tensionet gjegjëse linjore janë
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
108
n
i
i
a
b
c
v
a
T1T2 T3
o
o
Ia
(a)
Ngarkesa meinduktivitet të lartë
+
-
=
D
ii
i
i
i
Ii
v
v
i i
DDD
T1
T2 T
2
D2 D1
D31
3
m
m
ab
bc
D3
b
c
T T TTD DDDDDD33 mmm 2211 33, , ,,
vbn vcn
t
vvan vbn vcn
t
van
v
v
v v v v v vv vvo
cb
an cn ac bn an ba cn bn cb- --= ==
t
t
i iT1 D1,
t
T3 D3i i,t
i iT2 D2,
t
Dm
a 1
i
i i=
t
(b) format valore =90o
Fig.5.9 Gjysmëkonvertori trefazorë
5. DREJTUESIT E UDHËHEQUR
109
)6
(sin3
tVvvv mcnanac
)6
5(sin3
tVvvv manbnba
)2
(sin3
tVvvv mbncncb
ku Vm është amplituda e tensionit fazor të burimit të lidhur në yll. Për
/3, tensioni dalës është diskontinual dhe vlera mesatare e tij mund të
gjendet nga
)cos1(2
33
)()6/(sin32
3
)(2
3
6/7
6/
6/7
6/
m
m
a
acdc
V
tdtV
tdvV
5.44
Tensioni mesatar maksimal dalës paraqitet për kënd të vonesës
= 0 dhe është i barabartë me /33 mdm VV , ndërsa tensioni i
normalizuar mesatar dalës është
)cos1(5.0 dm
dcn
V
VV 5.55
Vlera efektive e tensionit dalës gjendet nga
2/1
2/12
6/7
6/
2
)]2sin2
1(
4
3[3
)]()6/(sin32
3[
m
mrms
V
tdtVV
5.56
Për /3, tensioni dalës është kontinual dhe format valore për
këtë rast janë paraqitur në fig.5.10.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
110
T T DDT D33 22 33T D 11 , , ,,
vbn vcn
t
vvan vbn vcn
t
van
vvo
cb
v v van cn ac- = vv vcn bn cb- =v v v
bn an ba- =
t
D3i
ai
format valore =30o
Vm
T D2 1 T D3 2
vanvan
v v vvab bc ca ab
5
i
t
T1
5
Ia
iD2
t
Ia
i
2
t
Ia
5 9
T
t
Ia
T3i
t
Ia
9
iD1
t
Ia
7 /6
t
Ia
7 /6
11 /6
5
Fig.5.10 Format valore për gjysmëkonvertori trefazorë për
/3
5. DREJTUESIT E UDHËHEQUR
111
Vlera mesatare e tensionit dalës, tensioni i normalizuar dhe vlera
efektive e tij mund të gjendet nga shprehjet
)cos1(2
33
)]()(2
36/5
2/
2/
6/
m
acabdc
V
tdvtdvV
5.54a
)cos1(5.0 dm
dcn
V
VV 5.55a
)]cos33
2(
4
3[3
)]()(2
3[
2
2/
6/
2/1
6/5
2/
2
m
acabrms
V
tdvtdvV
5.56a
Shembulli 5.8___________________________________________________________
Të përsëritet shembulli 5.7 për gjysmëkonvertorin trefazorë të fig.5.9a.
Zgjidhje_______________________________________________________________
Tensioni fazor është 1.1203/208 SV V, 83.1692 Sm VV V dhe R =
10 . Tensioni mesatar maksimal në dalje është
VV
V mdm 9.280
83.16933
33
Tensioni mesatar dalës është
VVdc 45.1409.2805.0
(a) Për /3 nga ek.(5.55) fitohet
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
112
%75)3/cos1(5.0 dm
dcn
V
VV
Me ngarkesë rezistive dhe 50% të tensionit, sipas kushtit të detyrës, tensioni dalës është
diskontinual. Nga ek.(5.55) mund të caktohet këndi i vonesës
)cos1(5.0 , 90
(b) Rryma mesatare në dalje është
ARVI dcdc 45.1410/45.140/
Nga ek.(5.56), tensioni efektiv në dalje është
V
VV mrms
13.180)]902sin(4
3[83.1693
)]2sin2
1(
4
3[3
2/1
2/1
dhe vlera efektive e rrymës së ngarkesës është
ARVI rmsrms 01.1810/13.180/
(c) Rryma mesatare e tiristorit është
AII dcTmes 68.43/45.143/
dhe vlera efektive e rrymës së tiristorit është
AII rmsTef 4.103/01.183/
(d) Efikasiteti i drejtuesit është
%8.6001.1813.180
05.1445.140
rms
dc
P
P
(e) Vlera efektive e rrymës hyrëse është
5. DREJTUESIT E UDHËHEQUR
113
AII rmsS 71.143/2
dhe fuqia efektive hyrëse është
WIVP SSHY 530071.141.12033
Fuqia dalëse është
WRIP rmso 6.32431001.18 22
Faktori i fuqisë hyrëse është
%2.615300
6.3243
3
2
SS
rms
Hy
rms
IV
RI
P
PPF
5.9 KONVERTORËT E PLOTË TREFAZORË
Konvertorët trefazorë kryesisht përdoren në zbatime industriale
deri në 120 kW ku kërkohet punë në dy kuadrante. Në fig.5.11a është
paraqitur qarku i konvertorit të plotë trefazorë me ngarkesë induktive. Ky
qark është i njohur si ura trefazore. Tiristorët kyçen në intervale prej /3.
Frekuenca e valëzimit të tensionit dalës është 6fS dhe kërkesat për filtrim
janë më të vogla se te gjysmëkonvertorët dhe konvertorët e gjysmëvalës.
Në t = /6 + , tiristori T6 është duke përçuar dhe tiristori T1 kyçet.
Gjatë intervalit (/6 + ) t (/2 + ), përçojnë tiristorët T1 dhe T6
dhe në ngarkesë paraqitet tensioni linjor vab = van - vbn. Në t = /2 + ,
kyçet tiristori T2 dhe në tiristorin T6 paraqitet menjëherë tensioni me
polarizim revers. T6 shkyçet për shkak të komutimit natyror të tensionit.
Gjatë intervalit (/2 + ) t (5/6 + ), përçojnë tiristorët T1 dhe T2
dhe në ngarkesë paraqitet tensioni linjor vac = van - vcn. Nëse tiristorët janë
numërizuar si në fig.5.11a, sekuencat e kyçjes së tiristorëve janë 12, 23,
34, 45, 56 dhe 61.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
114
(a)
n
i
i
a
b
c
v
a
T1 T5
T3o
o
Ia
Ngarkesa meinduktivitet të lartë
+
-
=
ii
i
i
i
i
ii
TTT
T1
T5T
6
4 T2
2
3
T6
b
c
vbnvan
vcn
T
TT
vbn vcn
t
vvan vbn vcn
t
van
v vo cb
t
t
iT1
t
t
iT4
a Si i=
(b) =60
o
Vm
T
T T T T T T T T1 2 3 4
5
6
1 2 3 4 56 T T5 6,,,, , ,
T
T
5
6
T5T1T3
T2 T4
vanvan
T6
v v vvvab ac bc ba ca
vcb
tOi
t
Ia
Rryma e ngarkeses
Ia
Ia
-
T T5 6,
Fig.5.11 Konvertori i plotë trefazorë: (a) qarku; (b) format valore
5. DREJTUESIT E UDHËHEQUR
115
Në fig.5.11b janë paraqitur format valore të tensionit hyrës, të
tensionit dalës, të rrymës hyrëse dhe të rrymave të tiristorëve. Nëse
tensionet fazore janë të definuara si
tVv man sin
)3
2(sin
tVv mbn
)3
2(sin
tVv mcn
tensionet gjegjëse linjore janë
)6
(sin3
tVvvv mbnanab
)2
(sin3
tVvvv mcnbnbc
)2
(sin3
tVvvv mancnca
Tensioni mesatar në dalje mund të gjendet nga
cos33
)()6/(sin33
)(3
2/
6/
2/
6/
m
m
a
abdc
V
tdtV
tdvV
5.57
Tensioni mesatar maksimal dalës paraqitet për kënd të vonesës = 0 dhe
është i barabartë me /33 mdm VV , ndërsa tensioni i normalizuar
mesatar dalës është
cosdm
dcn
V
VV 5.58
Vlera efektive e tensionit dalës gjendet nga
2/1
2/12
2/
6/
2
)2cos4
33
2
1(3
)]()6/(sin33
[
m
mrms
V
tdtVV
5.59
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
116
Në fig.5.11b janë paraqitur format valore për 3. Për
, vlera momentale e tensionit dalës vo do të ketë pjesë negative. Pasi
që rryma nëpër tiristor nuk mund të jetë negative, rryma e ngarkesës do të
jetë gjithmonë pozitive. Kësisoj, me ngarkesë rezistive, tensioni
momental i ngarkesës nuk mund të jetë negativ, dhe konvertori i plotë
sillet si gjysmëkonvertor.
Ura trefazore jep tension dalës me gjashtë pulse. Për zbatime me
fuqi më të mëdha, si transmetimi i tensionit të lartë njëkahor dhe ngasjet
e motorëve njëkahor, zakonisht kërkohet dalje me 12 pulse, për
zvogëlimin e valëzimit në dalje dhe për ta rritur frekuencën e valëzimit.
Për këtë qëllim mund të kombinohen dy ura me dalje me nga 6 pulse, në
seri ose paralel, për ta formuar një dalje efektive me 12 pulse.
Fig.5.12 Konfiguracionet për dalje me 12 pulse: (a) lidhja serike; (b)
lidhja paralele
5. DREJTUESIT E UDHËHEQUR
117
Këto dy konfiguracione janë paraqitur në fig.5.12. Shfazimi prej
30o në mes të dredhave të sekondarit mund të realizohet me lidhjen e
njërit sekondar në yll (Y) dhe tjetrit në trekëndësh ().
Shembulli 5.9___________________________________________________________
Të përsëritet shembulli 5.7 për gjysmëkonvertorin trefazorë të fig.5.10a.
Zgjidhje_______________________________________________________________
Tensioni fazor është 1.1203/208 SV V, 83.1692 Sm VV V, Vn = 0.5
dhe R = 10 . Tensioni mesatar maksimal në dalje është
VV
V mdm 9.280
83.16933
33
Tensioni mesatar dalës është
VVdc 45.1409.2805.0
(a) Me ngarkesë rezistive dhe 50% të tensionit, sipas kushtit të detyrës, nga
ek.(5.58)
cos5.0 fitohet 60
(b) Rryma mesatare në dalje është
ARVI dcdc 45.1410/45.140/
Nga ek.(5.59), tensioni efektiv në dalje është
VVrms 29.159)602cos4
33
2
1(83.1693 2/1
dhe vlera efektive e rrymës së ngarkesës është
ARVI rmsrms 93.1510/29.159/
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
118
(c) Rryma mesatare e tiristorit është
AII dcTmes 68.43/45.143/
dhe vlera efektive e rrymës së tiristorit është
AII rmsTef 2.96/2/93.156/2/
(d) Efikasiteti i drejtuesit është
%8.7793.1529.159
05.1445.140
rms
dc
P
P
(e) Vlera efektive e rrymës linjore hyrëse është
AII rmsS 136/4
dhe fuqia efektive hyrëse është
WIVP SSHY 9.4683131.12033
Fuqia dalëse është
WRIP rmso 6.25371093.15 22
Faktori i fuqisë hyrëse është
%2.549.4683
6.2537
3
2
SS
rms
Hy
rms
IV
RI
P
PPF
Vërejtje. Faktori i fuqisë është më i vogël se te gjysmëkonvertori
trefazorë, por më i lartë se te konvertori trefazorë i gjysmëvalës.
5. DREJTUESIT E UDHËHEQUR
119
Shembulli 5.10__________________________________________________________
Rryma e ngarkesës së konvertorit të plotë trefazorë në fig.5.11a është kontinuale me
valëzime të papërfillshme. (a) Të shprehet rryma hyrëse në seri Fourier dhe të caktohet
faktori harmonik, FH, i rrymës hyrëse. (b) Nëse këndi i vonesës është , të
llogaritet tensioni i normalizuar mesatar Vn, dhe FH.
Zgjidhje_______________________________________________________________
Forma valore e rrymës hyrëse është paraqitur në fig.5.11b.
(a) Vlera momentale e rrymës hyrëse mund të shprehet në seri Fourier si
,...2,1
)sincos()(n
nndcS tnbtnaIti
ku 0)()(2
12
0
0
tdtiIa Sdc
,...6,4,20
,...5,3,1sin3
sin4
)(cos)(cos1
)(cos)(1
6/5
6/
6/11
6/7
2
0
nkur
nkurnn
n
I
tdtnItdtnI
tdtntia
a
aa
sn
,...6,4,20
,...5,3,1cos3
sin4
)(sin)(sin1
)(sin)(1
6/5
6/
6/11
6/7
2
0
nkur
nkurnn
n
I
tdtnItdtnI
tdtntib
a
aa
sn
Pasi që Idc = 0, rryma hyrëse mund të shkruhet si
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
120
,...5,3,1
)(sin2)(n
nnS tnIti
ku nb
a
n
nn
1tan 5.60
Vlera efektive e komponentës së n-të harmonike të rrymës hyrëse është
3sin
22)(
2
1 2/122
n
n
IbaI a
nnSn 5.61
Nga ky ekuacion mund të nxjerrët vlera efektive e komponentës themelore të rrymës
hyrëse si
aaS III 7797.06
1
Vlera efektive e rrymës hyrëse është
aaaS IItdII 81165.03
2)](
2
2[ 2/1
6/5
6/
2
Faktori harmonik është
%08.311)3
(]1)/[(
2/1
22/12
1
SS IIFH
(b) Për /, nga ek.(5.58), tensioni i normalizuar dhe faktori harmonik janë
5.0dm
dcn
V
VV dhe %08.31]1)/[( 2/12
1 SS IIFH
5. DREJTUESIT E UDHËHEQUR
121
5.10 KONVERTORI DUAL TREFAZORË
Te ngasjet e motorëve me shpejtësi të ndryshueshme, zakonisht
kërkohet punë e konvertorit në katër kuadrante, prandaj në praktikë, më
së shpeshti për këtë qëllim, shfrytëzohen konvertorët dual trefazorë. Këta
konvertorë shfrytëzohen në nivel të fuqisë deri në 2000 kW. Në fig.5.13a
është paraqitur konvertori dual trefazorë, ku dy konvertorë trefazorë të
plotë janë të lidhur në opozitë. Në paragrafin 5.5 kemi theksuar se për
shkak të diferencave në tensionet momentale dalëse të konvertorëve,
paraqitet rrjedhja e rrymës qarkulluese ndërmjet konvertorëve. Rryma
qarkulluese zakonisht është e kufizuar me induktivitetin Lr siç është
paraqitur në fig.5.13a. Këta dy konvertorë janë të kontrolluar asisoj që,
nëse 1 është këndi i vonesës së konvertorit 1, këndi i vonesës së
konvertorit 2 është 2 1. Në fig.5.13b janë paraqitur format valore
të tensioneve hyrëse, të tensioneve dalëse dhe të tensionit në
induktivitetin Lr. Puna e secilit konvertor është identike me punën e
konvertorit të plotë trefazorë. Gjatë intervalit ( 1) t 1),
në dalje të konvertorit 1 paraqitet tensioni linjor vab, ndërsa në
konvertorin 2 tensioni vbc.
Nëse tensionet fazore janë të definuara si
tVv man sin
)3
2(sin
tVv mbn
)3
2(sin
tVv mcn
tensionet gjegjëse linjore janë
)6
(sin3
tVvvv mbnanab
)2
(sin3
tVvvv mcnbnbc
)2
(sin3
tVvvv mancnca
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
122
(a)
Ngark
esa
i
i
a
b
c
v
a
T1 T5
T3o
O1
+
-ii
i
i
i
iTTT
C
iT5
6
4 T2
2
iT3
T6
b
c
L /2r
V /2r+ -
i a
bv
a
T1T5 T3
O2
+
- i i
i
i
i
T T T6
4T2
2
T6
b
cc
L /2r
V /2r+
-
vO
-
+
iT1
iT5iT3
iT1
` ` `
` ` `
` ` ```
``
``
` ``
TT
vbn vcn
t
vvan vbn vcn
t
van
Vm
T T T T T T T T1 2 3 41 2 3 4 56 T T5 6,,,, , ,
vanvan
(b)
T T5 6,
v vO1 cb
t
v v vvvab ac bc ba ca
vcb
11
Dalja e konvertorit 1,
t
Dalja e konvertorit 2, vO2
t
v vv vabvac bc ba ca
vcbvac
-
7
v =v +vr o1 o2
Fig.5.13 Konvertori dual trefazorë: (a) qarku; (b) format valore
5. DREJTUESIT E UDHËHEQUR
123
Nëse vo1 dhe vo2 janë tensionet dalëse të konvertorëve 1 dhe 2,
tensioni momental në induktor gjatë intervalit ( 1) t 1)
është
)6(cos3
)]2
(sin)6
([sin3
0201
tV
ttV
vvvvv
m
m
bcabr
5.64
Rryma qarkulluese mund të gjendet nga shprehja
]sin)6
([sin3
)()6
(cos31
)(1
)(
1
6/6/ 1
tL
V
tdtVL
tdvL
ti
r
m
t
m
r
t
r
r
r
5.65
Nga shprehja e fundit shihet se madhësia e rrymës qarkulluese
varet nga këndi i vonesës së kyçjes së tiristorit 1 dhe induktiviteti Lr.
Kjo rrymë bëhet maksimale në momentin t dhe kur është 1 .
Ky konvertor gjënë zbatim posaçërisht për ngasjet e motorëve elektrik në
punën e të cilëve kërkohet përgjigje e shpejtë dinamike.
PASQYRË PYETJESH
5.1 Çka është komutimi natyror ose me rrjetë?
5.2 Çka është drejtuesi i kontrolluar?
5.3 Çka është konvertori?
5.4 Çka është këndi i vonesës te konvertorët?
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
124
5.5 Çka është gjysmëkonvertori? Vizato dy qarqe të
gjysmëkonvertorit.
5.6 Çka është konvertori i plotë? Vizato dy qarqe të konvertorit
të plotë.
5.7 Çka është konvertori dual? Vizato dy qarqe të konvertorit
dual.
5.8 Çfarë është efekti i largimit të diodës shkarkuese te
gjysmëkonvertorët njëfazor?
5.9 Pse është më i mirë faktori i fuqisë te gjysmëkonvertorët se
te konvertorët e plotë?
5.10 Çka shkakton rrymën qarkulluese te konvertorët dual?
5.11 Pse kërkohet induktori te rrymat qarkulluese te
konvertorët dual?
5.12 Cilat janë përparësitë dhe të metat e konvertorëve serik?
5.13 Çfarë është lidhja e këndit të vonesës së njërit konvertor me
këndin e vonesës së konvertorit tjetër te sistemi me
konvertorë dual?
5.14 Sa është frekuenca e harmonikut të rendit më të ulët te
gjysmëkonvertori trefazorë?
5.15 Sa është frekuenca e harmonikut të rendit më të ulët te
konvertori i plotë trefazorë?
5.16 Sa është frekuenca e harmonikut të rendit më të ulët te
gjysmëkonvertori njëfazor?
5. DREJTUESIT E UDHËHEQUR
125
PROBLEME
5.1 Konvertori njëfazor i gjysmëvalës në fig.5.1a punon me burim
220 V, 50 Hz. Nëse rezistenca e ngarkesës është R = 10 dhe
këndi i vonesës është , të caktohet (a) efikasiteti, (b)
faktori i formës, (c) faktori i valëzimit, dhe (d) tensioni revers
maksimal në tiristorin T1.
5.2 Konvertori njëfazor i gjysmëvalës në fig.5.1a punon me burim
220 V, 50 Hz dhe dioda shkarkuese është e lidhur në skaje të
ngarkesës. Ngarkesa përbëhet nga lidhja serike e rezistencës R
= 10 , induktivitetit L = 5 mH dhe baterisë me tension E = 20
V. (a) Të shprehet tensioni momental dalës në seri Fourier, dhe
(b) të caktohet vlera efektive e harmonikut themelor të rrymës
dalëse.
5.3 Gjysmëkonvertori njëfazor në fig.5.2a punon me burim 220 V,
50 Hz. Rryma e ngarkesës me vlerë mesatare Ia është
kontinuale dhe me valëzime të papërfillshme. Herësi i
transformatorit është një. Nëse këndi vonesë është , të
llogaritet: (a) faktori harmonik i rrymës hyrëse, dhe (b) faktori i
fuqisë hyrëse
5.4 Të përsëritet Prob.5.2 për gjysmëkonvertorin njëfazor në
fig.5.2a.
5.5 Gjysmëkonvertori njëfazor në fig.5.2a punon me burim 120 V,
60 Hz. Ngarkesa përbëhet nga lidhja serike e rezistencës R = 10
, induktivitetit L = 5 mH dhe baterisë me tension E = 20 V.
(a) Të shprehet tensioni momental dalës në seri Fourier, dhe (b)
të caktohet vlera efektive e harmonikut themelor të rrymës
dalëse.
5.6 Të përsëritet Prob.5.4 për konvertorin e plotë njëfazor në
fig.5.4a.
5.7 Konvertori dual në fig.5.5a punon me burim 120 V, 60 Hz dhe
jep rrymë mesatare pa valëzime Idc = 20 A. Induktiviteti për
kufizimin e rrymës qarkulluese është Lr = 5 mH dhe këndet e
vonesës janë 1 = 30o dhe 2 = 150
o. Të llogaritet vlera
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
126
maksimale e rrymës qarkulluese dhe vlera maksimale e rrymës
së konvertorit 1.
5.8 Gjysmëkonvertori njëfazor serik në fig.5.6a punon me burim
220 V, 50 Hz dhe rezistenca e ngarkesës është R = 10 . Nëse
tensioni mesatar në dalje është 75% të tensionit mesatar
maksimal të mundshëm dalës, të llogaritet: (a) këndet e vonesës
së konvertorëve, (b) rrymat mesatare dhe efektive dalëse, (c)
rrymat mesatare dhe efektive të tiristorit, dhe (d) faktori i fuqisë
hyrëse.
5.9 Gjysmëkonvertori njëfazor serik në fig.5.6a punon me burim
120 V, 60 Hz. Rryma e ngarkesës me vlerë mesatare Ia është
kontinuale dhe me valëzime të papërfillshme. Herësi i
transformatorit është Np/NS = 2. Nëse këndet e vonesë janë 1 =
0 dhe 2 , të llogaritet: (a) faktori harmonik i rrymës
hyrëse, dhe (b) faktori i fuqisë hyrëse.
5.10 Të përsëritet Prob.5.9 për konvertorin e plotë njëfazor serik në
fig.5.7a.
5.11 Konvertori trefazorë i gjysmëvalës në fig.5.8a punon me burim
trefazorë të lidhur në yll me 220 V, 50 Hz dhe dioda shkarkuese
është e lidhur në skaje të ngarkesës. Rryma e ngarkesës me
vlerë mesatare Ia është kontinuale dhe me valëzime të
papërfillshme. Nëse këndi vonesë është , të llogaritet:
(a) faktori harmonik i rrymës hyrëse, dhe (b) faktori i fuqisë
hyrëse.
5.12 Konvertori trefazorë i gjysmëvalës në fig.5.8a punon me burim
trefazorë të lidhur në yll 220 V, 50 Hz dhe rezistenca e
ngarkesës është R = 10 . Nëse tensioni mesatar në dalje është
25% të tensionit mesatar maksimal të mundshëm dalës, të
llogaritet: (a) këndi i vonesës , (b) rrymat mesatare dhe efektive
dalëse, (c) rrymat mesatare dhe efektive të tiristorit, (d)
efikasiteti i drejtimit dhe (e) faktori i fuqisë hyrëse.
5.13 Gjysmëkonvertori trefazorë në fig.5.9a punon me burim
trefazorë të lidhur në yll me 220 V, 50 Hz. Rryma e ngarkesës
me vlerë mesatare Ia është kontinuale dhe me valëzime të
papërfillshme. Herësi i transformatorit është një. Nëse këndi
5. DREJTUESIT E UDHËHEQUR
127
vonesë është 2, të llogaritet: (a) faktori harmonik i
rrymës hyrëse, dhe (b) faktori i fuqisë hyrëse.
5.14 Të përsëritet Prob.5.13 për gjysmëkonvertorin trefazorë në
fig.5.9a.
5.15 Të përsëritet Prob.5.13 nëse tensioni mesatar dalës është 90% të
tensionit maksimal të mundshëm dalës.
5.16 Të përsëritet Prob.5.14 për konvertorin e plotë trefazorë në
fig.5.11a.
5.17 Konvertori dual trefazorë në fig.5.13a punon me burim
trefazorë të lidhur në yll me 220 V, 50 Hz dhe rezistencë të
ngarkesës R = 10 . Induktiviteti për kufizimin e rrymës
qarkulluese është Lr = 5 mH dhe këndet e vonesës janë 1 = 60o
dhe 2 = 120o. T llogaritet vlera maksimale e rrymës
qarkulluese dhe vlera maksimale e rrymës së konvertorëve.
6. TEKNIKAT E KOMUTIMIT TË TIRISTORIT
6.1 HYRJE
Tiristori zakonisht kyçet me aplikimin e sinjalit të gejtit. Kur
tiristori është në modin përcjellës, rënia e tensionit në te është e vogël, në
brez prej 0.25 deri 2 V, dhe kjo, gjatë analizës së qarqeve në këtë
kapitull, nuk është përfillur. Tiristori njëherë i kyçyr i cili i ka përmbush
kërkesat e daljes, zakonisht duhet të shkyçet. Me shkyçje nënkuptohet se
përcjellja e drejtë e tiristorit ka përfunduar dhe rizbatimi i tensionit
pozitiv në anodë nuk do të shkaktojë rrjedhje të rrymës pa zbatimin e
sinjalit të gejtit. Komutimi, pra, është proces i shkyçjes së tiristorit, dhe ai
zakonisht shkakton zhvendosjen e rrjedhjes së rrymës në pjesët tjera të
qarkut. Qarqet për komutim përmbajnë normalisht komponente shtesë për
ta realizuar shkyçjen. Me zhvillimin e tiristorëve, paralelisht janë
zhvilluar edhe qarqet komutuese, qëllimi i të cilave është redukimi i
procesit të shkyçjes.
Ekzistojnë shumë mënyra të komutimit të tiristorëve, por të gjitha
këto mund të klasifikohen në dy tipe:
Komutimi natyror
Komutimi i dhunshëm
6. TEKNIKAT E KOMUTIMIT TË TIRISTORIT
129
6.2 KOMUTIMI NATYROR
Nëse burimi (ose hyrja) është alternative, rryma e tiristorit shkon
nëpër zero natyrore, dhe tensioni reverz paraqitet në skaje të tiristorit.
Komponenta në këtë rast shkyçet automatikisht për shkak të sjelljes
natyrore të tensionit të burimit. Ky lloj i shkyçjes së tiristorit është i
njohur si komutim natyror ose komutim me rrjetë. Në paraktikë, tiristori
trigerohet i sinkronizuar me kalimin e tensionit pozitiv hyrës nëpër zero
në çdo cikël, në mënyrë që të sigurohet kontrolla kontinuale i fuqisë. Ky
tip i komutimit zbatohet te shdërruesit alernativ, drejtuesit e kontrolluar
me fazë dhe te ciklokonvertorët. Në fig.6.1a është paraqitur qarku për
komutim natyror dhe në fig.6.1b janë paraqitur format valore të tensionit
dhe rrymës me kënd të vonesë . Këndi i vonesës është definuar si
këndi në mes të kalimit të tensionit hyrës nëpër zero dhe momentit të
kyçjes së tiristorit.
+
-
T1
v0
i0
R
t
t0
0
v0
i0=v0/R
2
2
Vm
vS
(a) (b)
+
-
Fig.6.1 Tiristori me komutim natyror: (a) qarku; (b) format valore
6.3 KOMUTIMI I DHUNSHËM
Në disa qarqe me tiristorë, tensioni hyrës është njëkahor dhe
rryma e përcjelljes së drejtë detyrohet në zero me anë të një qarku shtesë
të quajtur qarku komutues për shkyçjen e tiristorit. Kjo teknikë quhet
komutim i dhunshëm dhe zakonisht zbatohet te shndërruesit njëkahor dhe
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
130
konvertorët dc-ac (invertorët). Komutimi i dhunshëm mund të arrihet me
shtatë mënyra të cilat mund të klasifikohen si:
1. Vetëkomutimi
2. Komutimi impulsiv
3. Komutimi rezonant
4. Komutimi komplementar
5. Komutimi i jashtëm
6. Komutimi në anën e ngarkesës
7. Komutimi në anën e rrjetit
Ky klasifikim i komutimit të dhunshëm është bazuar në
aranzhimin e komponenteve reaktive të qarkut për komutim dhe në
mënyrën se si detyrohet rryma e tiristorit të bie në zero. Qarku komutues
zakonisht përbëhet nga një kondenzator, një induktor dhe një ose më
tepër tiristorë dhe dioda ndihmëse.
6.3.1 Vetëkomutimi
Në këtë tip të komutimit, tiristori, i cili e kryen detyrën e
ndërprerësit, shkyçet në bazë të karakteristikave natyrore të qarkut i cili
përmban kondenzator. Ta shqyrtojmë qarkun nga fig.6.2a me supozimin
se kondenzatori fillimisht është i pangarkuar (i zbrazët). Kur të kyçet
tiristori T1, rryma e mbushjes së kondenzatorit është e dhënë me
shprehjen
)0(1
tvdtiCdt
diLvvV CCLS 6.1
Me kushtet fillestare vC (t=0) = 0 dhe i (t=0) = 0, zgjidhja e ek.(6.1) jep
rrymën e mbushjes së kondenzatorit
6. TEKNIKAT E KOMUTIMIT TË TIRISTORIT
131
tL
CVti mS sin)( 6.2
dhe tensionin në kondenzator si
)cos1( tVv mSC 6.3
ku LC
m1 . Pas kohës LCtt 0 , rryma e mbushjes bëhet zero
dhe tiristori T1 shkyçet vetëvetiu. Te tiristori njëherë i kyçur paraqitet
vonesa prej to sekondave para se T1 të shkyçet, prandaj kjo kohë mund të
quhet koha e komutimit të qarkut. Kjo metodë e shkyçjes së tiristorit
quhet vetëkomutim dhe për tiristorin T1 thuhet se është vetëkomutues. Kur
rryma e qarkut bie në zero, kondenzatori është i mbushur në 2VS. Format
valore janë paraqitur në fig.6.2b.
Në fig.6.3a është parqitur qarku tipik ku kondenzatori ka një
tension fillestar prej –V0. Kur tiristori T1 kyçet, rryma që rrjedhë nëpër
qark është e dhënë me
0)0(1
tvdtiCdt
diL C 6.4
Me tensionin fillestar vC (t=0) = -V0 dhe i (t=0) = 0, nga ek.(6.4) mund të
nxjerret rryma e kondenzatorit si
tL
CVti m sin)( 0 6.5
+
-
T1
i0
(a)
v
v L
C
L
C
+
-+
-mt
0
0
(b)
2VS
C/LVS
i(t)
mt
VS
Fig.6.2 Qarku për vetëkomutim (a) qarku; (b) format valore
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
132
dhe tensioni i kondenzatorit si
)cos0 tVv mC 6.6
Pas kohës LCttt r 0 , rryma bëhet zero dhe tensioni i
kondenzatorit e ndryshon polaritetin në V0. Koha tr quhet koha e kthimit.
Format valore janë paraqitur në fig.6.3b.
T1
i
(a)
v
L
CC
+
-
mt0
C/LV0
i(t)
v0
-
+0
(b)
m rt-V0
V0
mt
Fig.6.3 Qarku për vetëkomutim: (a) qarku; (b) format valore
Shembuli 6.1___________________________________________________________
Në fig.6.4 është paraqitur qarku i tiristorit. Nëse tiristori T1 kyçet në t = 0, të caktohet
koha e përcjelljes së tiristorit dhe tensioni i kondenzatorit pas shkyçjes së tiristorit.
Parametrat e qarkut janë L = 10 H, C = 50 F dhe VS = 200 V. Induktori bartë rrymë
fillestare prej Im = 250 A.
Zgjidhje_______________________________________________________________
Rryma e kondenzatorit shprehet si
SC VtvdtiCdt
diL )0(
1
me rrymë fillestare i (t=0) = Im dhe vC (t=0) = V0 =VS.
Tensionin dhe rrymën e kondenzatorit e caktojmë me zgjidhjen e ekuacionit diferencial
me transformime të Laplace-it.
6. TEKNIKAT E KOMUTIMIT TË TIRISTORIT
133
Transformimi i Laplace-it për ek.(6.1) për kushtet fillestare vC (t=0) = 0 dhe i (t=0) = 0
është
)(1
)( sICs
sLsIs
VS
T1
I
v
L
CC
+
-
v0
-
+vS
m+
-
Fig.6.4.Qarku i tiristorit për vetëkomutim
i cili kur të zgjidhet për I(s) jep
)()(
22
m
S
sL
VsI
ku
LCm
1
Nga transformimi i kundërt gjendet rryma e mbushjes
)(sin)( tL
CVti mS
dhe tensioni në kondenzator
)](cos1[)(1
)(0
tVdttiC
tv m
t
SC
Për një qark LC me rrymë fillestare të induktorit Im dhe tension fillestar të kondenzatorit
Vo, rryma e kondenzatorit shprehet me
SC VtvdtiCdt
diL )0(
1
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
134
Me kushtet fillestare vC (t=0) = Vo dhe i (t=0) = Im, në domenin e Laplace-it ekuacioni i
fundit është
s
V
CsLIsLsI
s
Vm
S 01)(
dhe rryma është
2222
0
)()(
m
m
m
S
s
sI
sL
VVsI
ku
LCm
1
Transformimi inverz i kësaj shprehjeje paraqet rrymën e kondenzatorit në domenin
kohor
)(cos)(sin)()( 0 tItL
CVVti mmmS
Tensioni i kondenzatorit është
SmSmm
t
C
VtVVtC
LI
VdttiC
tv
)(cos)()(sin
)(1
)(
0
0
0
Për kushtet e detyrës, vC (t=0) = V0 = VS dhe i (t=0) =Im, rryma dhe tensioni janë
)(cos)( tIti mm
SmmC VtC
LItv )(sin)(
Për LCtt 5.00 , mbaron perioda e komutimit dhe tensioni në kondenzator
bëhet
VV
VC
LIVttv
S
SmCC
)( 0 6.7
6. TEKNIKAT E KOMUTIMIT TË TIRISTORIT
135
ku V është mbitensioni i kondenzatorit i cili varet nga rryma fillestare e induktorit, Im,
e cila është në shumicën e rasteve, rryma e ngarkesës. Në fig.6.4 është paraqitur qarku
ekuivalent tipik gjatë procesit të komutimit, ndërsa në fig.6.5 janë paraqitur format
valore të tensionit dhe rrymës.
mt0
i(t)
C/L
m 0t
VC
mtVS
Im
Im
Fig.6.5 Format valore të rrymës dhe të tensionit
Për vlerat e dhëna numerike do të kemi
VVVV C 8.3118.111200,8.111 dhe t0 = 35.12 s.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
136
6.3.2 Komutimi impulsiv
Në fig.6.6 është parqitur një qark për komutim impulsiv. Për
analizën e qarkut është përvehtësuar që kondenzatori fillimisht është i
mbushur në tensionin –V0 me polaritet të treguar si në fig.6.6. Të
supozojmë se në fillim tiristori T1 është duke përçuar dhe duke bartur
rrymë të ngarkesës Im. Kur të kyçet tiristori ndihmës T2, T1 do të ketë
polarizim reverz për shkak të tensionit të kondenzatorit, dhe ai shkyçet.
Rryma nëpër T1 mbaron dhe kondenzatori do ta bartë rrymën e ngarkesës.
Kondenzatori fillon të zbrazet nga tensioni –V0 deri në zero dhe pastaj të
rimbushet deri në tensionin njëkahor të hyrjes VS, kur rryma e
kondenzatorit bie në zero dhe tiristori T2 shkyçet. Mbushja e kundërt e
kondenzatorit prej V0(=VS) deri në –V0 atëherë do të bëhet me kyçjen e
tiristorit T3. Tiristori T3 është vetëkomutues ngjashëm si ai në fig.6.3.
T1
I
v
Lr
C Cv0
-
+vS
m+
-
T3
T2
+
-Dm
Fig.6.6 Qarku për komutimin impulsiv
Qarku ekuivalent gjatë procesit të komutimit është paraqitur në
fig.6.7a. Në fig.6.7b janë paraqitur tensionet e tiristorit dhe të
kondenzatorit. Koha që nevojitet për zbrazjen kondenzatorit prej –V0 deri
në zero quhet koha e shkyçjes së qarkut, toff, dhe duhet të jetë më e madhe
se koha e shkyçjes së tiristorit, tq. Koha e zbrazjes do të varet nga rryma e
ngarkesës dhe, nëse supozojmë se rryma e ngarkesës është konstante Im,
kjo kohë mund të caktohet nga
C
tIdtI
CV
offm
t
m
off
0
0
1
ose
m
offI
CVt 0 6.8
6. TEKNIKAT E KOMUTIMIT TË TIRISTORIT
137
T1
vC Cv0
-
+vS
+
-
T2
+
-Dm
Im Im
vT1+ -0
VS
-V0
0
VS
-V0toff
t
t
Fig.6.7 (a) Qarku ekuivalent dhe (b) format valore
Menjëherë pas kyçjes së tiristorit T2, në tiristorin T1 paraqitet
tensioni reverz V0 dhe ky proces quhet komutimi i tensionit. Pasi që në
këtë rast shfrytëzohet edhe tiristori ndihmës T2, ky tip i komutimit quhet
edhe komutim ndihmës. Tiristori T1 shpesh quhet edhe tiristori kryesor
sepse ai bartë rrymën e ngarkesës.
T1I
v
Lr
C Cv0
-
+vS
m+
-
T3
T2
+
-Dm
L D1 1
Fig.6.8 Qarku për komutim impulsiv me rimbushje të shpejtuar
Nga ek.(6.8) mund të vërehet se koha e shkyçjes së qarkut është
inverz proporcionale me rrymën e ngarkesës; dhe për ngarkesë shumë të
lartë (ose rrymë të ulët të ngarkesës) koha e shkyçjes do të jetë e madhe.
Nga ana tjetër, për rrymë të lartë të ngarkesës, kjo kohë do të jetë e vogël.
Në një qark ideal të komutimit, koha e shkyçjes duhet të jetë e pavarur
nga rryma e ngarkesës, në mënyrë që të garantohet komutimi i tiristorit
T1. Zbrazja e kondenzatorit mund të shpejtohet me lidhjen e diodës D1
dhe induktorit L1 në skajet e tiristorit kryesor siç është paraqitur në
fig.6.8; dhe kjo është ilustruar në shembullin 6.3.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
138
Shembulli 6.2___________________________________________________________
Në fig.6.9 është paraqitur një qark për komutim impulsiv të tiristorit. Të caktohet koha e
shkyçjes së qarkut nëse është VS = 200 V, R = 10 , C = 5 F dhe V0 = VS.
T1
vC C
-
+vS
+
-
T2
+
-
v0v
S=
R
I =V /R0 S
Fig.6.9 Qarku për komutim impulsiv me ngarkesë rezistive
Zgjidhje_______________________________________________________________
Qarku ekuivalent gjatë komutimit është paraqitur në fig.6.10. Tensioni në kondenzatorin
komutues është
)0(1
tvdtiC
v CC
RivV CS
Nga zgjidhja e këtyre ekuacioneve për tension fillestar vC (t=0) = -Vo = -VS fitohet
tensioni i kondenzatorit si
)21()( / RCt
SC eVtv
Koha e shkyçjes toff, e cila mund të gjendet kur të plotësohet kushti vC (t=toff) = 0, është e
barabartë me
)2ln(RCtoff
Për vlerate dhëna numerike, kjo kohë është
6. TEKNIKAT E KOMUTIMIT TË TIRISTORIT
139
stoff 7.34 .
T1
vC C
-
+vS
+
-
T2
+
-
v0v
S=
R
i
Fig.6.10 Qarku ekuivalent për Shembullin 6.2.
Shembulli 6.3___________________________________________________________
Qarku komutues nga fig.6.8 ka kapacitetin C = 20 F dhe induktorin dhe induktorin e
zbrazjes L1 = 25 H. Tensioni fillestar i kondenzatorit është i barabartë me tensionin e
hyrjes V0 = VS =200 V. Nëse rryma e ngarkesës Im ndryshon në mes të 50 dhe 200 A, të
caktohen ndryshimet e kohës së shkyçjes së qarkut, toff.
Zgjidhje_______________________________________________________________
Qarku ekuivalent gjatë periodës së komutimit është paraqitur në fig.6.11.
T1
I
vC C
-
+vS
m+
-
T2
+
-
L D1 1
v0 vS= (t)
Im
Fig.6.11 Qarku ekuivalent për Shembullin 6.3
Ekuacionet definuese të qarkut janë
mC Iii
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
140
dt
diL
dt
diLtvdti
Cv C
CCC 11)0(1
Kushtet fillestare janë IC (t=0) = Im dhe vC (t=0) = -V0 = -VS. Nga zgjidhjet e këtyre
ekuacioneve fitohet rryma e kondenzatorit (shiko Shembullin 6.1) si
tItL
CVti mC 11
1
0 cos)(sin)(
Tensioni në skajet e kondenzatorit është
tVtC
LItv mC 101
1 cossin)( 6.9
ku CL1
11
Koha e shkyçjes së qarkut fitohet nga kushti vC (t=toff) = 0
1
01
1 tanL
C
I
VCLt
m
off 6.10
Për vlerat e dhëna numerike dhe për Im1 = 50 A, koha e shkyçjes është
sL
C
I
VCLt
m
off
7.23tan
11
01
11
dhe për Im2 = 200 A, koha e shkyçjes është
sL
C
I
VCLt
m
off
3.16tan
12
01
12 .
Vërejtje. Me rritjen e rymës prej 50 A në 200 A, koha e shkyçjes
zvoglohet prej 23.7 s në 16.3 s.
6. TEKNIKAT E KOMUTIMIT TË TIRISTORIT
141
6.3.3 Komutimi rezonant
Komutimi rezonant mund të spjegohet me fig.6.12a. Në fig.6.12b
janë parqitur format valore të rrymës dhe tensionit të kondenzatorit.
T1
v
C
C
v0
- +S
+
-
+ -
Dm
Im
0t
T
T2
3
L
i(t)
0
VS
-V0
toff
t
t
t
t t
t
1
1 2
C 0
-V1
VC
Im
i(t)Dm
(a) (b)
V
Fig.6.12 Komutimi rezonant: (a) qarku; (b) format valore
Kondenzatori në fillim është i mbushur në tension me polaritet siç
është paraqitur në figurë dhe tiristori T1 është në modin përjellës duke
bartur rrymën e ngarkesës Im.
Kur të kyçet tiristori komutues T2 formohet qarku rezonant me L,
C, T1 dhe T2. Rryma rezonante mund të nxjerret si
tI
tL
CVti
mp
m
sin
sin)( 0 6.11
dhe tensioni i kondenzatorit si
tVtv mC cos)( 0 6.12
ku Ip është vlera maksimale e mundshme e rrymës rezonante.
Për shkak të rrymës rezonante, rryma e drejtë e tiristorit T1
redukohet në zero në momentin t = t1, kur rryma rezonante barazohet me
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
142
rrymen e ngarkesës Im. Koha t1 duhet ta plotësoj kushtin i (t=t1) = Im dhe
nga ek.(6.11) gjendet
C
L
V
ILCt m
0
1
1 sin 6.13
Vlera gjegjëse e tensionit të kondenzatorit është
1011 cos)( tVVttv mC 6.14
Rryma nëpër tiristorin T1 bëhet zero dhe kondenzatori do të fillon
të rimbushet me shpejtësi të cilën e determinon rryma e ngarkesës Im.
Kondenzatori do të zbrazet nga –V1 deri në zero dhe pastaj tensioni i tij
fillon të rritet deri në tensionin njëkahor të burimit Vs. Në këtë moment
fillon të përçoj dioda Dm dhe paraqitet situatë e ngjashme me atë të
qarkut në fig.6.4 me kohëzgjatje to. Kjo është paraqitur në fig.6.12b.
Energjia e akumuluar në induktorin L, për shkak të rrymës maksimale të
ngarkesës Im, transferohet në kondenzator, duke shkaktuar tejngarkesë,
ndërsa tensioni i kodenzatorit mund të llogaritet nga ek.(6.7). Me kyçjen
e tiristorit T3, tensioni i kondenzatorit e ndërron polaritetin prej VC (=Vo)
në –Vo. Tiristori T3 është tiristor vetëkomutues i ngjashëm me atë nga
qarku në fig.6.3. Qarku mund të jetë jostabil për shkak të energjisë së
kondenzatorit komutues.
Qarku ekuivalent për periodën e mbushjes është i ngjashëm me
atë në fig.6.7a. Nga ek.(6.8), koha e shkyçjes së qarkut është
m
offI
CVt 1 6.15
Për kontrollen e rrymës rezonante definohet një parametër x, i cili
paraqet herësin e rrymës maksimale rezonante dhe rrymës maksimale të
ngarkesës
L
C
I
V
I
Ix
mm
p 0 6.16
6. TEKNIKAT E KOMUTIMIT TË TIRISTORIT
143
Për redukimin e rrymës së drejtë të tiristorit T1 në zero, vlera e x duhet të
jetë më e madhe se 1.0. Në praktikë, vlera e L dhe C zgjedhen asisoji që x
= 1.5. Vlera e t1 në ek.(6.13) është zakonisht e vogël dhe V1 V0.
T1
C
v0
- +v
S
+
-
Dm
Im
T
T2
3
L
iC
D2
0t
0
V0
toff
t
t
t t
t
1 2
C 0
V1
VC
Im
i (t)CDm
(a) (b)
Fig.6.13 Komutimi rezonant me diodën për shpejtim: (a) qarku;
(b) format valore
Vlera e kohës së shkyçjes së qarkut toff, e fituar nga ek.(6.15),
duhet të jetë përafërsisht e barabartë me atë që fitohet nga ek.(6.8). Në
momentin t2, rryma e kondenzatorit bie në vlerën e rrymës së ngarkesës
Im. Gjatë kohës tC, kondenzatori zbrazet dhe rimbushet në tensionin e
burimit VS. Gjatë kohës to, energjia e grumbulluar në induktorin L i
kthehet kondenzatorit C, duke shkaktuar tejngarkesë të kondenzatorit në
krahasim me tensionin e burimit VS.
Pasi që rryma rezonante shfrytëzohet për ta redukuar rrymën e
drejtë të tiristorit kryesor T1 në zero, ky tip i komutimit quhet gjithashtu
komutim i rrymës. Nga ek.(6.15) mund të vërehet se koha e shkyçjes së
qarkut toff, gjithashtu varet nga rryma e ngarkesës. Zbrazja e
kondenzatorit mund të shpejtohet me lidhjen e diodës D2 siç është
paraqitur në fig.6.13a. Me redukimin e rrymës së tiristorit T1 në zero,
tensioni reverz që paraqitet në skaje të T1 është tension i drejtë për diodën
D2 dhe këtu paraqitet një rënie e drejtë e tensionit e cila është e vogël.
Kjo do ta ngadalësoj procesin e rimëkëmbjes së tiristorit, prandaj duhet të
sigurohet kohë më e gjatë e polarizimit reverz se sa në rastin kur nuk
është e pranishme dioda D2. Rryma dhe tensioni i kondenzatorit janë
paraqitur në fig.6.13b.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
144
Shembulli 6.4___________________________________________________________
Qarku për komutim rezonant në fig.6.12a ka kapacitetin C = 30 F dhe induktivitetin L
= 4 H. Tensioni fillestar në kondenzator është V0 = 200 V. Të caktohet koha e
shkyçjes së qarkut toff nëse rryma e ngarkesës është (a) Im = 250 A dhe (b) Im=50 A.
Zgjidhje_______________________________________________________________
(a) Im = 250 A
Nga ek.(6.13)
sC
L
V
ILCt m
192.5
30
4
200
250sin304sin 1
0
1
1
sradLC
m /1.287,911
dhe radtm 474.01
Nga ek.(6.14)
1011 cos)( tVVttv mC ,
VradtVV m 95.177)474.0cos(200cos 101
dhe nga ek.(6.15)
sI
CVt
m
off 35.21250
95.177301
(b) Im=50 A
sC
L
V
ILCt m
0014.1
30
4
200
50sin304sin 1
0
1
1
sradLC
m /1.287,911
dhe 0914.01 tm rad
6. TEKNIKAT E KOMUTIMIT TË TIRISTORIT
145
1011 cos)( tVVttv mC
VradtVV m 16.199)0914.0cos(200cos 101
dhe nga ek.(6.15)
sI
CVt
m
off 5.11950
16.199301
Shembulli 6.5___________________________________________________________
Të përsëritet Shembulli 6.4 nëse një diodë antiparalele lidhet në skajet e tiristorit T1 siç
është paraqitur në fig.6.13a.
Zgjidhje_______________________________________________________________
(a) Im = 250 A
Kur tiristori T2 të kyçet, pulsi i rrymës rezonante kalon nëpër kondenzator dhe rryma e
drejtë e tiristorit T1 zvoglohet në zero në kohën t = t1= 5.192 s. Rryma e kondenzatorit
në këtë moment është e barabartë me rrymën e ngarkesës iC (t1) = Im = 250 A. Pasi që
rryma e T1 të ketë rënë në zero, oscilimi rezonant do të vazhdoj nëpër diodën D2 për
derisa rryma rezonante të bie në vlerën e rrymës së ngarkesës në momentin t2. Kjo është
paraqitur në fig.6.13b.
stLCt 22.29192.530412
1.287,911
LC
m rad/s dhe 667.22 tm rad
Nga ek.(6.14) tensioni i kondenzatorit në t = t2 është
VradtVVttv mC 9.177)667.2cos(200cos)( 2022
Koha e shkyçjes së qarkut është
stttoff 03.24192.522.2912
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
146
(b) Im = 50 A, t1 = 1.0014 s
stLCt 41.330014.130412
1.287,911
LC
m rad/s dhe 05.32 tm rad
Tensioni i kondenzatorit në t = t2 është
VradtVVttv mC 1.199)05.3cos(200cos)( 2022
Koha e shkyçjes së qarkut është
stttoff 41.320014.141.3312
6.3.4 Komutimi komplementar
Komutimi komplementar shfrytëzohet për transferimin e rrymës
në mes të dy ngarkesave dhe një aranzhim i tillë është paraqitur në
fig.6.14.
T1 vC
C
- +v
S
+
-T2+-
vS
R2
iC
R1
Fig.6.14 Qarku për komutim komplementar
Kyçja e njërit tiristor komuton tiristorin tjetër. Kur tiristori T1
kyçet, ngarkesa me rezistencë R1 lidhet në tensionin e burimit VS, dhe në
6. TEKNIKAT E KOMUTIMIT TË TIRISTORIT
147
të njëjtën kohë kondenzatori C mbushet në VS përmes ngarkesës tjetër R2.
Polariteti i tensionit të kondenzatorit është sikurse që është paraqitur në
fig.6.14.
Kur të kyçet tiristori T2, kondenzatori lidhet në skaje të tiristorit
T1 dhe ngarkesa R2 lidhet në tensionin e burimit VS. T1 ka polarizim
reverz dhe ai shkyçet me komutim impulsiv. Pasi të jetë shkyçur T1,
tensioni i kondenzatorit ndërron polaritetin në - VS përmes R1, T2 dhe
burimit.
Nëse tiristori T1 kyçet prap, tirstori T2 shkyçet dhe cikli përsëritet.
Zakonisht tiristorët përçojnë në intervale të barabarta kohore. Format
valore për tensione dhe rryma janë paraqitur në fig.6.15 për R1 = R2 = R.
Pasi që secili tiristor shkyçet me komutim impulsiv, ky tip i komutimit
shpesh quhet edhe komutimi komplementar impulsiv.
0t
t
i (t)C
V /RS
2V /RS
-2V /RS
0
VS
VS-
0
VS
VS-
0
VS
VS-
T/2
Koha e shkyçjes, toffvT1
t0ff
t
t
Fig.6.15 Format valore për qarkun për komutim komplementar
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
148
Shembulli 6.6___________________________________________________________
Qarku në fig.6.14 ka rezistencat e ngarkesës R1 = R2 = R= 5 , kapacitet C = 10 F dhe
tension të burimit VS = 100 V. Të caktohet koha e shkyçjes së qarkut toff.
Zgjidhje_______________________________________________________________
Nëse supozojmë se kondenzatori në komutimin paraprak të tiristorit komplementar ka
qenë i mbushur në tensionin e burimit VS, qarku ekuivalent gjatë periodës së komutimit
është i ngjashëm me atë në fig.6.10. Ekuacioni i barazpeshës dinamike të qarkut është
RitvdtiC
V CS )0(1
Me kushtet fillestare SC Vtv )0( , zgjidhja e këtij ekuacioni jep rrymën e
kondenzatorit
RCtS eR
Vti /2)(
Tensioni i kondenzatorit është
)21()( / RCt
SC eVtv
Koha e shkyçjes toff mund të caktohet nëse plotësohet kushti
0)( offC ttv
dhe fitohet
)2ln(RCtoff
Për vlerat e dhëna numerike
stoff 7.34)2ln(10105 6.
6. TEKNIKAT E KOMUTIMIT TË TIRISTORIT
149
6.3.5 Komutimi i jashtëm
Te komutimi i jashtëm, për shkyçjen e tiristorit i cili është duke
përcjellë, merret një puls i rrymës nga ndonjë tension i jashtëm. Në
fig.6.16 është parqitur qarku i cili shfrytëzon puls të jashtëm komutues
dhe dy burime të furnizimit. VS është tensioni i burimit kryesor dhe V
është tensioni i burimit ndihmës.
T1
Cv0
-
+v
S
+
-
Dm
Im
TT2 3L
2V
+
-
V
Fig.6.16 Qarku për komutim të jashtëm
Nëse tiristori T3 kyçet, kondenzatori do të mbushet nga burimi
ndihmës. Nëse supozohet se kondenzatori fillimisht është i zbrazët, një
puls i rrymës rezonante me amplitudë LCV , i cili është i ngjashëm me
atë në qarkun në fig.6.2, do të kaloj nëpër T3 dhe kondenzatori do të
mbushet deri në 2V. Nëse tiristori T1 është duke përçuar dhe rryma e
ngarkesës furnizohet nga burimi kryesor VS, me kyçjen e tiristorit T2, në
tiristorin T1 do të zbatohet tensioni reverz prej VS - 2V dhe ai do të
shkyçet. Kur të shkyçet T1, kondenzatori do të zbrazet përmes ngarkesës
me shpejtësi të determinuar nga madhësia e rrymës së ngarkesës Im.
6.3.6 Komutimi në anën e ngarkesës
Te komutimi në anën e ngarkesës, ngarkesa formon qark serik me
kondenzatorin komutues dhe mbushja dhe zbrazja e këtij kondenzatorit
bëhen përmes ngarkesës. Prandaj performansat e komutimit të qarkut në
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
150
anën e ngarkesës varen nga natyra e ngarkesës dhe qarku komutues nuk
mund të testohet pa lidhjen e ngarkesës në te. Qarqet në fig.6.6, 6.8, 6.12
dhe 6.13 paraqesin shembuj të komutimit në anën e ngarkesës.
6.3.7 Komutimi në anën e rrjetit
Te ky tip i komutimit mbushja dhe zbrazja e kondenzatorit nuk
kryhen përmes ngarkesës dhe qarku komutues mund të testohet pa lidhjen
e ngarkesës. Në fig.6.17a është paraqitur një qark i tillë. Zbrazja dhe
rimbushja e kondenzatorit do të bëhet përmes burimit. Gjatë testimit të
qarkut në këtë rast nuk kërkohet lidhja e ngarkesës. Induktori L bartë
rrymën e ngarkesës Im dhe qarku ekuivalent gjatë periodës së komutimit
është paraqitur në fig.6.18.
T1
C
-
+
vS
+
-
Dm
Im
T2
T3
L
L
vC
(a)
(t)r
T1
C
-
+
vS
+
-
DmD1
Im
T2
T3
L
L
vC
(b)
(t)r
Fig.6.17 Qarqet për komutim në anën e rrjetit
Kur të kyçet tiristori T2, kondenzatori C është i mbushur në 2VS
dhe T2 është vetëkomutues ngjashëm me qarkun në fig.6.2. Tiristori T3
kyçet për ta ndërruar polaritetin e tensionit të kondenzatorit në -2VS dhe
6. TEKNIKAT E KOMUTIMIT TË TIRISTORIT
151
T3 është gjithashtu vetëkomutues. Nëse supozojmë se tiristori T1 është
duke përçuar dhe bartë rrymën e ngarkesës Im, tiristori T2 kyqet për ta
shkyçur T1. Kyçja e tiristorit T2 do ta polarizoj drejtë diodën Dm dhe do ta
zbatoj tensionin reverz prej 2VS në skajet e T1 dhe ky do të shkyçet.
C-
+vS
+
-
L
vC(t)
+
-
2VS
Im
i(t)
Fig.6.18 Qarku ekuivalent gjatë periodës së komutimit
Rryma e kondenzatorit mund të shprehet si
)0(1
tvdtiCdt
diLV CS 6.17
Me kushtet fillestare vC (t=0) = -2VS dhe i (t=0) = Im, zgjidhja e ek.(6.17)
jep rrymën dhe tensionin e kondenzatorit si
tL
CVtIti mSmm sin3cos)( 6.18
dhe
SmSmmC VtVtC
LItv cos3sin)( 6.19
ku
LCm
1
Koha e shkyçjes së qarkut, toff, nga ek.(6.19) për kushtin vC (t=toff) = 0,
është
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
152
19sin3tan
2
11
0
x
xxLCt ff 6.20
ku
L
C
I
Vx
m
S 6.21
Koha e përcjelljes së tiristorit T2, e cila mund të gjendet nga
ek.(7.18) për kushtin i (t=t1) = 0, është
xLC
xLCt
3
1tan
3
1tan 11
1 6.22
Në kushtet pa ngarkesë, Im = 0 dhe x infinit, nga ek.(6.19) fitohet koha e
shkyçjes si
LCLCt ff 231.13
1cos 1
0
dhe
LCt 1 6.23
Vërejtje. Nëse Im = 0 dhe LCt 1 , tensioni i kondenzatorit në
ek.(6.19) bëhet vC (t=t1) = V0 = 4VS dhe do të paraqitet mbingarkesë e
vazhdueshme në tensionin e kondenzatorit. Për ta kufizuar këtë
tejmbushje të kondenzatorit, induktori L zakonisht zëvëndsohet me një
transformator dhe një diodë siç është paraqitur në fig.6.117b.
PASQYRË PYETJESH
6.1 Cilat janë dy tipet e përgjithshme të komutimit?
6.2 Cilat janë tippet e komutimit të dhunshëm?
6.3 Ku është dallimi në mes të vetëkomutimit dhe komutimit
natyror?
6. TEKNIKAT E KOMUTIMIT TË TIRISTORIT
153
6.4 Cili është parimi i vetëkomutimit?
6.5 Cili është parimi i komutimit impulsiv?
6.6 Cili është parimi i komutimit rezonant?
6.7 Cili është parimi i komutimit komplementar?
6.8 Cili është parimi i komutimit të jashtëm?
6.9 Cilat janë dallimet në mes të komutimit në anën e ngarkesës
dhe komutimit në anën e rrjetit?
6.10 Cilat janë dallimet në mes të komutimit me tension dhe
rrymë?
6.11 Çfarë është detyra e qarqeve komutuese?
6.12 Pse koha e shkyçjes së qarkut duhet të jetë më e madhe se
koha e shkyçjes së tiristorit?
6.13 Për çfarë qëllimi lidhet dioda antiparalele në skajet e
tiristorit kryesor me ose pa induktor serik?
6.14 Cili është herësi në mes të amplitudës së rrymës rezonante
dhe amplitudës së rrymës së ngarkesës i cili mund t’i
minimizoj humbjet komutuese?
6.15 Cilat janë shprehjet për vlerat optimale të kondenzatorit
dhe induktorit komutues te komutimi rezonant?
6.16 Pse tejngarkohet kondenzatori komutues te komutimi
rezonant?
6.17 Si kufizohet tejmbushja e kondenzatorit te komutimi në
anën e rrjetit?
PROBLEME
6.1 Në fig.6.3a, tensioni fillestari kondenzatorit është V0 = 600 V,
kapaciteti C = 40 F dhe induktiviteti L = 10 H. Të caktohet
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
154
amplitida e rrymës rezonante dhe koha e përcjelljes së tiristorit
T1.
6.2 Qarku në fig.6.4 ka VS = 600 V, V0 = 0, C = 50 F, L = 10 H
dhe Im = 350 A. Të caktohet (a) amplituda e rrymës dhe
tensionit të kondenzatorit dhe (b) koha e përcjelljes së tiristorit
T1.
6.3 Në qarkun komutues në fig.6.6 kapaciteti C = 20 F, tensioni
hyrës VS ndryshon në mes 180 dhe 220 V dhe rryma e
ngarkesës ndryshon në mes të 50 dhe 200 A. Të caktohet vlera
minimale dhe maksimale e kohës së shkyçjes së qarkut toff.
6.4 Për qarkun në fig.6.6 të caktohen vlerat e kapacitetit C dhe
induktivitetit Lr nëse tensioni i burimit është VS = 220 V, rryma
e ngarkesës Im = 150 A, koha e shkyçjes toff = 15 s dhe rryma e
kundërt është e kufizuar në 150% të Im.
6.5 Qarku në fig.6.8 ka VS = 220 V, C = 20 F dhe Im = 150 A. Të
caktohet vlera e induktivitetit të rimbushjes L1 e cila do të
siguroj kohë të shkyçjes toff = 15 s.
7. TRANZISTORËT E FUQISË
7.1 HYRJE
Tranzistorët kanë karakteristika të kontrolluara të kyçjes dhe
shkyçjes. Kur shfrytëzohen si elemente ndërprerëse punojnë në regjionin
e ngopjes dhe si rezultat kanë rënie të vogël të tensionit në gjendje të
kyçur. Shpejtësia e ndërprerjes e tranzistorëve modern është shumë më e
madhe se ajo e tiristorëve prandaj kryesisht shfrytëzohen te shndërruesit
njëkahor (dc-dc) dhe invertorët (dc-ac) me një diodë të lidhur inverz
paralel për ta siguruar rrjedhën e dykahshme të rrymës. Megjithatë,
brezet e tyre të tensioneve dhe rrymave janë më të ulëta se ato të
tiristorëve, dhe zakonisht shfrytëzohen te zbatimet me fuqi të mesme dhe
të ulët. Tranzistorët e fuqisë mund të klasifikohen në katër kategori:
1. Tranzistorët bipolar me kontakt (angl. Bipolar Junction
Transistor) BJT
2. Tranzistorët metal-oksid-gjysmëpërçues me efekt të fushës
(angl. Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-
Transistor) MOSFET
3. Tranzistorët me indukcion statik (angl. Static Induction
Transistor) SIT
4. Tranzistorët bipolar me gejt të izoluar (angl. Insulated-
Gate Bipolar Transistor) IGBT
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
156
Të gjitha këto lloje të tranzistorëve, gjatë analizës së punës, mund
të trajtohen si ndërprerës ideal. Ndërprerësi tranzistorik është shumë më i
thjeshtë se ndërprerësi tiristorik me komutim të dhunshëm, sepse nuk ka
nevoj për qark shtesë komutues. Sidoqoftë, te zbatimi në qarqet
konvertuese në praktikë, zgjedhja në mes të BJT dhe MOSFET nuk është
punë aq e lehtë, por që të dy këto tipe mund ta zëvëndsojnë tiristorin. Por
duhet pasur kujdes që brezet e tensioneve dhe të rrymave t’i plotësojnë
kërkesat dalëse të konvertorit. Tranzistorët praktik dallojnë nga
komponentet ideale sepse kanë disa kufizime të caktuara të cilat i
ngushtojnë zbatimet e tyre.
7.2 TRANZISTORËT BIPOLAR ME KONTAKT (BJT)
Tranzistori bipolar formohet me shtimin e një shtrese
gjysmëpërçuese p ose n në kontaktin p-n të diodës. Me dy regjione n dhe
një regjion p formohen dy kontakte p-n dhe ky kombinim është i njohur
si tranzistor bipolr i tipit NPN, siç është paraqitur në fig.7.1a. Kombinimi
tjetër me dy regjione p dhe një regjion n quhet tranzistor i tipit PNP siç
është paraqitur në fig.7.1b.
Baza
Kolektori
Emiteri
n
p
n B
E
C
IB
IC
IE
(a)
Kolektori
Emiteri
p
p
nB
E
C
IB
IC
IE
(b)
Fig.7.1 Tranzistorët bipolar
7. TRANZISTORËT E FUQISË
157
7.2.1 Karakteristikat stacionare
Ndonëse te tranzistori ekzistojnë tri konfiguracione themelore të
mundshme: me kolektor të përbashkët, me bazë të përbashkët dhe me
emiter të përbashkët, në zbatimet e tranzistorit si ndërprerës, zakonisht
shfrytëzohet konfiguracioni i fundit, i cili është paraqitur në fig.7.2a për
një tranzistor të tipit NPN.
Karakeristikat tipike hyrëse të rrymës së bazës, IB, ndaj tensionit
bazë-emiter, VBE, janë paraqitur në fig.7.2b. Në fig.7.2c janë paraqitur
karakteristikat tipike dalëse të rrymës së kolektorit, IC, ndaj tensionit
kolektor-emiter, VCE.
IB
IC
IE
+
-VCC
+
- V
+
-
VBE
RB
+
-
VCE
RC
(a)
IB
VCE1 VCE2
VBE
VCE1VCE2>
0
(b)
ICIB
IB
IB
IB
IB
IB
IB
IB0IB1
1
2
3
4
IBn
n
0
> >
VCE( c)0
Fig.7.2 Karakteristikat e tranzistorit NPN: (a) diagrami i qarkut; (b)
karakteristikat hyrëse; (c) karakteristikat dalëse
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
158
Për tranzistor të tipit PNP, karakteristikat hyrëse dhe ato dalëse
janë të njëjta, por rrymat dhe tensionet kanë polariet të kundërt. Me
ndryshimin e rrymës hyrëse (të bazës) kontrollohet tensioni dalës, pra
tranzistori është komponentë e kontrolluar me rrymë. E metë e kësaj
komponente është ndieshmëria e madhe e rrymës inverze të ngopjes nga
temperatura, prandaj duhet t’i sigurohen kushtet optimale për ftohje, si
me bazament metalik ashtu edhe me qarkullim të ajrit. Te tranzistori
ekzistojnë tri regjione të punës: regjioni i shkyçjes, regjioni aktiv dhe
regjioni i ngopjes. Në regjionin e shkyçjes, tranzistori është i shkyçur
sepse rryma e bazës nuk është e mjaftueshme që ta kyçë atë, dhe të dy
kontaktet kanë polarizim reverz, prandaj në këtë regjion nuk rrjedh rrymë
e bazës.
vCE
VCC
VBE
VCES
0 IB
S
IBS
VBE
00.5
Ngopja
Bllokimi
Regjioniaktiv
Fig.7.3 Karakteristikat përcëllëse
Në regjionin aktiv, tranzistori punon si amplifikator, ku rryma e
bazës është e përforcuar për faktorin e amplifikimit dhe tensioni kolektor-
bazë zvoglohet me rritjen e rrymës së bazës. Në këtë regjion kontakti CB
ka polarizim reverz dhe kontakti BE ka polarizim të drejtë. Në regjionin e
ngopjes, rryma e bazës është mjaftë e madhe prandaj tensioni kolektor-
emiter është i ulët, tranzistori sillet si ndërprerës i mbyllur. Të dy
kontaktet (CB dhe BE) kanë polarizim të drejtë dhe me rritjen e mëtejme
të rrymës së bazës, tensioni kolektor-emiter nuk ndryshon. Karakteristika
përcjellëse, e cila paraqet tensioni VCE ndaj rrymës IB, është paraqitur në
fig.7.3.
Në fig 7.4 është paraqitur modeli i tranzistorit NPN për kushte të
punës me sinjal të madh njëkahor. Ekuacioni që i lidhë rrymat është
7. TRANZISTORËT E FUQISË
159
BCE III 7.1
Rryma e bazës paraqet rrymën hyrëse, ndërsa rryma e kolektorit rrymën
dalëse. Herësi në mes të këtyre dy rrymave është i njohur si amplifikimi i
rrymës,
B
CFE
I
Ih 7.2
Rryma e kolektorit përbëhet prej dy komponeneteve: rrymës së bazës dhe
rrymës reverze të ngopjes së kontaktit koleketor-bazë
CEOBC III 7.3
ku ICEO paraqet rrymën reverze të ngopjse së kontaktit CB për qark të
hapur të bazës, dhe mund të konsiderohet e papërfillshme në krahasim
me IB.
Nga ek. (7.1) dhe (7.3) kemi
CEOBE III )1( 7.4
BE II )1( 7.4a
1)
11(
CCE III 7.5
Rryma e kolektorit mund të shprehet si
EC II 7.6
ku konstanta është e lidhur me përmes
1
7.7
ose
1 7.8
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
160
BIB
E
IE
IB
IC
C
ICE0
Fig.7.4 Modeli i tranzistorit NPN
Ta analizojmë qarkun në fig.7.5 ku tranzistori punon si
ndërprerës. Rryma e bazës është
B
BEBB
R
VVI
7.9
)( BEB
B
CCCCCCCCEC VV
R
RVRIVVV
7.10
)( BECECB VVV 7.11
Ekuacioni (7.11) tregon se përderisa është BECE VV , kontakti CB do të
ketë polarizim reverz dhe tranzistori do të jetë në regjionin aktiv. Rryma
maksimale e kolektorit në regjionin aktiv, e cila mund të fitohet për
0CBV dhe BECE VV , është
C
CECCCM
R
VVI
C
BECC
R
VV 7.12
dhe vlera gjegjëse e rrymës së bazës
CM
BM
II 7.13
7. TRANZISTORËT E FUQISË
161
IB
IC
IE
+
-VCC
+
- V
+
-
VBE
RB
+
-
VCE
RC
Fig.7.5 Ndërprerësi tranzistorik
Nëse rryma e bazës rritet mbi vlerën IBM, VBE rritet dhe gjithashtu
do të rritet edhe rryma e kolektorit, ashtu që tensioni VCE do të bie nën
VBE. Kjo do të vazhdoj derisa kontakti CB të ketë polarizim të drejtë me
VBC rreth 0.4 deri 0.5 V. Tranzistori atëherë shkon në ngopje. Ngopja e
tranzistorit mund të definohet si pikë mbi të cilën çdo rritje e mëtejme në
rrymën e bazës nuk do të shkaktoj rritje të dukshme të rrymës së
kolektorit.
Në ngopje rryma e kolektorit mbetet pothuajse konstante. Nëse
tensioni i ngopjes kolektor emiter është VCE(sat), rryma e kolektorit është
C
satCECC
CSR
VVI
)( 7.14
dhe rryma gjegjëse e bazës është
CS
BS
II 7.15
Zakonisht, qarku projektohet asisoji që rryma e bazës të jetë më e
lartë se rryma e ngopjes IBS. Humbjet e tërësishme të fuqisë në të dy
kontaktet janë
CCEBBET IVIVP 7.16
Shembulli 7.1___________________________________________________________
Tranzistori bipolar në fig.7.5 ka në brezin prej 8 deri në 40. Rezistenca e ngarkesës
është RC = 11 . Tensioni i burimit është VCC = 200 V dhe tensioni hyrës në qarkun e
bazës është VB = 10 V. Nëse janë VCE(sat) = 1.0 V dhe VBE(sat) = 1.5 V, të gjendet: (a) vlera
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
162
e rezistencës RB e atillë që rryma e bazës të jetë 5 herë më e madhe se rryma e bazës në
ngopje, (b) humbjet e tërsishme të fuqisë në tranzistor.
Zgjidhje_______________________________________________________________
Nga ek.(7.14), rryma e kolektorit në ngopje është
AR
VVI
C
satCECC
CS 1.1811
0.1200)(
Nga ek.(7.15), rryma e bazës në ngopje është
AI
I CSBS 2625.2
8
1.181.18
min
Nga kushti i detyrës rryma e bazës duhet të jetë
AII BSB 3125.112625.255
(a) Vlera e kërkuar e rezistencës RB mund të caktohet nga ek.(7.9),
B
BEBB
R
VVI
7514.0
3125.11
5.110)(
B
satBEB
BI
VVR
(b) Nga ek.(7.16), humbjet e tërësishme të fuqisë në tranzistor janë
WIVIVP CCEBBET 07.351.1897.161.180.13125.115.1
7.3 MOSFET-ët E FUQISË
Tranzistori bipolar me kontakt (BJT) është komponentë e
kontrolluar me rrymë dhe i duhet rrymë e bazës për rrjedhje të rrymës në
kolektor. Pasi që rryma e kolektorit varet nga hyrja (ose baza),
amplifikimi i rrymës ka varëshmëri të lartë nga temperatura e kontaktit,
prandaj në praktikë, kjo kufizon brezin e zbatimit të këtyre tranzistorëve
7. TRANZISTORËT E FUQISË
163
vetëm në ato raste ku kushtet temperaturore janë relativisht stabile. Këto
të meta nuk i shpreh tranzistori me efekt të fushës i njohur si MOSFET.
MOSFEt-i i fuqisë është komponentë e kontrolluar me tension dhe
kërkon vetëm një rrymë të vogël hyrëse.
-
+VDD
RD
+
-VGS
D
G
S
n’
n’
n
Substratii metalit
Metali
oksidi
ID
ID
-+
VDD
RD
+
-VGS
S
G
DID
(a)
(b)
MOSFET-i i tipit n-kanalësh
-
+VDD
RD
+
-
VGS
D
G
S
p’
p’
p
Substratii metalit
Metali
oksidi
ID
ID
-+VDD
RD
+
-
VGSS
G
DID
(a)
(b)
MM
OSFET-i i tipit p-kanalësh
Fig.7.6 MOSFET-i: (a) struktura themelore; (b) simboli
Shpejtësia e ndërprerësit është shumë e lartë dhe koha e shkyçjes
është e rendit nanosekonda. Këta tranzistorë gjejnë zbatim të madh te
konvertorët me fuqi të vogël dhe frekuencë të lartë. Por, një e metë e
këtyre tranzistorëve është se kanë probleme me zbrazje elektrostatike dhe
kërkojnë kujdes të posaçëm gjatë përdorimit.
MOSFET-i i tipit n-kanalësh është i formuar nga një substrat i
silicit të tipit p siç është paraqitur në fig.7.6a, me dy shtresa të silicit me
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
164
doping të lartë të tipit n+ për të siguruar rezistencë të ulët të kontakteve.
Ka tri terminale dalëse: gejtin (angl. Gate) G, sursin (angl. Source) S dhe
drejnin (angl. Drain) D. Gejti është i izoluar nga kanali me një shtresë të
ngushtë të oksidit.. Substrati zakonisht është i lidhur në surs. Tensioni
gejt-surs, VGS, mund të jetë edhe pozitiv edhe negativ. Nëse VGS është
negativ, disa nga elektronet në brezin e kanalit të tipit n do të tërhiqen,
dhe nën shtresën e oksidit paraqitet një regjion i varfëruar, duke rezultuar
në ngushtimin efektiv të kanalit dhe rezistencë të lartë nga drejni në surs,
RDS. Nëse VGS bëhet mjaftë negativ, kanali plotësisht do të varfërohet,
duke krijuar rezistencë shumë të lartë RDS, ashtu që më nuk mund të ketë
rrjedhje të rrymës nga drejni në surs, pra IDS = 0. Vlera e tensionit VGS për
të cilën paraqitet mbyllja e kanalit quhet tensioni i thyerjes dhe shënohet
me Vp. Nga ana tjetër, nëse VGS është pozitiv, kanali bëhet më i gjërë, dhe
rryma ID rritet për shkak të zvoglimit të rezistencës RDS. Te MOSFET-i i
tipit p-kanalësh polaritetet e tensioneve dhe rrymës, VDS, VGS dhe IDS, janë
të kundërta me ato të tipit n.
7.3.1 Karakteristikat stacionare
MOSFET-at janë komponente të kontrolluara me tension dhe
kanë impedancë shumë të lartë hyrëse. Prandaj për kyçje të këtij
tranzistori mjafton që në gejt të veproj vetëm një rrymë shumë e vogël e
rendit nanoampera. Amplifikimi i rrymës, i cili është herësi i rrymës së
drejnit, ID, ndaj rrymës hyrëse të gejti, IG, është i rendit 109.
Vp
VpID
IDVGS
VGS
0
0
-
(a) (b)
Fig.7.7 Karakteristikat përcjellëse të MOSFET-it: (a) n-kanalësh
dhe (b) p-kanalësh
7. TRANZISTORËT E FUQISË
165
Por megjithatë, amplifikimi i rrymës nuk është një parametër i
rëndësishëm. Transkonduktansa, e cila është herësi i rrymës së drejnit
ndaj tensionit të gejtit, definon karakteristikat përcjellëse dhe është një
parametër shumë i rëndësishëm. Katakteristikat përcjellëse të MOSFET-
it të tipit n-kanalësh dhe p-kanalësh janë paraqitur në fig.7.7 ndërsa në
fig.7.8 janë paraqitur karakteristikat dalëse të një MOSFET-i n-kanalësh.
Edhe në këtë rast paraqiten tri regjione të punës: (1) regioni i prerjes ose
shkyçjes, ku VGS Vp; (2) thyerja ose regjioni i ngopjes, ku VDS VGS -
Vp; dhe (3) regjioni linear, ku VDS VGS - Vp. Thyerja paraqitet kur
tensioni VDS = VGS - Vp. Në regjionin linear, rryma e drejnit, ID, ndryshon
proporcionalisht me tensionin drejn-surs, VDS. Për shkak të rrymës së
lartë dhe tensionit të ulët të drejnit, MOSFEt-ët e fuqisë, për veprime
ndërprerëse, punojnë në regjionin linear. Në regjionin e ngopjes, rryma e
drejnit mbahet pothuajse konstante për çfarëdo rritje të vlerës së VDS dhe
këta tranzistorë shfrytzojnë këtë regjion të punës kur veprojnë si
amplifikatorë të tensionit.
0
VGS
VGS
VGS
VGS
1
2
3
4
D
DS
DS
GS P
PVGSVGSVGSVGS 1234 V
V V V
VV V
> > > >
= -
GS P=
IRegjioni linear
Regjioni i ngopjes
Fig.7.8 Karakteristikat dalëse të MOSFET-it
Në fig.7.9 është paraqitur modeli ekuivalent i MOSFET-it për
gjendje stacionare. Transkonduktansa, gm, është definuar si
.constVGS
Dm
DS
V
Ig
7.17
Rezistenca dalëse, r0 = RDS e cila është e definuar si
D
DSDS
I
VR
7.18
zakonisht në regjionin e ngopjes është shumë e lartë, e rendit 106 oma.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
166
Fig.7.9 Modeli i MOSFET-it për gjendje stacionare: (a) qarku;
(b) modeli ekuivalent
7.4 TRANZISTORËT SIT
Tranzistori SIT është komponentë e fuqisë së lartë dhe e
frekuencës së lartë. Në esencë, ky tranzistor paraqet versionin
gjysmëpërçues të triodës me vakuum. Ka tri terminale dalëse si te
MOSFET-i. Në fig.7.10a është paraqitur prerja tërthore e SIT-it dhe në
fig.7.10b simboli i tij.
n n+
pppppp++++++
n-
G
S
D
G
D
S
(a)
(b)
Fig.7.10 Prerja tërthore dhe simboli i SIT-it
7. TRANZISTORËT E FUQISË
167
Kjo është një komponentë me strukturë vertikale me shumë
kanale të shkurta, prandaj këtu nuk paraqitet problemi i regjionit të
kufizuar dhe është i përshtatshëm për punë me fuqi të lartë dhe frekuencë
të lartë. Elektroda e gejtit është e thelluar në drejn dhe në shtresat n të
sursit. SIT-i është identik me JFET përveç që dallohet në konstrukcionin
vertikal dhe të thelluar të gejtit. Ky konstrukcion e bënë rezistencën e
kanalit më të vogël dhe shkakton rënie më të vogla të tensionit në te se te
FET-i.
Tranzistori SIT ka gjatësi të vogël të kanalit, rezistencë të ulët
serike të gejtit, kapacitet të vogël gejt-surs dhe rezistencë të ulët termike.
Ka nivel të ulët të zhurmës, shtrembërime të vogla dhe mundësi të punës
me fuqi të lartë në audio-frekuenca. Kohët e kyçjes dhe shkyçjes janë
shumë të vogla, tipike deri në 0.25 s.
Në gjendjen e kyçjes rënia e tensionit është e lartë, tipike 90 V për
180 A dhe 18 V për 18 A. SIT-i zakonisht është në gjendje të kyçyr, dhe
shkyçet me tension negativ të gejtit. Rënia e lartë e tensionit në gjendjen
e kyçjes i kufizon mundësitë e zbatimit të këtij tranzistori te shndërruesit
e fuqisë në përgjithësi. Brezi i rrymave të SIT-ave mund të jetë deri në
300 A, 1200 V, dhe shpëjtësia e ndërprerjes mund të jetë më e lartë se
100 kHz. Ky tranzistor është shumë i përshtatshëm për zbatime te
aplifikatorët audio, VHF/UHF dhe ata mikrovalor.
7.5 TRANZISTORËT IGBT
Tranzistorët IGBT kombinojnë përparësitë e BJT-it dhe
MOSFET-it. IGBT-i ka impedancë të lartë hyrëse, sikurse MOSFET-i,
dhe humbje të vogla në gjendjen e kyçur, sikurse BJT-i.
Prerja tërthore e një IGBT-i është paraqitur në fig.7.11a, ku shihet
se ajo është identike me MOSFET-in, përveç që dallohet përkah substrati
p+. Megjithatë, performansat e IGBT-it janë më të afërta me ato të BJT-it
se sa me ato të MOSET-it, për shkak të substratit p+, cili është përgjegjës
për injektimin e bartësve minor në regjionin n-. Qarku ekuivalent është
paraqitur në fig.7.11b, dhe ai, në shumë raste praktike, mund të
thjeshtohet në modelin e paraqitur në fig.7.11c.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
168
Fig.7.11 Prerja tërthore dhe qarku ekuivalent i IGBT-it
IGBT-i formohet nga katër shtresa gjysmëpërçuese PNPN dhe
mund të aktivizohet ngjashëm si tiristori, për kushte të dhëna të
nevojshme: (npn + pnp ) > 1 ( kjo mund të bëhet me impulse të gejtit ose
me njëren nga metodat e kyçjes së tiristorëve). Për dallim nga BJT-i, i cili
kontrollohet me rrymë, tranzistori IGBT është komponentë e kontrolluar
me tension, i ngjashëm me MOSFET-in e fuqisë. Ka humbje më të vogla
në gjendjen e kyçur, por edhe shpejtësi të ndërprerjes më të ulët se
MOSFET-i. Simboli dhe qarku i ndërprerësit me IGBT është parqitur në
fig.7.12. Tri terminalet dalëse janë gejti, kolektori dhe emiteri për dallim
nga MOSFET-i ku ishin gejti, sursi dhe drejni.
7. TRANZISTORËT E FUQISË
169
-+
VCC
RD
+
-
VG
G
ICC
ERGE
RS
Sinjali i gejtit
Fig.7.12 Simboli dhe qarku për një IGBT
Brezi i rrymave të një IGBT-i mund të shkoj deri në 400A, 1200
V, dhe frekuenca e ndërprerjes mund të jetë deri në 20 kHz. Tranzistorët
IGBT janë duke gjetur zbatim të madh në paisjet me fuqi mesatare, si te
ngasjet motorike njëkahore dhe alternative, burimet e furnizimit, reletë
gjysmëpërçues,etj.
7.6 PUNA PARALELE DHE SERIKE E TRANZISTORËVE
Për rritjen e mundësisë se durimit të tensionit reverz, tranzistorët
mund të punojnë të lidhur në seri. Te tranzistorët e lidhur në seri është
shumë me rëndësi që kyçja dhe shkyçja e të gjithë tranzistorëve të jetë e
njëkohëshme (simultane). Në të kundërtën, komponenta më e
ngadalshme gjatë kyçjes dhe komponenta më e shpejtë gjatë shkyçjes, do
ta bartë tërë tensionin kolektor-emiter (ose surs-drejn) të qarkut dhe
komponenta e tillë mund të shkatrohet për shkak të tensionit të lartë që do
të mbretëroj në te. Prandaj të gjithë tranzistorët që lidhen në seri duhet të
përshtaten përkah amplifikimi, transkonduktansa, tensioni i pragut,
tensioni i kyçjes, koha e kyçjes dhe koha e shkyçjes. Gjithashtu edhe
karakteristikat e ngasjes së gejtit ose të bazës duhet të jenë identike
(kohëzgjatja dhe amplituda e impulsit).
Për shpërndarje të barabartë të tensionit zakonisht shfrytëzohen
qarqet e ngjashme me ato të diodave (rezistencat për shpërndarje të
njëtrajtshme në kushte stacionare dhe kondenzatorët shtesë për kushtet
kalimtare).
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
170
+
-VCC
IT
RC
Q1
IE1
Re1Re2
IE2
Q2
Fig.7.13 Lidhja paralele e tranzistorëve
Tranzistorët lidhen paralel nëse një komponentë e vetme nuk
mund ta përballoj rrymën e kërkuar të ngarkesës. Për shpërndarje të
barabartë të rrymave, tranzistorët duhet të përshtaten përkah amplifikimi,
transkonduktansa, tensioni i ngopjes si dhe koha e kyçjes dhe shkyçjes.
Por në praktikë, plotësimi i këtyre kërkesave nuk është gjithëherë i
mundshëm. Një shpërndarje deri diku e arsyeshme mund të arrihet me
lidhjen e rezistorëve në seri me terminalin e emitrit (ose sursit) siç është
paraqitur në fig.7.13.
+
-VCC
IT
RC
Q1
IE1
Re1Re2
IE2
Q2
L2L1
Fig.7.14 Shpërndarja dinamike e rrymave
Rezistorët në fig.7.13 do të ndihëmojnë shpërndarjen e rrymës në
kushtet stacionare. Për kushtet kalimtare (dinamike), shpërndarja e
barabartë e rrymave mund të sigurohet me lidhjen e induktiviteteve të
kupluara siç është paraqitur në fig.7.14. Nëse ryma nëpër Q1 rritet, rritet
7. TRANZISTORËT E FUQISË
171
L(di/dt) në L1, dhe atëherë në skajet e L2 indukohet një tension me
polaritet të kundërt, rezultat i së cilës është kontura me rezistencë të ulët e
cila mundëson zhvendosjen e rrymës në Q2.
BJT-t kanë koeficient negativ temperaturor. Gjatë shpërndarjes së
rrymave, nëse njëri BJT bartë rrymë më tepër, rezistenca e tij zvoglohet
dhe rryma nëpër te do të rritet edhe më shumë, prandaj kjo e vështirëson
punën paraleletë tyre. MOSFET-t kanë koeficient pozitiv temperaturor
dhe puna paralele e tyre është relativisht e lehtë. IGBT-t kërkojnë kujdes
të posaçëmnë përshtatjen e karakteristikave për shkak të variacioneve të
rrymës së kolektorit me ndryshimin e temperaturës.
Shembulli 7.2____________________________________________________
MOSFET-ët e lidhur paralel në fig.7.15 bartin rrymë të tërësishme prej IT = 20 A.
Tensioni drejn-surs i MOSFET-it M1 ëshët VDS1 = 2.5 V dhe ai i MOSFET-it M2 ëshët
VDS2 = 3 V. Të caktohen rrymat e drejnave të tranzistorëve dhe ndryshimi në
shpërndarjen e rrymave, nëse rezistencat serike janë: (a) RS1 = 0.3 dhe RS2 = 0.2, dhe
(b) RS1 = RS2 = 0.5.
+
-VDD
IT
RD
M1
IS1
RS1Rs2
IS2
M2
G G
+
-
-
VDS VDS2
2
+
1
Fig.7.15
Zgjidhje________________________________________________________
(a) TDD III 21
111 SDDS RIV )( 12222 DTSSDDS IIRRIV
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
172
A
RR
RIVVI
SS
STDSDSD
92.03.0
2.0205.23
21
2121
AID 119202
AI 2911 ose 10%
(b) AID 5.105.05.0
2.0205.231
AID 5.95.10202
AI 15.95.10 ose 5%
PASQYRË PYETJESH
7.1 Çka është tranzistori bipolar (BJT)?
7.2 Cilat janë tipet e BJT?
7.3 Cilat janë dallimet në mes tranzistorëve NPN dhe PNP?
7.4 Cilat janë karakteristikat hyrëse të tranzistorit NPN?
7.5 Cilat janë karakteristikat dalëse të tranzistorit NPN?
7.6 Cilat janë tri regjionet e punës së BJT?
7.7 Çka është e BJT?
7.8 Çka është MOSFET-i?
7. TRANZISTORËT E FUQISË
173
7.9 Cilat janë tipet e MOSFE-itT?
7.10 Çka është tensioni i thyerjes te MOSFET-i?
7.11 Çka është transkonduktansa e MOSFET-it?
7.12 Cilat janë karakteristikat përcjellëse të MOSFET-it?
7.13 Cilat janë karakteristikat dalëse të MOSFET-it?
7.14 Cilat janë përparsitë dhe të metat e MOSFET-it?
7.15 Çka është SIT-i?
7.16 Cilat janë përparsitë e SIT-it?
7.17 Cilat janë të metat e SIT-it?
7.18 Çka është IGBT-i?
7.19 Cilat janë përparsitë dhe të metat e IGBT-it?
7.20 Çfarë probleme paraqiten te puna paralele e BJT?
7.21 Çfarë probleme paraqiten te puna paralele e MOSFET?
7.22 Çfarë probleme paraqiten te puna paralele e IGBT?
7.23 Çfarë probleme paraqiten te puna serike e BJT?
7.24 Çfarë probleme paraqiten te puna serike e MOSFET?
7.25 Çfarë probleme paraqiten te puna serike e IGBT?
PROBLEME
7.1 Faktori i tranzistorit bipolar në fig.7.16 ndryshon prej 10 deri
në 60. Rezistenca e ngarkesës është RC = 5 . Tensioni
njëkahor i burimit është Vcc = 100 V dhe tensioni hyrës i qarkut
të bazës është VB = 8 V. Nëse VCE(sat) = 2.5 V dhe VBE(sat) = 1.75
V, të caktohet (a) vlera e RB e tillë që rryma e bazës të jetë 20
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
174
herë më e madhe se IBS, dhe (b) humbjet e fuqisë në tranzistor
PT.
IB
IC
IE
+
-VCC
+
- V
+
-
VBE
RB
+
-
VCE
RC
Fig.7.16
7.2 Faktori i tranzistorit bipolar në fig.7.16 ndryshon prej 12 deri
75. Rezistenca e ngarkesës është RC = 1.5 . Tensioni njëkahor
i burimit është Vcc = 40 V dhe tensioni hyrës i qarkut të bazës
është VB = 6 V. Nëse VCE(sat) = 1.2 V dhe VBE(sat) = 1.6 V dhe RB =
0.7 të caktohet (a) vlera e rrymës së bazës dhe të tregohet se
tranzistori është në ngopje të thellë, dhe (b) humbjet e fuqisë në
tranzistor PT.
+
-VCC
IT
RC
Q1
IE1
Re1Re2
IE2
Q2
Fig.7.17
7.3 BJT-ët e lidhur paralel në fig.7.17 bartin rrymë të tërësishme
prej IT = 200 A. Tensioni kolektor-emiter i Q1 ëshët VCE1 = 1.5 V
dhe ai i Q2 ëshët VCE2 = 1.1 V. Të caktohen rrymate kolektorëve
të tranzistorëve dhe ndryshimi në shpërndarjen e rrymave, nëse
rezistencat serike janë; (a) Re1 = 10 m dhe Re2 = 20 m, dhe
(b) Re1 =Re2 = 20 m.
8. INVERTORËT
8.1 HYRJE
Shndërruesit e energjisë njëkahore në energji alternative quhen
invertorë. Funksioni i invertorit është shndërrimi i një tensioni hyrës
njëkahor në një tension simetrik alternativ dalës, me amplitudë dhe
frekuencë të dëshiruar. Tensioni dalës mund të jetë konstant ose i
ndryshueshëm dhe me frekuencë konstante ose të ndryshueshme.
Tensioni i ndryshueshëm në dalje mund të fitohet me ndryshimin e
tensionit njëkahor hyrës dhe me mbajtjen e përforcimit të invertorit të
pandryshuar. Në anën tjetër, nëse tensioni hyrës është i pandryshueshëm
dhe nuk është i kontrollueshëm, tensioni i ndryshueshëm në dalje mund
të fitohet me ndryshimin e përforcimit të invertorit. Përforcimi i invertorit
mund të definohet si herësi i tensionit alternativ dalës ndaj tensionit
njëkahor hyrës.
Format valore të tensionit dalës për invertorin ideal duhet të jenë
sinusoidale. Por, format valore të invertorit praktik nuk janë të tilla dhe
përmbajnë komponente harmonike të konsiderueshme. Për zbatime me
fuqi të vogël dhe të mesme, mund të jenë të pranueshme edhe tensionet
me formë valore të drejtëkëndshit, ndërsa për zbatime me fuqi të madhe,
patjetër kërkohen tensionet dalëse me formë valore sinusoidale me
shtrembërime të vogla. Me komponentet bashkohore gjysmëpërçuese,
përmbajtja harmonike e tensionit dalës mund të minimizohet ose të
redukohet dukshëm me teknika të posaçme të veprimit ndërprerës.
Në zbatime industriale invertorët shfrytëzohen me të madhe te
ngasjet motirike alternative me shpejtësi të ndryshueshme, burimet e
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
176
përhershme të fuqisë, burimet e pandërprera të fuqisë të njohura si UPS,
etj. Tensioni hyrës mund të merret nga bateria, qelula me lëndë djegëse
(agregati), qelula solare ose ndonjë burim tjetër njëkahor. Tensionet
dalëse tipike njëfazore janë: (1) 120 V në 60 Hz; (2) 220 V në 50 Hz dhe
(3) 115 V në 400 Hz. Për sisteme trefazore me fuqi të mëdha, tensionet
dalëse tipike janë: (1) 220/380 V në 50 Hz; (2) 120/208 V në 60 Hz dhe
(3) 115/200 V në 400 Hz.
Invertorët në përgjithësi mund të klasifikohen në dy grupe: (1)
invertorët njëfazor dhe (2) invertorët trefazorë. Secili tip mund të
shfrytëzoj komponente të kontrolluara kyçëse dhe shkyçëse (p.sh. BJT,
MOSFET, IGBT, SIT, etj.) ose tiristorë me komutimi të dhunshëm,
varësisht nga zbatimi. Invertorët e dy grupeve të lartpërmendura mund të
jenë invertorë të tensionit nëse tensioni hyrës mbetet konstant; invertorë
të rrymës nëse rryma hyrëse mbetet konstante; dhe inverorë rezonant ku
për shkyçjen e ndërprerësve shfrytëzohen vetitë natyrore të qarqeve
rezonante.
8.2 PRINCIPI I PUNËS
Principi i punës së invertorit mund të spjegohet me anë të fig.8.1a.
Kur është i kyçur vetëm tranzistori Q1 gjatë kohës To/2, tensioni
momental në skaje të ngarkesës vo është VS/2. Nëse është i kyçur vetëm
tranzistori Q2, gjatë kohës To/2, në skaje të ngarkesës paraqitet - VS/2.
Qarku logjik duhet të jetë i projektuar asisoji që tranzistorët Q1 dhe Q2 në
asnjë moment të mos jenë të kyçur njëkohësisht. Në fig.8.1b janë
paraqitur format valore të tensionit dalës dhe rrymave të tiristorëve për
ngarkesë rezistive. Për punë normale, ky invertor kërkon burim njëkahor
me tri borne dalëse, dhe kur tranzistori është i shkyçur, tensioni reverz në
skaje të tij është VS në vend se të jetë VS/2. Ky invertor është i njohur si
invertori njëfazor me gjysëmurë.
Vlera efektive e tensionit dalës mund të gjendet nga
24
22/1
2/
0
2
0
0
0
S
T
S Vdt
V
TV
8.1
8. INVERTORËT
177
+_
+_
VS
VS
/2
/2
0R i0
- +
v =va0 0
a
D
D
1
2
i
i
1
2
Q
Q
1
2
t
t
t
t
v =va0 0
i0
0
0
0
0
T /20
T /20
T /20
T0
T0
T0
V /2S
V /4fLS
V /2RS
V /2RS
V /2S-
i
i1
2
D DDQ Q1 1 12 2
Rryma fundamentale i01
Rryma e dalëse perpër ngarkesë induktive
(a)
(b)
( )
i
c Fig.8.1 Invertori njëfazor gjysëmurë: (a) qarku; (b) format valore për
ngarkesë rezistive dhe (c) format valore për ngarkesë induktive
Tensioni momental dalës mund të shprehet me seri Fourier si
tn
Vv
n
S
sin2
,3,1
0
8.2
ku fo është frekuenca e tensionit dalës në rad/s. Për n = 1, ek.(8.2)
jep vlerën efektive të komponentës themelore si
SS
S VV
V 45.02
2
8.3
Për ngarkesë induktive, rryma e ngarkesës ( dhe e tranzistorit) nuk
mund të ndryshoj momentalisht ( të bie në zero) me tensionin dalës. Nëse
Q1 shkyçet në momentin t = To/2, rryma e ngarkesës do të vazhdoj të
rrjedhë përmes të D2, ngarkesës dhe gjysmës së poshtme të burimit
njëkahor. Ngjashëm, kur të shkyçet Q2 në t = To, rryma e ngarkesës
rrjedhë përmes D1, ngarkesës dhe gjysmës së epërme të burimit njëkahor.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
178
Gjatë kohës kur përçon dioda D1 ose D2, energjia i rikthehet burimit
njëkahor prandaj këto dioda janë të njohura si dioda të rikthimit.
Në fig.8.c është paraqitur rryma e ngarkesës për ngarkesë të
pastër induktive. Nga figura mund të shihet se për ngarkesë të pastër
induktive, tranzistori përçon vetëm për To/4 (ose 90o). Varësisht nga
faktori i fuqisë së ngarkesës, perioda e përcjelljes së tranzistorit do të
ndryshoj nga 90o deri në 180
o.
Te këto, qarqe tranzistorët e fuqisë mund të zëvëndsohen me
tiristorë me komutim të dhunshëm. Nëse tq është koha e shkyçjes së
tiristorit, atëherë, në mes të shkyçjes së tiristorit paraprak dhe kyçjes së
tiristorit të ardhshëm, duhet të sigurohet vonesë kohore së paku sa tq,
përndryshe, në mes të tiristorëve do të paraqitet lidhje e shkurtë. Prandaj,
koha maksimale e përcjelljes së tiristorit duhet të jetë (To/2 - tq). Në
praktikë, edhe tranzistorët gjithashtu kërkojnë një kohë të caktuar të
kyçjes dhe shkyçjes. Për veprim të suksesshëm të invertorëve, këto kohë
duhet të merren parasysh gjatë projektimit të qarkut logjik.
Për ngarkesë RL, rryma momentale e ngarkesës io mund të gjendet
nga
)(sin)(
2
,3,122
0 n
n
S tLnRn
Vi
8.4
ku )/(tan 1 RLnn . Nëse Io1 është vlera efektive e komponentës
themelore të rrymës së ngarkesës, fuqia themelore në dalje (për n = 1)
është
RIIVP 2
01101101 cos 8.5
RLRn
VS
2
22 )(2
2
8.5a
Vërejtje. Në shumë zbatime (p.sh. te ngasja e motorëve elektrik)
fuqia dalëse e rrymës themelore në përgjithësi është fuqia e dobishme,
dhe fuqia e shkaktuar nga komponentet tjera harmonike të rrymës
shkapërderdhet në formë të nxehtësisë dhe e rritë temperaturën e
ngarkesës.
8. INVERTORËT
179
Dalja e invertorëve praktik përmban komponente harmonike dhe
kualiteti i një invertori zakonisht vlerësohet në bazë të parametrave të
performansave të cekura në vijim.
Faktori harmonik i harmonikut të n-të, FHn. Faktori harmonik
(i harmonikut të n-të), i cili paraqet kontributin individual të harmonikut,
është i definuar si
1V
VFH n
n 8.6
ku V1 paraqet vlerën efektive të komponentes themelore dhe Vn vlerën
efektive të komponentës së n-të harmonike.
Distorzioni (shtrembërimi) total harmonik DTH. Distorzioni
(ose shtrembërimi) total harmonik, i cili është masë e vlerësimit të
ngjajshmërisë së formës valore dalëse dhe komponentës themelore
(sinusoidale), ose tregues i deformimit të të formës valore nga sinusoida e
kërkuar, është i definuar si
2/1
,3,2
2
1
1
n
nVV
DTH 8.7
Faktori i distorzionit FD. Faktori i distorzionit paraqet
përmbajtjen totale harmonike të madhësisë dalëse (rrymës ose tensionit),
por nuk tregon nivelin e secilës komponentë harmonike veçe veç.
Komponentet harmonike të rendeve më të larta mund të dobsohen në
mënyrë efektive nëse në dalje të invertorit vendoset një filtër, për
projektimin e të cilit është shumë me rëndësi të dihet edhe madhësia dhe
frekuenca e secilës komponentë harmonike. Kështu pra, faktori i
distorzionit, FD, paraqet masën e efekisitetit të redukimit të
komponenteve të padëshiruara harmonike dhe është i definuar si
2/1
,3,2
2
2
1
1
n
n
n
V
VFD 8.8
Faktori i distorzionit i një komponente individuale është i definuar si
2
1nV
VFD n
n 8.9
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
180
Harmoniku i rendit më të ulët HRU. Harmoniku i rendit më të
ulët është ajo komponentë harmonike frekuenca e së cilës është më e
afërta me komponenten themelore, dhe amplituda e së cilës është më e
madhe ose e barabartë me 3% të komponentës themelore.
Shembulli 8.1___________________________________________________________
Invertori njëfazorë me gjysëmurë në fig.8.1a ka ngarkesë rezistive R = 2.4 dhe
tension njëkahor hyrës VS = 48 V. Të caktohet (a) vlera efektive e tensionit dalës në
frekuencen themelore V1, (b) vlera maksimale dhe efektive e rrymës së ngarkesës në
frekuencën themelore, Im1 dhe I01, (c) distorzioni total harmonik i rrymës së ngarkesës,
nëse merren parasysh nëntë komponentet e para të kësaj rryme, DTH, (d) fuqia dalëse P0
dhe fuqia themelore dalëse, P01, (e) vlera mesatare të rryëms së burimit IS dhe (f) vlera
maksimale e rrymës së tranzistorëve Ip.
Zgjidhje_______________________________________________________________
(a) Vlera efektive e tensionit dalës në frekuencën themelore është
VVV
V SS 6.214845.045.0
2
21
(b) vlera efektive e rrymës së ngarkesës në frekuencën themelore është
AR
VI 9
4.2
6.210101
Vlera maksimale e kësaj rryme është
AIIm 7.12292011
(c) Rryma momentale e ngarkesës është
)3(sin3
482sin
282sin
2
,3,1
0 tR
tR
tRn
Vi
n
S
Rryama maksimale e ngarkesës deri në harmonikun e nëntë është
AIm 84.13)4.18.15.225.473.12( 2/122222
8. INVERTORËT
181
Vlera efektive e komponenteve harmonike të rrymës së ngarkesës është
AIII mmh 9.32
1)7.1284.13(
2
1)( 2/1222/12
1
2
Sipas ek.(8.7), DTH i rrymës së ngarkesës është
%3.43433.09
9.3
01
I
IDTH h
(d) Vlera efektive e rrymës së ngarkesës është
AII m 81.92/84.132/0
Fuqia dalëse është
WRIP 96.3204.281.9 22
00
Fuqia themelore dalëse është
WRIP 4.1944.2922
0101
(e) Rryma mesatare e burimit është
AVPI SS 68.648/96.320/0
(f) Vlera maksimale e rrymës së tranzistorit është
AII mp 84.13
8.3 INVERTORI NJËFAZOR ME URË
Në fig.8.2a është paraqitur invertori njëfazorë i tensionit me urë,
ndërsa në fig.8.2b janë paraqitur format valore të tensioneve dhe rrymave
gjegjëse.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
182
t
v 0
0T0
VS
VS-
R
- +v0
D
D D
D 3
4 2
1
Q
Q Q
Q 3
42
1
i0+
-VS
L
t0
t0
t0
t0
iS
IS
ii i
i i i
ii
i
D1 D2 D3 D4
1 2 3 4
,
, ,
,
i0
tg
ii iLR
( b)
(a)
i i
ii
i
ii
iD1
D2
D3
D4
1
2
3
4
iS
i
iL
R
Q Q
Q Q
Q Q1 2
3 4
1 2, ,
,
Fig.8.2 Invertori njëfazor me urë: (a) qarku; (b) format valore
8. INVERTORËT
183
Tensioni në ngarkesë, vo, ka formën e pulseve drejtkëndshe me
polaritet të ndryshueshëm të cilat paraqiten gjatë kyçjes suksesive të
tranzistorëve Q1, Q2 dhe Q3, Q4. Gjatë periodës gjysmëpunuese të qarkut,
tensioni vo është i barabartë me tensionin e furnizimit dhe nuk varet nga
karakteri dhe madhësia e ngarkesës, fig.8.2b. Për fitimin e tensionit
sinusoidal në ngarkesë, në dalje patjetër duhet të kyçen filtrat për
redukimin e komponenteve të larta harmonike (p.sh. si filtër mund të
shërbej në këtë rast edhe një induktivitet i lidhur në seri).
Në rastin e ngarkesës së përbërë nga rezistenca dhe induktiviteti
të lidhur paralel, rryma e ngarkesës pëbëhet nga rryma ioR = VS/R dhe ioL
e cila rritet pothuajse linerisht gjatë gjysmëperiodës dhe mbetet pas
tensionit të furnizimit për 90o. Rryma e tërsishme e ngarkesës mbetet pas
tensionit për këndin .
Për ta siguruar rrjedhjen e rrymës në kahje të kundërt nëpër
ngarkesë në periodën 0 - (t), në qark vendosen diodat rikthyese D1 - D4
të lidhura antiparalel me tranzistorët. Format valore të rrymave të diodave
dhe të tranzistorëve janë paraqitur gjithashtu në fig.82b. Rryma iS të cilën
e shpenzon invertori ka vlerë mesatare IS, siç është paraqitur në fig.8.2b.
Shembulli 8.2___________________________________________________________
Në invertorin ideal njëfazor, fig.8.3, tranzistorët të konsiderohen ideal. Ngarkesa e
invertorit është induktive L. (a) Të vizatohen format valore e rrymës së tranzistorëve, e
diodave, e ngarkesës dhe e tensionit dalës dhe (b) të llogaritet vlera mesatare e rrymës së
diodës Idmes dhe rrymës së tranzistorit, Imes, nëse është: VS =1 0 V, L = 1 mH dhe f = 100
Hz.
+
-VS
- +v
0
D
D D
D 3
4 2
1
Q
Q Q
Q 3
42
1
i0
L
i i
ii
i
ii
iD1
D2
D3
D4
1
2
3
4
iS
Fig.8.3 Invertori ideal njëfazor me urë
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
184
Zgjidhje_______________________________________________________________
(a) Pasi që rryma në ngarkesë rrjedhë patjetër ose nëpër ndërprerës të mbyllur ose
nëpër dioda rikthyese, ndërprerësit e kyçur e caktojnë madhësinë dhe polaritetin e
tensionit vo. Prandaj, tensioni dalës është periodik, në formë drejtkëndshe dhe me
amplitudë VS, fig.8.4a. Shpejtësia e ndryshimit të rrymës dalëse në kohë është
L
V
dt
di S0
Nëse marrim parasysh se në praktikë qarku ka gjithmonë një rezistencë të vogël aktive,
konstatohet se vlera mesatare e rrymës së ngarkesës, në gjendje kvazistacionare, është
zero, fig.8.4b. Rrymën e ngarkesës alternativisht e lëshojnë tranzistorët dhe diodat
rikthyese, fig.8.4c dhe 8.4d. Rryma e burimit ID është paraqitur në fig.8.4e. Në invertor
dhe në ngarkesë nuk ka humbje të energjisë, ashtu që vie te oscilimi i energjisë në mes
të burimit dhe ngarkesës, njëlloj si në rastin kur induktiviteti kyçet në tension sinusoidal.
Nga fig.8.4 shihet se vlera mesatare e rrymës së tranzistorit është e barabartë me vlerën
mesatare të rrymës së diodës.
(b) Vlera mesatare e rrymës së tranzistorit dhe diodës është
842
1 011
mmmesDmes
II
TII
Pasi që vlera momentale e një pulsi të rrymës së ngarkesës është
4/3
4/
0
T
T
S dtL
Vi
Vlera maksimale e kësaj rryme është
AT
L
VI S
m 25104
01.010
4 30
Prandaj vlera mesatare e rrymës së diodës dhe e tranzistorit është
AII mesDmes 125.38
2511
8. INVERTORËT
185
t
v0
0T0
VS
VS-
t0
t
t
t
0
0
0
i
i
i
i0
1
3 4Q Q
Q Q
,
I0max
2,
i i ii1 2 3 4, ,
i iiiD1 D2 D3 D4, ,
s
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
Fig.8.4 Format valore të rrymave dhe tensionit për shembullin 8.3
Shembulli 8.3___________________________________________________________
Në fig.8.5 është paraqitur invertori ideal njëfazor me urë me ngarkesë kryesisht
induktive. (a) Të vizatohen format valore të rrymës së tranzistorëve, diodave, ngarkesës
dhe tensionit dalës, dhe (b) të llogaritet vlera mesatare e rrymës së diodës Idmes dhe
rrymës së tranzistorit, Imes, nëse është: VS = 10 V, L = 1 mH, R = 0.4 dhe f = 100 Hz.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
186
- +
v0
D
D D
D 3
4 2
1
Q
Q Q
Q 3
42
1
i0
+
-VS L
i i
ii
i
ii
iD1
D2
D3
D4
1
2
3
4
iS
Fig.8.5
Zgjidhje_______________________________________________________________
Format valore të tensionit dalës dhe të rrymave janë paraqitur në fig.8.6.
(a) Lakorja e rrymës së ngarkesës mund të përshkruhet me ekuacionin diferencial
SVRidt
diL 0
0
me kushtet fillestare mt Ii )0(0 dhe mTt Ii )2/(0
Nëse ky ekuacion zgjidhet për intervalin 2/0 Tt fitohet
R
Ve
R
VIti S
t
Sm
)()(0 ku R
L
Nëse zëvëndsohet vlera e kësaj rryme për t = 0, do të fitohet
2
2
1
1T
T
Sm
e
e
R
VI
Për vlera të dhëna numerike
34
105.24.0
10
R
Ls
8. INVERTORËT
187
Vlera maksimale e rrymës është
191
1
4.0
102
2
e
eIm A
Nga kushti 0)( 10 ti caktohet kohëzgjatja e përcjelljes së diodave
14.119)4.0/10(
4.0/10ln105.2
/
/ln 3
1
mS
S
IRV
RVt ms
t
v 0
0T0
VS
VS-
t
t
t
t
0
0
0
i0
1
3 4Q Q
Q Q
,
2,
t1
i i i i i1 2 3 4, ,
i
iS
0
Im
-Im
Im
-Im
Fig.8.6 Format valore për shembullin 8.3
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
188
Vlera mesatare e rrymës së diodës është
165.4/11 11
00
01
dtR
VeRVI
Tdti
TI
t
S
t
Sm
t
mesD A
Vlera mesatare e rrymës së tranzistorit është
A
eeT
RVIT
tT
RV
dtiT
I
tT
SmS
T
t
mes
65.13
))()(/(1
)2
(/
1
1
1
21
2/
01
8.4 INVERTORËT TREFAZORË
Invertorët trefazorë zakonisht shfrytëzohen te zbatimet industriale
ku nga invertori kërkohet fuqi më e lartë. Konfiguracioni i një invertori
trefazorë formohet kur tre invertorë njëfazor me gjysëmurë (ose me urë)
lidhen paralel siç është paraqitur në fig.8.7a. Sinjalet kyçëse të
invertorëve njëfazor në mes vedi duhet të prijnë ose të vonohen për 120o,
në mënyrë që në dalje të fitohet tensioni trefazorë (themelor) i balansuar.
Mbështjellat primare të transformatorit duhet të jenë të izoluara
nga njëra tjetra, ndërsa ato sekondare mund të lidhen në yll ose
trekëndësh. Sekondari i transformatorit zakonisht lidhet në yll për
eliminimin e harmonikëve të trefisht (n = 3, 6, 9, ...) që paraqiten në
tensionet dalëse, siç është paraqitur në fig.8.7b dhe kësisoji zvoglohen
kërkesat për filtrim në dalje.
Ky qark kërkon tre transformatorë njëfazor, 12 tranzistorë dhe 12
dioda. Nëse tensionet dalëse të invertorëve njëfazor nuk kanë balansim të
përkryer në amplitudë dhe fazë, tensioni trefazorë në dalje do të jetë i
pabalansuar (në dalje fitohet tension trefazorë asimetrik, i cili gjithësesi
është i padëshiruar).
8. INVERTORËT
189
V /2S
V /2S
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q Q
Q Q
Q
1
2
1’
2’
3’3
4
5
6 4’
5’
6’
D D D D D D
DDD D D D
1
2
3
4
5
6
1’
2’
3’
4’
5’
6’
a
b
c
n nR
R
R
(a)
(b)
0
AB
C F
ED
Fig.8.7 Invertori trefazorë i formuar nga tre invertorë njëfazor: (a)
skema; (b) diagrami i qarkut
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
190
V /2S
V /2S
Q
Q
Q
Q
Q
Q
1
2
3
4
5
6
D D D
DDD
1
2
3
4
5
6
g1
a b ci iia b c
0
g1
2 t
t
t
t
t
t
t
t
t
0
0
0
0
0
0
0
0
0
g2
g
g
g
g
3
4
5
6
VS
VS
VS
v
v
v
ab
bc
ca
( a)
(b)
Fig.8.8 Invertori trefazorë: (a) qarku; (b) format valore të
përcjelljes për 180o
8. INVERTORËT
191
Tension alternativ trefazorë në dalje mund të fitohet edhe nga një
konfiguracion i invertorit i cili pëmban 6 tranzistorë dhe 6 dioda, siç
është paraqitur në fig.8.8a. Në këtë rast, për kyçjen e tranzistorit mund të
zbatohen dy tipe të sinjaleve kontrolluese: përcjellje për 180o dhe
përcjellje për 120o.
8.4.1 Përcjellja për 180o
Në këtë tip të përcjelljes secili tranzistor përçon për 180o. Tre
tranzistorë mbesin të kyçyr në çdo moment të kohës. Kur është i kyçur
tranzistori Q1, terminali a është i lidhur në terminalin pozitiv të tensionit
njëkahor hyrës. Kur është i kyçur tranzistori Q4, terminali a është i lidhur
në terminalin negativ të burimit njëkahor. Këtu paraqiten gjashtë mode të
punës mbrenda një cikli dhe kohëzgjatja e secilit mod është 60o.
Tranzistorët janë numerizuar në sekuenca të kyçjes (p.sh. 123, 234, 345,
456, 561,612). Sinjalet kontrolluese të kyçjes, të paraqitura në fig.8.8b,
janë të zhvendosura nga njëra tjetra për 60o, për të fituar tensione
trefazore të balansuara.
Ngarkesa mund të jetë e lidhur në yll ose trekëndësh, siç është
paraqitur në fig.8.9. Për ngarkesë të lidhur në trekëndësh, rrymat fazore
mund të fitohen drejtëpërsëdrejti nga tensionet linjore. Nëse rrymat
fazore janë të njohura, pastaj rrymat linjore mund të caktohen lehtë. Për
ngarkesë të lidhur në yll, për t’i caktuar rrymat linjore (ose fazore), së
pari duhet të caktohen tensionet fazore (tensionet linjë-pikë neutrale). Në
një gjysmëcikël, në këtë rast, paraqiten 3 mode të punës, qarqet
ekuivalente për të cilat janë paraqitur në fig.8.10a.
nR
RR
R
RR
aa
bb
cc
(a) (b)
Fig.8.9 Ngarkesa e lidhur në trekëndësh (a) dhe yll (b)
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
192
-2V /3S
0
V /3S
vcn
V /3S
0
-
V /3S
vbn
0
VS/3
2V /3S
van
2 t
t
t
(a)
(b)
Fig.8.10 Qarqet ekuivalente për ngarkesë rezistive të lidhur në yll: (a)
qarqet ekuivalente; (b) tensionet fazore të përcjelljes për 180o
Gjatë modit 1, për t , rezistenca ekuivalente e invertorit, rryma
dhe tensionet gjegjëse janë
2
3
2
RRRRek
R
V
R
Vi S
ek
S
3
21
8. INVERTORËT
193
32
1 Scnan
VRivv
3
21
Sbn
VRiv
Gjatë modit 2, për t
2
3
2
RRRRek
R
V
R
Vi S
ek
S
3
22
3
22
San
VRiv
32
2 Scnbn
VRivv
Gjatë modit 3, për 2 t
2
3
2
RRRRek
R
V
R
Vi S
ek
S
3
23
3
23
Scn
VRiv
32
3 Sbncn
VRivv
Tensionet fazore janë paraqitur në fig.8.10b. Vlera momentale e
tensionit linjor, vab, në fig.8.8b, mund të shprehet në seri Fourier, duke
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
194
pasë parasysh se vab është e zhvendosur për /6 dhe se harmonikët çiftë
janë zero,
6sin
6cos
4
,5,3,1
tnn
n
Vv
n
Sab
8.10
Tensionet linjore vbc dhe vca mund të gjenden nga ek.(8.10) me shfazimin
e vab për 120o gjegjësisht për 240
o,
2sin
6cos
4
,5,3,1
tnn
n
Vv
n
Sbc
8.11
6
7sin
6cos
4
,5,3,1
tnn
n
Vv
n
Sca
8.12
Nga ek.(8.10), (8.11) dhe (8.12) mund të shifet se harmonikët e trefisht (n
= 3, 9, 15,... ) te tensionet linjore do të jenë të barabarta me zero.
Vlera efektive e tensionit linjor mund të gjendet nga
SSSL VVtdVv 81665.03
2)(
2
22//1
3/2
0
2
8.13
Nga ek.(8.10), vlera efektive e harmonikut të n-të të tensionit linjor është
6cos
2
4
nVv S
Ln 8.14
i cili, për n = 1, jep vlerën efektive të komponentës themelore të tensionit
linjor
SS
L VV
v 779.030cos2
41
8.15
Vlera efektive e tensionit fazor mund të gjendet nga tensioni linjor
8. INVERTORËT
195
SSL
F VVV
v 47114.03
2
3 8.16
Për ngarkesë rezistive, diodat në skaje të tranzistorëve nuk kanë
asnjë funksion. Por, nëse ngarkesa është induktive, rryma në secilin krah
të invertorit do të jetë e vonuar nga tensioni i saj siç është paraqitur në
fig.8.11.
0
0
VS/3
2V /3S
van
2 t
t
t t1 2
ia
D DQ Q1 1 44
Fig.8.11 Invertori trefazorë me ngarkesë RL
Kur tranzistori Q4 në fig.8.8a është i shkyçur, i vetmi shteg për
rrymën negative linjore ia është përmes diodës D1. Prandaj, pasi që
terminali a i ngarkesës është i lidhur në burimin njëkahor përmes D1,
rryma e ngarkesës e ndërron polaritetin në momentin t = t1. Gjatë
periodës 0 t t1, tranzistori Q1 nuk do të përçoj. Ngjashëm, tranzistori
Q4 do të filloj të përçoj përsëri vetëm në t = t2. Tranzistorët duhet të jenë
të trigeruar në mënyrë kontinuale, sepse koha e përcjelljes së
tranzistorëve dhe diodave varet nga faktori i fuqisë së ngarkesës.
Për ngarkesë të lidhur në yll, tensioni fazor është 3/aban vv
me vonesë prej 30o. Nga ek.(8.10), rryma linjore Ia për ngarkesë RL është
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
196
)(sin6
cos)(3
4
,5,3,122
n
n
Sa tn
n
LnRn
Vi
8.17
ku )/(tan 1 RLnn .
Shembulli 8.4___________________________________________________________
Invertori trefazorë në fig.8.8a ka ngarkesë të lidhur në yll R = 5 dhe L = 23 mH.
Frekuenca e invertorit është 60 Hz dhe tensioni njëkahor hyrës është VS = 220 V. (a) Të
shprehet tensioni linjor momental vab(t) dhe rryma linjore ia(t) në seri Fourier. Të
caktohet (b) vlera efektive e tensionit linjor VL; (c) vlera efektive e tensionit fazor VF;
(d) vlera efektive e tensionit linjor në frekuencën themelore VL1; (e) vlera efektive e
tensionit fazor në frekuencën themelore VF1; (f) distorzioni total harmonik DTH; (g)
faktori i distorzionit FD; (h) faktori harmonik dhe faktori i distorzionit për harmonikun
e rendit më të ulët; (i) fuqia e ngarkesës Po; (j) vlera mesatare e rrymës së tranzistorit ID;
dhe (k) vlera efektive e rrymës së tranzistorit IR.
Zgjidhje_______________________________________________________________
VS = 220 V, R = 5 , L = 23 mH, fo = 60 Hz dhe = 260 = 377 rad/s.
(a) Tensioni linjor momental vab(t), nga ek.(8.10) mund të shkruhet si
)30377(5sin52.48)30377sin(58.242)( tttvab
)30377(11sin05.22)30377(7sin66.34 tt
)30377(17sin27.14)30377(13sin66.18 tt
)5/67.8(tan)67.8(5)/(tan)( 122122 nnRLnLnRZL
Nga ek.(8.17), rryma momentale linjore (ose fazore) është
)4.833775(sin64.0)60377sin(14)( tttia
)8737711(sin13.0)3.853777sin(33.0 tt
)8837717(sin06.0)5.8737713sin(10.0 tt
(b) Nga ek.(8.13), vlera efektive e tensionit linjor është
8. INVERTORËT
197
63.1792208165.08165.03
2)(
2
22//1
3/2
0
2
SSSL VVtdVV V
(c) Nga ek.(8.16), vlera efektive e tensionit fazor është
7.1032204714.047114.03
2
3 S
SLF V
VVV V
(d) Nga ek.(8.15), vlera efektive e tensionit linjor në frekuencën themelore është
53.171220779.0779.030cos2
41
S
SL V
VV V
(e) Vlera efektive e tensionit fazor në frekuencën themelore është
03.993/11 LF VV V
(f) Vlera efektive e komponenteve harmonike, përveç harmonikut të parë, është
SSSLL
n
Ln VVVVVV 24236.0])779.0()8165.0[()()( 2/1222/12
1
22/1
,11,7,5
2
Nga ek.(8.7), distorzioni total harmonik është
%08.31779.0/23236.0 SS VVDTH
(g) Vlera efektive e tensionit linjor harmonik është
S
n
LnLh V
n
VV 00666.0
2/1
,11,7,5
2
2
Nga ek.(8.8), faktori i distorzionit është
%854.0)779.0/(00666.0 SS VVFD
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
198
(h) Harmoniku i rendit më të ulët është i pesti, 5/15 LL VV
Nga ek.(8.6), faktori harmonik i këtij rendi është
%20/ 155 LL VVFH
dhe nga ek.(8.9), faktori i distorzionit për këtë rend është
%8.0/)5/( 1
2
55 LL VVFD
(i) Për ngarkesa të lidhura në yll, rryma linjore është e njëjtë me atë të fazës dhe
vlera efektive e rrymës linjore është
91.92
)062.010.013.033.064.014( 2/1222222
LI A
Fuqia e ngarkesës është
WRIP L 1473591.933 22
0
(j) Rryma mesatare e burimit është
7.6220/1473220/0 PIS A
dhe rryma mesatare e tranzistorit është
23.23/7.6 DI A
(k) Pasi që rryma linjore shpërndahet në dy tranzistorë, vlera efektive e rrymës së
tranzistorit është
72.52/91.92/ LR II A
8. INVERTORËT
199
8.4.2 Përcjellja për 120o
Në këtë tip të kontrollës, secili tranzistor përçon për 120o. Në çdo
moment të kohës dy tranzistorë mbesin të kyçur. Sinjalet kontrolluese të
tranzistorëve janë paraqitur në fig.8.12. Sekuencat e përcjelljes së
tranzistorëve janë 61, 12, 23, 34, 45, 56, 61. Edhe në këtë rast paraqiten
tri mode të punës për një gjysmëcikël dhe qarqet ekuivalente për
ngarkesë të lidhur në yll janë paraqitur në fig.8.13.
g1
2 t
t
t
t
t
t
t
t
t
0
0
0
0
0
0
0
0
0
g2
g
g
g
g
3
4
5
6
VS
VS
VS
v
v
v
an
bn
cn
Fig.8.12 Sinjalet kontrolluese të përcjelljes për 120o
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
200
Fig.8.13 Qarqet ekuivalente për ngarkesë të lidhur në yll
Gjatë modit 1 për 0 t , përçojnë tranzistorët 1 dhe 6.
Tensionet fazore janë
2
San
Vv ,
2
Sbn
Vv dhe 0cnv
Gjatë modit 2 për t , përçojnë tranzistorët 1 dhe 2 dhe
tensionet gjegjëse fazore janë
2
San
Vv , 0bnv dhe
2
Scn
Vv
Gjatë modit 3, për 2 t 3, përçojnë tranzistorët 2 dhe 3 dhe
tensionet gjegjëse fazore janë
0anv , 2
Sbn
Vv dhe
2
Scn
Vv
Tensionet fazore, që janë paraqitur në fig.8.12b, mund të shprehen në seri
Fourier si
6sin
6cos
2
,5,3,1
tnn
n
Vv
n
San
8.18
2sin
6cos
2
,5,3,1
tnn
n
Vv
n
Sbn
8.19
8. INVERTORËT
201
6
7sin
6cos
2
,5,3,1
tnn
n
Vv
n
Scn
8.20
Tensioni linjor a-b është anab vv 3 me shfazim prej 30o
ndaj
tensionit të ardhshëm linjor. Këtu paraqitet vonesa prej në mes të
shkyçjes së tranzistorit Q1 dhe kyçjes së Q4. Prandaj këtu nuk mund të
ketë lidhje të shkurtë të burimit njëkahor përmes një tranzistori të epërm
dhe një të poshtëm. Në çdo moment, dy terminale të ngarkesës janë të
lidhura në burim dhe i treti mbetet i hapur. Potenciali i këtij terminali të
hapur do të varet nga karakteristikat e ngarkesës dhe sjellja e tij do të jetë
e paparishikueshme. Pasi që një tranzistor përçon për 120o, për kushte të
njëjta të ngarkesës, tranzistorët janë më pak të shfrytëzuar në krahasim
me ata të qarkut me tipin e përcjelljes për 180o.
8.5 INVERTORËT ME TIRISTORË ME KOMUTIM TË DHUNSHËM
Edhepse tranzistorët mund të përdoren si komponente ndërprerëse
për invertor, zbatimi i tyre është i kufizuar kryesisht në pajisje me fuqi të
ulët dhe të mesme. Për tensione të larta dhe rryma të mëdha, tranzistorët
duhet të lidhen në seri ose paralel dhe kjo rezulton në rritjen e
kompleksitetit të qarkut. Prandaj, për këto zbatime më të përshtatshëm
janë tiristorët e shpejtë të cilët sot mund të gjenden me brez të gjërë të
tensioneve të larta dhe rrymave të mëdha. Por, tiristorët kërkojnë qarqe të
posaçme të komutimit për shkyçje, të cilat janë diskutuar në Kapitullin 6.
Te invertorët më së shpeshti përdoren dy tipe të qarqeve për komutim,
sipas të cilave edhe janë emëruar dy lloje të invertorëve:
a. Invertorët me komutim ndihmës
b. Invertorët me komutim komplementar
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
202
8.5.1 Invertorët me komutim ndihmës
Invertori njëfazor me urë, i cili shfrytëzon komutimin ndihmës
është paraqitur në fig.8.14a. Qarku komutues përbëhët prej dy tiristorëve.
Të përvehtësojmë se tiristori T1 është duke përçuar dhe furnizon rrymën e
ngarkesës me amplitudë Im; dhe kondenzatori Cm është i mbushur në Vo
me polaritet si në figurë. Format valore për tensionin e kondenzatorit dhe
rrymat janë paraqitur në fig.8.14b. Procesi i komutimit është i ngjashëm
atë të qarkut rezonant në Kapitullin 6. Procesi i komutimit të tiristorit
mund të ndahet në katër mode.
t
t
0
0
(a)
Modi 1
Modi 2
Modi 3 Modi 4
-V0
VV
S
0v (t)c
t t tt1 2 3 4
Im
i (t)c
(b)
Fig.8.14 Invertori njëfazor me komutim ndihmës: (a) qarku; (b)
format valore
8. INVERTORËT
203
Modi 1 Ky mod fillon kur tiristori T11 kyçet për ta shkyçur
tiristorin T1 i cili ka qenë duke përçuar. Kyçja e T11 shkakton rrjedhjen e
rrymës rezonante nëpër kondenzator dhe e detyron rrymën e tiristorit T1
të bie. Kjo mund të konsiderohet si rrymë e kundërt nëpër qarkun Lm, Cm,
T1 dhe T11. Ky mod përfundon kur rryma e tiristorit T1 bie në zero dhe
rryma e kondenzatorit rritet deri në vlerën e rrymës së ngarkesës Im në
momentin t = t1.
Modi 2 Ky mod fillon kur dioda D1 fillon të përçoj dhe oscilimet
rezonante vazhdojnë përmes induktivitetit Lm, Cm, D1 dhe tiristorit T11.
Ky mod përfundon kur rryma e kondenzatorit bie përsëri në vlerën e
rrymës së ngarkesës në momentin t = t2 dhe dioda D1 pushon së përçuari.
Modi 3 Ky mod fillon kur dioda D1 pushon së përçuari.
Kondenzatori rimbushet përmes ngarkesës me rrymë gadi konstante Im.
Ky mod përfundon kur tensioni i kondenzatorit bëhet i barabartë me
tensionin e burimit njëkahor VS në t = t3 dhe ka tendencë të tejngarkimit
për shkak të energjisë së grumbulluar në induktivitetin Lm.
Modi 4 Ky mod fillon kur tensioni i kondenzatorit tenton të bëhet
më i madh se VS, dhe dioda D4 ka polarizim të drejtë. Energjia e
grumbulluar në induktivitetin Lm është bartë në kondenzator, duke
shkaktuar tejngarkesën e tij në krahasim me tensionin e burimit, VS. Ky
mod përfundon kur rryma e kondenzatorit bie përsëri në zero dhe tensioni
i kondenzatorit kthehet në polaritetin e fillimit. Kondenzatori tani është
gadi ta shkyç T4 nëse është i kyçur T44.
Ky invertor është i njohur si invertori i McMurray-it. Puna e
qarkut është e ngjashme me atë në fig.6.13a. Koha e shkyçjes mund të
llogaritet si
)1
sin2( 1
xCLt mmoff
8.21
ku m
m
m L
C
I
Vx 0 8.22
m
mmS
C
LIVV 0 8.23
Te invertori, rryma e ngarkesës është funksion i kohës dhe qarku
për komutim duhet të projektohet për rrymën maksimale të ngarkesës.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
204
Tensioni i konenzatorit V0, i cili varet nga rryma e ngarkesës në
momentin e komutimit, rritë kërkesat për tension dhe rrymë të qarqeve
dhe komponenteve që përdoren. Me lidhjen e diodave, energjia kritike
mund të rikthehet në burim, siç është parqitur në fig.8.14 me vija të
ndërprera. Një pjesë e energjisë do të humbet në rezistorin R.
8.5.2 Invertorët me komutim komplementar
Komutimi komplementar bëhet me dy induktorë të ndërlidhur, ku
në krahun e njëjtë të invertorit, me kyçjen e njërit tiristor shkyçet tiristori
tjetër. Ky princip mund të zbatohet edhe në qarqet e invertorëve me
komutim të dhunshëm, dhe në fig.8.15a është parqitur një krah i
invertorit njëfazorë me urë me këtë tip të komutimit. Ky qark është
gjithashtu i njohur si invertori i McMurray-Bedford-it.
Puna e qarkut mund të ndahet në tri mode dhe qarqet ekuivalente
për këto mode janë parqitur në fig.8.15b. Format valore të tensioneve dhe
rrymave të tiristorëve dhe kondenzatorëve janë paraqitur në fig.8.15c me
supozimin se rryma e ngarkesës mbetet konstante gjatë tërë periodës së
komutimit. Në analizën në vijim, koha fillestare t = 0 do të ridefinohet në
fillim të secilit mod.
Modi 1. Ky mod fillon kur të kyçet tiristorit T2, i cili shërben për
shkyçjen e tiristorit kryesor T1 që deri në atë moment ka qenë duke
përçuar. Qarku ekuivalent gjatë këtij modi është paraqitur në fig.8.15b.
Në fillim të modit, kondenzatori C2 është i mbushur në tensionin VS.
Kondenzatori C1 ka qenë i lidhur shkurtë përmes tiristorit T1, me çka
është mundsuar zbrazja e tij, prandaj në te nuk ka tension. Tensioni në
skaje të induktivitetit L2 është vL2 = VS, dhe rryma nëpër L2 indukon
tensionin vL1 = VS në skaje të induktivitetit tjetër L1. Në skaje të tiristorit
T1 paraqitet një tension reverz vak = VS- vL1 - vL2 =-VS i cili detyron rrymën
e drejtë të tij të bie në zero. Rryma iT1 bëhet zero, ndërsa rryma e tiristorit
ndihmës iT2 rritet deri në nivelin e rrymës momentale të ngarkesës, iT2 =
Im.
Nëse supozohet se C1= C2= Cm, me mbylljen e konturës C1, C2
dhe burimit njëkahor, rryma e kondnzatorit mund të përshkruhet me
SCC
m
CC
m
VtvdtiC
tvdtiC
)0(1
)0(1
2211 8.24
8. INVERTORËT
205
+
-
VS
D
D
T
T
1
2
1
2
iT1
L =L1 m
L =L2 m
iT2
I =im L
B
C =C2
C =C1
A
+
-
VS
T
T
1
2
iC1
L =L1 m
L =L2 m
iC2
I =im L
B
C2
C1
A
vL1
+
-+
-
vL2
i1
T
2
2
L =L2 m
i2
D
i =IL m
Im
i2
(a)
2D
i =IL m
i3
(b)
Fig.8.15 Komutimi komplementar: (a) qarku; (b) qarqet
ekuivalente; (c) format valore
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
206
Pasi që vC1 (t=0) = 0 dhe vC2 (t=0) = VS, nga ek.(8.24) fitohet
21 CC ii 8.25
Sipas ligjit të parë të Kirchoff-it për nyjen B, fitohet
0211 CCm iiiI
ose 1211 2 CCCm iiiiI
prej nga, rryma e kondenzatorit mund të shprehet si
2
121
iIii mCC
8.26
Me supozimin se L1 = L2= Lm, ekuacioni i barazpeshës dinamike
për konturën L1, T2 dhe C2 është
0)0(1
211 tvdti
Cdt
diL CC
m
m 8.27
me kushtet fillestare mIti )0(1 dhe SC Vtv )0(21 . Zgjidhja e këtij
ekuacioni jep
m
m
mSm It
L
CVtIti sin
2cos2)(1 8.28
ku
mmCL2
1 8.29
Tensioni në skaje të L2 është
tC
LItV
dt
diLtvtvtv
m
mmS
mCLL
sin2
2cos
)()()( 1212
8.30
8. INVERTORËT
207
Tensioni reverz në skaje të T1 është
tC
LItVV
vVtv
m
mmSS
LSak
sin2
4cos2
2)( 2
8.31
Koha e shkyçjes së qarkut mund të caktohet nga ek.(8.31), për kushtin
0)( 0 ffak ttv , i cili pas thjeshtimit, jep
x
xCLt mmoff
1
2/12
1 tan)1(2
1cos2 8.32
ku
m
m
S
m
C
L
V
Ix
2 8.33
Koha e shkyçjes së qarkut varet nga rruma e ngarkesës Im dhe do të jetë
maksimale kur është Im = 0. Vlera maksimale e toff është
mmoff CLt 23
max
8.34
Ky mod përfundon kur tensioni në kondenzatorin C2 bëhet zero dhe vC2(t)
tenton të mbushet në kahje të kundërt. Kohëzgjatja e këtij modi mund të
gjendet nga kushti )( 12 mL ttv 0)( 12 mC ttv , i cili njëkohësisht
paraqet edhe kushtin për rrymën maksimale të tiristorit. Nga ek.(8.30)
0sin2
2cos 11 m
m
mmmS t
C
LItV
ose
xCLtt mmmm
1tan2 1
1
8.35
Rryma e tiristorit iT2 bëhet maksimale në t = tm= t1m dhe ky është
njëkohësisht edhe përfundimi i këtij modi. Vlera e kësaj rryme është
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
208
pmT IIttii 1112 )( 8.36
Modi 2. Ky mod fillon kur dioda D2 fillon të përçoj. Qarku
ekuivalent është paraqitur në fig.8.15b. Energjia e grumbulluar në
induktivitetin L2 humbet në qarkun e formuar nga T2, D2 dhe L2. Rryma e
ngarkesës ))(( mL Iti gjithashtu rrjedh përmes diodës D2. Nëse Vd është
rënia e tensionit në diodën D2 dhe tiristorin T2 për polarizim të drejtë,
rryma momentale e modit 2, i2(t), është
02 dm Vdt
diL 8.37
Me kushtet fillestare i2 (t=0) = Ip, zgjidhja e këtij ekuacioni është
tL
VIti
m
dp )(2 8.38
Ky mod përfundon kur i2(t) bie në zero dhe tiristori T2 shkyçet me anë të
vetëkomutimit. Zgjatja e këtij modi është përafërsisht
d
mp
mV
LIt 2 8.39
Modi 3. Ky mod fillon me shkyçjen e tiristorit T2. Qarku
ekuivalent është paraqitur në fig.8.15b. Dioda D2 vazhdon ta bartë
rrymën e ngarkesës deri sa kjo rrymë të bie në zero. Tensioni i
polarizimit reverz për T2 vendoset përmes rënies së tensionit të
polarizimit të drejtë të diodës D2.
Shembulli 8.5___________________________________________________________
Invertori njëfazor komplementar në fig.8.15 ka L1 = L2 = Lm= 30 H, Cm = 50 F dhe
rrymë maksimale të ngarkesës Im = 175 A. Tensioni hyrës është VS = 220 V dhe
frekuenca e invertorit është fo = 60 Hz. Rënia e tensionit në qarkun e formuar nga
tiristori T2 dhe dioda D2 është Vd = 2 V. Të caktohet (a) koha e shkyçjes së qarkut toff; (b)
koha maksimale e shkyçjes së qarkut toffmax nëse Im = 0; (c) rryma maksimale e
tiristorëve Ip; (d) kohëzgjatja e procesit komutues tc = t1m+ t2m, dhe (e) energjia e
grumbulluar në induktivitetin L2 në fund të modit 1.
8. INVERTORËT
209
Zgjidhje_______________________________________________________________
Lm = 30 H, Cm = 50 F, VS = 220 V dhe Im = 175 A.
(a) Nga ek.(8.33) kemi
8714.050/302)220/175(2
m
m
S
m
C
L
V
Ix
Nga ek.(8.32), koha e shkyçjes së qarkut është
x
xCLt mmoff
1
2/12
1 tan)1(2
1cos2
s
toff
6.25
)8714.0(tan)8714.01(2
1cos50302 1
2/12
1
(b) Nga ek.(8.34), koha maksimale e shkyçjes së qarkut është
36.5750302)3/(23
max
mmoff CLt s
(c) Nga ek.(8.35), rryma maksimale në tiristor paraqitet në momentin
78.468714.0
1tan50302
1tan2 11
1
xCLtt mmmm s
257.1850302
106
rad/s
Nga ek.(8.28) dhe (8.36), rryma maksimale e tiristorit është
m
m
mSmm It
L
CVtII sin
2cos2
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
210
175)4678.08257.1(sin30
502220
4678.08257.1(cos1752
mI
76.357 A
(d) Nga ek.(8.39), kohëzgjatja e modit 2 është
26252/301752 sV
LIt
d
mp
m s
dhe koha e komutimit është
78.2671262578.4621 mmc ttt s
(e) Në fund të modit 1, energjia e grumbulluar në induktivitetin L2 është
92.176.35710305.05.0 262
pmILW J
Vërejtje. Harxhimi i kësaj energjie të grumbulluar zgjatë
relativisht shumë dhe kjo zvoglon efikasitetin dhe frekuencën dalëse të
invertorit. Për shkak të disipacionit në komponentet e fuqisë mund të
paraqiten probleme termike. Prandaj energjia e grumbulluar mund t’i
kthehet burimit me lidhjen e transformatorit riveprues dhe diodave siç
është paraqitur në fig.8.16.
+
-
VS
DD
DD
T
T
11
22
1
2
L =L1 m
L =L2 m
I =im L
C2
C1
1
2
Transformatoririveprues
Fig.8.16 Komutimi komplementar me transformator riveprues
8. INVERTORËT
211
8.6 INVERTORËT E RRYMËS
Te invertorët e tensionit, siç kemi parë deri më tani, invertori
furnizohet nga burimi i tensionit dhe rryma e ngarkesës detyrohet ta
ndryshoj kahjen prej pozitives në negative dhe anasjelltas. Për të punuar
me ngarkesa induktive, në këtë rast kërkohen ndërprerësit e fuqisë me
dioda rikthyese. Te invertorët e rrymës, hyrja sillet si burim i rrymës.
Rryma dalëse mbahet konstante pavarsisht nga ngarkesa e invertorit dhe
tensioni dalës detyrohet ta ndryshoj kahjen.
D
D D
D
D
3
4 2
1
Q
Q Q
3
4 2
1
i0
+
-
VS Ngarkesam Ce
+VS
Le
L
g1
2
t
t
t
t
t
0
0
0
0
0
g2
g
g
3
4
i0IL
Komponenta themelore
(c)
(b)
(a)Tensioni i ndryshueshëm dc
Fig.8.17 Invertori njëfazor i rrymës: (a) qarku; (b) sinjalet kontrolluese;
(c) forma valore e rrymës së ngarkesës
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
212
Në fig.8.17a është paraqitur invertori njëfazor i rrymës me
tranzistorë. Pasi që duhet të sigurohet rrjedhje kontinuale e rrymës nga
burimi, gjithmonë duhet të përçojnë dy ndërprerës: një i epërm dhe një i
poshtëm. Sekuencat e përcjelljes janë 12, 23, 34 dhe 41, siç është
paraqitur në fig.8.17b. Forma valore e rrymës dalëse është paraqitur në
fig.8.17c. Diodat në seri me tranzistorët nevojiten për bllokimin e
tensioneve reverze në tranzistorë.
Rryma e burimit IL rrjedh nëpër ngarkesë kur të përçojnë dy
komponente nga krahët e ndryshëm (p.sh. Q1 Q2), ndërsa kur të përçojnë
komponentet në të njëjtin krah (p.sh. Q2 Q3), rryma e burimit është e
lidhur shkurt nga ngarkesa. Nga ek.(8.14) rryma e ngarkesës mund të
shprehet si
tnn
n
Ii
n
L
sin2
sin4
,5,3,1
0
8.40
Te invertorët me burim të rrymës, qarqet komutuese janë më të
thjeshta sepse përmbajnë vetëm kondenzatorë, siç është paraqitur në
invertorin njëfazor të rrymës me tiristorë, fig.8.18. Për analizën e punës
së invertorit, të supozojmë se përçojnë tiristorët T1 dhe T2, dhe se
kondenzatorët C1 dhe C2 janë të mbushur me tension me polaritet si në
figurë.
D
D D
D3
42
1
i0
Ngarkesa
C
C
1
2
L
T T
T
vc
vc
1
2
3
4T
IL
+ -
+ -
+
- VS
Fig.8.18 Invertori njëfazor i rrymës me tiristorë
8. INVERTORËT
213
Me kyçjen e tiristorëve T3 dhe T4, tiristorët T1 dhe T2 do të kenë
polarizim të kundërt. T1 dhe T2 shkyçen me komutim impulsiv. Rryma
tani rrjedhë përmes T3 C1 D1, burimit dhe D2 C2 T4. Kondenzatorët C1 dhe
C2 do të zbrazen dhe do të rimbushen me shpejtësi konstante të
determinuar nga rryma e ngarkesës, Im = IL. Kur të mbushen
kondenzatorët C1 dhe C2 deri në tensionin e ngarkesës dhe rryma e tyre të
bie në zero, rryma e ngarkesës do të transferohet nga D1 në D3 dhe nga
D2 në D4. Diodat D1 dhe D2 do të shkyçen kur rryma e ngarkesës
plotësisht të bie në zero. Kondenzatori tani është i gatshëm t’i shkyç T3
dhe T4 nëse tiristorët T1 dhe T2 janë të kyçur në gjysmëciklin e ardhshëm.
Koha e komutimit do të varet nga amplituda e rrymës së ngarkesës dhe
tensionit të ngarkesës. Diodat në fig.8.18 izolojnë kondenzatorët nga
tensioni i ngarkesës.
Në fig.8.19a është paraqitur invertori trefazorë i rrymës me
tranzistorë. Format valore për sinjalet kontrolluese dhe rrymat linjore për
ngarkesë të lidhur në yll janë paraqitur në fig.8.19b.
Në çdo moment, përçojnë vetëm dy tiristorë në të njëjten kohë.
Secila komponentë përçon për 120o. Nga ek.(8.10), rryma e fazës a mund
të shprehet si
6sin
6cos
4
,5,3,1
tnn
n
Ii
n
La
8.41
Invertori i rrymës është qark dual me invertorin e tensionit.
Tensioni linjor i invertorit të tensionit ka formë valore të njëjtë me
rrymën linjore të invertorit të rrymës. Përparësitë e invertorit të rrymës
janë:
(1) pasi që rryma njëkahore hyrëse është e kontrolluar dhe e
kufizuar nuk paraqiten probleme serioze gjatë kyçjes së
ndërprerësve ose lidhje të shkurta;
(2) rryma maksimale e ndërprerësve është e kufizuar;
(3) qarqet komutuese për tiristorë janë më të thjeshta; dhe
(4) ka mundësi të punoj me ngarkesë reaktive pa dioda
rikthyese.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
214
nR
R
R
D D D
D D D
4 6 2
1 3 5
Q Q Q
Q Q Q
4 6 2
1 3 5
-VS
L
(a)
IL
+
g1
2 t
t
t
t
t
t
t
t
t
0
0
0
0
0
0
0
0
0
g2
g
g
g
g
3
4
5
6
IL
I L
IL
i
i
i
a
b
c
(b)
Fig.8.19 Invertori trefazorë i rrymës me tranzistorë: (a) qarku; (b)
format valore
8. INVERTORËT
215
Por nga ana tjetër, invertori i rrymës kërkon induktivitet
relativisht të lartë për veprim me karakteristika të burimit të rrymës dhe
një stad shtesë të konvertorit për kontrollen e rrymës. Përgjigja dinamike
e këtij invertori është më e ngadalshme. Për shkak të transferimit të
rrymës nga një çift i ndërprerësve në tjetrin, në dalje nevojitet një filtër
për prerjen e majeve të tensionit dalës.
8.7 INVERTORËT REZONANT
Te invertorët e rrymës dhe të tensionit, siç u pa në paragrafet
paraprake, forma valore dhe madhësia e tensionit ose rrymës dalëse mund
të rregullohen me kyçjen-shkyçjen e ndërprerësve. Por në këto raste,
komponentet “kyçen” dhe “shkyçen” në rrymë të ngarkesës me vlerë të
lartë të di/dt. Për këtë arsye, ndërprerësit i nënshtrohen streseve të
tensionit e të rrymës, dhe humbjet e fuqisë rriten linearisht me frekuencën
e punës. Humbjet gjatë kyçjes dhe shkyçjes mund të paraqesin një pjesë
të rëndësishme të humbjeve totale të fuqisë. Në format valore dalëse të
invertorit, për shkak të vlerave të larta di/dt dhe dv/dt, paraqitet edhe
interferenca elektromagnetike.
Këto të meta të këtyre invertorëve mund të eliminohen ose të
minimizohen nëse komponentet ndërprerëse kyçen dhe shkyçen kur
tensioni ose rryma e tyre kalon nëpër zero. Tensioni dhe rryma detyrohen
të kalojnë nëpër zero me ndihmën e qarkut rezonant LC, prandaj këta
invertorë quhen invertorë rezonant. Invertorët rezonant mund të
klasifikohen në tri tipe:
1 Invertorët rezonant serik
2 Invertorët rezonant paralel
3 Invertorët rezonant të klasës E
Invertorët rezonant shfrytëzohen në ato zbatime parktike ku
kërkohet frekuencë e lartë dhe tension i fiksuar dalës. Frekuenca
maksimale rezonante është e kufizuar me kohët e shkyçjes së tiristorëve
dhe tranzistorëve. Këta invertorë kanë mundësi të kufizuar të rregullimit
të tensionit dalës.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
216
8.7.1 Invertorët rezonant serik
Invertorët rezonant serik bazohen në oscilimet e rrymës
rezonante. Komponentet komutuese dhe ndërprerësit janë të vendosur në
seri me ngarkesën. Rryma nëpër ndërprerës bie në zero për shkak të
karakteristikave natyrore të qarkut. Nëse si ndërprerës është përdorë
tiristori, ai është vetëkomutues. Ky tip i invertorit krijon formë valore
përafërsisht sinusoidale në frekuencë të lartë dalëse, në brez prej 200 Hz
deri në 100 kHz, dhe zakonisht shfrytëzohet në zbatime me dalje
relativisht fikëse (p.sh. te ngrohja induktive, dhënsi sonar, ndriçimi
fluoroscent ose gjeneratori ultrasonik). Për shkak të frekuncës së lartë të
punës, madhësia e komponenteve komutuese është e vogël.
Në fig.8.20a është paraqitur qarku i një invertori të thjeshtë serik
me dy ndërprerës unidirekcional tiristorik. Kur të kyçet tiristori T1,
impulsi rezonant i rrymës rrjedh nëpër ngarkesë dhe rryma bie në zero në
t = t1m. Ky tiristor është vetëkomutues. Kyçja e tiristorit T2 shkakton
rrymë të kundërt rezonante nëpër ngarkesë dhe T2 është gjithashtu
vetëkomutues. Puna e qarkut mund të ndahet në tri mode për të cilat
qarqet ekuivalente janë paraqitur në fig.8.20b. Sinjalet kontrolluese të
tiristorëve dhe format valore për rrymën e ngarkesës dhe tensionin e
kondenzatorit janë paraqitur në fig.8.20c.
Qarku rezonant serik i formuar nga L, C dhe ngarkesa (e supozuar
rezistive) duhet të jetë pa shuarje, pra duhet të plotësohet kushti
C
LR
42 8.42
Puna e qarkut mund të ndahet në tri mode.
Modi 1 Ky mod fillon me kyçjen e tiristorit T1 dhe kur impulsi
rezonant i rrymës kalon nëpër T1 dhe ngarkesë. Rryma momentale e
ngarkesës për këtë mod është e përshkruar me
SC VtvdtiC
Ridt
diL )0(
1111
1 8.43
me kushtet fillestare i1 (t=0) = 0 dhe vC1 (t=0) = -VC1. Pasi që qarku është
pa shuarje, zgjidhja e ek.(8.43) është
8. INVERTORËT
217
+
+
-
-
VS
vS
V (t)0
V
V
V
C
C1
C1
R
R
R
R
C
C
C
C
T2
L =L1
L =L2
L
L
L
T1
T1
T2
i0
i
i
i
1
2
3
+
+
+
+
-
-
-
-
=0
Modi1
=VC2
Modi 2
Modi 3
t /21m
-VC
0
VC1
vC
V +VS C
t
0t =t1m 1
Tq
t3m
i i
i
i
0 1
1
3
t
tm
0T /20
T0 t
T0 t0
g1
g2
(a)
(b) ( c)
Fig.8.20 Invertori rezonant serik themelor; (a) qarku; (b) qarqet
ekuivalente; (c) format valore
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
218
teAti r
LtR sin)( 2/
11 8.44
ku r paraqet frekuencën rezonante 2/1
2
2
4
1
L
R
LCr 8.45
Konstanta A1 në ek.(8.44) mund të caktohet nga kushtet fillestare
1
0
AL
VV
dt
di
r
CS
t
dhe
teL
VVti r
t
r
CS
sin)(1 8.4
ku
L
R
2 8.47
Koha tm, kur rryma i1(t) bëhet maksimale, mund të gjendet nga kushti
01 dt
di ose 0sin
mr
t
r te m
dhe fitohet
r
r
mt1tan
1 8.48
Tensioni në kondenzator mund të gjendet nga
Srrrr
t
CS
C
t
C
VtteVV
VtiC
tv
/)cossin()(
)(1
)(0
11 8.49
Ky mod vlen për t t1m(= r) dhe përfundon kur i1(t) bëhet zero në
momentin t1m. Në fund të këtij modi
8. INVERTORËT
219
0)( 11 mtti
dhe
SCSCmC VeVVVttv r /
111 )()( 8.50
Modi 2 Gjatë këtij modi, tiristorët T1 dhe T2 janë të shkyçur. Me
ridefinimin e origjinës së kohës, t = 0, në fillim të këtij modi, ky mod
është valid për t t2m.
,0)(2 ti 12 )( CC Vtv
1222 )( CCmC VVttv
Modi 3 Ky mod fillon me kyçjen e tiristorit T2 dhe kur rryma e
kundërt rezonante rrjedh nëpër ngarkesë. Përsëri ridefinohet origjina e
kohës, t = 0, në fillim të këtij modi. Rryma e ngarkesës mund të gjendet
nga
0)0(1
3333 tvdti
CRi
dt
diL C
8.51
me kushte fillestare 0)0(3 ti dhe 123 )0( CCC VVtv . Zgjidhja
e ek.(8.51) jep
teL
Vti r
t
r
C
sin)( 13 8.52
Tensioni në kondenzator mund të gjendet nga
rrrr
t
C
C
t
C
tteV
VtiC
tv
/)cossin(
)(1
)(
1
1
0
33 8.53
Ky mod vlen për t t3m(= r) dhe përfundon kur i3(t) bëhet zero në
t3m. Në fund të këtij modi
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
220
0)( 33 mtti
dhe në gjendjen stacionare
reVVVttv CCCmC
/
1333 )( 8.54
Nga ek.(8.50) dhe (8.54) fitohet
11
112
z
S
z
z
Szz
z
SCe
V
e
eV
ee
eVV 8.55
11
)1(121
z
z
S
z
zz
Szz
z
SCe
eV
e
eeV
ee
eVV 8.56
ku z = r. Nëse mbledhet VC nga ek.(8.55) dhe VS, fitohet
1CCS VVV 8.57
Ekuacioni (8.57) tregon se në kushtet stacionare, vlerat
maksimale të rrymës pozitive në ek.(8.46) dhe të rrymës negative në
ek.(8.52) nëpër ngarkesë janë të njëjta.
Rryma e ngarkesës i1(t) duhet të jetë zero dhe T1 duhet të jetë i
shkyçur para se të kyçet T2. Në të kundërten, në mes të tiristorëve dhe
burimit njëkahor do të paraqitet lidhje e shkurtë, e cila është e
padëshirueshme. Prandaj, koha e mundshme e shkuçjes t2m(=toff), e njohur
si zona e vdekur, duhet të jetë më e madhe se koha e shkyçjes së
tiristorëve, tq.
qoff
r
tt
0
8.58
ku o është frekuenca e tensionit dalës në rad/s. Ekuacioni (8.58) tregon
se frekuenca maksimale e mundshme dalëse është e kufizuar në
)/(2
1max0
rqtff
8.59
8. INVERTORËT
221
+
-
VS
R
C
T2
L1
L2
T1
+
-
+
-+
-
Fig.8.21 Invertori rezonant serik me induktivitete të ndërlidhura
Qarku i invertorit rezonant në fig.8.20a është shumë i thjeshtë.
Ndërkaq, rrjedha e fuqisë nga burimi njëkahor është diskontinuale.
Burimi njëkahor do të ketë rrymë të lartë maksimale dhe do të përmbajë
komponente harmonike. Një përmirësim i këtij qarku mund të bëhet nëse
induktivitetet kanë kuplim (ndërlidje të afërt), siç është paraqitur në
fig.8.21. Kur të kyçet T1 dhe rryma i1 fillon të rritet, tensioni në skaje të
L1 do të jetë pozitiv me polaritet të treguar në figurë. Tensioni i indukuar
në L2 tani do t’i shtohet tensionit të C në tiristorin e polarizuar reverz T2,
dhe T2 do të shkyçet. Rezultat i kësaj është që kyçja e njërit tiristor
shkakton shkyçjen e tiristorit tjetër, edhe para se rryma e ngarkesës të
bëhet zero. Impulsi i lartë i rrymës së burimit njëkahor mund të tejkalohet
me konfiguracionin e invertorit në gjysëmurë, si në fig.8.22, ku L1 = L2
dhe C1 = C2.
+
-
VS
R
C
C
T2
L1
L2
T1
-
+
-
+
-+
-+
1
2
Fig.8.22 Invertori serik rezonant me gjysëmurë
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
222
Fuqia rrjedhë nga burimi njëkahor gjatë të dy gjysmëcikleve të
tensionit dalës. Njëra gjysmë e rrymës së ngarkesës furnizohet nga
kondenzatori C1 ose C2 ndërsa gjysma tjetër nga burimi njëkahor.
+
-
VS
R C
T2
T3T1
T4
L
Fig.8.23 Invertori rezonant serik me urë
Një konfiguracion i invertorit rezonant serik, i cili siguron fuqi më
të lartë dalëse se konvertori me gjysëmurë, është invertorit rezonant me
urë i paraqitur në fig.8.23. Kur janë të kyçur tiristorët T1 dhe T2, nëpër
ngarkesë rrjedhe rryma pozitive rezonante; dhe kur janë të kyçur T3 dhe
T4, rrjedhë rryma negative e ngarkesës. Rryma e burimit është kontinuale,
por pulsuese. Frekuenca rezonante dhe zona e vdekur e mundshme varen
nga burimi, dhe për këtë arsye, invertorët rezonant janë më të
përshtatshëm për zbatime me ngarkesë fikse. Ngarkesa e invertorit (ose
rezistenca R) mund të lidhet gjithashtu paralel me kondenzatorin.
Tiristorët mund të zëvendsohen me tranzistorë (BJT, MOSFET, IGBT
dhe GTO).
Shenbulli 8.6___________________________________________________________
Invertori rezonant serik në fig.8.21 ka L1 = L2 = L = 50 H, C = 6 F dhe R = 2 .
Tensioni njëkahor hyrës është VS = 220 V dhe frekuenca e tensionit dalës është fo = 7
kHz. Koha e shkyçjes së tiristorëve është tq = 10 s. Të caktohet: (a) koha e shkyçjes së
qarkut toff, (b) frekuenca maksimale e mundshme fmax, (c) tensioni i kondenzatorit prej
majës–në maje Vpp dhe (d) rryma malsimale e ngarkesës Ip. (e) Të skicohet rryma
momentale e ngarkesës I0(t), tensioni i kondenzatorit vC(t) dhe rryma e burimit njëkahor
iS(t). Të llogaritet: (f) vlera efektive e rrymes se ngarkesës I0, (g) fuqia dalëse P0, (h)
rryma mesatare e burimit IS dhe (i) rrymat mesatare, maksimale dhe efektive të tiristorit.
8. INVERTORËT
223
Zgjidhje_______________________________________________________________
982,43700020 rad/s dhe nga ek.(8.45), frekuenca rrethore rezonante është
160,54504
102
650
10
4
12/1
2
122122/1
2
2
L
R
LCr rad/s
Frekuenca rezonante është
8.86192/ rrf Hz dhe 116/1 rr fT s
Nga ek.(8.47), 000,20)10502/(2 6
(a) Nga ek.(8.58)
42.13160,54982,430
r
offt s
(b) Nga ek.(8.59), frekuenca rezonante është
7352)160,54/1010(2
1
)/(2
16max0
rqtff Hz
(c) Nga ek.(8.55), tensioni në kondenzator është
4.1001
220
1 16.54/20/
ee
VV
r
SC V
Nga ek.(8.57), 4.3204.1002201 CV V
Tensioni i kondenzatorit prej majës-në-maje është
8.4204.3204.1001 CCpp VVV V.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
224
(d) Nga ek.(8.48), rryma maksimale e ngarkesës, e cila është e njëjtë me rrymën
maksimale të burimit, parqitet në kohën
47.2220
16.54tan
160,54
1tan
1 11
r
r
mt s
dhe nga ek.(8.46), rryma maksimale e ngarkesës është
A
eItti pm
82.70
)1047.22160,54(sin5005416.0
4.320)( 647.2202.0
1
Skicat për
i(t), vC(t) dhe iS(t) janë parqitur në fig.8.24.
(e) Vlera efekive e rrymës së ngarkesës është gjetur nga ek.(8.46) dhe (8.52) me
metodë numerike dhe rezultati është
1.44)(2
2/12/
0
2
000
Tr
dttifI A
(f) Fuqia dalëse është 388921.44 2
0 P W
(g) Rryma mesatare e burimit është
68.17220/3889 SI A
(h) Rryma mesatare e tiristorit është
68.17)(
2/
0
0 dttifI
Tr
oA A
Vlera maksimale e rrymës së tiristorit është
82.70 ppk II A
8. INVERTORËT
225
dhe vlera efektive e rrymës së tiristorit është
18.312/1.442/0 IIR A
t1m
141.6 s
16 s
-100.4
0
78.36
320.4
v (t)C
t s
t s
t s
tm
0
70.82i (t)S t =13.42 sq
t =22.47 sm
020 40 60 80 100
120
140
70.82
i (t)0
58 s
71.4 s
Fig.8.24 Format valore për Shembullin 8.6
Shembulli 8.7___________________________________________________________
Invertori rezonant me gjysëmurë në fig.8.23 punon me frekuencë dalëse f0=7 kHz. Nëse
është C1= C2= C=3 F, L1= L2 = L = 50 H, R = 2 dhe VS = 220 V, të caktohet (a)
rryma maksimale e furnizimit, (b) rryma mesatare e tiristorit IA, dhe (c) rryma efektive e
tiristorit IR.
Zgjidhje_______________________________________________________________
Në fig.8.25a është paraqitur qarku ekuivalent kur tiristori T1 përçon, ndërsa T2 është i
shkyçur. Fillimisht kondenzatorët C1 dhe C2 do të jenë të nbushur në VC1(= VS + VC)
gjegjësisht VC me polaritete të treguara nën kushtet stacionare. Pasi që C1 = C2, rryma e
ngarkesës do të ndahet barabartë në mes të C1 dhe burimit, siç është paraqitur në
fig.8.25b.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
226
+
-
VS
VS
R
RC C
C
L L
T1
- -
+ +
1C1
2 2
i0
VCVC
+
-
+
-V =V +VC1 S C
i /2o i /2o
i0
Fig.8.25 Qarqet ekuivalente për Shembullin 8.7
Në bazë të fig.8.25b, rryma momentale e ngarkesës mund të përshkruhet me
0)0(2
1200
0 SC VtvdtiC
Ridt
diL
me kushtet fillestare CC Vtv )0(2
Pasi që qarku është pa shuarje dhe C1 = C2 = C, zgjidhja e ekuacionit është
teL
VVti r
LtR
r
CS
sin)( 2/
0
Kapaciteti efektiv është
Ce = C2 + C2= 2C
dhe frekuenca rezonante
sradL
R
LCr /160,54
504
102
3502
10
42
12/1
2
122122/1
2
2
Tensioni në skaje të kondenzatorit C2 mund të shprehet si
Srrrr
t
CS
C
t
C
VtteVV
VtiC
tv
/)cossin()(
)(2
1)(
0
0
2
2
8. INVERTORËT
227
(a) Pasi që frekuenca rezonante është e njëjtë si ajo në Shembullin 8.6, vlejnë
rezultatet e atij shembulli, duke marrë parasysh që Ce = C2 + C2 = 6 F. Prandaj tensioni
në kondenzator është
4.1001
220
1 16.54/20/
ee
VV
r
SC V
47.2220
16.54tan
160,54
1tan
1 11
r
r
mt s
1.44)(2
2/12/
0
2
000
Tr
dttifI A
Nga ekuacioni për rrymën e ngarkesës për t = tm, rryma maksimale e ngarkesës është
A
eItti pm
82.70
)1047.22160,54(sin5005416.0
4.320)( 647.2202.0
0
Rryma maksimale e burimit, e cila paraqet gjysmën e rrymës maksimale të ngarkesës,
është
41.352/82.70 pSI A
(b) Rryma mesatare e tiristorit është
68.17)(
2/
0
0 dttifI
Tr
oA A
(c) Vlera efektive e rrymës së tiristorit është
18.312/1.442/0 IIR A
Vërejtje. Për fuqi dhe frekuencë të njëjtë dalëse, kapacitetet e C1
dhe C2 në fig.8.23 do të jenë sa gjysma e atyre në fig.8.21 dhe 8.22.
Rryma maksimale e burimit përgjysmohet. Analiza e qarkut të invertorit
serik me urë është e ngjashme me atë invertorit themelor në fig.8.21a.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
228
8.7.2 Invertorët rezonant paralel
Invertori rezonant paralel është duali i invertorit rezonant serik.
Ai furnizohet nga burimi i rrymës ashtu që qarku paraqet impedancë të
lartë për rrymën ndërprerëse. Qarku rezonant paralel është parqitur në
fig.8.26. Pasi që rryma është e kontrolluar në mënyrë të vazhdueshme, ky
invertor ka mbrojtje më të mirë nga lidhja e shkurtë në kushtet e gabimit.
Ekuacioni i barazpeshës dinamike për qarkun e invertorit në fig.8.26
është
SIdtvLR
v
dt
dvC
1
me kushtet fillestare 0)0( tv dhe 0)0( tiL .
R L C+
-v0
iS 2 t
Idc
Komponenetathemelore
i
I
I
S
S
S
-
(a) (b)
0
Fig.8.26 Qarku rezonant paralel: (a) qarku; (b) tensioni hyrës
Ky ekuacion është i ngjashëm me ek.(8.51) nëse rryma i
zëvëndsohet me tension v, R me 1/R, L me C, C me L dhe VS me IS. Duke
u bazuar në ek.(8.46), tensioni v është
teC
Itv r
t
r
S
sin)( 8.60
ku RC. Frekuenca rezonante është e dhënë me
8. INVERTORËT
229
2/1
224
11
CRLCr 8.61
Duke shfrytëzuar ek.(8.48), tensioni v në ek.(8.60) bëhet maksimal në tm
të dhënë me
r
r
mt1tan
1 8.62
i cili mund të përafrohet në r. Impedanca hyrëse është e dhënë me
CRjLjRRj
I
VjZ
i
/1
1)()( 0
ku Ii është vlera efektive e rrymës alternative hyrëse dhe 24 Si II .
Faktori i mirësisë Qp është
20
0L
CR
L
RCRQ 8.63
ku paraqet faktorin e shuarjes dhe është LCR /)2/(/ 0 . Nëse
të gjithë parametrat e qarkut shprehen përmes Qp dhe o, do të fitohet
)/1(1
1
)//(1
1)()(
00
0
uujQ
jQj
I
VjZ
p
pi
ku u = o/. Moduli i Z(j) mund të gjendet nga
2/1)/1(1
1)(
uujQjZ
p 8.64
Një invertor rezonant paralel është paraqitur në fig.8.27a.
Induktiviteti Le vepron si burim i rrymës ndërsa kondenzatori C është
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
230
element rezonant. Induktiviteti i transformatorit është Lm dhe ai vepron
gjithashtu si element rezonant. Rryma konstante ndërpehet alternativisht
në qarkun rezonant me anë të ndërprersve tranzistorik Q1 dhe Q2. Sinjalet
kontrolluese të tranzistorëve janë paraqitur në fig.8.27b, ndërsa në
fig.8.27c është paraqitur qarku ekuivalent ku rezistenca e ngarkesës RL
është pasqyruar në anën primare të transformatorit.
C Rv0L
+
-I =IS dc
Lm
v
v
g
g
1
2
0
0
t
t
(a)
(b)(c)
Fig.8.27 Invertori rezonant paralel; (a) qarku; (b) qarku ekuivalent; (c)
sinjalet kontrolluese
Konfiguracioni me urë i invertorit rezonant paralel, i paraqitur në
fig.8.28a, mundëson kontrollen e tensionit dalës. Frekuenca e punës fS
mbahet konstante në frekuencën rezonante fo. Me kyçjen-shkyçjen
simultane të dy komponenteve ndërprerëse, mund të fitohet forma valore
kuazi-katrore, siç është paraqitur në fig.8.28b.
8. INVERTORËT
231
Q
Q
Q
Q
D
D
D
D
1
1
1
1
3
3
3
3
C
L
L
R
+
+
-
-
V0
v0
i
i
i0
S
0
IS
Idc
Q
Q
Q
Q
D
D
D
D
2
2
2
2
4
4
4
4
NgarkesavS
T T
T T
1
2
3
4
+ +
- -
Vdc1 Vdc2
Konvertori ac-dc dc linku Konvertori dc-ac
(c)
0
iS
t
IS
-IS
Q Q Q Q QQQ Q1, 4 1, 2 2, 3 3, 4
(b)
(a)
Fig.8.28 Invertori rezonant paralel me dalje kuazi-katrore: (a) qarku; (b)
rryma dalëse; (c) invertori i tërthortë
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
232
Vlera efektive e komponentës themelore të rrymës hyrëse është e
dhënë me
cos2
4 Si
II 8.65
Me ndryshimin e prej 0 deri në /2 në frekuencë konstante,
rryma Ii mund të kontrollohet prej )2/(4 SI deri në 0. Ky koncept
mund të zgjërohet për zbatime në tensione të larta njëkahore, ku tensioni
alternativ së pari konvertohet në tension njëkahor dhe pastaj përsëri në
tension alternativ. Invertorët e këtillë zakonisht quhen invertorë të
tërthortë dhe një version njëfazor i këtij qarku është paraqitur në
fig.8.28c. Stadi dalës mund të jetë ose invertor i rrymës ose drejues i
kontolluar me tiristorë.
Shembulli 8.8___________________________________________________________
Invertori rezonant paralel në fig.8.27a jep fuqi në ngarkesë PL = 1 kW në tension
sinusoidal maksimal të ngarkesës Vp = 170 V dhe invertori punon në rezonancë.
Rezistenca e ngarkesës është R = 10 dhe frekuenca rezonante është fo = 20 kHz. Të
caktohet (a) rryma njëkahore hyrëse IS; (b) faktori i mirësisë Qp nëse kërkohet zvoglimi i
fuqisë së ngarkesës në 250 W me kontroll të frekuencës, ashtu që u = 1.25, (c) kapaciteti
C, dhe (d) induktiviteti L.
Zgjidhje_______________________________________________________________
(a) Pasi që në rezonancë
1/0 u dhe 1)(max
jZ
vlera maksimale e komponentës themelore të rrymës së ngarkesës është
/1 Sp II
Fuqia në ngarkesë është
10002
4
2 2
222
RIRI
P Sp
L W
8. INVERTORËT
233
prej nga, rryma hyrëse njëkahore është
1.11SI A
(b) Për redukimin e fuqisë së ngarkesës për (1000/250) = 4, impedanca duhet të
zvoglohet për 2 në u = 1.25. Nga ek.(8.64) kemi
222 2)1(1 uQp prej nga
85.3pQ
(c) CRQp 0 prej nga llogaritet
06.3C F
(d) LCf 2/10 prej nga llogaritet
67.20L H.
8.7.3 Invertori rezonant i klasës E
Invertori rezonant i klasës E shfrytëzon vetëm një tranzistor dhe
ka humbje të vogla gjatë kyçjes-shkyçjes, me çka sigurohet efikasitet i
lartë më tepër se 95%. Qarku është paraqitur në fig.8.29a. Ky invertor
zakonisht përdoret në ato zbatime ku fuqia e kërkuar është më e vogël se
100 Wdhe tensioni dalës duhet të jetë fiks, posaçërisht te qarqet
elektronike të frekuencave të larta. Komponenta ndërprerëse duhet të
duroj tension të lartë. Edhe te ky invertor tensioni dalës mund të
ndryshohet me ndryshimin e frekuencës së punës. Puna e qarkut mund të
ndahet në dy mode.
Modi 1 Gjatë këtij modi, tranzistori Q1 është i kyçur. Qarku
ekuivalent është paraqitur në fig.8.29b. Rryma e ndërprerësit iT përbëhet
nga rryma e burimit iS dhe rryma e ngarkesës io. Për të fituar rrymë dalëse
pothuajse sinusoidale, vlerat e kondenzatorit C dhe induktivitetit L janë të
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
234
+_ V
L
i
Q v DS
e
S
1T
T
1
i+
-
C
L C
R
i
v
i
e 0
C
0
(a)
(b)
+
-
+_ V
L
i
S
e
S
T
i
L C
Rv
i
0
0
I0I0 +
-
IS
Modi 1
+_ V
L
i
S
e
e
S
C
i
L C
C Rv
i
0
0
I1I1 +
-
IS
Modi 2
+ vC1
-
i
II
0t
0
S
dc
i
t0
T
i
0
Q Q
t
C1 1Kyçur Shkyçur
v
V
0t
T
T(max)
( c)
Fig.8.29 Invertori rezonant i klasës E; (a) qarku; (b) qarqet
ekuivalente; (c) format valore
8. INVERTORËT
235
zgjedhura asisoji që të sigurohet faktor i lartë i mirësisë, Q 7, dhe
koeficient i ulët i shuarjes, zakonisht 0.072. Ndërprerësi shkyçet në
tensionin zero. Pas shkyçjes së ndërprerësit, rryma e tij momentalisht
bartet nëpër kondenzatorin Ce.
Modi 2 Gjatë këtij modi, tranzistori Q1 është i shkyçur. Qarku
ekuivalent është paraqitur në fig.8.29b. Rryma e kondenzatorit ie përbëhet
nga rryma e burimit iS dhe rryma e ngarkesës io. Tensioni në skaje të
ndërprerësit rritet nga zero deri në vlerën maksimale dhe pastaj prap bie
në zero. Kur ky tension bie në zero, rryma Ie = C duT/dt do të jetë
negative. Kësisoji tensioni i ndërprerësit tenton të jetë negativ. Për ta
penguar këtë tension negativ, zakonisht lidhet një diodë antiparalele, siç
është treguar me vija të ndërprera në fig.8.29a.
Modi 3 Ky mod do të ekzisotj vetëm nëse tensioni i ndërprerësit
bie në zero me pjertësi të fundme negative. Qarku ekuivalent është i
ngjashëm me atë të modit 1, përveç kushteve fillestare. Rryma e
ngarkesës bie në zero në fund të modit 3. Ndërkaq, nëse parametrat e
qarkut janë të atilla që tensioni i ndërprerësit të bie në zero me pjertësi
zero, atëherë nuk paraqitet nevoja për lidhjen e diodës dhe ky mod nuk
do të ekzistoj. Kjo do të thotë se vT = 0 dhe dvT/dt = 0. Parametrat optimal
që zakonisht i plotësojnë këto kushte dhe sigurojnë efikasitet maksimal
mund të gjenden në literaturë, dhe janë
Le=0.4001R/S
Ce=2.165/(RS)
SL-1/(SC)=0.3533R
ku S është frekuenca e punës. Format valore të rrymës dalëse, rrymës së
ndërprerësit dhe tensionit të ndërprerësit janë paraqitur në fig.8.29c.
Shembulli 8.9___________________________________________________________
Invertori rezonant i klasës E në fig.8.29a punon në rezonancë dhe ka VS = 12 V dhe R =
10 . Frekuenca e punës është fo = 25 kHz. (a) Të caktohen vlerat optimale për L, C, Ce
dhe Le. (b) Të caktohet faktori i shuarjes dhe frekuenca rezonante e qarkut fo. Të
përvehtësohet se faktori i mirësisë së qarkut është Q = 7.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
236
Zgjidhje_______________________________________________________________
(a) 1.157102522 3 SS f rad/s
47.251.157
104001.0
4001.0
S
e
RL H
38.11.15710
165.2165.2
S
eR
C F
63.4551.157
107
S
QRL H
SL-1/(SC) = 0.3533R prej nga llogaritet
C=0.0958 F
(b) Faktori i shuarjes është
0733.063.445/0958.0)2/10(/)2/(/ 0 LCR
Pasi që faktori i shuarjes është mjaftë i vogël, rryma dalëse do të jetë sinusoidale.
Frekuenca rezonante është
36.24100958.063.4452
1
2
1
120
LCf kHz
Vërejtje Te invertorët rezonant frekuenca rezonante e qarkut
duhet të jetë më e madhe se frekuenca e punës së qarkut, sepse në të
kundërten qarku nuk mund të funksionoj.
8. INVERTORËT
237
PASQYRË PYETJESH
1. Çka është invertori?
2. Cili është principi i punës së invertorit?
3. Cilat janë llojet e invertorëve?
4. Cilat janë ndryshimet në mesë të invertorëve me gjysëmurë
dhe atyre me urë?
5. Cilat janë parametrat e performansave të invertorit?
6. Për çka shërbejnë diodat rikthyese në invertorë?
7. Si fitohet invertori me tension trefazorë në dalje?
8. Çfarë efekti ka koha e shkyçjes së tiristorit në frekuencën e
invertorit?
9. Cilat janë përparësitë dhe të metat e invertorit me
tranzistorë në krahasim me invertorin me tiristorë?
10. Cili është parimi i punës së invertorëve me komutim
ndihmës?
11. Cili është parimi i punës së invertorëve me komutim
komplementar?
12. Çfarë qëllimi ka transformatori riveprues te invertori me
komutim komplementar?
13. Cilat janë përparësitë dhe të metat e invertorit të rrymës?
14. Cilat janë dallimet kryesore në mes të invertorëve të rrymës
dhe të tensionit?
15. Cili është principi i punës së invertorit rezonant serik?
16. Cili është kushti i domosdoshëm për oscilime rezonante
serike?
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
238
17. Për çfarë arsye vendosen induktivitetet e ndërlidhura te
invertorët rezonant me gjysëmurë?
18. Cilat janë përparësitë e invertorit rezonant paralel?
19. Çka janë invertorët rezonant të klasës E?
20. Cilat janë përparësitë dhe kufizimet e invertorit rezonant të
klasës E?
PROBLEME
8.1 Invertori njëfazor me gjysëmurë në fig.8.35 ka ngarkesë
rezistive R = 10 dhe tension njëkahor hyrës VS = 220 V. të
caktohet (a) vlera efektive e tensionit dalës në frekuencën
themelore, V1; (b) fuqia dalëse Po; (c) rrymat mesatare, efektive
dhe maksimale të secilit tranzistor; (d) vlera maksimale e
tensionit reverz të secilit tranzistor; (e) distorzioni total
harmonik, DTH; (f) faktori i distorzionit, FD; dhe (g) faktori
harmonik, FH, dhe faktori i distorzionit të harmonikut të rendit
më të ulët.
+_
+_
VS
VS
/2
/2
0R i0
- +
v=va0 0
a
D
D
1
2
i
i
1
2
Q
Q
1
2
Fig.8.35
8.2 Të përsëritet Prob.8.1 për invertorin njëfazor me urë në fig.8.36.
8. INVERTORËT
239
R
- +v0
D
D D
D 3
4 2
1
Q
Q Q
Q 3
42
1
i0+
-VS
i i
ii
i
ii
iD1
D2
D3
D4
1
2
3
4
iS
Fig.8.36
8.3 Invertori trefazorë me urë në fig.8.37 ka ngarkesë rezistive të
lidhur në yll R = 5. Frekuenca e invertorit është fo = 400 Hz
dhe tensioni njëkahor hyrës është VS = 220 V. Të shprehen
tensionet dhe rrymat momentale fazore në seri Fourier.
V /2S
V /2S
Q
Q
Q
Q
Q
Q
1
2
3
4
5
6
D D D
DDD
1
2
3
4
5
6
g1
a b ci iia b c
0
Fig.8.37
8.4 Të përsëritet Prob.8.3 për tensionet dhe rrymat linjore.
8.5 Të përsëritet Prob.8.3 për ngarkesë të lidhur në trekëndësh.
8.6 Të përsëritet Prob.8.4 për tensionet dhe rrymat linjore.
8.7 Invertori njëfazor me komutim ndihmës në fig.8.38 ka ngarkesë
R = 5, L = 10 mH dhe C = 25 F. Tensioni njëkahor hyrës
është VS = 220 V dhe frekuenca e invertorit është 60 Hz. Nëse
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
240
është toff = 18 s, të caktohen vlerat optimale të komponenteve
komutuese Cm dhe Lm.
D
DF3
F2
33
22
RF
+
-
VS
D
D D
DT
TT
TF1
F4
11
44
1 1
44
R
L C
i v IF 0
m
mc
m
+-Ngarkesa
D
D T
T
T
T33
22
LC m m
Fig.8.38
8.8 Të përsëritet Prob.8.7 nëse amplituda e rrymës rezonante e
qarkut komutues është e kufizuar në dyfishin e rrymës
maksimale të ngarkesës.
8.9 Invertori njëfazor me urë i cili shfrytëzon komutimin
komplementar, njëri krah i të cili është paraqitur në fig.8.39, ka
L1 = L1 = Lm = 40 H dhe Cm = 60 F. Amplituda e rrymës së
ngarkesës është Im = 200 A. Tensioni njëkahor hyrës është VS =
220 V dhe frekuencae e invertorit është f0 = 60 Hz. Rënia e
tensionit në qarkun e formuar nga tiristori T2 dhe dioda D2 është
Vd = 2 V. Të caktohet (a) koha e shkyçjes së qarkut toff; (b) koha
maksimale e mundshme e shkyçjes së qarkut toffmax nëse Im = 0;
(c) amplituda e rrymës së tiristorëve; (d) kohëzgjatja e procesit
komutues tc = t1m = t2m dhe (e) energjia e grumbulluar në
induktivitetin L2 në fund të modit 1.
+
-
VS
D
D
T
T
1
2
1
2
iT1
L =L1 m
L =L2 m
iT2
I =im L
B
C =C2
C =C1
A
Fig.8.39
8. INVERTORËT
241
8.10 Invertori rezonant serik në fig.8.40 ka L1 = L2 = L= 25 H, C =
2 F dhe R = 5 . Tensioni njëkahor hyrës është VS = 220 V
dhe frekuenca e tensionit dalës është f0=6.5 kHz. Koha e
shkyçjes së tiristorëve është tq = 15 s. Të caktohet: (a) koha e
shkyçjes së qarkut toff, (b) frekuenca maksimale e mundshme
fmax, (c) tensioni i kondenzatorit prej majës–në maje Vpp dhe (d)
rryma maksimale e ngarkesës Ip. (e) Të skicohet rryma
momentale e ngarkesës Io(t), tensioni i kondenzatorit vC(t) dhe
rryma e burimit njëkahor iS(t). Të llogaritet: (f) vlera efektive e
rrymes se ngarkesës Io, (g) fuqia dalëse Po, (h) rryma mesatare e
burimit IS dhe (i) rrymat mesatare, maksimale dhe efektive të
tiristorit.
+
-
VS
V (t)0 R
C
T2
L =L1
L =L2
T1
i0
+
-
Fig.8.40
8.11 Invertori rezonant me gjysëmurë në fig.8.41 punon me
frekuencë dalëse fo = 8.5 kHz. Nëse është C1 = C2 = C = 2 F, L1
= L2 = L = 40 H, R = 2 dhe VS = 220 V, të caktohet (a) rryma
maksimale e furnizimit, (b) rryma mesatare e tiristorit IA, dhe
(c) rryma efektive e tiristorit IR.
+
-
VS
R
C
C
T2
L1
L2
T1
-
+
-
+
-+
-+
1
2
Fig.8.41
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
242
8.12 Invertori rezonant paralel në fig.8.42 jep fuqi në ngarkesë PL =
2 kW në tension sinusoidal maksimal të ngarkesës Vp = 170 V
dhe invertori punon në rezonancë. Rezistenca e ngarkesës është
R = 10 dhe frekuenca rezonante është fo = 25 kHz. Të
caktohet (a) rryma njëkahore hyrëse IS; (b) faktori i mirësisë Qp,
nëse kërkohet zvoglimi i fuqisë së ngarkesës në 500 W me
kontoll të frekuencës, ashtu që u = 1.25, (c) kapaciteti C, dhe
(d) induktiviteti L.
+_ V
I L
Q Q
C
Rv
iS
S
e
12
L
LL
+
-
Fig.8.42
8.13 Invertori rezonant i klasës E në fig.8.43 punon në rezonancë
dhe ka VS = 18 V dhe R = 10 . Frekuenca e punës është fo = 50
kHz. (a) Të caktohen vlerat optimale për L, C, Ce dhe Le. (b) Të
caktohet faktori i shuarjes dhe frekuenca rezonante e qarkut fo.
Të përvehtësohet se faktori i mirësisë së qarkut është Q = 7.
+_ V
L
i
Q v DS
e
S
1T
T
1
i+
-
C
L C
R
i
v
i
e 0
C
0
+
-
Fig.8.43
9. SHNDËRRUESIT ALTERNATIV
9.1 HYRJE
Qarku që kryen shndërrimin e një tensioni alternativ me frekuencë
dhe vlerë të caktuar efektive në tension gjithashtu alternativ, por me vlerë
efektive ose frekuencë të ndyshuar, quhet shndërrues alternativ ose
rregullator i tensionit alternativ. Nëse në mes të burimit alternativ dhe
ngarkesës është i lidhur ndërprerësi tiristorik, atëherë rrjedha e fuqisë
mund të rregullohet me ndryshimin e vlerës efektive të tensionit
alternativ të zbatuar në ngarkesë. Zbatimet më të shpeshta të
shndërruesve alternativ në industri janë: rregullimi i temperaturës,
rregullimi i dritës, rregullimi i shpejtësisë te motorët induktiv
shumëfazorë dhe rregullimi i magnetve alternativ. Për bartje të fuqisë,
zakonisht shfrytëzohen dy lloje të rregullimit:
1. Rregullimi me kyçje-shkyçje
2. Rregullimi me kënd fazor
Te rregullimi me kyçje-shkyçje, burimi kyçet në ngarkesë për disa
cikle të tensionit hyrës përmes ndërprersit tiristorik, dhe pastaj, për disa
cikle të ardhshme ai shkyçet. Te rregullimi me fazë, ndërprerësi tiristorik
e kyç ngarkesën në burim gjatë një pjese të secilit cikël të tensionit hyrës.
Rregullatorët e tensionit alternativ mund të klasifikohen në dy
lloje kryesore: (1) rregullatorët njëfazor dhe (2) rregullatorët trefazorë.
Secili lloj mund të rindahet në (a) unidirekcional (njëkahësh) ose
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
244
rregullatorë të gjysmëvalës dhe (b) bidirekcional (dykahësh) ose
rregullatorë të valës së plotë. Varësisht nga mënyra e lidhjes së
ndërprerësve tiristorik, në praktikë mund të hasen konfiguracione të
ndryshme të rregullatorëve trefazorë.
Pasi që tensioni hyrës te këto qarqe është alternativ, tiristorët kanë
komutim natyror, prandaj te këta shndërrues zakonisht përdoren tiristorët
e kontrolluar me fazë, të cilët janë relativisht të lirë, por edhe më të
ngadalshëm se tiristorët me ndërprerje të shpejtë. Për zbatime deri në 400
Hz zakonisht përdoren TRIAC-ët, të cilët i plotësojnë kërkesat e brezit të
tensioneve dhe të rrymave për zbatime partikulare.
Për shkak të komutimit me rrjetë ose natyror, te këta shndërrues
nuk paraqitet nevoja për qarqe të posaçme për komutim, prandaj në
përgjithësi, këta janë mjaftë të thjeshtë. Por, për shkak të natyrës së
formave valore të madhësive dalëse, analiza për derivimin e shprehjeve
eksplicite për parametra të performansave të qarqeve nuk është aspak e
thjeshtë, posaçërisht për shndërruesit me rregulllim të fazës me ngarkesa
RL. Prandaj, në këtë kapitull, për krahasimin e performansave të
konfiguracioneve të ndryshme, për të thjeshtim të analizës, janë trajtuar
kryesisht qarqet me ngarkesa rezistive. Megjithatë, ngarkesat praktike
janë të tipit RL dhe kjo duhet të kihet parasysh gjatë projektimit dhe
analizës së rregullatorëve të tensionit alternativ.
9.2 PARIMI I RREGULLIMIT ME KYÇJE-SHKYÇJE
Parimi i rregullimit të tensionit dalës me kyçje-shkyçje mund të
spjegohet me anë të shndërruesit njëfazor të valës së plotë të paraqitur në
fig.9.1a. Ndërprerësi tirisorik lidh ngarkesën në burim për një kohë të
caktuar tn; ndërprerësi kyçet me një puls të gejtit me kohëzgjatje to. Koha
tn zakonisht është numër i plotë i cikleve të tensionit hyrës. Tiristorët
shkyçen me kalimin e tensionit alternativ hyrës nëpër zero. Pulset e gejtit
për kyçjen e T1 dhe T2, si dhe format valore të tensionit hyrës dhe dalës
janë paraqitur në fig.9.1b. Ky lloj i rregullimit zbatohet në ato raste
praktike që kanë inercion të lartë mekanik dhe kostantë të lartë kohore
termike (p.sh. nxemja industriale dhe rregullimi i shpejtësisë së
motorëve). Pasi që tiristorët shkyçen me tension zero dhe rrymë zero,
gjenerimi i komponenteve harmonike, për shkak të veprimit të
ndërprerjes, është i redukuar.
9. SHNDËRRUESIT ALTERNATIV
245
v
i
T
T
v R
i
S
S
1
2 0
0
+
-
+
-
(a)
0
0
Vm
Vm
vS
v0
n m
i0 i0
g1
g2
0
0
Impulsi i gejtit të T1
Impulsi i gejtit të T20.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0
Faktori i fuqise, FP
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 k
FP= k
(c)
(b)
..
Fig.9.1 Rregullimi me kyçje-shkyçje: (a) qarku; (b) format
valore; (c) faktori i fuqisë
Nëse tensioni sinusoidal hyrës, tVtVv SmS sin2sin ,
është i kyçur në ngarkesë për n cikle dhe është i shkyçur për m cikle,
vlera efektive e tensionit dalës (ose e ngarkesës) mund të gjendet nga
kVnm
nV
tdtVmn
nV
SS
S
2/1
2
0
22
0 )(sin2)(2
9.1
ku k = n/(m+n) dhe quhet cikli i punës. VS është vlera efektive e tensionit
të fazës. Konfiguracionet e qarqeve për rregullim me kyçje-shkyçje janë
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
246
të ngjashme me qarqet për rregullimin e fazës. Edhe analiza e
performansave është gjithashtu e njëjtë, prandaj në këtë kapitull janë
diskutuar dhe analizuar vetëm këto të fundit.
Shembulli 9.1
Shndërruesi njëkahor i tensionit në fig.9.1a ka ngarkesë rezistive R = 10 dhe tension
efektiv hyrës VS = 120 V, 60 Hz. Ndërprerësi tiristorik është i kyçyr për n = 25 cikle dhe
është i shkyçur për m = 75 cikle. Të caktohet: (a) tensioni efektiv dalës V0, (b) faktori i
fuqisë hyrëse, PF; dhe (c) rrymat mesatare dhe efektive të tiristorëve.
Zgjidhje
(a) Nga ek.(9.1) tensioni efektiv në dalje është
602575
251200
mn
nVkVV SS V
dhe rryma efektive e ngarkesës është
610/60/00 RVI A
(b) Fuqia në ngarkesë është
WRIP 36010622
00
Pasi që rryma hyrëse është e njëjtë me rrymën e ngarkesës, fuqia hyrëse është
WIVP SSi 7206120
Faktori i fuqisë hyrëse është
5.0720
3600
kmn
n
P
PPF
i
9.2
(c) Rryma maksimale e tiristorit është
97.1610/1202/2/ RVRVI Smm A
9. SHNDËRRUESIT ALTERNATIV
247
Rryma mesatare e tiristorit është
mmma
kI
nm
nItdtI
mn
nI
0)(
)(sin)(2
9.3
33.125.097.16
A
Rryma efektive e tiristorit është
22)](sin
)(2[
0
2/122 mmmR
Ik
nm
nItdtI
mn
nI
24.425.02
97.16 A 9.4
Vërejtje
1. Faktori i fuqisë dhe tensioni dalës ndryshon me rrënjen katrore
të ciklit të punës. Faktori i fuqisë është i dobët për vlera të ulëta
të ciklit të punës, k, siç është paraqitur në fig.9.1c.
2. Nëse T është perioda e tensionit hyrës, atëherë (m+n)T është
perioda e rregullimit kyçje-shkyçje. Perioda (m+n)T duhet të
jetë më e vogël se konstanta kohore mekanike ose termike e
ngarkesës, dhe zakonisht është më e vogël se 1 s. Në përgjithësi
kjo shumë merret rreth 100.
9.3 PARIMI I REGULLIMIT ME FAZË
Parimi i rregullimit të tensionit me fazë mund të spjegohet duke iu
referuar fig.9.2a. Rrjedha e fuqisë në ngarkesë rregullohet me ndryshimin
e këndit të kyçjes së tiristorit T1. Në fig.9.2b janë paraqitur pulset e gejtit
të tiristorit T1 dhe format valore të tensioneve hyrëse dhe dalëse.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
248
v
i
D
T
v R
i
S
S
1
2 0
0
+
-
(a)
0
0
Vm
Vm
vS
v0
i0
g1
0
Impulsi i gejtit te T1
(b)
vp
2
2
..
Fig.9.2 Rregullimi njëfazorë me kënd: (a) qarku; (b) format
valore
Për shkak të pranisë së diodës D1, brezi i rregullimit të tensionit
është i kufizuar dhe vlera efektive e tensionit dalës mund të ndryshoj
vetëm prej 70.7% deri në 100%. Tensioni dalës dhe rryma hyrëse janë
asimetrike dhe përmbajnë komponente njëkahore. Nëse në hyrje qarku
përmban transformator, prania e komponentës njëkahore mund të
shkaktoj probleme me humbje të energjisë.
Ky qark paraqet rregullatorin e gjysmëvalës dhe është i
përshtatshëm për ngarkesa rezistive me fuqi të vogël, si te rregullimi i
nxemjes dhe i ndriçimit. Pasi që rrjedha e fuqisë rregullohet gjatë
gjysmëciklit pozitiv të tensionit hyrës, ky lloj i rregullatorit është i njohur
edhe si shndërrues unidirekcional.
Nëse tension sinusoidal tVtVv SmS sin2sin , është
tension hyrës dhe këndi i kyçjes së tiristorit është t = , vlera efektive e
tensionit dalës mund të gjendet nga
9. SHNDËRRUESIT ALTERNATIV
249
2/12
2222
0 )(sin2)(sin22
1
tdtVtdtVV SS
2/1
2/122
)2
2sin2(
2
1
)()2cos1()()2cos1(4
2
S
S
V
tdttdtV
9.5
Vlera mesatare e tensionit dalës është
)1(cos2
2
)(sin2)(sin22
12
S
SSdc
V
tdtVtdtVV
9.6
Nëse ndryshohet prej 0 deri në , V0 do të ndryshoj prej VS deri
2/SV dhe vlera mesatare do të ndryshoj prej 0 deri në /2 SV .
Shembulli 9.2
Shndërruesi njëfazor i tensionit në fig.9.2a ka ngarkesë rezistive R = 10 dhe tension
efektiv hyrës VS = 120 V, 60 Hz. Këndi i kyçjes së i tiristorit është = /2. Të caktohet:
(a) tensioni efektiv dalës V0, (b) faktori i fuqisë hyrëse, PF; dhe (c) rryma mesatare
hyrëse.
Zgjidhje
(a) Nga ek.(9.5) tensioni efektiv në dalje është
92.1034
31200 V V
(b) Rryma efektive e ngarkesës është
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
250
392.1010/92.103/00 RVI A
Fuqia në ngarkesë është
WRIP 94.107910392.10 22
00
Pasi që rryma hyrëse është e njëjtë me rrymën e ngarkesës, fuqia hyrëse është
WIVIVP SSSi 04.1247392.101200
Faktori i fuqisë hyrëse është
866.004.1247
94.1079
4
3
)]2
2sin2(
2
1[ 2/100
Si V
V
P
PPF
9.7
(c) Nga ek.(9.6), tensioni mesatar në dalje është
272
2120
dcV V
dhe rryma mesatare hyrëse është
7.210
27
R
VI dc
D A
Vërejtje. Shenja negative e rrymës hyrëse ID tregon se rryma
hyrëse gjatë gjysmëciklit pozitiv është më e vogël se gjatë gjysmëciklit
negativ. Nëse në hyrje të qarkut ka transformator, në bërthamën e tij do të
paraqiten humbje, prandaj ky shndërrues nuk përdoret në praktikë.
9. SHNDËRRUESIT ALTERNATIV
251
9.4 SHNDËRRUESI NJËFAZOR ME NGARKESË REZISTIVE
Problemi i rrymës njëkahore hyrëse të mund të eliminohet me
shfrytëzimin e rregullimit të valës së plotë me shndërrues bidirekcional.
Një shndërrues i këtillë me ngarkesë rezistive është paraqitur në fig.9.3a.
Gjatë gjysmëciklit pozitiv të tensionit hyrës, rrjedha e fuqisë
kontrollohet me ndryshimin e këndit të kyçjes së tiristorit T1, ndërsa
tiristori T2 rregullon rrjedhën e fuqisë gjatë gjysmëciklit negativ të
tensionit hyrës. Pulset e trigerimit të tiristorëve T1 dhe T2 janë të
zhvendosura për 180o në boshtin t. Format valore të tensionit hyrës,
tensionit dalës dhe sinjalet kontrolluese për T1 dhe T2 janë parqitur në
fig.9.3b.
v
i
T
T
v R
i
S
S
1
2 0
0
+
-
+
-
(a)
0
0
Vm
Vm
vS
v0
i0
g1
g2
0
0
Impulsi i gejtit te T1
Impulsi i gejtit te T2
(b)
2
2
..
..
Fig.9.3 Shndërruesi njëfazor i valës së plotë: (a) qarku; (b)
format valore
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
252
Nëse tension sinusoidal tVtVv SmS sin2sin , është
tension hyrës dhe këndet e kyçjes së tiristorëve T1 dhe T2 janë 1 = 2 =
, vlera efektive e tensionit dalës mund të gjendet nga shprehja
2/1
22
0 )(sin22
2
tdtVV S
2/1
2/12
)]2
2sin(
1[
)()2cos1(4
4
S
S
V
tdtV
9.8
Nëse ndryshon prej 0 deri në , V0 do të ndryshoj prej VS deri 0. Qarqet
e trigerimit të tiristorëve T1 dhe T2, në fig.9.3a duhet të jenë të ndara.
Një konfiguracion tjetër i këtij shndërruesi mund të realizohet me
një qark të vetëm për trigerimin e të dy tiristorëve, nëse tiristorët lidhen
me katodë të përbashkët dhe i shtohen dy dioda, siç është paraqitur në
fig.9.4. Tiristori T1 dhe dioda D1 përçojnë së bashku gjatë gjysmëciklit
pozitiv, ndërsa tiristori T2 dhe dioda D2 përçojnë gjatë gjysmëciklit
negativ. Pasi që ky qark mund ta ketë terminalin e përbashkët për
trigerimin e T1 dhe T2, këtu paraqitet nevoja vetëm për një qark të izoluar
të trigerimit, por shtohen dy dioda të fuqisë. Humbjet e fuqisë do të rriten
për shkak se në të njëjtën kohë përçojnë dy komponente të fuqisë, prandaj
edhe efikasiteti i qarkut zvoglohet.
v
i
D D
T T
v R
i
S
S
1 2
2 1
0
0
+
-
+
-
Fig.9.4 Shndërruesi njëfazor me katodë të përbashkët
9. SHNDËRRUESIT ALTERNATIV
253
Shndërruesi njëfazor i valës së plotë mund të realizohet edhe me
një tiristor dhe katër dioda si në fig.9.5a. Katër diodat veprojnë si drejtues
me urë. Tensioni në skajet e tiristorit T1 dhe rryma në te kanë gjithnjë të
njëjtën kahje. Me ngarkesë rezistive, rryma e tirstorit do të bie në zero për
shkak të komutimit natyrot në çdo gjysmëcikël, siç është paraqitur në
fig.9.5b. Por, nëse në qark ka induktivitet të lartë, mund të ndodhë që
tiristori të mos shkyçet në çdo gjysmëcikël të tensionit hyrës, dhe kjo
mund të ketë si pasojë humbjen e kontrollës në shndërrues.Te ky
konfiguracion, tri komponente gjysmëpërçuese të fuqisë përçojnë në të
njëjtën kohë, prandaj edhe efikasiteti i shndërruesit zvoglohet. Drejtuesi
me urë dhe tiristori veprojnë si ndërprerës dykahor, dhe në treg mund të
gjenden të realizuara si një modul i vetëm. Qarku i këtillë ka humbje
relativisht të vogla të fuqisë dhe ka pëpparësi të shumta praktike.
v
i
D
D D
D
T
v R
i
S
S1
4
1 3
2
0
0
+
-
(a)
0
0
Vm
V /Rm
vS
i0
g1
0
Impulsi i gejtit te T1
(b)
2
2+
-
iT
+
v1
- ..
Fig.9.5 Shndërruesi njëfazor me një tiristor: (a) qarku; (b) format
valore
Shembulli 9.3
Shndërruesi njëfazor i tensionit në fig.9.3a ka ngarkesë rezistive R = 10 dhe tension
efektiv hyrës VS = 120 V, 60 Hz. Këndet e kyçjes së tiristorëve T1 dhe T2 janë 1 = 2 =
/2. Të caktohet (a) tensioni efektiv dalës V0, (b) faktori i fuqisë hyrëse, PF; , (c) rryma
mesatare hyrëse IA dhe (d) rryma efektive e tirisorëve IR.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
254
Zgjidhje
(a) Nga ek.(9.8) tensioni efektiv në dalje është
85.842
1200 V V
(b) Rryma efektive e ngarkesës është
485.810/85.84/00 RVI A
Fuqia në ngarkesë është
WRIP 95.71910485.8 22
00
Pasi që rryma hyrëse është e njëjtë me rrymën e ngarkesës, fuqia hyrëse është
WIVIVP SSSi 2.1018485.81200
Faktori i fuqisë hyrëse është
707.02.1018
95.719
2
1
)2
2sin(
12/1
00
Si V
V
P
PPF
9.9
(c) Rryma mesatare e tiristorit është
)(sin22
1tdtV
RI SA
7.2)1(cos2
2
R
VS A
(d) Vlera efektive e rrymës së tiristorit është
9. SHNDËRRUESIT ALTERNATIV
255
2/1
22
2)(sin2
2
1
tdtVR
I SR
2/1
2
2
)()2cos1(4
2
tdtR
VS
6)2
2sin(
1
2
2/1
R
VS A
9.5 SHNDËRRUESI NJËFAZOR ME NGARKESË INDUKTIVE
Në parktikë, shumica e ngarkesave kanë, deri në një farë mase,
karakter induktiv. Një shndërrues i tillë është parqitur në fig.9.6a.
Supozojmë se tiristori T1 është kyçur gjatë gjysmëciklit pozitiv dhe ai
bartë rrymën e ngarkesës. Për shkak të induktivitetit të ngarkesës, rryma e
tiristorit nuk do të bëhet zero në t = , kur tensioni hyrës fillon të bëhet
negativ, por ai do të vazhdoj të përçoj derisa rryma e tij i1 të bëhet zero në
momentin t = . Këndi i përcjelljes së tiristorit T1 është = dhe
varet nga këndi i kyçjes së tiristorit dhe këndi i faktorit të fuqisë së
ngarkesës . Format valore për rrymën e tiristorit, sinjalet kontrolluese
dhe tensionin hyrës janë paraqitur në fig.9.6b. Nëse është
tVv SS sin2 , tensioni momental hyrës dhe këndi i vonesës së
kyçjes së tiristorit T1, rryma e tiristorit i1 mund të caktohet nga
tVRidt
diL S sin21
1 9.12
Zgjidhja e ek.(9.12) ka formën
tLRS eAtZ
Vi )/(
11 )(sin2 9.13
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
256
Fig.9.6 Shndërruesi njëfazor i valës së plotë me ngarkesë RL: (a) qarku;
(b) format valore
ku 2/122 ])([ LRZ paraqet impedancën e ngarkesës ndërsa
)/(tan 1 RL këndin e shfazimit të ngarkesës. Konstanta A1 mund të
caktohet nga kushtet fillestare: në t , i1 = 0, dhe nga ek.(9.13)
)/)(/(
1 )(sin2 LRS eZ
VA 9.14
9. SHNDËRRUESIT ALTERNATIV
257
Me zëvëndsimin e shprehjes së fundit në ek.(9.13) fitohet
)([sin2
1 tZ
Vi S ])(sin )/)(/( tLRe 9.15
Këndi , kur rryma i1 bie në zero dhe tiristori T1 shkyçet, mund të gjendet
nga kushti 0)(1 ti në ek.(9.15) dhe është i dhënë me relacionin
/))(/()(sin)(sin LRe 9.16
Këndi , i cili quhet edhe këndi i ngacmimit, mund të caktohet nga
ekuacioni transcendental me metodën iterative të zgjidhjes. Pasi që të
jetë e njohur, atëherë mund të gjendet edhe këndi i përcjelljes së tiristorit
T1 nga
9.17
Vlera efektive e tensionit dalës është
2/1
22
0 )(sin22
2
tdtVV S
2/1
2/12
)2
2sin
2
2sin(
1
)()2cos1(4
4
S
S
V
tdtV
9.18
Rryma efektive e tiristorit mund të gjendet nga ek.(9.15) si 2/1
2
1 )(2
1
tdiIR
2/1
2)/)(/( )(})sin(){sin(2
1
tdetZ
V tLRS
9.19
Rryma efektive në dalje pastaj mund të caktohet me kombinimin e
rrymave efektive të secilit tiristor si
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
258
RRR IIII 2)( 2/122
0 9.20
Rryma mesatare e tiristorit gjithashtu mund të caktohet nga ek.(9.15) si
)(2
11 tdiI A 9.21
)(])sin()[sin(2
2 )/)(/( tdetZ
V tLRS
Të shndërruesi me ngarkesë rezistive, sinjalet kontrolluese të
tiristorëve mund të jenë pulse të shkurta, ndërkaq për ngarkesë induktive
këto pulse nuk janë të përshtatshme. Kjo mund të spjegohet duke iu
referuar fig.9.6b. Kur të kyçet tiristorit T2 në t = + , tiristori T1 është
ende duke përçuar për shkak të induktivitetit të ngarkesës. Për kohën që i
nevojitet rrymës së tiristorit T1 të bie në zero në t = + , dhe ai të
shkyçet, pulsi i gejtit të T2 tani më është kryer, prandaj T2 nuk do të
kyçet. Dhe si pasojë do të punoj vetëm tiristori T1, duke shkaktuar forma
valore asimetrike të tensionit dhe rrymës dalëse. Kjo vështirësi mund të
evitohet me shfrytëzimin e sijnaleve kontinuale të gejtit me kohëzgjatje
prej () siç është paraqitur në fig.9.6c. Me shuarjen rrymës së T1,
tiristori T2 (me pulse të gejtit si në fig.9.6c) do të kyçet. Por, nga ana
tjetër, pulset kontinuale të gejtit rrisin humbjet dhe kërkojnë
transformator më të madh për izolimin e qarkut të trigerimit. Në praktikë,
për tejkalimin e këtij problemi, zakonisht përdoret një varg i impulseve të
shkurta, siç është treguar në fig.9.6d.
Nga ek.(9.15) shihet se tensioni i ngarkesës do të jetë sinusoidal
nëse këndi i vonesës është më i vogël se këndi i shfazimit . Nëse
është më i madh se ky kënd, rryma e ngarkesës do të jetë diskontinuale
dhe josinusoidale.
Vërejtje
1. Nëse , nga ek.(9.16) mund të gjendet
0)(sin)(sin 9.22
dhe 9.23
9. SHNDËRRUESIT ALTERNATIV
259
2. Pasi që këndi i përcjelljes , nuk mund të jetë më i madh
se dhe rryma e ngarkesës duhet të kaloj nëpër zero,
këndi i vonesës nuk mund të jetë më i vogël se ndërsa
brezi i rregullimit të këndit të vonesës është
(.24)
3. Nëse dhe pulset e gejtit të tiristorëve kanë
kohëzgjatje të madhe, rryma e ngarkesës nuk do të
ndryshojë me , por të dy tirisrorët do të përçojnë për .
Tiristori T1 do të kyçet në t = , dhe tiristori T2 do të
kyçet në t = + .
Shembulli 9.4
Shndërruesi njëfazor i valës së plotë në fig.9.6a ka ngarkesë R = 2.5 dhe L = 6.5 mH.
Tension efektiv hyrës VS = 120 V, 60 Hz. Këndet e kyçjes së tiristorëve T1 dhe T2 janë
1 = 2 = /2. Të caktohet (a) Këndi i përcjelljes së tiristorit T1, ; (b) tensioni efektiv
dalës V0; (c) rryma efektive e tirisorit IR; (d) rryma efektive dalëse I0; (e) rryma mesatare
e tirisorit IA; dhe (f) faktori i fuqisë hyrëse, PF.
Zgjidhje
(a) )/(tan 1 RL = 44.43
o
Nga ek.(9.16), me metodën iterative të zgjidhjes, fitohet
= 220.35o
Këndi i përcjelljes është
= = 220.43-90 = 130.43o
(b) Nga ek.(9.18), tensioni efektiv në dalje është
09.680 V V
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
260
(c) Me intergimin numerik të ek.(9.19) në mes të kufijëve t = deri në , fitohet
rryma efektive e tiristorit
07.15RI A
(d) Nga ek.(9.20), rryma efektive dalëse është
3.2107.15220 RII A
(e) Me intergimin numerik të ek.(9.21) fitohet rryma mesatare e tiristorit
23.8AI A
(f) Fuqia në ngarkesë është
WRIP 2.11345.23.21 22
00
Pasi që rryma hyrëse është e njëjtë me rrymën e ngarkesës, fuqia hyrëse është
WIVIVP SSSi 25563.211200
Faktori i fuqisë hyrëse është
444.02556
2.13340 iP
PPF
Vërejtje Veprimi ndërprerës i tiristorëve i bënë ekuacionet e
rrymave jolineare. Prandaj ato duhet të zgjidhen me metoda numerike.
Në këtë shembull, për zgjidhjen e tyre, është shfrytëzuar programi i
gatshëm nga kompjuteri. Studentët nxiten që ta bëjnë verifikimin e
rezultateve të këtij shembulli dhe të shohin përparësinë e zgjidhjes
numerike, posaçërisht në zgjidhjen e ekuacioneve jolineare të qarqeve me
tiristorë.
9. SHNDËRRUESIT ALTERNATIV
261
9.6 SHNDËRRUESIT TREFAZORË TE GJYSMËVALËS
Në fig.9.7 është paraqitur qarku i shndërruesit trefazorë të
gjysmëvalës (ose unidirekcional) me ngarkesë të lidhur në yll. Rrjedha e
rrymës në ngarkesë është e kontrolluar me tiristorët T1, T3 dhe T5 ndërsa
diodat sigurojnë shtegun kthyes të rrymës.
iD
D
D
T
T
T
L
1
3
5
4
6
2
+
-- +
-
+
n
v
v
v
AN
BN
CN
a
b
c
N
A
B
C
vL
+
-
i
i
ia
b
c
Fig.9.7 Shndërruesi trefazorë i gjysmëvalës
Sekuenca e kyçjes së tiristorëve është T1, T3, T5. Për ta siguruar
rrjedhjen e rrymës nëpër shndërrues, së paku një tiristor duhet të përçoj.
Sikur të gjitha komponentet të ishin dioda, në të njëjtën kohë do të
përçonin tri dioda dhe këndi i përcjelljes së secilës diodë do të ishte 180o.
Mund të përkujtojmë se tiristori do të përçoj nëse tensioni i anodës së tij
është më i lartë se tensioni i katodës dhe nëse është i ngacmuar me sinjal
të gejtit. Tiristori njëherë i kyçur, do të shkyçet me zvoglimin e rrymës së
tij në zero.
Nëse është VS vlera efektive e tensionit fazor hyrës dhe nëse i
definojmë tensionet momentale hyrëse të fazave si
tVv SAN sin2
)3
2(sin2
tVv SBN
)3
4(sin2
tVv SCN
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
262
5 5 6 6 2 2 4 46 6 1 1 1 1 3 3 3 3 5 5
2 2 2 2 4 4 4 4 6 6
20
Vm
van vAN
vAN
vAN
0.5vAB
t
t
D6
D4
D2
g5
g3
g1
0
Vm
v v vA B CN N N
2
0.5vCA
0.5vAB
0
2
3Vm
v v vvAB BC CA
t
t
t
t
t
t
t
0.5vAC
Fig.9.8 Format valore për
9. SHNDËRRUESIT ALTERNATIV
263
Fig.9.9 Format valore për 15
56
1 3 52 4 6
20
van
0.5vAB
t
t
D6
D4
D2
g5
g3
g1
0
Vm
v v vA B CN N N
2
0
2
3Vm
v v vvAB BC CA
t
t
t
t
t
t
t
0.5vAC
3
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
264
atëherë, tensionet hyrëse linjore janë
)6
(sin6
tVv SAB
)2
(sin6
tVv SBC
)6
7(sin6
tVv SCA
Format valore të tensioneve hyrëse, tensioneve dalëse dhe këndet
e përcjelljes së komponenteve janë paraqitur në fig.9.8 për = 60o dhe në
fig.9.9 për = 150o. Duhet të theksohet se intervalet e përcjelljes në
fig.9.8 dhe 9.9 të paraqitura me vija të ndërprera, kanë gjërsi të njëjtë prej
30o. Për , mund të përçojnë dy ose tri komponente në të
njëjtën kohë dhe kombinimet e mundshme janë: (1) dy tiristorë dhe një
diodë, (2) një tiristor dhe një diodë, dhe (3) një tiristorë dhe dy dioda.
Nëse tri komponente përqojnë, paraqiten kushtet normale trifazore siç
është paraqitur në fig.9.10a dhe tensioni dalës fazor është i njëjtë me
tensionin hyrës fazor, p.sh.
tVvv SANan sin2 9.25
D
T1 T1
2
D6 D6
n n
a a
b bc c
A A
B B
Ci
i i
i ia a
b b
c
(a)
i =0c
(b)
Fig.9.10 Ngarkesa rezistive e lidhur në yll: (a) tri komponente përçuese;
(b) dy komponente përçuese
9. SHNDËRRUESIT ALTERNATIV
265
Nga ana tjetër, nëse vetëm dy komponente përçojnë në të njëjtën
kohë, rryma rrjedh vetëm përmes dy linjave, ndërsa linja e tretë mund të
konsiderohet si qark i hapur. Në skaje të ngarkesës do të paraqitet
tensioni linjor siç është paraqitir në fig.9.10b dhe tensioni dalës fazor do
të jetë gjysma e tensionit linjor (p.sh. nëse terminali c është i hapur),
)6
(sin2
23
2
tV
vv S
ABan 9.26
Forma valore për tensionin fazor dalës (p.sh. van) mund të
vizatohet drejtëpërsëdrejti nga tensionet fazore dhe linjore hyrëse, kështu
që nëse tri komponente përçojnë, tensionit van i përgjigjet tensioni vAN,
ndërsa kur përçojnë vetëm dy komponente këtij tensioni fazor i përgjigjet
tensioni linjor vAB/2 (ose vAC/2) dhe zero, nëse është i hapur terminali a.
Për 6o 12, në të njëjtën kohë përçon vetëm një tiristor dhe rryma
kthyese mund të ndahet me një ose dy dioda. Për 12o 21, në të
njëjtën kohë përçon vetëm një tiristor dhe një diodë.
Këndi i ngacmimit të tiristorit mund të vonohet edhe përtej 180o
(p.sh. për T1 është 210o për = 30
o siç është paraqitur në fig.9.9). Për
= 60o, këndi është i vonuar deri në 180
o, siç është paraqitur në fig.9.8.
Kjo ndodhë për shkak se tensioni i një faze dalëse mund të varet nga
tensioni hyrës linjor. Kur vAB bëhet zero në t = 150, rryma e tiristorit T1
vazhdon të rrjedh derisa vCB të bëhet zero në t = 210 dhe këndi =
210 jep tension dalës zero (dhe fuqi zero).
Pulset kontrolluese të gejtit të tiristorëve duhet të jenë kontinuale
dhe, në këtë rast, pulsi për T1 duhet të mbaroj në t = 210. Në praktikë,
pulset e gejtit zakonisht përbëhen nga dy pjesë. Pulsi i parë i tiristorit T1
starton kudo në mes të 0 dhe 150o dhe përfundon në t = 150, pulsi i
dytë, i cili mund të startoj në t = 150, gjithmonë nbaron në t = 210.
Kjo mundëson që rryma nëpër tiristorin T1 të rrjedh në periodën 150
t 210 dhe e rritë brezin e rregullimit të tensionit dalës. Ky brez i
vonesës është
0 210 9.27
Shprehja për tensionin efektiv fazor në dalje varet nga brezi i këndit të
vonesës. Tensioni efektiv dalës për ngarkesë të lidhur në yll mund të
caktohet si në vijim:
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
266
Për 0 90
2/1
2/12
3/4
22/3
2/3
2
3/4
3/2
22/
2/
2
3/2 2
2/12
0
2
0
)8
2sin
43(
13
)(3
sin)(
4
sin
)(3
sin)(
4
sin
)(3
sin
2
16
)(2
1
S
S
an
V
tdt
tdt
tdt
tdt
tdt
V
tdvV
9.28
Për 90o 120
2/1
2/1
2
3/4
2
2
2/3
23/4
3/2
2
2/
2
3/2 2
0
)224
11(
13
)]}(3
sin
)(4
sin)(
3
sin
)(4
sin
)(3
sin[
2
1{6
S
S
V
tdt
tdt
tdt
tdt
tdt
VV
9.29
Për 120o 210
9. SHNDËRRUESIT ALTERNATIV
267
2/1
2/1
2
3/22/3
2
3/22/
2
0
)16
2cos3
16
2sin
424
7(
13
)]}(4
sin
)(4
sin[
2
1{6
S
S
V
tdt
tdt
VV
9.30
D
T1 T1
2
D6 D6
b bc c
A A
BB
Ci
i i
i ia a
b b
c
(a) (b)
a a
i i
i i
i ia ab b
b bc c
c ca a
i =0c
Fig.9.11 Ngarkesa rezistve e lidhur në trekëndsh: (a) tri komponente
përçuese; (b) dy komponente përçuese
Në rastin e ngarkesës së lidhur në trekëndësh, tensioni dalës fazor
do të jetë i njëjtë si tensioni linjor. Por rryma linjore e ngarkesës do të
varet nga numri i komponeneteve që përçojnë në të njëjtën kohë. Nëse tri
komponente përçojnë, rrymat linjore dhe fazore do t’i përcjellin
relacionet normale të sistemeve trefazore, siç është paraqitur në fig.9.11a.
Nëse rryma në fazën a është iab = Im sin t, rryma linjore do të jetë iab –
ica = 3 Im sin (t-). Nëse në të njëjtën kohë përçojnë dy komponente,
njëri terminal i ngarkesës mund të konsiderohet qark i hapur siç është
treguar në fig.9.11b dhe ica = ibc = - iab/2. Rryma linjore e ngarkesës do të
jetë ia = iab – ica = (3Im/2) sin t = 1.5Im sin t.
Kompnentet e fuqisë mund të lidhen së bashku siç është paraqitur
në fig.9.12. Ky konfiguracion i përmbush kërkesat si tërsi unike, vetëm
nëse ka mundsi të lidhet pika neutrale e ngarkesës.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
268
D
D
D
T
T
T
1
3
5
4
6
2
n
a
b c
A
B
Ci
i
ia
b
c
Fig.9.12 Konfiguracioni alternativ i shndërruesit trefazorë të
gjysmëvalës
Shembulli 9.5
Shndërruesi trefazorë në fig.9.7 furnizon ngarkesën rezistive të lidhur në yll R = 10
dhe tensioni efektiv linjor hyrës është 208 V, 60 Hz. Këndi i vonesës është = . Të
caktohet (a) tensioni efektiv fazor dalës V0; dhe (b) faktori i fuqisë hyrëse PF.
Zgjidhje
208LV V dhe 1203/ LS VV V
(a) Nga ek.(9.28), tensioni efektiv fazor dalës është
86.1100 V V
(b) Rryma efektive fazore e ngarkesës është
086.1110/86.110/0 RVIa A
dhe fuqia dalëse është
WRIP a 98.368610086.1133 22
0
9. SHNDËRRUESIT ALTERNATIV
269
Pasi që ngarkesa është e lidhur në yll, rryma e fazës është e barabartë me rrymën linjore,
IL = Ia = 11.086 A, fuqia hyrëse është
WIVP LSi 96.3990086.1112033
Faktori i fuqisë është
924.00 iP
PPF
Vërejtje. Faktori i fuqisë në këtë rast varet nga këndi i vonesë .
9.7 SHNDËRRUESIT TREFAZORË TË VALËS SË PLOTË
Shndërruesit unidirekcional (njëkahësh), të cilët përmbajnë rrymë
njëkahore dhe komponente të larta harmonike për shkak të natyrës
asimetrike të formës valore të tensionit dalës, zakonisht nuk shfrytëzohen
në ngasjen e motorëve alternativ. Për këtë qëllim më së shpeshti përdoret
shndërruesi trefazorë i valës së plotë (bidirekcional), qarku i të cilit, për
ngarkesë rezistive të lidhur në yll, është paraqitur në fig.9.12.
iT
T
T
T
T
T
L
1
3
5
4
6
2
+
-- +
-
+
n
v
v
v
AN
BN
CN
a
b
c
N
A
B
C
vL
+
-
i
i
ia
b
c
Fig.9.13 Shndërruesi trefazorë i valës së plotë
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
270
Veprimi i këtij shndërruesi është i ngjashëm me atë të
shndërruesit të gjysmëvalës, përveç që shtegu kthyes i rrymës në këtë rast
sigurohet me tiristorët T2, T4 dhe T6, në vend të diodave. Sekuenca e
kyçjes së tiristorëve është T1, T2, T3, T4, T5, T6. Nëse tensionet momentale
fazore definohen si
tVv SAN sin2
)3
2(sin2
tVv SBN
)3
4(sin2
tVv SCN
atëherë, tensionet hyrëse linjore janë
)6
(sin6
tVv SAB
)2
(sin6
tVv SBC
)6
7(sin6
tVv SCA
Format valore të tensioneve hyrëse, tensioneve fazore dalëse dhe
këndet e përcjelljes së komponenteve janë paraqitur në fig.9.13 për =
60o dhe në fig.9.14 për = 120
o. Për , pak para kyçjes së
tiristorit T1, përçojnë dy tiristorë. Kur T1 të jetë i kyçur, përçojnë tre
tiristorë. Tiristori shkyçet kur rryma e tij tenton ta ndryshoj kahjen.
Kushtet e punës së qarkut ndryshojnë në mes të rasteve kur përçojnë dy
dhe tre tiristorë.
Për 6o 9, në të njëjtën kohë përçojnë vetëm dy tiristorë.
Për 9o, edhepse dy tiristorë përçojnë në të njëjtën kohë, këtu
paraqiten edhe perioda kur asnjë tiristor nuk është i kyqur. Për 15,
nuk ka asnjë periodë kur përçojnë dy tiristorë dhe tensioni dalës bëhet
zero në = 15. Brezi i ndryshimit të mundshëm të këndit të vonesës
është
0 15 9.31
9. SHNDËRRUESIT ALTERNATIV
271
5 5 6 6 2 2 4 46 6 1 1 3 3 5 52 2 4 4
0
Vm
van
0.5vAB
0.5vAB
t
t
g6
g4
g2
g5
g3
g1
0
Vm
v v vA B CN N N
2
0.5vCA
0.5vAB
0
2
3Vm
v v vvAB BC CA
t
t
t
t
t
t
t
0.5vAC
0.5vAC
1 1 3 3 56
Fig.9.14 Format valore për
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
272
56
6 24 46 1 35 52 4
van
0.5vAB
0.5vAB
t
g6
g4
g2
g5
g3
g1
0
Vm
v v vA B CN N N
2
0
0
2
3Vm
v v
v
v
v
v
v
A
A
B
B
B
B
C
C
C
C
A
A
t
t
t
t
t
t
t
t
0.5vAC
0.5vAC
11 3 5 6
v
Fig.9.15 Format valore për 12
9. SHNDËRRUESIT ALTERNATIV
273
Tensioni efektiv dalës për ngarkesës të lidhur në yll mund të
gjendet si në vijim:
Për 6
2/1
2/1
3/2
22/
2/
23/2
3/
2
2/
4/
23/ 2
2/12
0
2
0
)8
2sin
46(
16
)]}(3
sin)(
4
sin)(
3
sin
)(4
sin)(
3
sin[
2
2{6
)(2
1
S
S
an
V
tdt
tdt
tdt
tdt
tdt
V
tdvV
9.32
Për 6o 9
2/1
2/13/6/5
3/2/
23/6/5
3/2/
2
0
)16
2cos3
16
2sin3
12(
16
)(4
sin)(
4
sin
2
26
S
S
V
tdt
tdt
VV
9.33
Për 9o 15
2/1
2/1
3/2/
2
3/2/
2
0
)16
2cos3
16
2sin
424
5(
16
)(4
sin)(
4
sin
2
26
S
S
V
tdt
tdt
VV
9.34
Disa qarqe të shndërruesve bidirekcional mund të lidhen së
bashku siç është paraqitur në fig.9.16 dhe ky konfiguracion vepron si një
njësi.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
274
T
T
T
T
T
T
1
3
5
4
6
2
n
a
b c
A
B
Ci
i
ia
b
c
+
-
vAB
+
-vBC
+
vCA
-
Fig.9.16 Konfiguracioni trefazor për rregullim dykahor
Shembulli 9.6
Shndërruesi trefazorë në fig.9.13 furnizon ngarkesën rezistive të lidhur në yll R = 10
dhe tensioni efektiv linjor hyrës është 208 V, 60 Hz. Këndi i vonesës është = . Të
caktohet (a) tensioni efektiv fazor dalës V0; dhe (b) faktori i fuqisë hyrëse PF.
Zgjidhje
208LV V dhe 1203/ LS VV V
(a) Nga ek.(9.32), tensioni efektiv fazor dalës është
2/1
0 )]8
2sin
46(
1[6
SVV
Me zëvëndsimin e vlerave të dhëna numerike fitohet
9.1000 V V
(b) Rryma efektive fazore e ngarkesës është
9. SHNDËRRUESIT ALTERNATIV
275
09.1010/9.100/0 RVIa A
dhe fuqia dalëse është
WRIP a 24.30541009.1033 22
0
Pasi që ngarkesa është e lidhur në yll, rryma e fazës është e barabartë me rrymën linjore
IL = Ia = 10.09 A
Fuqia hyrëse është
WIVP LSi 4.363209.1012033
Faktori i fuqisë është
84.00 iP
PPF
Vërejtje. Faktori i fuqisë, i cili varet nga këndi i vonesë , në
përgjithësi është më i ulët në krahasim me atë të shndërruesit të
gjysmëvalës.
9.8 SHNDËRRUESIT TREFAZORË TË VALËS SË PLOTË NË TREKËNDËSH
Nëse çasja në terminalet e sistemit trefazorë është e mundshme,
elementet e rregullimit (ose komponentet e fuqisë) dhe ngarkesa mund të
lidhen në trekëndsh siç është paraqitur në fig.9.17. Pasi që rryma e fazës
te sistemet trefazore është vetëm 3/1 e rrymës linjore, brezet e rrymave
të tiristorëve do të jenë më të vogla se në rastin kur tiristorët vendosen në
linja.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
276
T
T T
T
TT
6
15
3
42
a
c
A
B
Ci
i
ia
b
c
+
-
vAB
+
-vBC
+
vCA
-
i
i
iab
bc
ca
IL
+
-
VL
b
Fig.9.17 Shndërruesi trefazorë i lidhur në trekëndësh
Nëse përvehtësojmë se tensionet momentale linjore janë
tVvv SabAB sin2
)3
2(sin2
tVvv SbcBC
)3
4(sin2
tVvv ScaCA
Tensionet hyrëse linjore, rrymat fazore dhe linjore dhe sinjalet e
gejtit të tiristorëve për ngarkesë rezistive dhe për janë paraqitur
në fig.9.18. Për ngarkesë rezistive, vlera efektive e tensionit dalës fazor
mund të caktohet nga
2/1
2/12
2
2/12
0
2
0
)2
2sin(
1
3
sin)(sin2
2
2
)(2
1
S
S
ab
V
ttdtV
tdvV
9.35
9. SHNDËRRUESIT ALTERNATIV
277
Fig.9.18 Format valore për shndërrues të lidhur në trekëndësh,
për
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
278
Tensioni maksimal dalës mund të fitohet për , dhe brezi i rregullimit
të këndit të vonesës është
9.36
Rrymat linjore, të cilat mund të caktohen nga rrymat fazore, janë
caaba iii
abbcb iii 9.37
bccac iii
Nga fig.9.18 mund të vërehet se rrymat linjore varen nga këndi i vonesës
dhe këto rryma mund të jenë diskontinuale. Vlerat efektive të rrymave
fazore dhe linjore mund të caktohen me zgjidhjen numerike të vlerave
momentale të shprehura përmes serive Fourier. Nëse In është vlera
efektive e komponentes së n-të harmonike të rrymës fazore, atëherë, vlera
efektive e rrymës së fazës mund të gjendet nga
2/122
5
2
3
2
1 )...( nab IIIII 9.38
Për shkak të lidhjes në trekëndësh të ngarkesës, komponentet e trefishta
harmonike (p.sh. n = 3m, ku m është numër i plotë tek) të rrymave fazore
do të rrjedhin përqark trekëndshit të ngarkesës, dhe nuk do të shfaqen në
linjë, sepse komponentet harmonike të rendit zero të rrymave fazore janë
në fazë (nuk janë të shfazuara në mes vedi) në të tri fazat e ngarkesës.
Vlera efektive e rrymës linjore bëhet
2/122
11
2
7
2
5
2
1 )...(3 na IIIIII 9.39
Si rezultat i kësaj, vlera efektive e rrymës linjore nuk do të jetë e lidhur
me rrymën e fazës me shprehjen e zakonshme të sistemeve trefazore, por
do të jetë
aba II 3 9.40
Një formë alernative e shndërruesve të lidhur në trekëndësh është
paraqitur në fig.9.19. Në këtë rast, te ky konfiguracion nevojiten vetëm
9. SHNDËRRUESIT ALTERNATIV
279
tre tiristorë, ashtu që edhe kërkesat për qarqet e rregullimit thjeshtohen
dukshëm.
T
T T1 3
2
a
bc
A
B
Ci
i
ia
b
cL
L
L
Fig.9.19 Shndërruesi trefazorë me tre tiristorë
9.9 CIKLOKONVERTORËT
Në dalje të shndërruesve alternativ fitohet tension dalës i
ndryshueshëm, por frekuenca e tensionit dalës është e fiksuar dhe
përmbajtja e komponenteve harmonike është e lartë, posaçërisht në breze
të ulëta të tensionit dalës. Tension i ndryshueshëm dalës me frekuencë të
ndryshueshme mund të fitohet me anë të shndërruesve të tërthortë të cilët
përbëhen nga dy ose më tepër stade të shndërrimit: në stadin e parë nga
tensioni fiks alternativ fitohet tension i ndryshueshëm njëkahor (p.sh.nga
drejtuesi i kontrolluar) dhe në stadin e dytë nga tensioni i ndryshueshëm
njëkahor fitohet tension me frekuencë të ndryshueshme (p.sh. nga
invertori). Në këtë rast, pra nevojiten dy ose më tepër shndërrues, me çka
rritet kosoja e pajisjes dhe shkaktohen humbje të energjisë në qarqet
ndërmjetësuese. Kërkesa për një ose më shumë shndërrues të ndërmjemë
mund të eliminohet me anë të ciklokonvertorëve. Ciklokonvertori është
shndërrues i drejtëpërdrejtë i cili bënë shndërrimin e fuqisë alternative të
një frekuence në fuqi alternative të frekuencës tjetër pa shndërrim
ndërmjetësues.
Shumica e ciklokonvertorëve janë me komutim të natyrshëm dhe
frekuenca maksimale dalëse është e kufizuar deri në një vlerë e cila është
vetëm një pjesë e frekuencës së burimit. Si rezultat i këtij kufizimi,
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
280
zbatimi i ciklokonvertorëve është i redukuar në pajisje me shpejtësi të
ulët, p.sh. ngasje të motorëve alternativ në brez deri në 15,000 kW me
frekuencë prej 0 deri në 20 Hz.
Zhvillimi i teknikave të shndërrimit dhe metodave bashkohore të
rregullimit, nga njëra anë, si dhe zhvillimi i komponenteve të fuqisë me
shpejtësi të lartë dhe mikroprocesorëve, nga ana tjetër, mundëson
implementimin e strategjive të avansuara të ndryshimit të drejtëpërdrejtë
të frekuencës, zvoglimin e përmbajtjes harmonike dhe optimizimin e
efikasitetit të shndërruesve alternativ. Funksionet e shndërruesve të
këtillë mund të programohen ashtu që në mënyrë optimale të kombinohen
shndërrimet e kërkuara të fuqisë. Për shkak të natyrës komplekse të
derivimeve të madhësive, këta shndërrues nuk do të trajtohen më tepër.
Lexusesit e interesuar mund të gjejnë të dhëna në referencat [1,2].
9.9.1 Ciklokonvertorët njëfazor
Parimi i punës së ciklokonvertorit njëfazor mund të spjegohet me
anë të fig.9.20a. Në këtë rast, dy shndërrues të kontrolluar njëfazor
punojnë si drejtues me urë. Por, këndet e tyre të vonesës janë të tilla, që
tensioni dalës i njërit konvertor është i barabartë, por me polaritet të
kundërt, me tensionin dalës të konvertorit të dytë. Nëse konvertori P
punon vetëm, tensioni mesatar në dalje është pozitiv dhe nëse konvertori
N punon vetëm, tensioni dalës është negativ. Në fig.9.20.b janë paraqitur
format valore për tensionet dalëse dhe sinjale të gejtit të konvertorit
pozitiv dhe neagtiv, ku konvertori pozitiv punon për T0/2 dhe ai negativ
për kohën T0/2. Frekuenca e tensionit dalës është f0 = 1/T0.
Nëse p është këndi i vonësë së konvertorit pozitiv, këndi i
vonesës së konvertorit negativ është n = - p. Tensioni mesatar dalës i
konvertorit pozitiv është i barabartë dhe në opozitë me atë të konvertorit
negativ.
12 dcdc VV 9.41
Ngjashëm si te konvertorët dual në Kapitullin 5.5, vlerat
momentale të dy tensioneve dalëse mund të ndryshojnë në mes vedi, dhe
ne këtë rast paraqitet rryma qarkulluese. Kjo rrymë mund të kufizohet me
9. SHNDËRRUESIT ALTERNATIV
281
një reaktansë LR në mes të grupeve, siç është paraqitur në fig.9.21. Nëse
konvertori P punon vetëm, tensioni mesatar në dalje është pozitiv dhe
nëse konvertori N punon vetëm, tensioni dalës është negativ. Në
fig.9.20.b janë paraqitur format valore për tensionet dalëse dhe sinjale të
gejtit të konvertorit pozitiv dhe neagtiv, ku konvertori pozitiv punon për
T0/2 dhe ai negativ për kohën T0/2. Frekuenca e tensionit dalës është f0 =
1/T0.
T
T
T
TT
T
T
T
1
1
3
32
2
4
4
''
' '
v01 v02
+
-
vS
ip
iS P-Konvertori N-Konvertoriin
+ -
- +
i0
(a)
Fig.9.20 Ciklokonvertori njëfazor: (a) qarku; (b) format valore për
ngarkesë rezistive
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
282
Nëse p është këndi i vonësë së konvertorit pozitiv, këndi i
vonesës së konvertorit negativ është n = - p. Tensioni mesatar dalës i
konvertorit pozitiv është i barabartë dhe në opozitë me atë të konvertorit
negativ.
12 dcdc VV 9.41
Ngjashëm si te konvertorët dual në Kapitullin 5.5, vlerat
momentale të dy tensioneve dalëse mund të ndryshojnë në mes vedi, dhe
ne këtë rast paraqitet rryma qarkulluese. Kjo rrymë mund të kufizohet me
një reaktansë LR në mes të grupeve, siç është paraqitur në fig.9.21.
v p
+
-
+
-
+
-
vS
vS
Ngarkesa
iS
iS
i0
T
T
T
T
1
1
2
2
'
'
ip
in
LR
Konvertori pozitiv
Konvertori negativ
Fig.9.21 Ciklokonvertori me reaktansë në mes të grupeve
Shembulli 9.7
Ciklokonvertori në fig.9.20a ka tensionin hyrës me vlerë efektive 120 V, 60 Hz.
Rezistenca e ngarkesës është 5 dhe induktiviteti i ngarkesës është L = 40 mH.
Frekuenca e tensionit dalës është 20 Hz. Nëse konvertorët punojnë si gjysmëkonvertorë
ashtu që dhe këndi i vonesës është p = 2/3, të caktohet: (a) vlera efektive e
tensionit dalës Vo, (b) rryma efektive e secilit tiristor IR, dhe (c) faktori i fuqisë hyrëse
PF.
9. SHNDËRRUESIT ALTERNATIV
283
Zgjidhje
(a) Për , nga ek.(9.8) caktohet tensioni efektiv në dalje si
53)]2
2sin(
1[ 2/1
0
SVV V
(b) 09.7)]1040202(5[])([ 2/1322/12
0
2 LRZ
dhe 2.45)/(tan 0
1 RL
Rryma efektive e ngarkesës është
48.709.7/53/00 ZVI A
Rryma efektive nëpër secilin konvertor është
29.52/0 III NP A
dhe rryma efektive nëpër secilin tiristor është
47.32/ PR II A
(c) Rryma efektive hyrëse është
48.70 IIS A
dhe fuqia hyrëse është
WIVP SSi 6.897
Fuqia dalëse është
WIVP 35.2792.45cos48.753cos000
Nga ek.(9.8), faktori i fuqisë hyrëse është
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
284
311.0)]2
2sin(
1[cos
cos 2/100
si V
V
P
PPF
9.9.2 Ciklokonvertorët trefazorë
Në fig.9.22.a është paraqitur qarku i ciklokonvertorit
trefazorë/njëfazor. Dy konvertorët ac-dc punojnë si drejtues të kontrolluar
trefazorë. Sinteza e formës valore dalëse për frekuencë dalëse prej 10 Hz
Fig.9.22 Konvertori trefazorë/njëfazor: (a) qarku; (b) format valore
9. SHNDËRRUESIT ALTERNATIV
285
është paraqitur në fig.9.22.b. Konvertori pozitiv punon për gjysmën e
periodës së frekuencës dalëse ndërsa konvertori negativ për gjysmën
tjetër të gjysmëperiodës. Analiza e këtij ciklokonvertori është e ngjashme
me atë të konvertorit njëfazor/njëfazor.
Te rregullimi i motorëve alternativ nga dalja e shndërruesit
kërkohet tension trefazorë me frekuencë të ndryshueshme. Ky tension
mund të fitohet nëse konvertori nga fig.9.22a zgjërohet me gjashtë
konvertorë trefazorë siç është paraqitur në fig.9.23.a. Secila fazë
përmbanë gjashtë tiristorë siç është paraqitur në fig.9.23b, dhe në këtë
rast nevojiten gjithësejt 18 tiristorë. Nëse përdoren gjashtë konvertorë të
fazës së plotë, do të duhen 36 tiristorë.
(b)
P P PN N N
Ngarkesae fazes a
Ngarkesae fazes b
Ngarkesae fazes c
(a)
A
B
C
T T T
T T T
1 2
1 2 3' ''
Fig.9.23 Ciklokonvertori trefazorë/trefazorë
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
286
9.9.3 Zvoglimi i komponenteve harmonike dalëse
Nga fig.9.20b dhe 9.22b mund të vërehet se tensioni dalës nuk
është sinusoidal, dhe si rezultat i kësaj ai përmbanë komponente
harmonike. Faktori i fuqisë hyrëse varet nga këndi i vonesës dhe është i
ulët posaçërisht në breze të ulëta të tensioneve dalëse. Tensioni dalës i
ciklokonvertorëve është i formuar nga segmentet e tensionit hyrës.
0
0
0
0
0
0 Konvertori P
Konvertori N
S
S
S
S
S
S
S
S
S
t
t
t
t
t
t
t
t
t
T /20 T /20
1 12 23 3
0
v0
2
22
VS
VS
vS
vS
2 30
0
-
-2 /( )v =r V sin tr 0
g ,g1 2
g ,g3 4
g ',g '1 2
g ',g '3 4
' ' '
Fig.9.24 Gjenerimi i sinjaleve të gejtit
9. SHNDËRRUESIT ALTERNATIV
287
Vlera mesatare e tensionit të secilit segment varet nga këndi i
vonesës për atë segment. Nëse këndet e vonesës së segmenteve
ndryshojnë asisoji që vlerat mesatare të tensioneve të segmenteve t’i
përgjigjen sa është e mundur më tepër ndryshimeve të tensionit të
dëshiruar sinusoidal në dalje, atëherë komponentet harmonike të tensionit
dalës mund të minimizohen. Ekuacioni (5.21) tregon se tensioni mesatar
dalës i segmentit është funksion kosinusoidal i këndit të vonesës. Prandaj
këndet e vonesës së segmeneteve mund të gjenerohen me krahasimin e
një kosinusoide me frekuencë të burimit ( )cos2 tVv SSc me një
tension referent sinusoidal me frekuencë dalëse ( )cos2 0tVv rr . Në
fig.9.24 është paraqitur gjenerimi i sinjaleve të gejtit për tiristorët e
ciklokonvertorit në fig.9.22a. Në këtë mënyrë fitohet tensioni dalës që
përafrohet më tepër me sinusoidën dhe kësisoji zvoglohen komponentet
harmonike të daljes.
Tensioni maksimal mesatar i segmentit (i cili paraqitet për P = 0)
duhet të jetë i barabartë me vlerën maksimale të tensionit dalës; për
shembull, nga ek.(5.21)
0222
VV
V Sp
9.42
prej nga fitohet vlera efektive e tensionit dalës si
pSVV
V22
0 9.43
Shembulli 9.8
Ciklokonvertori në fig.9.20a ka tensionin hyrës me vlerë efektive 120 V, 60 Hz.
Rezistenca e ngarkesës është 5 dhe induktiviteti i ngarkesës është L = 40 mH.
Frekuenca e tensionit dalës është 20 Hz. Nëse konvertorët punojnë si gjysmëkonvertorë
ashtu që dhe këndet e vonesës janë gjeneruar me krahasimin e një sinjali
kosinusoidal me frekuencë të burimit me sinjalin sinusoidal me frekuencë dalëse siç
është paraqitur në fig.9.24, të caktohet (a) vlera efektive e tensionit dalës Vo, (b) rryma
efektive e secilit tiristor IR, dhe (c) faktori i fuqisë hyrëse FP.
Zgjidhje
(a) Nga ek.(9.43) mund të caktohet tensioni efektiv në dalje si
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
288
39.766366.02
0
SS V
VV V
(b) Impedanca e ngarkesës është
09.7)]1040202(5[])([ 2/1322/12
0
2 LRZ
dhe këndi i ngarkesës
2.45)/(tan 0
1 RL
Rryma efektive e ngarkesës është
77.1009.7/39.76/00 ZVI A
Rryma efektive nëpër secilin konvertor është
62.72/0 III NP A
dhe rryma efektive nëpër secin tiristor është
39.52/ PR II A
(c) Rryma efektive hyrëse është
77.100 IIS A
dhe fuqia hyrëse është
WIVP SSi 4.1292
Fuqia dalëse është
WIVP 73.579cos000
dhe faktori i fuqisë hyrëse është
9. SHNDËRRUESIT ALTERNATIV
289
449.0cos6366.00 iP
PFP
Vërejtje. Ekuacioni i fundit tregon se faktori i fuqisë hyrëse nuk
varet nga këndi i vonesës por vetëm nga këndi i ngarkesës .
9.10 SHNDËRRUESIT ALTERNATIV ME RREGULLIM PULSIV-GJËRSOR
Shndërruesit alternativ me tiristorë me komutim natyror
shkaktojnë komponente harmonike të rendit të ulët si në anën e ngarkesës
ashtu edhe në atë të burimit dhe kanë faktor të fuqisë hyrëse të ulët.
Performansat e shndërruesve alternativ mund të përmirësohen me
rregullim pulsiv-gjërsor. Konfiguracioni i qarkut të një shndërruesi
njëfazor më rregullim pulsiv-gjërsor është paraqitur në fig.9.25a, ndërsa
në fig.9.25b janë paraqitur sinjalet e gejtit për ndërprersit e qarkut.
D
D
D
D
N
N
1
1
1
1
2
2
2
2'
''
'
vS
i0
R
L
v0
+
-
(a)
N
N
N
N1
1
2
2
'
'
0
0
0
0
(b)
N
N
Fig.9.25 Shndërruesi alternativ me rregullim pulsiv-gjërsor: (a)
qarku; (b) sinjalet e gejtit
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
290
Ndërprersit N1 dhe N2 kyçen dhe shkyçen disa herë gjatë
gjysmëciklit pozitiv gjegjësisht negativ të tensionit hyrës. Ndërprersit N1’
dhe N2’ sigurojnë shtegun kthyes të rrymës së ngarkesës, gjatë kohës kur
ndërprersit N1 dhe N2 janë në gjendje të shkyçur. Diodat sigurojnë
mbrojtjen e ndërprerësve nga tensionet reverze.
Tensioni dalës për ngarkesë rezistive është paraqitur në fig.9.26a.
Rryma e ngarkesës do ta përcjell formën valore të tensionit dalës, ndërsa
për ngarkesë RL, rryma e ngarkesës do të rritet në kahje pozitive ose
negative kur të kyçet ndërprerësi N1 gjegjësisht N2. Ngjashëm, rryma e
ngarkesës shuhet kur të kyçet N1’ ose N2’.
v
V
-V
i0
m
m
0
0
0
t
t
(a)
(b)
Fig.9.26 Tensioni dalës dhe rryma e ngarkesës për shndërrues alternativ
me rregullim pulsiv-gjërsor
9.11 PROJEKTIMI I SHNDËRRUESVE ALTERNATIV
Gjatë projektimit të qarqeve të shndërruesve alternativ (por edhe
të qarqeve të shndërruesve në përgjithësi), brezet e tensioneve dhe të
rrymave të komponenteve të fuqisë duhet të projektohen për kushtet e
rastit më kritik, i cili paraqitet kur shndërruesi jep vlerën efektive
maksimale të tensionit dalës Vo. Hyrja dhe filtrat dalës gjithashtu duhet të
projektohen për kushtet e rastit më kritik. Pasi që dalja e shndërruesit të
fuqisë përmban komponente harmonike, këndi i vonesës gjithashtu duhet
9. SHNDËRRUESIT ALTERNATIV
291
të caktohet për kushtet e rastit më kritik të konfiguracionit të caktuar të
qarkut të shndërruesit.
Hapat e nevojshëm gjatë projektimit të qarkut të shndërruesit
alternativ dhe filtrave përkatës janë të ngjashëm me ato për projektimin e
qarqeve të drejtuesve në Kapitullin 3.11.
T
T
1
2
vS
i0
R
Lv0
+
-
(a)
(b)
C
v
V
0
m
0
t
Fig.9.27 Shndërruesi i njëfazor i valës së plotë
Shembulli 9.9
Shndërruesi njëfazor i valës së plotë në fig.9.27a konrollon rrjedhën e fuqisë nga burimi
alternativ 230 V 60 Hz në ngarkesë rezistive. Fuqia e dëshiruar maksimale dalëse është
10 kW. Të llogaritet (a) brezi i rrymave efektive maksimale të tiristorëve IRM, (b) brezi i
rrymave mesatare maksimale të tiristorëve IAM, (c) rryma maksimale e tiristorëve Im, dhe
(d) vlera maksimale e tensionit reverz të tirisorit VRmax.
Zgjidhje
Qarku do të jep fuqi maksimale kur këndi i vonesës është = 0. Nga ek (9.8), vlera
efektive e tensionit dalës është
2300 SVV V
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
292
Fuqia dalëse është
00010/2
00 RVP
prej nga mund të llogaritet vlera e rezistencës së ngarkesës
29.5R
(a) Vlera maksimale efektive e rrymës së ngarkesës është
48.43/00 RVI M A
dhe vlera efektive maksimale e rrymës së tiristorit është
75.302/0 MRM II A
(b) Nga ek.(9.10), rryma mesatare maksimale e tiristorit është
57.1929.5
2302
AMI A
(c) Rryma maksimale e tiristorit është
5.61/ RVI mm A
(d) Tensioni maksimal reverz në skaje të tiristorit është
3.3252max SmR VVV V
9. SHNDËRRUESIT ALTERNATIV
293
PASQYRË PYETJESH
9.1 Cilat janë përparësit dhe të metat e rregullimit me kyçje-
shkyçje?
9.2 Cilat janë përparësit dhe të metat e rregullimit me kënd
fazor?
9.3 Cilat janë efektet e induktivitetit të ngarkesës në
performnsat e shndërruesve të tensionit alternativ?
9.4 Çka është këndi i kyçjes?
9.5 Cilat janë përparësit dhe të metat e shndërruesve njëkahësh
(unidirekcional)?
9.6 Cilat janë përparësit dhe të metat e shndërruesve dykahësh
(bidirekcional)?
9.7 Cilat janë përparësit dhe të metat e shndërruesve të lidhur
në trekëndësh?
9.8 Cili është brezi i rregullimit të këndit të vonesës për
shndërruesit unidirekcional?
9.9 Cili është brezi i rregullimit të këndit të vonesës për
shndërruesit bidirekcional?
9.10 Cili është brezi i rregullimit të këndit të vonesës për
shndërruesit trefazorë bidirekcional?
9.11 Çka është ciklokonvertori?
9.12 Cilat janë përparësit dhe të metat e ciklokonvertorëve?
9.13 Cilat janë përparësit dhe të metat e shndërruesve të
tensionit alternativ?
9.14 Cili është parimi i punës së ciklokonvertorit?
9.15 Çfarë efekti shkakton induktiviteti i ngarkesës në
performansat e ciklokonvertorit?
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
294
9.16 Cilat janë tri konfiguracionet e mundshme të qarkut të
shndërruesit njëfazor të valës së plotë?
9.17 Si mund të zvoglohen komponentet harmonike te
ciklokonvertorët?
9.18 Çka janë kushtet e rastit më kritik të projektimit të
komponenteve të fuqisë për shndërrues alternativ?
PROBLEME
9.1 Shndërruesi njëkahor i tensionit në fig.9.1a shfrytëzohet për
nxemje të ngarkesës rezistive R = 5 dhe tension efektiv hyrës
është VS = 220 V, 50 Hz. Ndërprerësi tiristorik është i kyçyr për
n = 125 cikle dhe është i shkyçur për m = 75 cikle. Të caktohet:
(a) tensioni efektiv dalës V0, (b) faktori i fuqisë hyrëse, PF; dhe
(c) rrymat mesatare dhe efektive të tiristorëve.
9.2 Shndërruesi njëkahor i tensionit në fig.9.1a shfrytëzon
rregullimin me kyçje-shkyçje për nxemjen e ngarkesës rezistive
R = 4 dhe tension efektiv hyrës VS = 220 V, 50 Hz. Nëse
fuqia e dëshiruar dalëse është P0 = 3 kW, të caktohet: (a) cikli i
punës k, dhe (b) faktori i fuqisë hyrëse, PF.
9.3 Shndërruesi njëfazor i tensionit në fig.9.2a ka ngarkesë rezistive
R = 5 dhe tension efektiv hyrës VS = 120 V, 60 Hz. Këndi i
kyçjes së i tiristorit është = /3. Të caktohet: (a) tensioni
efektiv dalës V0, (b) faktori i fuqisë hyrëse, PF; dhe (c) rryma
mesatare hyrëse.
9.4 Shndërruesi njëfazor i tensionit në fig.9.2a ka ngarkesë rezistive
R = 5 dhe tension efektiv hyrës VS = 220 V, 50 Hz. Nëse
fuqia e dëshiruar dalëse është P0 = 2 kW, të llogatitet: (a) këndi
i kyçjes së i tiristorit , dhe (b) faktori i fuqisë hyrëse PF.
9.5 Shndërruesi njëfazor i tensionit në fig.9.3a ka ngarkesë rezistive
R = 5 dhe tension efektiv hyrës VS = 120 V, 60 Hz. Këndet e
kyçjes së tiristorëve T1 dhe T2 janë 1 = 2 = 2/3. Të caktohet:
9. SHNDËRRUESIT ALTERNATIV
295
(a) tensioni efektiv dalës V0, (b) faktori i fuqisë hyrëse, PF; , (c)
rryma mesatare hyrëse IA dhe (d) rryma efektive e tirisorëve IR.
9.6 Shndërruesi njëfazor i tensionit në fig.9.3a ka ngarkesë rezistive
R = 1.5 dhe tension efektiv hyrës VS = 220 V, 50 Hz. Nëse
fuqia e dëshiruar dalëse është P0 = 7.5 kW, të llogatiten: (a)
këndet e kyçjes së tiristorëve T1 dhe T2; (b) tensioni efektiv
dalës V0, (c) faktori i fuqisë hyrëse, PF; , (d) rryma mesatare
hyrëse IA dhe (d) rryma efektive e tirisorëve IR.
9.7 Shndërruesi njëfazor i valës së plotë në fig.9.6a ka ngarkesë R =
5 dhe L = 5 mH. Tension efektiv hyrës është VS = 120 V, 60
Hz. Këndet e kyçjes së tiristorëve T1 dhe T2 janë 1 = 2 = /3.
Të caktohet: (a) Këndi i përcjelljes së tiristorit T1, ; (b) tensioni
efektiv dalës V0; (c) rryma efektive e tirisorit IR; (d) rryma
efektive dalëse I0; (e) rryma mesatare e tirisorit IA; dhe (f)
faktori i fuqisë hyrëse, PF.
9.8 Shndërruesi trefazorë në fig.9.7 furnizon ngarkesën rezistive të
lidhur në yll R = 5 dhe tensioni efektiv linjor hyrës është 380
V, 50 Hz. Këndi i vonesës është = 6. Të caktohet: (a)
tensioni efektiv fazor dalës V0; dhe (b) faktori i fuqisë hyrëse
PF.
9.9 Shndërruesi trefazorë në fig.9.7 furnizon ngarkesën
rezistive të lidhur në yll R = 2.5 dhe tensioni efektiv
linjor hyrës është 380 V, 50 Hz. Nëse fuqia e dëshiruar
dalëse është P0 = 12 kW, të llogaritet: (a) këndi i vonesës
është , (b) tensioni efektiv fazor dalës V0; dhe (c) faktori
i fuqisë hyrëse PF.
9.10 Shndërruesi trefazorë në fig.9.7 furnizon ngarkesën rezistive të
lidhur në yll R = 5 dhe tensioni efektiv linjor hyrës është 380
V, 50 Hz. Këndi i vonesës është = 23. Të caktohet: (a)
tensioni efektiv fazor dalës V0; dhe (b) faktori i fuqisë hyrëse
PF.
9.11 Shndërruesi trefazorë bidirekcional në fig.9.12 furnizon
ngarkesën rezistive të lidhur në yll R = 5 dhe tensioni efektiv
linjor hyrës është 380 V, 50 Hz. Këndi i vonesës është = 6.
Të caktohet: (a) tensioni efektiv fazor dalës V0; dhe (b) faktori i
fuqisë hyrëse PF.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
296
9.12 Shndërruesi trefazorë bidirekcional në fig.9.12 furnizon
ngarkesën rezistive të lidhur në yll R = 2.5 dhe tensioni
efektiv linjor hyrës është 380 V, 50 Hz. Nëse fuqia e dëshiruar
dalëse është P0 = 12 kW, të llogaritet: (a) këndi i vonesës është
, (b) tensioni efektiv fazor dalës V0; dhe (c) faktori i fuqisë
hyrëse PF.
9.13 Shndërruesi trefazorë bidirekcional në fig.9.12 furnizon
ngarkesën rezistive të lidhur në yll R = 5 dhe tensioni efektiv
linjor hyrës është 380 V, 50 Hz. Këndi i vonesës është =
23. Të caktohet: (a) tensioni efektiv fazor dalës V0; dhe (b)
faktori i fuqisë hyrëse PF.
9.14 Shndërruesi trefazorë bidirekcional i lidhur në trekëndësh në
fig.9.14 ka ngarkesë rezistive R = 5 dhe tensioni efektiv
linjor hyrës është 380 V, 50 Hz. Këndi i vonesës është = 3.
Të caktohet: (a) tensioni efektiv fazor dalës V0; dhe (b) shprehja
për rrymat momentale ia, iab, dhe ica; (c) rryma efektive dalëse e
fazës Iab dhe rryma efektive dalëse linjore Ia; (d) faktori i fuqisë
hyrëse PF; dhe (e) rryma efektive e tiristorëve IR.
9.15 Ciklokonvertori në fig.9.20a ka tensionin hyrës me vlerë
efektive 120 V, 60 Hz. Rezistenca e ngarkesës është 2.5 dhe
induktiviteti i ngarkesës është L = 40 mH. Frekuenca e tensionit
dalës është 20 Hz. Nëse konvertorët punojnë si
gjysmëkonvertorë ashtu që dhe këndi i vonesës është
p = /2, të caktohet (a) vlera efektive e tensionit dalës Vo, (b)
rryma efektive e secilit tiristor IR, dhe (c) faktori i fuqisë hyrëse
FP.
9.16 Të përsëritet Prob.9.15 për L = 0.
9.17 Ciklokonvertori në fig.9.20a ka tensionin hyrës me vlerë
efektive 120 V, 60 Hz. Rezistenca e ngarkesës është 2.5 dhe
induktiviteti i ngarkesës është L = 40 mH. Frekuenca e tensionit
dalës është 20 Hz. Nëse këndet e vonesës janë gjeneruar me
krahasimin e një sinjali kosinusoidal me frekuencë të burimit
me sinjalin sinusoidal me frekuencë dalëse siç është paraqitur
në fig.9.24, të caktohet (a) vlera efektive e tensionit dalës Vo,
(b) rryma efektive e secilit tiristor IR, dhe (c) faktori i fuqisë
hyrëse FP.
9. SHNDËRRUESIT ALTERNATIV
297
9.18 Shndërruesi njëfazor i valës së plotë në fig.9.27a konrollon
rrjedhën e fuqisë nga burimi alternativ 220 V 50 Hz në
ngarkesë rezistive. Fuqia e dëshiruar maksimale dalëse është 30
kW. Të llogaritet (a) brezi i rrymave efektive maksimale të
tiristorëve IRM, (b) brezi i rrymave mesatare maksimale të
tiristorëve IAM, (c) rryma maksimale e tiristorëve Im, dhe (d)
vlera maksimale e tensionit reverz të tirisorit VRmax.
10. SHNDËRRUESIT NJËKAHOR (ÇOPERËT)
10.1 HYRJE
Në shumë zbatime industriale kërkohet që tensioni njëkahor i
burimit me një vlerë të pandryshueshme (fikse) të shndërrohet në tension
gjithashtu njëkahor, por të ndryshueshëm. Shdërruesi njëkahor këtë
konvertim e bënë drejtëpërsëdrejti dhe ky qark është i njohur edhe si
çoper. Çoperi mund të konsiderohet edhe si një ekuivalent njëkahor i
transformatorit, te i cili, herësi i transformimit ndryshon kontinualisht. Si
edhe transformatori, çoperi mund të shfrytëzohet për ngritjen (tensioni
dalës më i lartë se tensioni i burimit) ose zvoglimin e tensionit njëkahor
të burimit.
Çoperët shfrytëzohen shumë në rregullimin e tërheqjes te
automobilat elektrik, trolejbusat, trenat, platformat detare dhe
minahedhësit. Këta shndërrues sigurojnë rregullim të rrafshtë të nxitimit,
efikasitet të lartë dhe përgjigje të shpejtë dinamike. Çoperët mund të
shfrytëzohen te ndërprerjet regjenerative e motorëve njëkahor për
kthimin e energjisë në burim, dhe ky veprim mundëson kursimin e
energjisë te sistemet transportuese tek të cilat, gjatë punës së rregulltë,
janë të pranishme ndërprerjet e shpeshta. Çoperët shfrytëzohen te
rregullatorët e tensionit njëkahor, dhe gjithashtu, së bashku me një
induktor, këto qarqe shfrytëzohen për gjenerimin e burimit të rrymës
njëkahore te invertorët e rrymës.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
298
10.2 PRINCIPI I PUNËS SË ÇOPERIT PËR ZVOGLIM TË TENSIONIT
Principi i punës së çoperit, i cili mundson fitimin e tensionit më të
ulët në dalje se tensioni i burimit, mund të spjegohet përmes fig.10.1a.
Kur ndërprersi N është i mbyllur për një kohë t1, tensioni hyrës VS
paraqitet në ngarkesë. Nëse ndërprersi mbetet i shkyçur për një kohë t2,
tensioni në ngarkesë është zero. Format valore të tensionit dalës dhe
rrymës së ngarkesës janë paraqitur gjithashtu në fig.10.1.b. Ndërprersi, te
çoperi mund të realizohet me (1) BJT të fuqisë, (2) MOSFET të fuqisë,
(3) GTO ose (4) me tiristor me komutim të dhunshëm. Komponentet
praktike kanë një rënie të caktuar të tensionit në brez prej 0.5 deri 2 V,
por, për shkak të thjeshtimit të punës gjatë analizës së qarqeve, këtë rënie
të tensionit në komponentet gjysmëpërçuese të fuqisë, nuk do ta
përfillim.
+
-
V
V
v
i
R
N
S
H
0
0
+
-
Coperi,t
t
t
t
T
t
t
1
1
2
2
0
0
VS
V /RS
v0
kT T
i
(a) (b)
Fig.10.1 Çoperi me ngarkesë rezistive: (a) qarku; (b) format
valore
Tensioni mesatar në dalje është i dhënë me shprehjen
SSS
t
m kVVftVT
tdtv
TV 1
1
0
0
11 10.1
dhe rryma mesatare e ngarkesës është Im = Vm/R = kVS/R. T është perioda
e ndërprerjes, ndërsa k = t1/T është cikli i punës së çoperit, dhe f është
10 SHNDËRRUESIT NJËKAHOR (ÇOPERËT)
299
frekuenca e ndërprerjes. Vlera efektive e tensionit dalës mund të gjendet
nga
S
kT
VkdtvT
V 2/1
0
2
00 )1
( 10.2
Duke përvehtësuar se çoperi është pa humbje, fuqia hyrëse e çoperit është
e njëjtë me fuqinë dalëse dhe është e dhënë me
R
Vkdt
R
v
Tidtv
TP S
kTkT
i
2
0
2
0
0
0
11 10.3
Rezistenca efektive e shikuar nga ana e burimit është
k
R
RkV
V
I
VR
S
S
m
Si
/ 10.4
Cikli i punës k mund të ndryshoj nga 0 deri 1 me ndryshimin e
kohës t1, periodës T ose frekuencës f. Prandaj, me rregullimin e ciklit të
punës k, tensioni dalës V0 mund të ndryshoj nga vlera 0 deri në VS dhe në
këtë mënyrë mund të rregullohet rrjedha e fuqisë. Rregullimi i tensionit
njëkahor dalës mund të bëhet në dy mënyra të punës:
1. Puna me frekuencë konstante. Frekuenca e ndërprerjes f
(ose perioda e ndërprerjes T) mbahet konstante dhe
ndryshon koha e kyçjes t1. Në këtë mënyrë ndryshohet
gjërsia e pulseve dhe ky tip i rregullimit është i njohur si
modulimi pulsiv-gjërsor.
2. Puna me frekuencë të ndryshueshme. Frekuenca e
ndërprerjes ndryshohet, ndërsa edhe koha e kyçjes t1 edhe
koha e shkyçjes t2 mbahen konstante. Ky tip i rregullimit
quhet modulimi frekuencor. Frekuenca do të duhej të
ndryshohet në një brez të gjërë për ta fituar brezin e plotë
të tensionit dalës. Ky tip i rregullimit gjeneron
komponente harmonike në frekuenca të paparashikueshme
dhe projektimi i filtrave përkatës është i vështirsuar.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
300
Shembulli 10.1
Çoperi njëkahor në fig.10.1a ka ngarkesë rezistive R = 10 dhe tension hyrës VS = 220
V. Kur ndërprersi i çoperit është i mbyllur, rënia e tensionit në te është vN = 2 V dhe
frekuenca e ndërprerjes është f = 1 kHz. Nëse cikli i punës është 50%, të caktohet (a)
tensioni mesatar dalës Vm, (b) tensioni efektiv dalës V0, (c) efikasiteti i çoperit, , (d)
rezistenca efektive hyrëse e çoperit Ri dhe (e) vlera efektive e komponentës themelore
harmonike të tensionit dalës.
Zgjidhje
(a) Nga ek.(10.1) vlera mesatare e tensionit dalës është
109)2220(5.0)()(1 1
0
0 NSN
t
m vVkdtvvT
V V
(b) Nga ek.(10.2) vlera efektive e tensionit dalës është
VvVkdtvvT
V NS
kT
N 15.154)2220(5.0)(])(1
[ 2/1
0
2
00
Fuqia dalëse mund të gjendet nga
W
R
vVkdt
R
vV
Tdt
R
v
TP NS
kTNS
kT
2.237610
)2220(5.0
)()(11
2
2
0
2
0
2
00
10.5
Fuqia hyrëse e çoperit mund të caktohet nga
W
R
vVVkdt
R
vVV
Tidtv
TP NSS
kT
NSS
kT
Si
239810
22202205.0
)()(11
00
10.6
Efikasiteti i çoperit është
10 SHNDËRRUESIT NJËKAHOR (ÇOPERËT)
301
%09.992398
2.23760 iP
P
(c) Nga ek.(10.4), rezistenca hyrëse është
205.0
10
k
RRi
(d) Tensioni dalës, siç shihet nga fig.10.1b, mund të shprehet në seri Fourier si
1
1
0
2sin)2cos1(
2cos2sin)(
n
S
n
SS
ftnknn
V
ftnknn
VkVtv
10.7
Komponenta themelore (për n=1) e tensionit dalës mund të caktohet nga ek.(10.7) si
]2sin)2cos1(2cos2[sin)(1 ftkftkV
tv S
)2.66283sin(06.140)10002(sin2220
tt
dhe vlera efektive e kësaj komponente është
04.992/06.1401 V V
Vërejtje. Llogaritja e efikasitetit, duke marrë parasysh edhe
humbjet në ndërprersin e mbyllur, nuk luan ndonjë rol praktik, sepse edhe
me këto humbje efikasiteti te çoperët praktik sillet në mes të 92 dhe 99%.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
302
10.3 ÇOPERI ME NGARKESË RL
Në fig.10.2 është parqitur çoperi me ngarkesë RL. Puna e çoperit
mund të ndahet në dy mode. Gjatë modit 1, çoperi është i kyçur dhe
rryma rrjedh nga burimi në ngarkesë. Gjatë modit 2, çoperi është i
shkyçur dhe rryma e ngarkesës vazhdon të rrjedh përmes diodës kthyese
Dm. Qarqet ekuivalente për këto mode janë paraqitur në fig.10.3a. Format
valore të rrymës së ngarkesës dhe tensionit dalës janë paraqitur në
fig.10.3.b.
+_
+
-
V v
i
R
N
S 0
+
-
Coperi,
L
E
Dm
Fig.10.2 Çoperi me ngarkesë RL
Rryma e ngarkesës për modin 1 mund të gjendet nga
Edt
diLRiVS 1
1 10.9
Zgjidhja e ek.(10.9) me rrymë fillestare 11 )0( Iti jep rrymën e
ngarkesës
)1()( //
11
LtRSLtR eR
EVeIti
10.10
Ky mod vlen për )(0 1 kTtt ; dhe në fund të këtij modi, rryma e
ngarkesës bëhet
211 )( IkTtti 10.11
10 SHNDËRRUESIT NJËKAHOR (ÇOPERËT)
303
+_
i
R
L
E
+_
+
-
V
i
RS
L
E
1
Modi 1
2
Modi 2
Dm
(a)
t
t
t
T
t1 2
0
0
0
VS
v0
kT
kT
T
T
i
i
(b)
i
i
i
i
I
I
I
11
1
2
2
2
2
kT (1-k)T
Rrymakontinuale
Rrymadiskontinuale
Fig.10.3 Qarqet ekuivalente dhe format valore për ngarkesën RL
Rryma e ngarkesës për modin 2 mund të caktohet nga
Edt
diLRi 2
20 10.12
Me kushtet fillestare 22 )0( Iti dhe me ridefinimin e origjinës së
kohës (t=0) në fillim të modit 2, kemi
)1()( //
22
LtRLtR eR
EeIti 10.13
Ky mod vlen për ])1([0 2 Tktt , dhe në fund të këtij modi, rryma e
ngarkesës bëhet
322 )( Itti 10.14
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
304
Në fund të modit 2, çoperi kyçet prap në ciklin e ardhshëm pas kohës
21/1 ttfT .
Në kushtet stacionare rrymat 31 II . Rryma e ngarkesë prej
majës-në–maje mund të caktohet nga ek. (10.10), (10.11), (10.13) dhe
(10.14). Nga ek. (10.10) dhe (10.11), rryma I2 është e dhënë me
)1( //
12
LkTRSLkTR eR
EVeII
10.15
Nga ek.(10.13) dhe (10.14), rryma I3 është e dhënë me
)1( /)1(/)1(
213
LTRkLTRk eR
EeIII 10.16
Rryma e ngarkesës prej majës-në-maje është
12 III
e cila, pas thjeshtimeve, bëhet
LTR
LTRkLTRLkTR
S
e
eee
R
VI
/
/)1(//
1
1
10.17
Nga kushti për valëzim maksimal,
0)(
dk
Id 10.18
fitohet 0/)1(/ LTRkLkTR ee ose k = 0.5. Vlera maksimale e rrymës së
valëzimit prej-majës-në-maje (për k = 0.5) është
fL
R
R
VI S
4tanhmax 10.19
Për tanh,4 RfL dhe rryma maksimale e valëzimit mund të
aproksimohet në
10 SHNDËRRUESIT NJËKAHOR (ÇOPERËT)
305
fL
VI S
4max 10.20
Vërejtje. Ekuacionet (10.9) deri (10.20) vlejnë vetëm për rrymë
kontinuale. Për një kohë më të gjatë të shkyçjes, posaçërisht në frekuenca
të ulëta dhe tensione të ulëta dalëse, rryma e ngarkesës mund të jetë
diskontinuale. Rryma e ngarkesës do të jetë kontinuale nëse L/R >> T
ose Lf >> R. Për rastin e rrymës diskontinuale të ngarkesës, I1 = 0 dhe
ek.(10.10) bëhet
)1()( /
1
LtRS eR
EVti
dhe nga ek.(10.13), i cili vlen për 20 tt , dhe kushti i2 (t=t2) = I3 = I1,
fitohet
)1(ln 22
E
RI
R
Lt
Shembulli 10.2
Çoperi nga fig.10.2 furnizon ngarkesën RL me VS = 550 V, R = 5 , L = 7.5 mH, f = 1
kHz, k = 0.5 dhe E = 0 V. Të llogaritet (a) rryma minimale momentale e ngarkesës I1,
(b) rryma maksimale momentale e ngarkesës I2, (c) vlera maksimale e rrymës së
valëzimit prej majës-në-maje, (d) vlera mesatare e rrymës së ngarkesës Im, (e) vlera
efekrive të rrymës së ngarkesës I0, (f) rezistenca efektive hyrëse e shikuar nga ana e
burimit Ri dhe (g) vlera efektive e rrymës së çoperit IR.
Zgjidhje
Nga ek.(10.15), rryma momentale maksimale është
473.127165.0)1( 1
//
12
IeR
EVeII LkTRSLkTR
dhe nga ek.(10.16), rryma minimale momentale është
07165.0)1( 2
/)1(/)1(
21 IeR
EeII LTRkLTRk
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
306
Me zgjidhjen e këtyre dy ekuacioneve fitohet
(a) 37.181 I A
(b) 63.252 I A
(c) 26.712 III A
Nga ek.(10.19), vlera maksimale e rrymës prej majës-në-majë është
26.74
tanhmax fL
R
R
VI S A
Ndërsa ek.(10.20) jep vlerën e përafërt
33.74
max fL
VI S A
(d) Rryma mesatare e ngarkesës është përafërsisht
222
21
II
Im A
(e) Nëse përvehtësojmë se rryma e ngarkesës rritet linearisht nga I1 në I2, rryma
momentale e ngarkesës mund të shprehet si
kT
tIIi
11 për kTt 0
Vlera efektive e rrymës së ngarkesës mund të gjendet nga
A
IIIII
IdtikT
I
kT
1.22
)(3
)()
1(
2/1
121
2
122
1
2/1
0
2
10
10.21
(f) Rryma mesatare e burimit është
11225.0 mS kII A
10 SHNDËRRUESIT NJËKAHOR (ÇOPERËT)
307
dhe rezistenca efektive hyrëse
20/ SSi IVR
(g) Rryma efektive e çoperit mund të gjindet nga
AIk
IIIII
IkdtiT
I
kT
R
63.151.225.0
)(3
)()
1(
0
2/1
121
2
122
1
2/1
0
2
1
10.22
Shembulli 10.3
Çoperi nga fig.10.2 furnizon ngarkesën RL me VS = 550 V, R = 0.25 , dhe E = 0 V.
Rryma mesatare e ngarkesës është Im = 200 A dhe frekuenca e ndërprerjes f = 250 Hz.Të
shfrytëzohet tensioni mesatar në dalje për llogaritjen e induktivitetit L, i cili do ta
kufizoj rrymën maksimale të valëzimit në 10% të Im.
Zgjidhje
Tensioni mesatar në dalje është
mSm RIkVV
Tensioni në skaje të induktivitetit është
)1( kVkVVRIVdt
diL SSSmS
Nëse përvejtësojmë se rryma e ngarkesës rritet linearisht, dt = t1 = kT dhe di = I
)1( kVkT
IL S
kTL
kVI S )1(
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
308
Rasti më kritik i valëzimit
0)(
dk
Id
prej nga fitohet 5.0k .
Nga kushtet e detyrës kemi
201.0200max I A,
004.0/1 fT s,
004.05.0)51(55020max LLI ,
dhe vlera e kërkuar e induktivitetit është
5.27L mH
10.4 PRINCIPI I PUNËS SË ÇOPERIT PËR NGRITJE TË TENSIONIT
Çoperi mund të shfrytëzohet si qark për ngritje të tensionit
njëkahor në dalje në krahasim me tensionin hyrës dhe një qark me veprim
të tillë është paraqitur në fig.10.4a. Kur ndërprersi N është i mbyllur për
kohën t1, rryma e induktivitetit L rritet dhe në te grumbullohet një sasi e
energjisë. Nëse ky ndërprerës është pastaj i hapur për kohën t2, energjia e
grumbulluar në induktivitet, përmes diodës D1, do të bartet në ngarkesë
dhe rryma e induktivitetit do të zvoglohet. Forma valore e rrymës së
induktivitetit është paraqitur në fig.10.4b, me përvehtësimin se kjo rrymë
ka rrjedhje kontinuale.
10 SHNDËRRUESIT NJËKAHOR (ÇOPERËT)
309
+
-
V v
i
S L
+
-
Coperi,
L D1
Ngark
esa
+
-
v0
CL
iL
(a)
i
t
tt1 2
0
I
I1
2
i
i
i1
2
(b)
V /V0 S
2
3
4
5
6
7
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0k
(c)
Fig.10.4 Çoperi për ngritje të tensionit: (a) qarku; (b) forma valore e
rrymës; (c) forma valore e tensionit dalës
Kur çoperi është i kyçur, tensioni në skaje të induktivitetit është
dt
diLvL
1
prej nga mund të nxjerret vlera e rrymës valëzuese të induktivitetit prej
majës-në-maje si
1tL
VI S 10.23
Tensioni momental dalës është
kV
t
tV
t
ILVv SSS
1
11
2
1
2
0 10.24
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
310
Nëse në skaje të ngarkesës lidhet një kondenzator me kapacitet të
madh CL, siç është paraqitur me vija të ndërprera në fig.10.4a, tensioni
dalës do të jetë kontinual dhe do të jetë i barabartë me tensionin mesatar
Vm. Nga ek.(10.24) mund të vërehet se tensioni në ngarkesë mund të rritet
me ndryshimin e vlerës së ciklit të punës k, dhe se tensioni minimal dalës
është për k = 0. Megjithatë, çoperi nuk mund të jetë i kyçur kontinualisht
ashtu që të arrihet k = 1. Për vlera të k që tentojnë kah 1, tensioni dalës
bëhet shumë i lartë dhe është shumë i ndieshëm në ndryshime të k, siç
është paraqitur në fig.10.4c. Ky princip mund të zbatohet për bartjen e
energjisë nga një burin në tjetrin, siç është paraqitur në fig.10.5a. Qarqet
ekuivalente për modet e punës janë paraqitur në fig.10.5b dhe format
valore në fig.10.5c.
+
+
+
-
-
-
V
V
V
v
i
i
i
S
S
S
L
+
-
Coperi,
L
L
L
D
D
1
1
iL
(a)
t
tt1 2
0
I
I1
2
i
i
i1
2
(c)
+
+
-
-
E
E
1
Modi 1
2
Modi 2
(b)
kT T
Fig.10.5 Konfiguracioni i çoperit për bartje të energjisë
10 SHNDËRRUESIT NJËKAHOR (ÇOPERËT)
311
Rryma e induktivitetit për modin 1 mund të nxjerret nga
dt
diLv
S
1
dhe të shprehet si
11 )( ItL
Vti S 10.25
ku I1 është rryma fillestare për modin 1. Gjatë modit 1 rryma duhet të
rritet dhe kushti i nevojshëm është
01 dt
di ose 0
SV
Rryma për modin 2 mund të caktohet nga
Edt
diLV
S 2
dhe fitohet
22 )( ItL
EVti S
10.26
ku I2 është rryma fillestare për modin 2. Për një sistem stabil, rryma në
këtë mod duhet të bie dhe ku kusht është
02 dt
di ose EV
S
Nëse ky kusht nuk është i plotësuar, rryma e induktivitetit do të vazhdoj
të rritet dhe do të paraqitet një situatë jostabile. Prandaj, kushtet për bartje
të kontrolluar të energjisë janë
0 < VS < E 10.27
Ekuacioni (10.27) tregon se tensioni i burimit VS duhet të jetë më i vogël
se tensioni E për ta mundësuar bartjen e energjisë nga burimi i fiksuar
(ose variabil) në një tension të fiksuar njëkahor. Ky rast paraqitet te
ndërprerja elektrike e motorëve njëkahor, kur motorët punojnë si
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
312
gjeneratorë njëkahor, tensioni në terminalet e të cilëve bie me zvoglimin
e shpejtësisë së makinës. Në atë rast çoperi e përmbush bartjen e fuqisë
në burimin njëkahor të fiksuar ose në reostat. Kur çoperi është i kyçur,
energjia bartet nga burimi VS në induktivitetin L. Nëse pastaj çoperi
shkyçet, madhësia e energjisë së grumbulluar në induktor kalon në
baterinë E.
Vërejtje. Pa veprimin e çoperit, për bartjen e energjisë nga burimi
VS në baterinë E, tensioni i burimit VS duhet të jetë më i lartë se tensioni i
baterisë E.
10.5 KLASIFIKIMI I ÇOPERËVE
Varësisht nga kahja e rrjedhs së rrymës dhe e tensionit, çoperët
mund të klasifikohen në pesë tipe:
1. Çoperët e klasës A
2. Çoperët e klasës B
3. Çoperët e klasës C
4. Çoperët e klasës D
5. Çoperët e klasës E
v v v
v v
V V V
VV
VV
I I II
I II
i i i
i i
0 0 0
0 0
L L LL
L LL
L L L
L L
L LL
LL
LL
L L L
L L
- -
--
+
-
(a) klasa A (b) klasa B (c) klasa C
(e) klasa E(d) klasa D
Fig.10.6 Klasifikimi i çoperëve
10 SHNDËRRUESIT NJËKAHOR (ÇOPERËT)
313
Çoperët e klasës A. Rryma e ngarkesës rrjedh kah ngarkesa.
Edhe tensioni edhe rryma e ngarkesës janë pozitive, siç është paraqitur në
fig.10.6a. Ky është çoper njëkuadrantësh dhe për te thuhet se punon si
drejtues. Për t’i caktuar performansat e tij mund të shfrytëzohen
ekuacionet nga paragrafet 10.2 dhe 10.3.
Çoperët e klasës B. Rryma e ngarkesës rrjedhe nga ngarkesa.
Tensioni i ngarkesës është pozitiv, ndërsa rryma e ngarkesës është
negative, siç është treguar në fig.10.6b. Ky është gjithashtu çoper
njëkuadrantësh por punon në kuadrantin e dytë dhe për te thuhet se punon
si invertor. Një çoper i klasës B është paraqitur në fig.10.7a, ku bateria E
është pjesë e ngarkesës dhe mund të jetë f.e.m e një motori njëkahor
Kur ndërprersi N1 ëshët i kyçur, tensioni E e detyron rrymën kah
induktiviteti L dhe tensioni i ngarkesës vL bëhet zero. Në fig.10.7b.dhe c
janë paraqitur format valore të rrymë s dhe të tensionit të ngarkesës.
+_
+
-
Vv
i R
S
+
-
L
E
D1
N1
iS L
i
I
I
V
v
L
L
S
1
2
0
0kT (1+k)T
t
t
T
(b)
(c)(a)
Fig.10.7 Çoperi i klasës B: (a) qarku; (b) rryma e ngarkesës; (c)
tensioni i ngarkesës
Rryma IL, e cila rritet, është e përshkruar me
ERidt
diL L
L 0
e cila me kushtet fillestare, 1)0( ItiL , jep
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
314
)1( )/()/(
1
tLRtLR
L eR
EeIi 10.28
për kTt 0
Në momentin t = t1, rryma e ngarkesës është
21 )( IkTttiL
Kur të hapet ndërprersi N1, energjia e grumbulluar në induktivitet, përmes
diodës D1, i kthehet burimit VS. Rryma e ngarkesës bie. Me ridefinimin e
origjinës së kohës t = 0, rryma e ngarkesës mund të përshkruhet me
ERidt
diLV L
LS
e cila me kushtet fillestare, 22 )( IttiL , jep
)1( )/()/(
2
tLRStLR
L eR
EVeIi
10.29
për 20 tt
ku t2 = (1 – k)T. Në momentin t = t2, rryma e ngarkesës është
12 )( IttiL për rrymë kontinuale stacionare
= 0 për rrymë diskontinuale stacionare
Çoperët e klasës C. Rryma e ngarkesës është ose pozitive ose
negative, siç është paraqitur në fig.10.6c. Tensioni i ngarkesës është
gjithmonë pozitiv. Ky qark është i njohur si çoperi dykuadrantësh. Çoperi
i klasës C formohet me kombinimin e çoperëve të klasës A dhe B, siç
është treguar në fig.10.8. Ndërprersi N1 dhe dioda D2 veprojnë si çoper i
klasës A, ndërsa N2 dhe dioda D1 veprojnë si çoper i klasës B. Në këtë
rast duhet patur kujdes që dy ndërprersit të mos jenë të kyçur
njëkohësisht, sepse mund të lidhet shkurtë burimi VS. Çoperi i klasës C
mund të punoj edhe si drejtues edhe si invertor.
10 SHNDËRRUESIT NJËKAHOR (ÇOPERËT)
315
+_
+
-
V
v
i R
S
+
-
L
E
D
D
1
2N2
N1
L
Fig.10.8 Çoperi i klasës C
Çoperi i klasës D. Rryma e ngarkesës është gjithmonë pozitive.
Tensioni i ngarkesës është ose pozitiv ose negativ, siç është treguar në
fig.10.6d. Çoperi i klasës D gjithashtu mund të punoj edhe si drejtues
edhe si invertor, siç është treguar në fig.10.9. Nëse ndërprersit N1 dhe N2
janë të kyçur, vL dhe iL bëhen pozitiv. Nëse N1 dhe N2 janë të hapur,
rryma iL do të jetë pozitive dhe do të vazhdoj të rrjedh për shkak të
ngarkesës me induktivitet të lartë. Diodat D1 dhe D3 sigurojnë kalimin e
kësaj rryme dhe tensioni vL do të jetë me polaritet të kundërt.
+
-
V
v
i R
S
+ -
L E
D
D
3
2 N4
N1
L
Fig.10.9 Çoperi i klasës D
Çoperët e klasës E. Rryma dhe tensioni i ngarkesës mund të jenë
pozitiv ose negativ, siç është paraqitur në fig.10.6e. Ky qark është i
njohur si çoperi katër-kuadrantësh. Për formimin e çoperit të klasës E
kombinohen dy çoperë të klasës C, siç është paraqitur në fig.10.10a.
Polaritetet e tensionit dhe të rrymës së ngarkesës janë paraqitur në
fig.10.10b. Komponentet të cilat janë aktive në kuadrantet e ndryshme
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
316
janë paraqitur në fig.10.10c. Për veprim në kuadrantin e katërt, kahja e
baterisë E duhet të ndërrohet. Ky çoper paraqet bazën e invertorit
njëfazor me urë të plotë.
+
-
V
v
i R
S
+ -
L E
D
D
D
D
33
2 2 N4 4
N1
N
1
L
N
(a)
v +VL E
v -VL E v -VL E
v +VL E
i -VL E
i -VL E
i +VL E
i +VL E
Invertim Drejtim
Drejtim Invertim
v v
i iL L
L L
S , D2 4 S , 2 S 4
S3, S2 S4, D2
D , D4 1 D2, D4
S2, D4 D2, D3
(b) (c)
Fig.10.10 Çoperi i klasës E: (a) qarku; (b) polaritetet; (c)
komponentet përçuese
10.6 RREGULLATORËT IMPULSIV
Çoperët njëkahor mund të shfrytëzohen si rregullatorë impulsiv
për shndërrimin e një tensioni të parregulluar njëkahor, në tension dalës
njëkahor të rregulluar. Rregullimi zakonisht bëhet me modulim pulsiv-
gjërsor në frekuencë të fiksuar dhe komponentet ndërprerëse që përdoren
10 SHNDËRRUESIT NJËKAHOR (ÇOPERËT)
317
më së shpeshti janë BJT të fuqisë, MOSFET ose GBT. Elementet e
rregullatorëve impulsiv janë parqitur në fig.10.11a.
(b)
_
V
v
v
v V
S
r
g
er
+ +
-
Vm
HyrjaCoperi
Dalja
Kontrolla
Amplifikatori Referenca
,
(a)
v
v
vv rC
g
0
0t
t
kT T
T
-
+
Fig.10.11. Elementet e rregullatorit impulsiv: (a) bllok diagrami; (b)
sinjalet kontrolluese
Rregullatorët impulsiv në treg gjenden si qarqe të integruara.
Projektuesi mund ta zgjedhë frekuencën e punës me zgjedhjen e vlerave
të R dhe C të frekuencës së oscilatorit. Zakonisht, për rritjen e efikasitetit,
perioda minimale e oscilatorit merret mbi 100 herë më e gjatë se koha e
ndërprerjes së tranzistorit; p.sh. nëse koha e ndërprerjes së tranzistorit
është 0.5 s, perioda e oscilatorit do të jetë 50 s, me çka fitohet
frekuencë maksimale dalëse prej 20 kHz. Ky kufizim është pasojë e
hymbjeve në tranzistor gjatë kyçjes-shkyçjes. Këto humbje rriten me
frekuencën e ndërprerjes dhe si rezultat i kësaj është zvoglimi i
efikasitetit. Nga ana tjetër edhe humbjet në bërthamën e iduktiviteteve e
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
318
kufizojnë punën në frekuenca të larta. Tensioni kontrollues vc fitohet
duke krahasuar tensionin dalës me vlerën e dëshiruar. Për gjenerimin e
sinjalit për modulim pulsiv-gjërsor të çoperit njëkahor, ky tension mund
të krahasohet me tension sharrë vr. Kjo është paraqitur në fig.10.11b.
Ekzistojnë tri konfiguracione themelore të rregullatorëve impulsiv:
1. Bak rregullatori
2. Bust rregullatori
3. Bak-bust rregullatori
10.6.1 Bak rregullatori
Te bak rregullatori (angl. buck regulator), tensioni mesatar në
dalje Vm, është më i vogël se tensioni hyrës VS. Në fig.10.12a është
paraqitur një rregullator i këtillë me BJT të fuqisë, dhe ky qark është i
ngjashëm me çoperin për zvoglim të tensionit. Puna e këtij rregullatori
mund të ndahet në dy mode. Modi 1 fillon më kyçjen e tranzistorit Q1 në
t = 0. Rryma hyrëse, e cila rritet, kalon nëpër induktivitetin e filtrit L,
kondenzatorin e filtrit C dhe nëpër rezistencë të ngarkesëstë R. Modi 2
fillon kur të shkyçet tranzistori Q1 në kohën t = t1. Dioda rikthyese Dm
përçon për shkak të energjisë së grumbulluar në induktivitet dhe rryma e
induktivitetit vazhdon të rrjedhe nëpër L, C, R dhe Dm. Rryma e
iduktivitetit bie me rikyçjen e tranzistorit në ciklin e ardhshëm. Në
fig.10.12b janë paraqitur qarqet ekuivalente për këto mode të punës. Në
fig.10.12c janë paraqitur format valore të tensioneve dhe të rrymave për
rastin kur rryma nëpër induktivitet rrjedh kontinualisht. Varësisht nga
frekuenca e punës dhe elementet e filtrit, rryma e induktivitetit mund të
jetë edhe diskontinuale.
Tensioni në skaje të induktivitetit, në rastin e përgjithshëm, është
dt
diLeL
Nëse përvehtësojmë se rryma e induktivitetit gjatë kohës t1 rritet
linearisht nga vlera I1 në I2, mund të shkruajmë
10 SHNDËRRUESIT NJËKAHOR (ÇOPERËT)
319
+
+
-
-
V
V
S
S
L
L
L
D
D
m
m
Ng
arkes
a
Ng
ark
esa
Ngark
esa
+
-
v0C
C
C
iL
(a)
I
t
t
t
t
t
tt1 2
0
0
0
0
0
I
I
I
I
I
I
1
1
1
2
2
2
i
i
i
(b)
(c)
Kontrolla
i , IS S
iS
Q1
i , ILL
i
i
L
L
+ e -L
+
+
+
-
-
-
vC
vC
vC
i , IC C
i
i
C
C
i , 0 Im
i0=Im
i0=Im
v
VS
D
k
k
k
k
k
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
I
I
L
S
L
S
C
-
-
I
V
I
I
m
m
m
m
(1-k)T
VC
-v =-vC 0
0t
i0
=
Modi 1
Modi 2
Fig.10.12 Bak rregullatori me rrymë kontinuale të ngarkesës
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
320
11
12
t
IL
t
IILVV mS
10.30
ose
mS VV
ILt
1 10.31
Gjatë kohës t2 rryma e induktivitetit gjithashtu zvoglohet linearisht nga I1
në I2, kështu që kemi
2t
ILVm
10.32
ose
mV
ILt
2 10.33
ku 12 III është rryma e induktivitetit prej majës-në-maje. Nga
ek.(10.30) dhe (10.32) fitohet
L
tV
L
tVVI mmS 21)(
Nëse zëvëndsohet t1 = kT dhe t2 = (1-k)T fitohet tensioni mesatar në dalje
SSm kVT
tVV 1 10.34
Me supozimin se qarku është pa humbje, pra mSmmSS IkVIVIV , rryma
mesatare hyrëse është
mS kII 10.35
Perioda e punës (e ndërprerjes) T mund të shprehet si
)(
121
mSm
S
mmS VVV
ILV
V
IL
VV
ILtt
fT
10.36
prej nga mund të nxjerret vlera e rrymës së valëzimit prej majës-në maje
si
10 SHNDËRRUESIT NJËKAHOR (ÇOPERËT)
321
S
mSm
fLV
VVVI
)( 10.37
ose
fL
kkVI S )1(
10.38
Duke shfrytëzuar ligjin e Kirchhoff-it për rryma, rryma e induktivitetitit
iL mund të shkruhet si
0iii CL
Nëse supozojmë se komponenta e rrymës valëzuese së ngarkesës i0
është shumë e vogël dhe e papërfillshme, atëherë iL = iC. Rryma
mesatare e kondenzatorit, e cila rrjedh nëpër te gjatë periodës t1/2 + t2/2 =
T/2, është
4
IIC
Tensioni në kondenzator mund të shprehet si
)0(1
tvdtiC
v CCC
dhe tensioni i kondenzatorit prej majës-në-maje është
fC
I
C
ITdt
I
CtvvV
T
CCC884
1)0(
2/
0
10.39
Nëse zëvëndsohet vlera e I nga ek.(10.37) ose (10.38), në ek.(10.39),
fitohet
S
mSmC
LCVf
VVVV
28
)( 10.40
ose
LCf
kkVV S
C 28
)1( 10.41
Bak rregullatori kërkon vetëm një tranzistor, është i thjeshtë dhe
ka efikasitet të lartë mbi 90%. Shpejtësia e ndryshimit të rrymës së
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
322
ngarkesës di/dt është e kufizuar me induktivitetin L. Por, rryma hyrëse
është diskontinuale, prandaj zakonisht paraqitet nevoja për një filtër hyrës
për rrafshim. Në dalje jep tension të një polariteti dhe rrymë të një
kahjeje dhe kërkon qark mbrojtës nga lidhja e shkurtë e cila mund të
paraqitet në konturën e diodës.
Shembulli 10.4
Bak rregullatori në fig.10.12a ka tension hyrës VS = 12 V. Tensioni mesatar dalës i
kërkuar është Vm = 5 V dhe tensioni dalës i valëzimit prej majës-në-maje është vC = 20
mV. Frekuenca e punës është 25 kHz. Nëse rryma valëzuese prej majës-në-maje e
induktivitetit është e kufizuar në 0.8 A, të caktohet: (a) cikli i punës k, (b) induktiviteti i
filtrit L, dhe (c) kondenzatori i filtrit C.
Zgjidhje
(a) Nga ek.(10.34), tensioni mesatar dalës është
Sm kVV
prej nga
%67.414167.012/5/ Sm VVk
(b) Nga ek.(10.37) vlera e induktivitetit është
83.14512000,258.0
)512(5)(
S
mSm
IfV
VVVL H
(c) Nga ek.(10.39) vlera e kapacitetit të kondenzatorit është
2001020000,258
8.0
8 3
CVfC
IC F
10 SHNDËRRUESIT NJËKAHOR (ÇOPERËT)
323
10.6.2 Bust rregullatori
Te bust rregullatori ( angl. boost regolator), tensioni mesatar në
dalje Vm, është më i madh se tensioni hyrës VS. Në fig.10.13a është
paraqitur një rregullator i këtillë me MOSFET të fuqisë. Puna e këtij
rregullatori mund të ndahet në dy mode. Modi 1 fillon më kyçjen e
tranzistorit M1 në t = 0. Rryma hyrëse, e cila rritet, kalon nëpër
induktivitetin L dhe tranzistorin M1. Modi 2 fillom kur të shkyçet
tranziastori M1 në t = t1. Rryma e cila ka qenë duke rrjedh nëpër
tranzistor tani do të rrjedh nëpër L, C, R dhe Dm. Rryma e iduktivitetit bie
me rikyçjen e tranzistorit M1 në ciklin e ardhshëm. Energjia e
grumbulluar në induktivitetin L bartet në ngarkesë. Në fig.10.13b janë
paraqitur qarqet ekuivalente për këto mode të punës. Në fig.10.13c janë
paraqitur format valore të tensioneve dhe të rrymave për rastin kur rryma
nëpër induktivitet është kontinuale.
Nëse përvehtësojmë se rryma e induktivitetit gjatë kohës t1 rritet
linearisht nga vlera I1 në I2, mund të shkruajmë
11
12
t
IL
t
IILVS
10.42
ose
SV
ILt
1 10.43
dhe rryma e induktivitetit bie linearisht nga I1 në I2 gjatë kohës t2, kështu
që kemi
2t
ILVV mS
10.44
ose
Sm VV
ILt
2 10.45
ku 12 III është rryma valëzuese e induktivitetit prej majës-në-maje.
Nga ek.(10.42) dhe (10.44) fitohet
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
324
+
+
-
-
V
V
S
S
L
L
L
D
D
m
mN
gar
kesa
Ng
ark
esa
Ng
arkesa
+
-
v0C
C
C
i1
(a)
I
t
t
t
t
t
0
0
0
0
0
I
I
I
I
I
1
1
2
2
2
i
i
i
(b)
(c)
i , IS S
iS
i , ILL
i
i
L
L
+ e -L
+
+
+
-
-
-
vC
vC
vC
i , IC C
i
i
C
C
i , 0 Im
i0=Im
i0=Im
v
VS
D
k
k
k
k
k
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
IL
L
1
C
- I
V
I
I
m
m
m
m
VC
vC
0t
i0
,
Modi 1
Modi 2
G
M1
+
-
vD
iS ,
iS, i1
Fig.10.13 Bust rregullatori me rrymë kontinuale të ngarkesës; (a) qarku;
(b) qarqet ekuivalente; (c) format valore
10 SHNDËRRUESIT NJËKAHOR (ÇOPERËT)
325
L
tVV
L
tVI SmS 21 )(
10.46
Nëse zëvëndsohet t1 = kT dhe t2 = (1-k)T fitohet tensioni mesatar në dalje
k
V
t
TVV S
Sm
12
10.47
Me supozimin se komponentet e qarkut janë pa humbje, pra vlen
)1/( kIVIVIV mSmmSS , rryma mesatare hyrëse është
k
II m
S
1
10.48
Perioda e punës (e ndërprerjes) T mund të shprehet si
)(
121
SmS
m
Smm VVV
ILV
VV
IL
V
ILtt
fT
10.49
prej nga mund të nxjerret vlera e rrymës së valëzimit prej majës-në maje
si
m
SmS
fLV
VVVI
)( 10.50
ose
fL
kVI S 10.51
Gjatë kohës t = t1, kur tranzistori është i kyçur, kondenzatori e furnizon
rrymën e ngarkesës. Rryma mesatare e kondenzatorit e cila rrjedh në te
gjatë periodës t1, është
mC II
dhe tensioni i kondenzatorit prej majës-në-maje është
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
326
C
tIdtI
CtvvV m
t
CCCC1
0
11)0( 10.52
Nëse zëvëndsohet vlera e I nga ek.(10.50) ose (10.51) në ek.(10.46)
fitohet
m
mS
fV
VVt
1
Me zëvëndësimin e t1 në ek.(10.52), fitohet
m
mSmC
fCV
IVVV
)( 10.53
ose
fC
kIV m
C 10.54
Bust rregullatori mund ta rritë tensionin dalës pa transformator.
Ka efekasitet të lartë pasi që përmban vetëm një tranzistor. Rryma hyrëse
është kontinuale. Por, e metë e këtij rregullatori është se nëpër tranzistor
kalon rrymë e lartë maksimale dhe tensioni dalës është shumë i ndieshëm
në ndryshimet e ciklit të punës k, prandaj mund të paraqiten probleme
rreth stabilizimit të rregullatorit. Rryma mesatare dalëse është më e vogël
se rryma mesatare e induktivitetit për faktorin (1-k) dhe nëpër
kondenzator do të rrjedh rrymë shumë më e lartë efektive. Prandaj
elementet e filtrit që shfrytëzohet janë më të mëdha se te bak rregullatori.
Shembulli 10.5
Bust rregullatori në fig.10.13a ka tension hyrës VS = 5 V. Tensioni mesatar dalës është
Vm = 15 V dhe rryma mesatare e ngarkesës është Ia = 0.5 A. Frekuenca e punës është 25
kHz. Nëse është L = 150 H dhe C = 220 F, të caktohet (a) cikli i punës k, (b) rryma
valëzuese e induktivitetit I, (c) rryma maksimale e induktivitetit I2, dhe (d) tensioni
valëzues në kondenzatorin e filtrit VC.
Zgjidhje
(a) Nga ek.(10.46), tensioni mesatar dalës është
10 SHNDËRRUESIT NJËKAHOR (ÇOPERËT)
327
k
VV S
m
1
prej nga
%67.666667.015/)515(/ mSm VVVk
(b) Nga ek.(10.49) vlera e rrymës valëzuese në induktivitet është
89.015000,2510150
)515(56
I A
(c) Nga ek.(10.48) rryma hyrëse është
5.16667.01
5.0
1
k
II m
S A
dhe rryma maksimale e induktivitetit është
945.12
89.05.1
22
III S A
(d) Nga ek.(10.54), tensioni valëzues i kondenzatorit prej majës-në-maje është
61.6010220000,25
6667.05.06
fC
kIV m
C mV
10.6.3 Bak-bust rregullatori
Te bak-bust rregullatori ( angl. buck-boost regulator), tensioni
mesatar në dalje Vm, mund të jetë më i madh ose më i vogël se tensioni
hyrës VS dhe ky tension ka polaritet të kundërt me tensionin hyrës. Ky
rregullator është i njohur gjithashtu edhe si rregullator invertues. Në
fig.10.14a është paraqitur një rregullator i këtillë.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
328
+
+
-
-
V
V
S
S
L
L
L
D
D
m
m
Ng
ark
esa
Ng
ark
esa
Ng
ark
esa
+
-
v0C
C
C
i1
(a)
I
t
t
t
t
t
tt1 2
0
0
0
0
0
I
I
I
I
I
1
1
2
2
2
i
i
i
(b)
(c)
iS
iS
Q1
i , ILL
i
i
L
L
+
-
vC
iC
i
i
C
C
i , 0 Im
i0=Im
i0=Im
v
V
V
S
S
D
k
k
k
k
k
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
L
1
C- I
V
I
I
m
m
m
m
VC-
vC
0t
i0
Modi 1
Modi 2
vD
=-v0
B
i1
-
-
Fig.10.14 Bak-bust rregullatori me rrymë kontinuale të ngarkesës; (a)
qarku; (b) qarqet ekuivalente; (c) format valore
10 SHNDËRRUESIT NJËKAHOR (ÇOPERËT)
329
Puna e këtij rregullatori mund të ndahet në dy mode. Gjatë modit
1 tranzistori Q1 është i kyçur dhe dioda Dm ka polaritet të kundërt. Rryma
hyrëse, e cila rritet, kalon nëpër induktivitetin L dhe tranzistorin Q1. Gjatë
modit 2 tranzistori Q1 shkyçet. Rryma e cila ka qenë duke rrjedhur nëpër
induktivitetin L, tani do të rrjedh nëpër L, C, R dhe Dm. Energjia e
grumbulluar në induktivitetin L bartet në ngarkesë dhe rryma e
iduktivitetit do të bie me rikyçjen e tranzistorit Q1 në ciklin e ardhshëm.
Në fig.10.14b janë paraqitur qarqet ekuivalente për këto mode të punës.
Në fig.10.14c janë paraqitur format valore të tensioneve dhe të rrymave
në gjendje stacionare për rastin e rrymës kontinuale nëpër induktivitet.
Nëse përvehtësojmë se rryma e induktivitetit gjatë kohës t1 rritet
linearisht nga vlera I1 në I2, mund të shkruajmë
11
12
t
IL
t
IILVS
10.55
ose
SV
ILt
1 10.56
dhe rryma e induktivitetit bie linearisht nga I1 në I2 gjatë kohës t2, kështu
që kemi
2t
ILVm
10.57
ose
Sm VV
ILt
2 10.58
ku 12 III është rryma valëzuese e induktivitetit prej majës-në-maje.
Nga ek.(10.55) dhe (10.57) fitohet
L
tV
L
tVI mS 21
Nëse zëvëndsohet t1 = kT dhe t2 = (1-k)T, fitohet tensioni mesatar në dalje
k
kVV S
m1
10.59
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
330
Me supozimin se komponentet e qarkut (tranzistori dhe dioda) janë pa
humbje, )1/( kIVIVIV mSmmSS , rryma mesatare hyrëse është
k
kII m
S
1
10.60
Perioda e punës (e ndërprerjes) T mund të shprehet si
mS
Sm
mS VV
VVIL
V
IL
V
ILtt
fT
)(121
10.61
prej nga mund të nxjerret vlera e rrymës së valëzimit prej majës-në maje
si
)( Sm
mS
VVfL
VVI 10.62
ose
fL
kVI S 10.63
Gjatë kohës t = t1, kur tranzistori është i kyçur, kondenzatori e
furnizon rrymën e ngarkesës. Rryma mesatare e kondenzatorit, e cila
rrjedh në te gjatë periodës t1, është mC II dhe tensioni i kondenzatorit
prej majës-në-maje mund të caktohet nga
C
tIdtI
CtvvV m
t
CCCC1
0
11)0( 10.64
Nëse zëvëndsohet vlera e I nga ek.(10.61) ose (10.62), në ek.(10.59),
fitohet
)(1
Sm
m
VVfC
Vt
Me zëvëndësimin e kohës t1 në ek.(10.64), fitohet
)( Sm
mmC
VVfC
IVV
10.65
ose
10 SHNDËRRUESIT NJËKAHOR (ÇOPERËT)
331
fC
kIV m
C 10.66
Bak-bust rregullatori jep tension dalës me polaritet të kundërt pa
transformator. Ka efekasitet të lartë. Edhe në kushte të keqësuara të punës
së tranzistorit, shpejtësia e ndryshimit të rrymës di/dt është e kufizuar me
induktivitetin L dhe do të jetë VS/L. Mbrojtja e daljes nga lidhja e shkurt
mund të implementohet lehtë. Por, rryma hyrëse është diskontinuale dhe
nëpër tranzistor rrjedh rrymë e lartë maksimale.
Shembulli 10.6
Bak-bust rregullatori në fig.10.14a ka tension hyrës VS = 12 V. Rryma mesatare e
ngarkesës është Im = 1.25 A. Frekuenca e punës është 25 kHz dhe cikli i punës është k =
0.25. Nëse është L = 150 H dhe C = 220 F, të caktohet (a) tensioni mesatar dalës, Vm;
(b) tensioni valëzues në kondenzatorin e filtrit VC; (c) rryma valëzuese e induktivitetit
I; dhe (d) rryma maksimale e tranzistorit Ip.
Zgjidhje
(a) Nga ek.(10.49), tensioni mesatar dalës është
425.01
25.012
1
k
kVV S
m V
(b) Nga ek.(10.66), tensioni valëzues i kondenzatorit prej majës-në-maje është
8.5610220000,25
25.025.16
fC
kIV m
C mV
(c) Nga ek.(10.63), vlera e rrymës valëzuese në induktivitet është
8.0000,2510150
25.0126
I A
(d) Nga ek.(10.60), rryma hyrëse është
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
332
4167.025.01
25.025.1
1
k
II m
S A
Pasi që rryma IS është mesatarja e kohëzgjatjes kT, rryma maksimale e tranzistorit është
067.22
8.0
25.0
4167.0
2
I
k
II S
p A
PASQYRË PYETJESH
10.1 Çka është shndërruesi njëkahor ose çoperi?
10.2 Cili është principi i punës së çoperit për zvoglim të
tensionit?
10.3 Cili është principi i punës së çoperit për rritje të tensionit?
10.4 Çka është rregullimi me modulim pulsiv-gjërsor te çoperi?
10.5 Çka është rregullimi me modulim frekuencor te çoperi?
10.6 Cilat janë përparësit dhe të metat e çoperit me frekuencë të
ndryshueshme?
10.7 Cili është efekti i induktivitetit të ngarkesës në rrymën
valëzuese të ngarkesës?
10.8 Cili është efekti i frekuencës së ndërprerjes në rrymën
valëzuese të ngarkesës?
10.9 Cilët janë llojet e çoperëve për bartjen e energjisë nga një
burim në tjetërin?
10.10 Çka është rregullatori impulsiv?
10.11 Cilat janë tri llojet themelore të rregullatorëve impulsiv?
10.12 Cilat janë përparësit dhe të metat e bak rregullatorit?
10 SHNDËRRUESIT NJËKAHOR (ÇOPERËT)
333
10.13 Cilat janë përparësit dhe të metat e bust rregullatorit?
10.14 Cilat janë përparësit dhe të metat e bak-bust rregullatorit?
PROBLEME
10.1 Çoperi njëkahor në fig.10.1a ka ngarkesë rezistive R = 20
dhe tension hyrës VS = 220 V. Kur ndërprersi i çoperit është i
mbyllur, rënia e tensionit në te është vN = 1.5 V dhe frekuenca e
ndërprerjes është f = 10 kHz. Nëse cikli i punës është 80%, të
caktohet: (a) tensioni mesatar dalës Vm, (b) tensioni efektiv
dalës V0, (c) efikasiteti i çoperit, (d) rezistenca efektive hyrëse
e çoperit Ri dhe (e) vlera efektive e komponentës themelore
harmonike të tensionit dalës.
10.2 Çoperi nga fig.10.2 furnizon ngarkesën RL me VS = 220 V, R =
10 , L = 15.5 mH, f = 5 kHz, k = 0.5 dhe E = 20 V. Të
llogaritet: (a) rryma minimale momentale e ngarkesës I1, (b)
rryma maksimale momentale e ngarkesës I2, (c) vlera
maksimale e rrymës së valëzimit prej majës-në-maje, (d) vlera
mesatare e rrymës së ngarkesës Im, (e) vlera efekrive të rrymës
së ngarkesës I0, (f) rezistenca efektive hyrëse e shikuar nga ana
e burimit Ri dhe (g) vlera efektive e rrymës së çoperit IR.
10.3 Çoperi nga fig.10.2 furnizon ngarkesën RL me tension mesatar
Vm = 180 V, R = 10 , L = 10 mH, f = 5 kHz, k = 0.2 dhe E = 0
V. Të llogaritet: (a) tensioni njëkahor hyrës VS, dhe (b) vlera
maksimale e rrymës së valëzimit prej majës-në-maje Imax.
10.4 Çoperi nga fig.10.2 furnizon ngarkesën RL me VS = 220 V, R =
0.2 , dhe E = 10 V. Rryma mesatare e ngarkesës është Im =
200 A dhe frekuenca e ndërprerjes f = 200 Hz.Të shfrytëzohet
tensioni mesatar në dalje për llogaritjen e induktivitetit L, i cili
do ta kufizoj rrymën maksimale të valëzimit në 5% të Im.
10.5 Bak rregullatori në fig.10.12a ka tension hyrës VS = 15 V.
Tensioni mesatar dalës i kërkuar është Vm = 5 V dhe tensioni
dalës i valëzimit prej majës-në-maje është vC = 10 mV.
Frekuenca e punës është 20 kHz. Nëse rryma valëzuese prej
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
334
majës-në-maje e induktivitetit është e kufizuar në 0.5 A, të
caktohet: (a) cikli i punës k, (b) induktiviteti i filtrit L, dhe (c)
kondenzatori i filtrit C
10.6 Te bak rregullatori në fig.10.12a. tensioni mesatar dalës i
kërkuar është Vm = 8 V dhe tensioni i lejuar dalës i valëzimit
prej majës-në-maje është vC = 15 mV. Nëse është frekuenca e
punës 15 kHz, rryma valëzuese prej majës-në-maje e
induktivitetit e kufizuar në 0.8 A dhe cikli i punës k = 0.4, të
caktohet: (a) tensioni njëkahor hyrës, Vs;(b) induktiviteti i filtrit
L, dhe (c) kondenzatori i filtrit C.
10.7 Bust rregullatori në fig.10.13a ka tension hyrës VS = 6 V.
Tensioni mesatar dalës është Vm = 15 V dhe rryma mesatare e
ngarkesës është Im = 0.5 A. Frekuenca e punës është 20 kHz.
Nëse është L = 250 H dhe C = 440 F, të caktohet: (a) cikli i
punës k, (b) rryma valëzuese e induktivitetit I (c) rryma
maksimale e induktivitetit I2, dhe (d) tensioni valëzues në
kondenzatorin e filtrit VC.
10.8 Bust rregullatori në fig.10.13a duhet të jap tensioni mesatar
dalës Vm = 15 V dhe rrymë mesatare të ngarkesës Im = 1 A.
Tension hyrës është VS = 6 V, frekuenca e punës 20 kHz dhe C
= 440 F. Për rrymë valëzuese të induktivitetit I = 0.8 A të
caktohet: (a) cikli i punës k, (b) vlera e induktivitetit L; (c)
rryma maksimale e induktivitetit I2, dhe (d) tensioni valëzues në
kondenzatorin e filtrit VC.
10.9 Bak-bust rregullatori në fig.10.14a ka tension hyrës VS = 12 V.
Rryma mesatare e ngarkesës është Ia = 1.5 A. Frekuenca e
punës është 25 kHz dhe cikli i punës është k = 0.6. Nëse është L
= 250 H dhe C = 220 F, të caktohet: (a) tensioni mesatar
dalës, Vm; (b) tensioni valëzues në kondenzatorin e filtrit VC;
(c) rryma valëzuese e induktivitetit I; dhe (d) rryma
maksimale e tranzistorit Ip.
10.10 Bak-bust rregullatori në fig.10.14a duhet të jap tension mesatar
në dalje Vm = - 5 V. Rryma mesatare e ngarkesës duhet të jetë Im
= 2 A. Frekuenca e punës është 20 kHz dhe cikli i punës është k
= 0.5. Nëse është L = 250 H dhe tensioni i lejuar dalës i
valëzimit prej majës-në-maje VC = 60 mV, të caktohet: (a)
tensioni i nevojshëm njëkahor hyrës, VS; (b) vlera e kapacitetit
të kondenzatorit të filtrit, C; (c) rryma valëzuese e induktivitetit
I; dhe (d) rryma maksimale e tranzistorit Ip.
11. BURIMET E FUQISË
11.1 HYRJE
Burimet e fuqisë, të cilat shfrytëzohen në zbatime industriale,
zakonisht duhet t’i përmbushin të gjitha ose shumicën e karakteristikave
të poshtshënuara:
1 Izolim të mirë në mes të burimit dhe të ngarkesës,
2 Dendësi të lartë të fuqisë për zvoglimin e madhësisë dhe të
peshës,
3 Kahje të kontrolluar të rrjedhës së fuqisë,
4 Efikasitet të lartë të shndërrimit të energjisë,
5 Formë valore hyrëse dhe dalëse me shtrembërime sa më të
ulëta harmonike për zvoglimin e komponenteve të filtrave,
6 Faktor të kontrolluar të fuqisë, nëse burimi është i
tensionit alternativ.
Shndërruesit njëstadësh (drejtuesit, drejtuesit e kontrolluar,
invertorët, shndërruesit alternativ dhe shndërruesit njëkahor) të diskutuar
në Kapitujt 3, 5, 8, 9 dhe 10 nuk do t’i plotësojnë shumicën e këtyre
specifikave, prandaj paraqitet nevoja e shndërrimit shumëstadësh të
energjisë. Ekzistojnë topologji të ndryshme të mundshme me të cilat
plotësohen kërkesat e parashtruara ndaj burimit specifik, të cilat varen
ELKTRONIKA ENERGJETIKE
336
nga kompleksiteti i lejuar dhe kërkesat e projektit. Në këtë kapitull janë
diskutuar vetëm topologjitë themelore. Varësisht nga tipi i tensionit dalës,
burimet e fuqisë mund të kategorizohen në dy lloje:
1. Burimet e fuqisë njëkahore
2 Burimet e fuqisë alternative
11.2 BURIMET E FUQISË NJËKAHORE
Drejtuesit e kontrolluar në Kapitullin 5, me një transformator
hyrës, mund të sigurojnë izolim në mes të hyrjes dhe daljes, por
përmbajtja e komponenteve harmonike e tensionit dalës është mjaftë e
lartë. Burimet njëkahore impulsive në Kapitullin 9 nuk mund ta sigurojnë
izolimin e nevojshëm dhe fuqia dalëse e tyre është e ulët. Prandaj është
praktikë e rëndomtë që në këto raste të shfrytëzohet shdërrimi i dyfisht:
dc-ac dhe ac-dc. Nëse hyrja është alternative, atëherë bëhet shdërrimi i
trefisht : ac-dc, dc-ac dhe ac-dc. Izolimi sigurohet me një stad të
ndërmjemë të transformatorit. Shndërrimi ac-dc mund të realizohet me
ndonjë invertor (autonom ose rezonant). Në bazë të llojit të shndërrimit
dhe kahjes së kontrollit të fuqisë, burimet njëkahore mund të rindahen në
tri tipe:
1. Burimet impulsive të fuqisë
2. Burimet rezonante të fuqisë
3. Burimet dykahore të fuqisë
11.2.1 Burimet impulsive të fuqisë njëkahore
Te burimet impulsive njëkahore ekzistojnë katër konfiguracione
themelore të stadit të invertorit, dalja e të cilit konvertohet në tension
njëkahor me një drejtues me diodë. Pasi që invertori mund të punoj në
11. BURIMET E FUQISË
337
+
-
V
I
RC V
D Q
S
S
1
12
11
Stadidc-ac
N :Np S
V VD
I
2
0
1
0
+
-
Stadiac-dc
(a)
D2D I01
+
-
V
I
V
QS
S
1
1
V V2 0
+
-
(b)
N
N
r
p
SN
+
-
V V
D
D
Q
Q
S1
2
1
2
1 V V
D
D
I
2
03
4
0
+
-
(d)
Np
S
S
N
N
V /2S
V /2S
C1
C1
+
+
-
-
dc-ac ac-dc
+
-
V
V
V
QQS
1
1
2 1
V
V
V
D
D
I
2
2
01
2
0
+
-
(c)
N
N
p
p
S
S
N
N
dc-ac ac-dc
IS
ELKTRONIKA ENERGJETIKE
338
+
-
VV
DD
DD
S
p
24
31
24
31
V
V
V
D
D
I
2
2
05
6
0
+
-
(e)
Np
S
S
N
N
dc-ac
ac-dcIS
Fig.11.1 Konfiguracionet e burimeve impulsive njëkahore: (a) shndërruesi me
riveprim; (b) shndërruesi me riveprim me mbështjellat resetuese; (c)
shndërruesi push-pull; (d) shndërruesi me gjysëmurë; (e) shndërruesi
me urë të plotë
frekuenca shumë të larta, valëzimet në tensionin njëkahor dalës mund të
filtrohen lehtë me filtra të vegjël.
Në fig.11.1a është paraqitur konfiguracioni i shndërruesit me
riveprim. Kur tranzistori Q1 është i kyçur, tensioni i burimit paraqitet në
skaje të primarit të transformatorit, ndërsa në sekondar indukohet tensioni
gjegjës. Kur Q1 është i shkyçur, nga sekondari në primar të
transformatorit indukohet një tension me polaritet të kundërt. Tensioni
minimal i qarkut të hapur të tranzistorit është VoC = 2VS. Nëse rryma
mesatare hyrëse IS ka valëzime të papërfillshme dhe cikli i punës është k
= 50%, vlera maksimale e rrymës së tranzistorit është Ip = IS/k = 2IS.
Rryma hyrëse është pulsuese dhe diskontinuale. Pa diodën D2, nëpër
transformator do të rrjedh një rrymë njëkahore. Kur tranzistori Q1 është i
shkyçur, dioda D2 dhe kondenzatori C1 e resetojnë bërthamën e
transformatorit. Kur të shkyçet dioda D2, kondenzatori C1 zbrazet përmes
rezistencës R1 dhe në çdo cikël energjia humbet si energji termike. Qarku
është shumë i thjeshtë dhe zbatimet e tij janë të kufizuara në fuqi nën 500
W. Ky shndërrues kërkon qark kontrollues me ripveprim të tensionit.
Bërthama e transformatorit mund të resetohet gjithashtu me
mbështjella të posaçme resetuese siç është paraqitur në fig.11.1b, ku
energjia e grumbulluar në bërthamën e transformatorit i kthehet burimit
dhe kësisoji rritet efikasiteti sepse nuk ka humbje të fuqisë.
Tensioni i qarkut të hapur të transformatorit në fig.11.1b është
11. BURIMET E FUQISË
339
r
p
SCN
NVV 10 11.1
ku Np dhe Nr paraqesin numrin e dredhave të primarit dhe të mbështjellës
resetuese. Herësi i dredhave resetuese është i lidhur me ciklin e punës me
shprehjen
k
k
N
Na
p
rr
1 11.2
Për k = 0.8, herësi i dredhave resetuese është ar = 4 dhe tensioni i qarkut
të hapur është V0C = 5VS. Tensioni i qarkut të hapur të tranzistorit është
shumë më i lartë se tensioni i burimit.
Në fig.11.1.c është paraqitur konfiguracioni push-pull i
shdërruesit. Kur tranzistori Q1 është i kyçur, në primar paraqitet tensioni
VS. Kur të shkyçet Q1, tensioni VS paraqitet në njëren gjysmë të primarit.
Kur tranzistori Q2 është i kyçur, tensioni VS paraqitet në gjysmën tjetër të
primarit të transformatorit. Tensioni i mbështjellës primare lëkundet prej
–VS deri në VS. Rryma mesatare nëpër transformator, në rastin ideal, do të
duhej të ishte zero. Tensioni mesatar në dalje është
S
p
S aVaVVN
NVV 1120 11.3
Tranzistorët Q1 dhe Q2 punojnë me 50% të ciklit të punës.
Tensioni i qarkut të hapur është V0C = 2VS, rryma mesatare e tranzistorit,
IA = IS/2, dhe rryma maksimale e tranzistorit, Ip = IS. Pasi që tensioni i
qarkut të hapur të tranzistorit është dyfishi i tensionit të furnizimit, ky
konfiguracion është i përshtatshëm për zbatime me tension të ulët.
Në fig.11.1.d është paraqitur konfiguracioni i shdërruesit me
gjysëmurë. Kur tranzistori Q1 është i kyçur, në primar paraqitet tensioni
VS/2. Kur të kyçet Q2, në primar të transformatorit paraqitet tensioni i
kundërt VS/2. Tensioni i mbështjellës primare lëkundet prej –VS/2 deri në
VS/2. Tensioni i qarkut të hapur është V0C = VS, rryma mesatare e
tranzistorit, IA = IS, dhe rryma maksimale e tranzistorit, Ip = 2IS. Në
zbatime me tension të lartë më i përshtatshëm është konfiguracioni me
gjysëmurë se sa ai push-pull. Ndërsa te zbatimet me tension të ulët, më i
përshtatshëm është konfiguracioni push-pull për shkak të rrymave më të
vogla të tranzistorit. Tensioni mesatar në dalje është
ELKTRONIKA ENERGJETIKE
340
S
p
S aVaVVN
NVV 5.01120 11.4
Në fig.11.1.e është paraqitur konfiguracioni i shdërruesit të plotë
me urë. Kur tranzistorët Q1 dhe Q2 janë të kyçur, në primar paraqitet
tensioni VS. Kur të kyçen Q3 dhe Q4, në primar të transformatorit
paraqitet tensioni i kundërt -VS. Tensioni mesatar dalës është
S
p
S aVaVVN
NVV 1120 11.5
Tensioni i qarkut të hapur është V0C = VS, rryma mesatare e
tranzistorit, IA = IS/2, dhe rryma maksimale e tranzistorit, Ip = IS. Ky
konfiguracion, krahasuar me konfiguracionet tjera, punon me strese
minimale të tensionit dhe të rrymës së tranzistorëve dhe është shumë i
popullarizuar në zbatime me fuqi më të larta se 750W.
Shembulli 11.1__________________________________________________________
Tensioni mesatar (ose njëkahor) dalës i shdërruesit push-pull në fig.11.c është V0 = 24 V
me ngarkesë rezistive R = 0.8 . Rëniet e tensionit në tranzistorë dhe dioda në gjendje
të kyçur janë Vt = 1.2 V dhe VD = o.7 V. Herësi i transformatorit është a = NS/Np = 0.25.
Të caktohet (a) rryma mesatare hyrëse IS, (b) efikasiteti , (c) rryma mesatare e
tranzistorit IA, (d) rryma maksimale e tranzistorit IP, (e) rryma efektive e tranzistorit IR
dhe (f) tensioni i qarkut të hapur të tranzistorit V0C. Rryma e burimit dhe e ngarkesës
kanë valëzime të papërfillshme dhe humbjet në transformator të mospërfillen.
Zgjidhje_______________________________________________________________
(a) Fuqia dalëse është
000 IVP
Rryma dalëse është
308.0/24/00 RVI A
7203024000 IVP W
11. BURIMET E FUQISË
341
Tensioni i sekondarit është
7.247.02402 dVVV V
Tensioni i primarit është
8.9825.0/7.24/21 aVV V
Tensioni hyrës është
1002.18.981 tS VVV V
Fuqia hyrëse është
002.12.1 PIVIIIVP dAASSi
Nëse zëvëndsojmë 2/SA II fitohet
720305.0)2.1100( SI
44.78.98
735SI A
(b) Fuqia hyrëse është
74444.7100 SSi IVP W
Efikasiteti është
%7.96744
7200 iP
P
(c) Rryma mesatare e tranzistorit është
72.32/44.72/ SA II A 44.7 Sp II
(d) Rryma maksimale e tranzistorit është
ELKTRONIKA ENERGJETIKE
342
44.7 Sp II A
(e) Rryma efektive e tranzistorit është
26.544.75.0 pR IkI A
(f) Tensioni i qarkut të hapur të tranzistorit është
200100220 SC VV A
+
-
VV
S
1
VV
V
DD I
22
034
0
+
-
(a)
Np
SS NND
Q 2
2
DQ1 1
C1
C2
C L
IS
IS
+
-
VV
S
1
VV
V
D D I
22
06 5
0
+
-
(b)
Np
SS NND
DQ
Q
2
4 2
4
DD QQ31 31
C L
Fig.11.2 Konfiguracionet e burimeve rezonante të fuqisë njëkahore: (a)
me gjysëmurë; (b) me urë të plotë
11. BURIMET E FUQISË
343
11.2.2 Burimet rezonante të fuqisë njëkahore
Invertori rezonant impulsiv mund të përdoret në rastet kur nuk
kërkohet variacion i gjërë i tensionit njëkahor dalës. Frekuenca e
invertorit, e cila mund të jetë e njëjtë me frekuencën rezonante, është
shumë e lartë dhe dalja e invertorit është pothuajse sinusoidale.
Për shkak të oscilimeve rezonante, bërthama e transformatorit
gjithmonë resetohet dhe në këtë rast nuk paraqiten probleme me humbje
të fuqisë njëkahore në bërthamën e transformatorit. Në fig.11.2.janë
paraqitur konfiguracionet e këtij shndërruesi me invertor me gjysëmurë
dhe me urë të plotë. Për shkak të frekuencës së lartë të invertorit,
madhësia e transformatorit dhe e filtrit dalës dukshëm zvoglohen.
Shembulli 11.2__________________________________________________________
Tensioni mesatar në dalje të qarkut me gjysëmurë në fig.11.2a është V0 = 24 V me
ngarkesë rezistive prej R = 0.8 . Invertori punon në frekuencën rezonante. Parametrat e
qarkut janë C1 = C2 = C =1 F, L = 20 H dhe R = 0. Tensioni njëkahor hyrës është VS
= 100 V. Rëniet e tensionit në tranzistorë dhe dioda në gjendje të kyçur janë të
papërfillshme. Herësi i transformatorit është a = NS/Np = 0.25. Të caktohet : (a) rryma
mesatare hyrëse IS, (b) rryma mesatare e tranzistorit IA, (c) rryma maksimale e
tranzistorit IP, (d) rryma efektive e tranzistorit IR dhe (e) tensioni i qarkut të hapur të
tranzistorit V0C. Humbjet në transformator dhe ndikimi i ngarkesës në frekuencën
rezonante të mospërfillen.
Zgjidhje_______________________________________________________________
CCCCe 221
Frekuenca rezonante
8.113,158202/106 r rad/s
ose fr = 25,164.6 Hz
dhe 308.0/24/00 RVI A.
ELKTRONIKA ENERGJETIKE
344
(a) Fuqia dalëse është
7203024000 IVP W
Nga ek.(3.9), tensioni i sekondarit është
66.261107.1)22/( 002 VVV V
Fuqia hyrëse është
0PIVP SSi
Rryma mesatare hyrëse është
2.7100
720SI A
(b) Rryma mesatare e tranzistorit është
2.7 SA II A
(c) Për puls sinisoidal të rrymës nëpër tranzistor, /pA II dhe rryma
maksimale e tranzistorit është
62.222.7 Sp II A
(d) Për puls sinisoidal të rrymës me përcjellje 180o rryma efektive e tranzistorit
është
31.112/ pR II A
(e) Tensioni i qarkut të hapur të tranzistorit është
1000 SC VV V
11. BURIMET E FUQISË
345
11.2.3 Burimet dykahore të fuqisë
Në disa zbatime, është e dëshirueshme mundësia e rrjedhës
dykahore të fuqisë, p.sh. si te mbushja dhe zbrazja e baterive. Në fig.11.3
është paraqitur një burim dykahor i fuqisë. Kahja e rrjedhës së fuqisë do
të varet nga vlerat e V0, VS dhe herësit të transformimit a = NS/Np. Për
rrjedhje të fuqisë nga burimi në ngarkesë, invertori punon në modin
invertues nëse tensioni dalës është
V0 < aVS 11.6
Fig.11.3 Burimi dykahor i fuqisë
Për rrjedhje të fuqisë nga dalja në hyrje, invertori punon si
drejtues nëse tensioni dalës e plotëson kushtin
V0 > aVS 11.7
Te shndërruesit dykahor, rryma induktive mund të rrjedhë në të dy kahjet
prandaj, rrjedha e rrymës është kontinuale.
ELKTRONIKA ENERGJETIKE
346
11.3 BURIMET TË FUQISË ALTERNATIVE
Burimet të fuqisë alternative zakonisht përdoren si burime
përkrahëse për ngarkesa kritike dhe në zbatime ku nuk ka burime
normale alternative (nga rrjeta). Burimet përkrahëse të fuqisë janë të
njohura gjithashtu edhe si burime të pandërprera të fuqisë ose UPS (nga
angl. Uninterrruptible Power Supply).
Burimikryesor
ac Drejuesiac-dc
Bateria
Invertoridc-ac
Nderpreresitstatik Ngarkesa
kritike
Normalisht"i kycur",Rrjedha e fuqise
,
Normalishti "shkycur"
,
Normalishti "shkycur"
(a)
Burimikryesor
ac Drejuesiac-dc
Bateria
Invertoridc-ac
Nderpreresitstatik Ngarkesa
kritike
Normalisht"i kycur",
Rrjedha e fuqise
,
Normalishti "kycur"
,
Normalishti "shkycur"
(b)
.. ..
..
..
.. ..
Fig.11.4 Konfiguracionet e UPS
11. BURIMET E FUQISË
347
Në fig.11.4 janë paraqitur dy konfiguracione të cilat më së
shpeshti përdoren te UPS. Ngarkesa në konfiguracionin e fig.11.4a, në
gjendje normale, furnizohet nga burimi kryesor alternativ, ndërsa
drejtuesi mban mbushjen e përherëshme të baterisë. Nëse burimi kryesor
ndërprehet, ngarkesa kyçet në dalje të invertorit, i cili tani e zëvëndson
burimin kryesor. Për kalim nga një burim në tjetrin, ky konfiguracion
kërkon ndërprerje momentale të qarkut. Me ndërprerës statik, ky kalim
bëhet për 4 deri 5 ms, ndërsa me ndërprerës mekanik mund të zgjasë 30
deri 50 ms. Invertori është në veprim vetëm gjatë kohës kur burimi
kryesor është në ndërprerje.
Invertori në fig.11.4b vepron kontinualisht dhe dalja e tij është e
lidhur gjatë tërë kohës në ngarkesë. Prandaj këtu nuk paraqitet nevoja për
ndërprerje të qarkut në rast të rënies së burimit kryesor. Drejuesi e
furnizon invertorin dhe e mban mbushjen e përhershme të baterisë
përkrahëse. Invertori mund të shfrytëzohet për përshtatjen e burimit dhe
të ngarkesës, për mbrojtje të ngarkesës nga gjendjet kalimtare në burimin
kryesor dhe për ta mbajtur frekuencën e ngarkesës në vlerën e dëshiruar.
Në rast të rënies së invertorit, ngarkesa kyçet drejtëpërsëdrejti në burimin
kryesor.
+
-
VS
p
p
S
S
N
N
DD QQ 24 24
DD QQ 31 31
N
N
V1
V
V
2
2
VL
Stadi ac-dc
Ngarkesakritike
Burimikryesor
Nderpreresistatik
.. ..
T
T
1
2
iL
IS
Fig.11.5 Konfiguracioni alternativ i UPS
ELKTRONIKA ENERGJETIKE
348
Bateria përkrahëse që shfrytëzohet te këto burime zakonisht është
nikël-kadmium, por mund të pëdoren edhe bateritë e plumbit me acid.
Bateria nikël-kadmium është më e preferueshme sepse elektroliti i saj
është jokoroziv dhe nuk emeton gazra eksplozive, ka jetë më të gjatë dhe
mundësi më të mëdha të durimit të tejnxemjes ose zbrazjes. Por çmimi i
tij është së paku tri herë më i lartë se i baterisë së plumbit. Në fig.11.5
është paraqitur një konfiguracin alternativ i një sistemi UPS, i cili
përbëhet nga bateria, invertori dhe ndërprerësi statik. Në rast të rënies së
sistemit të furnizimit normal, bateria e furnizon invertorin. Kur është i
kyçur burimi kryesor, invertori punon si drejtues dhe e mbush baterinë.
Në këtë konfiguracion invertori duhet të punoj në frekuencën themelore
dalëse, prandaj mundësia e punës së invertorit në frekuenca të larta nuk
mund të shfrytëzohet për zvoglimin e madhësisë së transformatorit. Si
burimet e fuqisë njëkahore, ashtu edhe burimet alternative mund të
karakterizohen në tri tipe:
1. Burimet impulsive të fuqisë alternative
2. Burimet rezonante të fuqisë alternative
3. Burimet dykahore të fuqisë alternative
11.3.1 Burimet impulsive të fuqisë alternative
Madhësia e transformatorit është një ndër faktorët determinant që
ndikojnë në çmimin e pajisjes dhe peshën e saj, prandaj gjatë projektimit
gjithmonë bëhen përpjekje që kjo të optimalizohet. Madhësia e
transformatorit në qarkun nga fig.11.5 mund të zvoglohet nëse këtij
konfiguracioni i shtohet ndërlidhja për frekuenca të larta siç është
parqitur në fig.11.6. Në këtë rast qarku i burimit është më kompleks dhe
pëbëhet nga dy invertorë. Invertori në anën hyrëse punon me modulim
pulsiv-gjërsor në frekuenca shumë të larta, për ta zvogluar madhësinë e
transformatorit dhe të elementeve të filtrit hyrës të invertorit të dytë
dalës. Invertori dalës punon në frekuencën dalëse ose punuese. Edhepse
ky qark përmban më tepër elemente, çmimi dhe pesha e tyre janë më të
ulëta se kostoja e një transformatori më të madh.
11. BURIMET E FUQISË
349
+
-
VS
p
S
S
N
N
D DD D2 64 8
D DD D
D
D
3 71 5
9
10
N
1 537
48
2 6
dc-ac dc-ac
v
iL
L
Ngarkesa
L
Ce
e
IS
Lidhja
dc-dc
me frekuence te larte.. .. ..
ac-dc
V1
ac-ac
N
N
N
N
N
N
N
N
Fig.11.6 Burimet impulsive të fuqisë alternative
11.3.2 Burimet rezonante të fuqisë alternative
Invertori hyrës në fig.11.6 mund të zëvëndsohet me një invertor
rezonant siç është treguar në fig.11.7. Invertori dalës punon me modulim
pulsiv-gjërsor në frekuencën dalëse. Edhe në këtë konfiguracion është e
pranishme ndërlidhja e stadit të frekuencave të larta dhe e atij që punon
në frekuencën dalëse.
+
-
VS
p
S
S
N
N
DD
DD
2
6
4
8
DD
DD
D
D
3
7
1
5
9
10
N
N N1 5
NN3
7
N4
8N N26
dc-ac dc-ac
LC
v
iL
L
Ngarkesa
L
Ce
e
IS
Lidhja me frekuencë të lartë
ac-dc
dc-dc
N
Fig.11.7 Burimi rezonant i fuqisë alternative
ELKTRONIKA ENERGJETIKE
350
11.3.3 Burimet dykahore të fuqisë alternative
Drejtuesi me dioda dhe invertori dalës mund të kombinohen me
një ciklokonvertor me ndërprerës dykahor siç është treguar në fig.11.8.
Ciklokonvertori e shndërron tensionin alterativ të frekuencës së lartë në
frekuencë të ulët të tensionit dalës. Rrjedha e fuqisë mund të rregullohet
në të dy kahjet.
+
-
VS
D
D2
4
D
D
3
1
pSNN
Q
Q Q
Q1
42
3
IS
vL
iL
dc-ac ac-ac
Ciklokonvertori
N
N N
N
1
2
3
4
Ng
ark
esa
Fig.11.8 Burimet dykahore të fuqisë alternative
11.3.4 Burimet e tërthorta të fuqisë alternative
Nëse burimi hyrës është burim i fuqisë alternative, atëherë në
hyrje paraqitet nevoja edhe për një stadë drejtues hyrës, siç është
paraqitur në fig.11.9. Në katët rast kemi katër shndërrime të
njëpasnjëshme: ac-dc-ac-dc-ac. Çifti drejtues-invertor mund të
zëvëndsohet me konvertor me ndërprerës dykahor, siç është paraqitur në
fig.11.10. Funksionet e këtij konvertori mund të sintetizohen ashtu që të
kombinohen funksionet e drejtuesit dhe të invertorit. Ky konvertor, i cili
e bënë shndërrimin ac-ac drejtëpërsëdrejti, quhet ciklokonvertor me
11. BURIMET E FUQISË
351
komutim të dhunshëm. Shndërrimet ac-dc-ac-dc-ac në fig.11.9 mund të
realizohen me dy konvertorë me komutim të dhunshëm, siç është treguar
në fig.11.10.
+
-
VS
p
S
S
N
N
DD
DD
2
6
4
8
DD
DD
D
D
3
7
1
5
9
10
N
N N1 5N N3
7
N N4 8N2 6
dc-ac dc-ac
v
iL
L
Ngarkesa
LL
CC e1
e
1
ac-dc
V1ac
ac-dc
N
Fig.11.9 Shndërrimi i tërthortë shumëstadësh
p SNN
vL
iL
ac-acac-ac
N5
1
62
73
84
acN
gar
kes
a
N
N
N
N
NN
N
Fig.11.10 Ciklokonvertori me ndërprerës dykahor
Shembulli 11.3__________________________________________________________
Rezistenca e ngarkesës në burimin e fuqisë alternative në fig.11.6 është R = 2.5 .
Tensioni njëkahor dalës është VS = 100 V. Invertori hyrës punon në frekuencën prej 20
kHz me një puls për gjysmëcikël. Rëniet e tensioneve në tranzistorë dhe dioda në
gjendje të kyçur janë të papërfillshme. Hersi i transformatorit është a = NS/Np = 0.5.
Invertori dalës punon me modulim pulsiv-gjërsor me katër pulse për gjysmëcikël,
ELKTRONIKA ENERGJETIKE
352
gjërsia e të cilave siguron që vlera efektive e tensionit të ngarkesës të jetë 70% të
tensionit dalës të drejtuesit. Të caktohet vlera efektive e rrymës së ngarkesës. Tensioni i
valëzimit në dalje të drejtuesit është i papërfillshëm. Humbjet në transformator dhe
ndikimi i ngarkesës në frekuencën rezonante të mos përfillen.
Zgjidhje_______________________________________________________________
Tensioni efektiv dalës i invertorit hyrës është
1001 SVV V
Tensioni efektiv i sekondarit të transformatorit është
501005.012 aVV V
Tensioni njëkahor i drejtuesit është
5020 VV V
Tensioni efektiv i ngarkesës është
357.0 0 VVL V
Rryma efektive e ngarkesës është
145.2/35/ RVI LL A
PASQYRË PYETJESH
11.1 Cilat janë specifikat normale të burimeve të fuqisë?
11.2 Cilat janë llojet e përgjithëshme të burimeve të fuqisë?
11.3 Emëroni tri tipe të burimeve të fuqisë njëkahore?
11.4 Emëroni tri tipe të burimeve të fuqisë alternative?
11.5 Cilat janë përparësit dhe të metat e shndërrimit njëstadësh?
11. BURIMET E FUQISË
353
11.6 Cilat janë përparësit dhe të metat e burimeve impulsive?
11.7 Cilat janë përparësit dhe të metat e burimeve rezonante të
fuqisë?
11.8 Cilat janë përparësit dhe të metat e burimeve dykahore të
fuqisë?
11.9 Cilat janë përparësit dhe të metat e shndërruesve me
riveprim?
11.10 Cilat janë përparësit dhe të metat e shndërruesve push-
pull?
11.11 Cilat janë përparësit dhe të metat e shndërruesve me
gjysëmurë?
11.12 Cilat janë konfiguracionet e ndryshme të burimeve
rezonante të fuqisë njëkahore?
11.13 Cilat janë përparësit dhe të metat e shndërruesve me
ndërlidhje për frekuenca të larta?
11.14 Cili është konfiguracioni i përgjithshëm i UPS?
PROBLEME
11.1 Tensioni mesatar dalës i shdërruesit push-pull në fig.11.c ëshët
V0 = 24 V me ngarkesë rezistive R = 0.4 . Rëniet e tensionit
në tranzistorë dhe dioda në gjendje të kyçur janë Vt = 1.2 V dhe
VD = 0.7 V. Herësi i transformatorit është a = NS/Np = 0.5. Të
caktohet: (a) rryma mesatare hyrëse IS, (b) efikasiteti , (c)
rryma mesatare e tranzistorit IA, (d) rryma maksimale e
tranzistorit IP, (e) rryma efektive e tranzistorit IR dhe (f) tensioni
i qarkut të hapur të tranzistorit V0C. Rryma e burimit dhe e
ngarkesës kanë valëzime të papërfillshme dhe humbjet në
transformator të mospërfillen.
11.2 Të përsëritet Prob.11.1 për qarkun në fig.11.2b, për k = 0.5.
11.3 Të përsëritet Prob.11.1 për qarkun në fig.11.2d.
ELKTRONIKA ENERGJETIKE
354
11.4 Të përsëritet Prob.11.1 për qarkun në fig.11.2e.
11.5 Tensioni mesatar në dalje të qarkut me gjysëmurë në fig.11.2a
është V0 = 24 V me ngarkesë rezistive prej R = 0.8 . Invertori
punon në frekuencë rezonante. Parametrat e qarkut janë C1 = C2
= C =2 F, L = 5 H dhe R = 0. Tensioni njëkahor hyrës është
VS = 50 V. Rëniet e tensionit në tranzistorë dhe dioda në gjendje
të kyçur janë të papërfillshme. Herësi i transformatorit është a
= NS/Np = 0.5. Të caktohet: (a) rryma mesatare hyrëse IS, (b)
rryma mesatare e tranzistorit IA, (c) rryma maksimale e
tranzistorit IP, (d) rryma efektive e tranzistorit IR dhe (e)
tensioni i qarkut të hapur të tranzistorit V0C. Humbjet në
transformator dhe ndikimi i ngarkesës në frekuencën rezonante
të mospërfillen.
11.6 Të përsëritet Prob.11.5 për qarkun me urë të plotë në fig.11.2b.
11.7 Rezistenca e ngarkesës në burimin e fuqisë alternative në
fig.11.5 është R = 1.5 . Tensioni njëkahor dalës është VS = 24
V. Invertori hyrës punon në frekuencën prej 20 kHz me tetë
pulse për gjysmëcikël. Gjërësia e pulseve siguron që tensioni
efektiv në ngarkesë të jetë 50% të tensionit hyrës. Rëniet e
tensioneve në tranzistorë dhe dioda në gjendje të kyçur janë të
papërfillshme. Hersi i transformatorit është a = NS/Np =4. Të
caktohet rryma efektive e ngarkesës. Tensioni i valëzimit në
dalje të drejtuesit është i papërfillshëm. Humbjet në
transformator dhe ndikimi i ngarkesës në frekuencën rezonante
të mos përfillen.
11.8 Rezistenca e ngarkesës në burimin e fuqisë alternative në
fig.11.6 është R = 1.5 . Tensioni njëkahor dalës është VS = 24
V. Invertori hyrës punon në frekuencën prej 20 kHz me katër
pulse për gjysmëcikël, gjërsia e të cilave siguron që tensioni V1
të jetë 50% të tensionit hyrës. Rëniet e tensioneve në tranzistorë
dhe dioda në gjendje të kyçur janë të papërfillshme. Hersi i
transformatorit është a = NS/Np = 0.5. Invertori dalës punon me
modulim pulsiv-gjërsor me katër pulse për gjysmë-cikël, gjërsia
e të cilave siguron që tensioni efektiv i ngarkesës të jetë 70% të
tensionit dalës të drejtuesit. Të caktohet vlera efektive e rrymës
së ngarkesës. Tensioni i valëzimit në dalje të drejtuesit është i
papërfillshëm. Humbjet në transformator dhe ndikimi i
ngarkesës në frekuencën rezonante të mos përfillen.
12 NDËRPRERSIT STATIK
12.1 HYRJE
Për ndërprerjen e qarkut elektrik, në vend të ndërprersve mekanik
dhe elektromekanik, mund të përdoren tiristorët si ndërprerës të veprimit
të shpejtë, të cilët mund të kyçen dhe të shkyçen mbrenda disa
mikrosekondave. Për zbatime me fuqi të vogla njëkahore, gjithashtu
mund të shfrytëzohen edhe tranzistorët e fuqisë. Ndrërprerësit e këtillë
quhen ndërprerës statik dhe këta kanë shumë përparësi ndaj atyre
mekanik dhe elektromekanik (p.sh. shpejtësi shumë të lartë të
ndërprerjes, nuk kanë pjesë të lëvizshme dhe nuk kanë kontakt të
vrullshëm gjatë mbylljes).
Përveç këtyre përparësive, gjatë zbatimit të tiristorit (ose
tranzistorit) si ndërprerës statik, qarku mund të projektohet asisoji që të
ketë vonesë kohore, ndërlidhje me qarqet tjera, detektim të vlerave të
ulëta dhe të larta të rrymës si dhe detektim të mbi- dhe nën- tensioneve.
Për gjenerimin e sinjaleve kontrolluese të gejtit, shfrytëzohen shdërruesit
e ndryshëm për detektimin e pozitës, distancës, etj.
Ndërprersit statik mund të klasifikohen në dy tipe: (1) ndërprerës
alternativ, dhe (2) ndërprerës njëkahor. Ndërprersit alternativ pastaj mund
të ndahen në (a) njëfazor, dhe (b) trefazorë. Për ndërprerës alternativ,
tiristorët janë me komutim nga rrjeta (ose komutim natyror) dhe
shpejtësia e tyre e punës është e kufizuar me frekuencën e burimit
alternativ dhe me kohën e shkyçjes së tiristorëve. Ndërprersit njëkahor
janë me komutim të dhunshëm dhe shpejtësia e tyre e punës varet nga
qarku komutues dhe nga koha e shkyçjes së tiristorëve të shpejtë.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
356
12.2 NDËRPRERSIT ALTERNATIV NJËFAZOR
Në fig.12.1a është paraqitur qarku i një ndërprersi njëfazor të
valës së plotë, ku dy tiristorë janë lidhur paralel në opozitë.
+
-
+
-
v
i
i
i v
iT
TR
S
S
T 1
T22
10
0L
(a)
Vm
V /Rm LV /Rm L
0
2 t
vS
Vm
0
0
0
0
2
2
2
2
t
t
t
t
v
i
0
0
-Vm
g
g1
2
1
1
Impulset e gejtit T1
Impulset e gejtit T2
(b)
Vm
0
0
0
0
2
2
2
2
t
t
t
t
v
i
0
0
-Vm
g
g1
2
1
1
Impulset e gejtit T1
Impulset e gejtit T2
(c)
Fig.12.1 Ndërprersi alternativ njëfazor me tiristorë: (a) qarku;
(b) format valore për ngarkesë rezistive; dhe (c) format
valore për ngarkesë induktive
12 NDËRPRERSIT STATIK
357
Tiristori T1 është i kyçur në t = 0, ndërsa tiristori T2 është i kyçur
në t = . Tensioni dalës është i njëjtë me tensionin hyrës. Tiristorët
veprojnë si ndërprerës dhe janë me komutim nga rrjeta. Format valore të
tensionit hyrës, dalës dhe rrymës dalëse, për ngarkesë rezistive, janë
paraqitur në fig.12.1b. Për ngarkesë induktive, tiristori T1 duhet të kyçet
kur rryma kalon nëpër zero pas gjysmëciklit negativ të tensionit hyrës,
ndërsa tiristori T2 kur rryma kalon nëpër zero pas gjysmëciklit pozitiv
(fig.12.1c). Impulset e trigerimit për T1 dhe T2 janë paraqitur në fig.12.1c.
Në shumë raste praktike, dy tiristorë mund të zëvëndsohen me TRIAC.
Vlera momentale e rrymës së rrjetës është
tIti mS sin)(
Vlera efektive e kësaj rryme është
2)(sin
2
22/1
0
22 mmS
ItdtII
12.1
Pasi që secili tiristor bartë rrymë vetëm gjatë një gjysmëcikli, rryma
mesatare në çdo tiristor është
mmA
ItdtII )(sin
2
1
0
12.2
dhe vlera efektive e rrymës së çdo tiristori është
2
)(sin2
1 2/12
0
2 mmR
ItdtII
12.3
Qarku nga fig.12.1a mund të modifikohet si në fig.12.2a, ku të dy
tiristorët janë të lidhur me katodë të përbashkët dhe sinjalet e gejtit kanë
terminal të përbashkët. Te ky qark, gjatë gjysmëciklit pozitiv përçojnë
tiristori T1 dhe dioda D1, ndërsa gjatë gjysmëciklit negativ tiristori T2 dhe
dioda D2. Forme valore e tensionot dalës dhe impulset për trigerimin e
tiristorëve T1 dhe T2 janë paraqitur në fig.12.2b.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
358
+
-
+
-
v
i
i i v
i
T
DD
T
R
S
S
1
T T1 2
2
2
1
0
0
L
(a)
Vm
0
0
0
2
2
2
t
t
t
v vS 0
g
g1
2
1
1
Impulset e gejtit T1
Impulset e gejtit T2
(b)
,
Fig.12.2 Ndërprersi alternativ njëfazor me urë me tiristorë dhe dioda: (a)
qarku; (b) format valore për ngarkesë rezistive
Fuksionin e njëjtë mund ta kryej edhe drejtuesi me urë me dioda
dhe një tiristor, siç është paraqitur në fig.12.3a. Tiristori kyçet në fillim të
çdo gjysmëcikli. Rryma në ngarkesë është alternative, ndërsa në tiristorin
T1 është njëkahore. Forma valore e tensionit dalës dhe sinjalet e gejtit
janë paraqitur në fig.12.3b. Në këtë konfiguracion, tiristori mund të
zëvëndsohet me tranzistor ose GTO. Njësia e përbërë nga tiristori
(tranzistori ose GTO) dhe drejtuesi me urë është e njohur si ndërprersi
bidirekcional.
+
-
+
-
v
i
v
i
D
D D
D
R
S
S
1
4 2
3
0
0
L
(a)
T1
Vm
0
0
2
2
t
t
v vS 0
g1
1
Impulset e gejtit T1
,
(b)
Fig.12.3 Ndërprersi njëfazor me drejtues me urë dhe një tiristor
12 NDËRPRERSIT STATIK
359
12.3 NDËRPRERSIT TREFAZORË
Koncepti i ndërprersit njëfazor alternativ mund të zgjërohet edhe
në zbatime trefazore.
i1
Fig.12.4 Ndërprersi trefazorë alternativ me tiristorë
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
360
Tre ndërprerës njëfazor mund të lidhen që të formojnë një
ndërprerës trefazorë siç është paraqitur në fig.12.4a. Sinjalet trigeruese
për tiristorë si dhe rrymat në tiristorë janë paraqitur në fig.12.4b.
Ngarkesa mund të jetë e lidhur në yll ose trekëndësh.
Për zvoglimin e numrit të tiristorëve dhe kostos, mund të
shfrytëzohet lidhja e diodave dhe tiristorëve në formë të ndërprërësit
trefazorë, siç është paraqitur në fig.12.5. Në rastin kur dy tiristorë janë të
lidhur në opozitë, ka mundësi që rrjedha e rrymës të ndalet në çdo
gjysëmcikël, ndërsa te qarku me diodë dhe tiristor, rryma mund të ndalet
vetën vetëm në çdo cikël të plotë të tensionit hyrës, prandaj koha e
reagimit bëhet më e ngadalshme.
T
D
D
D
T
T
R
R
R
1
2
3
1
2
3
L
L
L
a
n
b c
A
B
C
Fig.12.5 Ndërprersi alternativ trefazorë me dioda dhe tiristorë
Në praktikë shpesh paraqitet nevoja për burim trefazorë me fazë
të kundërt në ngarkesë. Për fitimin e tensionit të tillë shfrytëzohen
ndërprersit trefazorë kthyes, të cilët mund të ndërtohen me shtimin e dy
ndërprersve njëfazor në ndërprersin e fig.12.4a dhe ky qark është
paraqitur në fig.12.6. Gjatë punës normale, tiristorët T7 – T10 janë të
shkyçur ndërsa T1 – T6 janë të kyçur. Linja A furnizon terminalin a, linja
B furnizon terminalin b, dhe linja C furnizon terminalin c. Gjatë punës
me fazë të kundërt, tiristorët T2, T3, T5 dhe T6 janë të shkyçur dhe
tiristorët T7 – T10 janë në punë. Linja B furnizon terminalin c dhe linja C
furnizon terminalin b, që rezulton me tensione me faza të kundërta që
aplikohen në ngarkesë.
12 NDËRPRERSIT STATIK
361
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
R
R
R
4
3
5
9
7
1
6
2
10
8
L
L
L
a
n
b c
A
B
C
Fig.12.6 Ndërprersi trefazorë kthyes
Për fitimin e fazës së kundërt të tensioneve fazore në ngarkesë,
gjithëmonë shfrytëzohen tiristorët. Kombinimi tiristorë dhe dioda si në
fig.12.5 nuk mund të shfrytëzohet, sepse do të paraqitet lidhje e shkurtë
në mes të fazave.
12.4 NDËRPRERSIT PËR MAGJISTRALE
Ndërprersit statik mund të shfrytëzohen edhe për bartje të
energjisë nga një burim në tjetrin dhe këta quhen ndërprerës për
magjitrale. Këta mund të jenë njëfazor dhe trefazorë. Në një sistem
praktik të burimit, ndonjëherë ndodhë që të paraqitet nevoja për kyçjen e
ngarkesës nga burimi normal në ndonjë burim tjetër ndihmës. Kjo ndodhë
në këto raste: (1) kur burimi kryesor bie nga funksioni dhe (2) në kushtet
e nëntensionit ose mbitensionit të burimit kryesor. Në fig.12.7 është
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
362
paraqitur ndërprersi njëfazor për magjistrale i cili shërben për kyçjen e
ngarkesës nga burimi kryesor në burimin ndihmës. Ngarkesa është e
kyçur në burimin normal kur veprojnë tiristorët T1 dhe T2, ndërsa është e
kuçur në burimin alternativ kur veprojnë tiristorët T1’ dhe T2’, derisa
tiristorët T1 dhe T2 janë të shkyçur. Parimi i njëjtë shfrytëzohet edhe te
ndërprersit trefazorë. Zgjërimi i konceptit të ndërprersit njëfazor për
magjistrale, në atë trefazorë është paraqitur në fig,12.8.
T
T
T TR2
2
1
1
L
'
'
+
-
+
-
+
-
v vv1 0 2
Fig.12.7 Ndërprersi njëfazor për magjistrale
T
T
T
T
T
T
4
3
5
1
6
2
a
b
c
A
B
C
R
R
RL
L
L
A'
B'
C'
T '1
T '4
T '3
T '6
T '5
T '2
Fig.12.8 Ndërprersi trefazorë për magjistrale
12 NDËRPRERSIT STATIK
363
12.5 NDËRPRERSIT NJËKAHOR
Te ndërprersit njëkahor, tensioni hyrës është njëkahor dhe në këtë
rast mund të shfrytëzohen tiristorët e shpejtë, GTO ose tranzistorët e
fuqisë. Tiristori njëherë i kyçur, duhet të shkyçet me komutim të
dhunshëm dhe këto teknika janë diskutuar në Kapitullin 6. Në fig.12.8
është paraqitur ndërprersi me tranzistor me ngarkesë rezistive, ndërsa për
rastin e ngarkesës induktive, në skaje të ngarkesës duhet të lidhet një
diodë për mbrojtje të tranzistorit nga tensionet kalimtare gjatë shkyçjes
(siç është treguar me vija të ndërprera në fig.12.9). Këta ndërprerës mund
të përdoren edhe si ndërprerës të magjistrales për bartje të energjisë nga
një burim në tjetrin.
+
-
+
-
Buriminjekahor
..
Tensioni i ngasjesse bazes
.. ..
V
Q
R v
S
1
L 0
Fig.12.9 Ndërprersi njëkahor me tranzistor
Nëse përdoren tiristorët me komutim të dhunshëm, qarku
komutues është pjesë integrale e ndërprersit dhe një ndërprerës i tillë për
zbatime me fuqi të lartë është paraqitur në fig.12.10. Nëse tiristori T3
është i kyçur, kondenzatori C mbushet përmes burimit VS, L dhe T3. Nga
ek.(6.2) dhe (6.3), rryma e mbushjes i dhe tensioni i kondenzatorit vC janë
shprehur si
tC
LVti S sin)( 12.4
dhe
)cos1()( tVtv SC 12.5
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
364
ku LC/1 . Pas kohës LCtt 0 , rryma e mbushjes bëhet zero
dhe kondenzatori është i mbushur në 2VS. Nëse tiristori T1 është duke
përçuar dhe e furnizon ngarkesën, tiristori T2 kyçet për ta shkyçur
tiristorin T1. Tiristori T3 është vetëkomutues.
Buriminjekahor
..
+
-
V
C
R
D
L
TT
T
DR
I
S
L
L
1
2
3
m
1
Fig.12.10 Ndërprersi njëkahor me tiristorë
Kyçja e tiristorit T2 shkakton një puls të rrymës rezonante nga
kondenzatori C, përmes C, L dhe T2. Me rritjen e rrymës rezonante bie
rryma e nëpër tiristorin T1. Kur rryma rezonante e arrinë vlerën e rrymës
së ngarkesës IL, rryma e tiristorit T1 bie në zero dhe ai shkyçet. Ngarkesa
e mbetur në kondenzatorin C zbrazet përmes rezistencës së ngarkesës RL.
Tiristori T2 është gjithashtu vetëkomutues. Për ngarkesë induktive, në
skaje të ngarkesës duhet të lidhet dioda shkarkuese Dm. Kondenzatori
duhet të zbrazet plotësisht në çdo veprim ndërprerës, ndërsa tensioni
negativ në kondenzator mund të parapengohet me lidhjen e një rezistori
dhe diode siç është treguar me vija të ndërprera në fig.12.10.
+
-
+
-
Buriminjekahor
..V
RvS
L0
T1
Fig.12.11 Ndërprersi njëkahor me GTO
12 NDËRPRERSIT STATIK
365
Shkyçja e qarqeve njëkahore nuk është fare e lehtë, prandaj
ndërprersit njëkahorë statik kërkojnë qarqe shtesë për shkyçje.
Ndërprersit njëkahor mund të zbatohen për kontrollin e rrjedhës së fuqisë
në tensione dhe rryma shumë të larta (p.sh. reaktorët me fuzion) dhe
gjithashtu mund të përdoren si ndërprerës të rrymës me veprim të shpejtë.
Në vend të tranzistorëve, te këta ndërprerës mund të përdoren GTO-të, të
cilët kyçen me impulse të shkurta pozitive në gejt, ngjashëm si tiristorët e
zakonshëm, ndërsa mund të shkyçen me impulse të shkurta negative në
gejt, dhe për këtë arsye nuk paraqitet nevoja për kurfarë qarku komutues.
Një ndërpreres njëkahor me GTO është paraqitur në fig.12.11.
12.6 RELETË STATIK
Ndërprersit statik mund të shfrytëzohen si rele statik për
kontrollin e rrjedhës së fuqisë alternative dhe njëkahore. Në shumë
zbatime në rregullimet automatike industriale (p.sh. kontrolla i
ngarkesave të motorit, transformator, nxemje të rezistencës, etj.), këta
mund t’i zëvëndsojnë reletë elektromekanik. Për zbatime me tensione
alternative mund të shfrytëzohen tiristorët ose TRIAC-ët, ndërsa për
zbatime njëkahore shfrytëzohen tranzistorët.
R
V
v
S
L
0
+
-
+
-
(a)
R R
V
v
S
L B0
+
-
+
-
Ridrelea
Buriminjekahor
..
(b)
Fig.12.12 Relea statike njëkahor
Relea statike zakonisht është e izoluar elektrikisht në mes të
qarkut kontrollues dhe qarkut të ngarkesës me rid rele (reed reley),
transformator ose optokapler. Në fig.12.12 janë paraqitur dy qarqe
themelore për rele njëkahor statik, njëri me izolim me rid rele dhe tjetri
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
366
me izolim me optokapler. Edhepse qarku njëfazor nga fig.12.1a mund të
punoj si rele statik, për zbatime me fuqi alternative, zakonisht përdoret
TRIAC-u, sepse ky është element që kërkon vetëm një qark të trigerimit.
Në fig.12.13 janë paraqitur reletë statik me izolim me rid rele,
transformator dhe optokapler. Nëse në zbatime për nivele më të larta të
fuqisë kërkohet shfrytëzimi i tiristorit, atëherë qarku nga fig.12.1a mund
të punojë si rele statik, e në këtë rast do të rritet kompleksiteti i qarkut
trigerues.
(a) (b)
R RR
v v
v v
S S
L L0 0
+ +
- -
+ +
- -
Ridrelea
TR1 TR1
+
-
Sinjalikontrollues
Burimialternativ
Burimialternativ
(c)
RR
v
vL
0
+
-
+
-
D
D
D
D
1
2
3
4
Fig.12.13 Relea statike alternative
12 NDËRPRERSIT STATIK
367
12.7 PROJEKTIMI I NDËRPRERSVE STATIK
Ndërprersit dhe reletë statik kanë shumë përparësi ndaj atyre
konvencional elektromekanik. Me zhvillimin e komponenteve
gjysmëpërçuese të fuqisë dhe qarqeve të integruara, ndërprersit statik
gjejnë zbatim të gjërë në rregullimin automatik në industri. Këta
ndërprerës mund të ndërlidhen me sisteme digjitale ose të
kompjuterizuara të rregullimit.
Ndërprersit statik komercial që mund të gjenden në treg kanë
breze të kufizuara të tensioneve dhe rrymave prej 1 A deri 50 A me
tensione deri në 440 V. Nëse paraqitet nevoja që këta ndërprerës të
plotësojnë kërkësa specifike, projektimi i tyre është i thjeshtë dhe kërkon
vetëm përcaktimin e brezeve të tensionit dhe të rrymës për komponentet
gjysmëpërquese të fuqisë. Procedura e projektimit mund të ilustrohet me
shembuj.
Shembulli 12.1__________________________________________________________
Ndërprersi njëfazor alternativ me konfiguracin si në fig.12.1a është shfrytëzuar në mes
të burimit 120 V 60 Hz dhe ngarkesës induktive. Fuqia e ngarkesës është 5 kW me
faktor të fuqisë 0.88. Të caktohen (a) brezet e tensionit dhe të rrymës së tiristorëve, dhe
(b) këndet e kyçjes së tiristorëve.
Zgjidhje_______________________________________________________________
(a) Fuqia në ngarkesë është
500088.0120cos 000 IIVP S W
Amplituda e rrymës së ngarkesës është
96.66)88.0120/(50002)cos/(2 0 Sm VPI A
Nga ek.(12.2), rryma mesatare e tiristorit është
31.21/96.66 AI A
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
368
Nga ek.(12.3), rryma efektive e tiristorit është
48.332/96.66 RI A
Tensioni reverz maksimal në tiristor është
7.1691202max RV V
(b) 88.0cos ose 36.28
Këndi i kyçjes së tiristorit T1 është
36.281 dhe për tiristorin T2 është
36.20836.281802
Shembulli 12.2__________________________________________________________
Ndërprersi trefazorë alternativ me konfiguracin si në fig.12.4a është shfrytëzuar në mes
të burimit trefazorë 440 V 60 Hz dhe ngarkesës trefazore të lidhur në yll. Fuqia e
ngarkesës është 20 kW me faktor të fuqisë 0.707. Të caktohen brezet e tensionit dhe të
rrymës së tiristorëve.
Zgjidhje_______________________________________________________________
Fuqia e ngarkesës është
cos30 SS IVP
Tensioni fazor është
03.2543/440 SV V
Amplituda e rrymës së ngarkesës është
494.52)707.04403/(200002)cos/(2 0 Sm VPI A
12 NDËRPRERSIT STATIK
369
Nga ek.(12.2), rryma mesatare e tiristorit është
71.16/494.52 AI A
Nga ek.(12.3), rryma efektive e tiristorit është
247.262/494.52 RI A
Tensioni reverz maksimal në tiristor është
3.6224402max RV V
PASQYRË PYETJESH
12.1 Çka është ndërprersi statik?
12.2 Cilat janë dallimet në mes të ndërprersit njëkahor dhe
alternativ?
12.3 Cilat janë përparësitë e ndërprersve statik ndaj atyre
mekanik ose elektromekanik?
12.4 Cilat janë përparësitë dhe të metat e ndërprersve
alternativ me tiristorë paralel në opozitë?
12.5 Cilat janë përparësitë dhe të metat e ndërprersve
alternativ me një tiristor dhe diodë?
12.6 Cilat janë përparësitë dhe të metat e ndërprersve
alternativ me drejtues dhe tiristor?
12.7 Si ndikon induktiviteti i ngarkesës në kërkesat e
trigerimit të ndërprersit alternativ?
12.8 Cili është principi i punës së releve statik?
12.9 Cilat janë metodat e izolomit qarkut të kontrollit nga
qarku i ngarkesës te reletë statik?
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
370
12.10 Cilët faktor duhet të merren parasysh gjatë
projektimit të ndërpresëve njëkahor?
12.11 Cilët faktor duhet të merren parasysh gjatë
projektimit të ndërpresëve alternativ?
12.12 Cili tipi i komutimit përdoret te ndërprersit njëkahor?
12.13 Cili tipi i komutimit përdoret te ndërprersit alternativ?
PROBLEME
12.1 Ndërprersi njëfazor alternativ me konfiguracin si në fig.12.1a
është shfrytëzuar në mes të burimit 220 V 50 Hz dhe ngarkesës
induktive. Fuqia e ngarkesës është 15 kW me faktor të fuqisë
0.90. Të caktohen brezet e tensionit dhe të rrymës së tiristorëve.
12.2 Të caktohen këndet e kyçjes së tiristorëve T1 dhe T2 në
Prob.12.1.
12.3 Ndërprersi njëfazor alternativ me konfiguracin si në fig.12.2a
është shfrytëzuar në mes të burimit 220 V 50 Hz dhe ngarkesës
induktive. Fuqia e ngarkesës është 15 kW me faktor të fuqisë
0.90. Të caktohen brezet e tensionit dhe të rrymës së tiristorëve
dhe diodave.
12.4 Ndërprersi njëfazor alternativ me konfiguracin si në fig.12.3a
është shfrytëzuar në mes të burimit 220 V 50 Hz dhe ngarkesës
induktive. Fuqia e ngarkesës është 15 kW me faktor të fuqisë
0.90. Të caktohen brezet e tensionit dhe të rrymës së tiristorëve
dhe diodave në drejtuesin me urë.
12.5 Të caktohet këndi i kyçjes së tiristorit T1 në Prob.12.4.
12.6 Ndërprersi trefazorë alternativ me konfiguracin si në fig.12.4a
është shfrytëzuar në mes të burimit trefazorë 380 V 50 Hz dhe
ngarkesës trefazore të lidhur në yll. Fuqia e ngarkesës është 20
kW me faktor të fuqisë 0.86. Të caktohen brezet e tensionit dhe
të rrymës së tiristorëve.
12.7 Të caktohen këndet e kyçjes së tiristorëve në Prob.12.6.
12 NDËRPRERSIT STATIK
371
12.8 Të përsëritet Prob.12.7 për ngarkesë të lidhur në trekëndësh.
12.9 Ndërprersi trefazorë alternativ me konfiguracin si në fig.12.5
është shfrytëzuar në mes të burimit trefazorë 380 V 50 Hz dhe
ngarkesës trefazore të lidhur në yll. Fuqia e ngarkesës është 20
kW me faktor të fuqisë 0.86. Të caktohen brezet e tensionit dhe
të rrymës së tiristorëve dhe diodave.
12.10 Ndërprersi njëkahor me tiristorë me konfiguracin si në fig.12.10
ka ngarkesë rezistive RL= 5 , burim njakahor të tensionit VS =
220 V, induktivitet L = 40 H dhe kapacitet C = 40 F. Të
caktohet: (a) vlera maksimale e rrymës në tiristorinT3 dhe (b)
koha e nevojshme për zvoglimin e rrymës së tiristorit T1 nga
vlera e saj në gjendjen stacionare në zero.
Elektronika Energjetike
372
Referencat
1. P. D. Ziogas, S. I. Khan, M. H. Rashid, “Some improved forced
cummutated cycloconverte structures”. IEEE Transactions on
Industry Applications, No. 5.1985
2. M. Venturi, “A new sine wave in sine wave out coversion technique
eleiminates reactive elements”. Proceedings Powercon 7, 1980
3. S. A. Hamed, “Modeling and design of transistor-controlled AC
voltage regulators”. Inernational Journal of Electronics, No. 3,
1990
4. R. G. Hoft, “Historical review, present status and future prospects”.
Inernational Power Electronics Conference”, Tokyo, 1983
5. B. K. Bose, “Recent advances in power electronics”. IEEE
Transactions on Power Electronics”. No 1, 1992
6. C. K. Chu, P. B. Spisak, D. A. Walzak, “High power asymmetrical
thyristors”. IEE Industry Applications Society Conference Record,
1985
7. Y. Nakamura, H. Tadano, I. Igarashi, “Very high speed induction
thyristors”. IEEE Transactions on Industry Applications, No.6,
1986
8. B. J. Baliga, D. Y. Chen, “Power transistors: Device Design and
Applications”. IEEE Press, 1984
9. S. Cuk, R. D. Middlebrook, “Advances in switched mode power
conversion”. IEEE Tansactions on Industrial Electronics, No.1,
1983
Referencat 373
10. M. H. Rashid, “ A thyristor chopper with minimum limits on
voltage control of dc drives”. Inernational Journal of Electronics,
No. 1, 1990
11. F. C. Schwarz, “An improved method of resonant pulse modulation
for power converters”. IEEE Transactions on Industrial Electronics
and Control Instrumentation, No.2,1987
12. D. M. Divan, “Design considerations for very high frequency
resonant mode dc/dc converters”. IEEE Transactions on Industry
Applications, No.8, 1985
13. P. D. Zogias, V. R. Stefanovic, “A four-quadrant curent regulated
converter with a high frequency link”. IEEE Transactions on
Industry Applications, No.5, 1982
14. J. Ebert, M. K. Kazimierczuk, “Class-E high-effiency tuned power
oscilator”. IEEE Journal of solid –State Circuits, No.2, 1981
15. K.Liu, R. Oruganti, “Quasi-resonant converters: tipologies and
characteristics”. IEEE Transactions on Power Electronics, No.1,
1987
16. D. M . Devan, “The resonant DC link converter: a new concept in
static power conversion”. IEEE Transactions on Industry
Applications, No.2, 1989
17. P. M. McEwan, S. B. Tennakoon, “ A two-stage DC thyristor
circuit breaker”. IEEE Transactions on Power Electronics, No.4,
1998
18. M. Tou, K. Al-Haddad, G. Oliver, “Analysis and design of single-
controlled switch three-phase rectifier with unity power factor and
sinusoidal input current”. IEEE Transactions on Power Electronics,
No.4, 1998
19. C. A. Ayres, I. Barbi, “A family of converters for UPS production
burn-in energy recovery”. IEEE Transactions on Power
Electronics, No.4, 1999
20. A. K. S. Bhat, “ Operation of high-frequecy resonant converters on
utility line with improved characteristics”. IEEE Transactions on
Power Electronics, No.5, 1998
Elektronika Energjetike
374
21. P. R. Palmer, A. N. Githiari, “The series connection of IGBT’s with
active voltage sharing”. IEEE Transactions on Power Electronics,
No.3, 1995
22. S. Musumeci, A. Raciti, A. Testa, “Switching-behavior
improvement of insulated gate-controlled devices”. IEEE
Transactions on Power Electronics, No.1, 1998
23. R. Naim, G. Weiss, S. Ben-Yaakov, “H Controll applied to boost
power converters”, IEEE Transactions on Power Electronics, No.4,
1998
24. J. Wang, K. Mauch, “Analysis of ripple-free input-current boost
converter with discontinuous conduction characteristics”. IEEE
Transactions on Power Electronics, No.1, 1997
25. Y. Y. Tzou, R. S. Ou, S. L. Jung, M. Y. Chang, “High-performance
programmable AC power source with low harmonic distortion
using DSP-based repetitive control technique”. IEEE Transactions
on Power Electronics, No.5, 1995
26. E. H. Ismail, R. Erickson, “ A new class of low-cost three-phase
high-quality rectifirers with zero-voltage switching”. IEEE
Transactions on Power Electronics, No.1, 1998
27. J. H. Cheng, A. F. Witulski, ”Stedy-state and large-signal design of
current-progrmmed DC-DC converters”. IEEE Transactions on
Power Electronics, No.4, 1998
28. Y.Y. Tzou, L. H. Ho, R. S. Ou, “ Fuzzy controll of a closed-loop
regulated PWM inverter under large load varoations”. IEEE
IECON, conf. Rec. 1993
Referencat 375
Bibliografia e përgjithshme
Përveç referencave të cituara, sygjerohen edhe librat e poshtshënuar:
Hemann, K., Basic Principles of Power Electronics. New York:
Springer-Verlag, 1986.
Hnatek, E. R., Design of Solid-state Power Supplies. New York: Van
Nostrand Reinhold Company, Inc. 1991.
Kloss, A., A Basic Guide To Power Elektronics. New York: John Wiley
& Sons, Inc. 1984.
Mohan, M. Power Elektronics. New York: John Wiley & Sons, Inc.
1989.
Pearman, R. A., Power Elektronics: Solid State Motor Controll. Reston
Publishing Co., Inc.,1980.
Pearman, R. A., Solid State Industrial Elektronics. Reston Publishing
Co., Inc.,1990.
Rashid, M. H., Power Elektronics. Prentice-Hall International, Inc.,
1996.
Mazda, R., Power Elektronics. Addison Wesley, Inc., 1998.
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
376
Indeksi
A
aftësia për kyçje të sërishme,
50
aktivizim me dritë, 44
amplifikatori, 3
mikrovalor, 3
i tensionit., 142
audio, 144
amplifikimi i rrymës, 42
anoda, 6, 40, 41
antiparalel, 158
B
bak rregullatori, 285
bak-bust rregullatori, 294
bartësit kryesorë
minor, 9
baza, 134
bërthama e transformatorit,
20, 302, 306
besueshmëria e punës së
vargut të tiristorëve, 55
bidirekcional, 216, 223, 241,
246, 263, 264, 265, 320
borne dalëse, 152
brezi i rrymave të IGBT, 145
brezi i rrymës, 12
burimet, 2
e fuqisë njëkahore, 289
alternative, 301
e pandërprera, 309
e pandërprera të fuqisë,
151
e përhershme të fuqisë,
151
impulsive
rezonante
dykahore, 302
bust rregullatori, 289
C
cikli i punës, 220
ciklokonvertori, 252
Ç
çiftet elektron-vrimë, 43
çoperi, 267
i klasës A, 280
i klasës B, 280
i klasës C, 282
i klasës E, 283
dykuadrantësh, 282
D
diagrami i qarkut, 13
difuzion, 5, 40
dioda, 3
për zbatim gjeneral, 5
e shpejtë:, 11
me rimëkëmbje të
shpejtë, 3
shkarkuese, 34, 64, 69,
81, 90, 107, 325
e rikëthimit, 152
e fuqisë, 5
377
e sinjaleve të vogla, 5
e Zenner-it, 5 përçuese, 41
disipacioni, 8, 56
diskontinual, 87
distorzioni total, 154
drejni, 141
drejtuesi, 18
njëfazor, 18
i gjysmëvalës
i valës së plotë
trefazorë, 18
me urë, 21
në yll, 23
q-fazorë, 25
drita, 43
Dh
dhënsi sonar, 191
E
efekti regjenerativ, 43
efikasiteti, 19
maksimal, 210
ekuacioni i barazpeshës, 181
i rrymës së tranzistorit,
137
i Schockley-ut, 6
elektroda e gejtit, 144
elektromekanik, 317
elektronika energjetike, 1
eliminimi i komponentës
njëkahore, 24
emiteri, 135
energjia, 2
e akumuluar në induktor,
122
e grumbulluar, 178
alternative, 60
F
faktori, 20
harmonik, 20
i butësisë, 9
i formës, 19
i fuqisë, 20
i idealitetit, 6
i mirësisë, 203
i uljes së tensionit, 55
i valëzimit, 20
i amplifikimit, 136
faza, 19
filtrat, 30
L,C
LC, 30
fluoroscent, 191
format valore, 18
fototiristori, 56
fototranzistori, 56
frekuenca, 3
e burimit hyrës, 61
e punës, 207
e valëzimit, 87
maksimale, 197
rezonante, 192
fuqia, 2
alternative dalëse, 19
e disipacionit, 8
e dobishme, 154
njëkahore dalëse, 19
G
gejti, 40
GJ
gjendja kalimtare, 14
e bllokimit reverz, 41
e përcjelljes, 41
gjeneratori ultrasonik, 191
gjërësia e impulsit, 45
gjysmëcikli negativ, 18
gjysmëkonvertori, 61
H
harmoniku i rendit më të
ulët, 155
humbjet e fuqisë, 190
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
378
I
IGBT, 3, 134, 144, 145, 146,
147, 149,
impedanca, 34
hyrëse, 203
induktansa, 34
induktiviteti, 19
me ndërlidhje magnetike,
56
i ngarkesës, 60, 34
i parazitar, 46
injektimi, 144
invertori, 151
rezonant, 151
i rrymës, 151
i tensionit, 151
i tërthortë, 207
me komutim
komplementar, 176, 179,
me komutim ndihmës,
176, 3
rezonant paralel, 190,
202, 3
rezonant serik, 190, 191,
3
rezonant i klasës E, 191
i McMurray-Bedford-it,
179
i McMurray-it, 178
njëfazor me gjysëmurë,
152
njëfazor me urë, 157
trefazorë, 163
izolimi, 302
nga riveprimi i energjisë,
5
J
josinusoidale, 231
K
kanali, 141
kapaciteti parazitar, 44
karakteristika, 1
stacionare, 6
e MOSFET-it për gjendje
stacionare, 143
e ngasjes së gejtit, 146
e shkyçjes, 50, 51
ideale, 5
përcjellëse, 142
v-i, 6, 17
natyrore e qarkut, 111,
191
katoda, 5, 6, 40, 61
këndi, 62
i ngacmimit, 228
i shfazimit, 20
i vonesës, 78
koeficienti, 6
i emisionit, 6
negativ temperaturor, 147
koha, 112
e kthimit, 112
e kyçjes, 44
e rekombinimit, 50
e rimëkëmbjes reverze,
10
e rritjes, 44
e shkyçjes, 50
e shkyçjes së qarkut, 116,
117, 118, 122, 123, 127,
132, 184, 199, 213
e vonesës, 44
minimale, 46
kohëzgjatja e modit të punës,
167
kolektori, 134
komponenta, 3
e kontrolluar me tension,
141, 145
harmonike, 2
katërshtresore
gjysmëpërçuese, 40
alternative ose valëzimi,
19
gjysmëpërçuese, 3
konvencionale, 3
komutuese, 191
komutimi, 109
i dhunshëm, 110
i jashtëm, 110, 128, 2
impulsiv, 110, 115, 2
379
komplementar, 110, 125,
179, 180, 185,
komplementar impulsiv,
126
natyror
me rrjetë, 109
në anën e ngarkesës, 110,
129, 2
në anën e rrjetës, 110,
129, 2
rezonant, 110, 120, 121,
123, 2
kondenzatori komutues, 122
konfiguracioni push-pull,
304
konstanta, 7
e Boltzmann-it, 7
kohore, 47
kontakti, 5
BE, 136
me polarizim reverz, 40
pn, 40
kontinuiteti i rrymës, 64
kontrolla e rrymës rezonante,
122
konvertori, 60
i plotë, 63
i kontrolluar me fazë, 78
trefazorë, 78, 90, 101,
105, 106, 253, 256, 313
gjysmëkonvertori i plotë
trefazorë, 79, 81, 87, 90,
98, 103, 206, 253
njëfazor, 61
ac-dc, 60
njëfazor/njëfazor, 256
krahu i invertorit, 186
kuadranti i punës, 62
kualiteti i përpunimit të
fuqisë te drejtuesi, 19
kufizimet praktike, 11
kushtet, 13
kalimtare, 13
e polarizimit reverz, 10
dinamike, 14
e bllokimit, 9, 18
e rastit më kritik, 263
e përcjelljes
e bllokimit, 9
kyçja, 41
e padëshiruar, 43
regjenerative, 44
L
LASCR, 3
LED-dioda, 56
lëvizja e lirë e bartësve, 40
lidhja, 24
në trekëndësh, 24
e shkurt, 4
serike e tiristorëve, 52
ligji i Kirchhoff-it, 52
M
magjistrala, 322
mbushja e kundërt e
kondenzatorit, 116
mikroprocesorët, 1
mikrovalor, 144
modeli ekuivalent, 143
modi, 69
bllokues, 9
i punës, 9
përcjellës, 9
drejtues, 83
invertues, 83
modulet inteligjente, 4
modulimi
pulsiv-gjërsor, 269
frekuencor, 269
MOSFET-i i fuqisë, 141
i tipit n-kanalësh, 140,
141
i tipit p-kanalësh, 141
mundësia, 14
e bartjes së rrymës, 14
e bllokimit të tensionit
revez, 12
N
ndarja e barabartë e
tensionit, 13
ndërprerësi, 317
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
380
alternativ, 317
njëkahor, 317
bistabil, 40
dykahor, 225, 313
ideal, 6
statik, 317
trefazorë, 320
tiristorik, 134
tranzistorik, 139
mekanik, 317
ngarkesa, 7
e elektronit, 7
e rimëkëmbjes reverze, 9
e grumbulluar, 11
induktive, 57, 86, 96, 152,
153, 227, 230, 318, 325
ngasja e motorëve, 241
alternativ, 241
me shpejtësi të
ndryshueshme, 103
motorike, 60
ngopja e tranzistorit, 139
nxehtësia, 43
O
optokapleri, 326
oscilatori, 57
oscilimet rezonante, 177
P
përçueshmëria, 177
kontinuale, 78
performansa, 60
e komutimit, 129
e drejtuesit, 19
përgjigja, 190
dinamike, 190
frekuencore, 5
përhapja uniforme e rrymës
së përcjelljes, 46
perioda, 23
e përcjelljes, 23
e zbrazjes, 36
përmbajtja minimale e
harmonikëve, 19
pika neutrale, 239
polariteti, 177
polarizimi, 5
i drejtë, 8, 41
reverz, 40
porta, 40
potenciali,5
i anodës, 5
i katodës, 5
pragu i kyçjes, 7
prerja, 5
e tri kontakteve, 40
primari, 24
procesi, 5
i difuzionit, 6
epitaksial, 5
i fabrikimit, 6
i komutimit, 177
i shkyçjes, 50, 51, 109
projektimi i filtrit, 31
pulsi i valëzimit, 25
Q
qarku, 130
ekuivalent, 130
i gejtit, 56
i hapur, 4
për komutim me rrjetë, 50
për komutim të
dhunshëm, 50
i elektronikës energjetike,
2
komunikues, 2
komutues, 187
për izolim, 4
për mbrojtje, 4
për përpunimin e
sinjaleve, 1
për trigerim, 4
periferik, 4
për gjenerimin e
impulseve, 56
R
regjioni, 142
i prerjes, 142
aktiv, 136
381
i ngopjes, 136, 142
i punës së konvertorit, 72
i shkyçjes, 136
linear, 142
me polarizim reverz, 8
me polarizim të drejtë, 7
rekombinimi, 9
rele, 145
gjysmëpërçues, 145
statik, 326
rënia e tensionit, 8
rezistenca, 141
e drejnit, 141
e jashtme, 41
e ulët të kontakteve, 141
e ulët termike, 144
rezistori paralel, 12
rid rele, 326
rimbushja e kondenzatorit,
122
rimëkëmbja
e butë, 9
e drejtë, 9
reverze, 9
riveprimi pozitiv, 43
Rr
rrafshimi, 85
i rrymës, 85
i tensionit, 30
rregullatori njëfazor, 216
trefazorë, 216
rregullimi, 1
i dritës, 1
i motorëve, 1
i nxemjes, 1
me kyçje-shkyçje
me kënd fazor, 216
pulsiv-gjërsor, 260
i fuqisë, 1
rrezatimi, 44
rrjedha e dykahshme e
rrymës, 134
rryma, 41
e anodës, 41, 42, 43, 44,
50
e bazës, 139
e gejtit, 44
e katodës, 42, 43
e mbajtjes, 41, 42
e ngarkesës prej majës-
në–maje, 273
e shpimit, 11
e zbrazjes, 47
e zbrazjes së
kondenzatorit, 47
normale e bllokimit, 50
qarkulluese, 76, 103, 105
reverze e ngopjes, 6
rezonante, 121
e shkyçjes për polarizim
të drejtë, 52
kthyese e diodës, 12
e drejnit, 142
S
Schottky dioda, 11
segmenti i tensionit, 258
sekondari, 27
sekuenca e përcjelljes, 25,
174
seria Fourier, 169
siguria e punës, 32
silici, 141
sinjal, 5
i gejtit, 42
kontrollues, 187, 188,
205, 223, 227, 230, 284
i pandërprerë, 45
sinusoida, 19
sistemi, 1
i ngasjeve, 1
njëkahor i tensioneve, 1
i furnizimit, 31
stadi i ndërmjemë, 302
stresi minimal, 305
struktura, 143
vertikale, 143
pnpn, 40
substrati, 141
sursi, 141
ELEKTRONIKA ENERGJETIKE
382
Sh
shkyçja, 3, 109, 176, 216,
217, 218, 219, 220, 263,
264, 325
shndërruesi, 2
unidirekcional, 221
trefazorë i valës së plotë,
241
me riveprim, 302
njëkahor (dc-dc), 134
shpejtësia e ndërprerësitë,
141
e ndërprerjes, 144
e ndërprerjes e
tranzistorëve, 134
e rritjes së tensionit, 44
e shuarjes, 48
shpërndarja e njëtrajtshme,
56
e rrymës, 14
e tensionit stacionar
e tensionit kalimtar, 53
uniforme e rrymës, 14
shpimi, 8
i ortekut, 40
shtrembërimi, 154
i tensionit dalës, 2
shtresa, 144
n, 144
p, 144
e silicit, 44
e oksidit, 141
T
tejkalimi i rrymës, 4
i tensionit, 4
tejngarkesa e kondenzatorit,
122
tejnxemja, 4
temperatura, 7
absolute, 7
e kontaktit, 7, 56
tensioni, 1
i thyerjes, 8
simetrik alternativ, 151
dalës tipik trefazorë, 151
reverz i bllokimit, 14
shkallë, 47
dalës, 18
dalës diskontinual, 91, 94
dalës kontinual, 94
fazor
linjor, 25
gejt-surs, 141
i diodës, 7
i drejtë i shpimit, 40
i normalizuar, 61
kalimtar, 54
maksimal reverz, 19
mesatar maksimal dalës,
81, 83, 87, 88, 91, 98
rezultues, 79, 83
termik, 7
trefazorë i pabalansuar,
165
fillestar, 112
kolektor-emiter, 135
i gejtit, 142
i ndryshueshëm njëkahor,
1
i polarizimit, 42, 184
i valëzimit, 19
terminali, 5
thyerja, 142
tipi, 174
i kontrollit, 174
n, 141
p, 141
tiristori, 40
i lidhur paralelel, 56
praktik, 40
transformatori, 56
impulsiv, 56, 58
me pikë të mesme, 21
transkonduktansa, 142
tranzistori, 134
PNP, 134
i lidhur në seri, 146
bipolar me gejt të izoluar,
134
bipolar me kontakt, 134
me indukcion statik, 134
metal-oksid-
gjysmëpërçues me efekt
të fushës, 134
383
praktik, 134
IGBT, 144
NPN, 134
SIT, 143
ndërprerës, 57
trekëndëshi, 167
trigerimi kontinual, 57
trioda, 143
U
unidirekcional, 191
UPS, 309
ura trefazore, 96
V
valëzimi, 19
vargu, 52
veprimi ndërprerës, 142
veprimi i drejtimit, 31
vetëkomutimi, 110, 2
vlera efektive e rrymës
dalëse, 19
vlera maksimale e rrymës
reverze, 10, 11
voluminoze, 14
vonesa ose koha e ndezjes
., 61
vonesa kohore, 34
W
Ward-Leonard, 1
Z
zbërthimi në seri Fourier, 19
zbrazja, 36
e kondenzatorit, 123
elektrostatike, 141
kalimtare, 57
zona e vdekur, 197, 198
zvoglimi i rrymës së drejtë,
50
Zh
zhvendosja e rrjedhjes së
rrymës, 109