Plaanid puhkusele minna? Võta endale majutus AirBnb kaudu ja saad 37€ kontoraha Tee konto Sulge
Facebook Like

Elektriajamite elektroonsed susteemid (0)

3 KEHV
Punktid
 
Säutsu twitteris
3


ELEKTRIAJAMITE
ELEKTROONSED
STEEMID
4
Valery Vodovozov, Dmitri Vinnikov, Raik Jansikene
Toimetanud Evi-Õie Pless
Kaane kujundanud Ann Gornischeff


Käesoleva raamatu koostamist ja kirjastamist on toetanud SA Innove


Tallinna Tehnikaülikool
Elektriajamite ja jõuelektroonika instituut
Ehitajate tee 5, Tallinn 19086
Telefon 620 3700
Faks 620 3701
http://www.ene.ttu.ee/elektriajamid/


Autoriõigus: Valery Vodovozov, Dmitri Vinnikov, Raik Jansikene
TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut, 2008

ISBN ............................

Kirjastaja: TTÜ elektriajamite ja jõuelektroonika instituut
3

Sisukord
Tähised............................................................................................................................5
Sümbolid .................................................................................................................................. 5
Lühendid................................................................................................................................... 6
Sissejuhatus ....................................................................................................................7
1. Mootorite toiteallikad..................................................................................................13
1.1. Vahelduv/alalisvoolu muundurid ­ alaldid ....................................................................... 13
1.2. Alalis/vahelduvvoolumuundurid ­ vaheldid ..................................................................... 23
1.3. Vahelduvvoolumuundurid ­ regulaatorid......................................................................... 34
1.4. Alalisvoolumuundurid ­ pulsilaiusmuundurid .................................................................. 44
2. Energeetilised süsteemid...........................................................................................55
2.1. Üldpõhimõtted ................................................................................................................. 55
2.2. Trafod ja drosselid........................................................................................................... 60
2.3. Dioodid ja türistorid.......................................................................................................... 65
2.4. Transistorid...................................................................................................................... 68
2.5. Ohukaitse ........................................................................................................................ 75
2.6. Elektriline pidurdus .......................................................................................................... 80
2.7. Filtrid................................................................................................................................ 83
3. Jõulülitite juhtimine ....................................................................................................91
3.1. Türistoride juhtahelad...................................................................................................... 91
3.2. Transistoride juhtahelad ................................................................................................ 101
3.3. Plokkjuhtimine ............................................................................................................... 118
3.4. Pulsilaiusmodulatsioon.................................................................................................. 127
3.5. Vektorjuhtimine.............................................................................................................. 134
4. Automaatjuhtimine...................................................................................................139
4.1. Ülekandefunktsioonid ja struktuurskeemid .................................................................... 139
4.2. Signaalimuundurid ja regulaatorid................................................................................. 142
4.3. Regulaatorite ehitus ...................................................................................................... 149
4.4. Mootorite juhtimine ........................................................................................................ 156
5. Elektriajamite juhtimine............................................................................................164
5.1. Elektrimootor ................................................................................................................. 164
5.2. Asünkroonmootorite skalaarjuhtimine ........................................................................... 169
5.3. Asünkroonmootorite vektorjuhtimine ............................................................................. 176
5.4. Sünkroonmootoriga servoajamid............................................................................... 17685
5.5. Alalisvooluajamid........................................................................................................... 189
6. Rakenduste näiteid ..................................................................................................195
6.1. Tööstusvõrgu toitega elektriajamite arvutus .................................................................. 196
6.2. Akutoitega elektriajamite arvutus .................................................................................. 207
6.3. Pinget tõstvate muundurite arvutus ............................................................................... 213
6.4. Pinget madaldavate muundurite arvutus ....................................................................... 217
Lisad. Lülitusskeemide spetsifikatsioonid ....................................................................226
Lisa 1. Firma Mitsubishi Electric servoajam ......................................................................... 226
Lisa 2. Firma Sew Eurodrive asünkroonajam....................................................................... 226
Lisa 3. Alalisvooluajam BTU 3601........................................................................................ 227
Lisa 4. Asünkroonajam......................................................................................................... 228
Lisa 5. Alalisvooluajam......................................................................................................... 228
4

Täiendavat lugemist.................................................................................................... 229
Monograafiad ........................................................................................................................229
Sõnastikud ............................................................................................................................234
Simulatsiooni keskkonnad ....................................................................................................234
Ajakirjad ................................................................................................................................235
Kasutatud lingid .......................................................................................................... 237
Jõupooljuhtmuundurite ja elektriajamite tootjad ....................................................................237
Komponentide tootjad ...........................................................................................................237
Aineregister................................................................................................................. 238
5


Tähised
Sümbolid
A võimendi q töötsükkel
B andur R takistus
kondensaator r raadius
D digitaalseade S lipistus
G generaator s operaator
L reaktor, drossel T periood, ajakonstant
M mootor t aeg
R takisti U pinge
S lüliti v kiirus
T trafo X reaktiivtakistus
VD diood x,y tasandi teljed
VS türistor z vahemuutuja
VT transistor Z näivtakistus
Z koormus W energia
A pindala W(s) ülekandefunktsioon
a kiirendus w keerdude arv
B induktsioon tüürnurk
C mahtuvus , staatori teljed
cos võimsustegur eelnemisnurk
d,q rootori teljed kommutatsiooninurk
F jõud viga
f sagedus kasutegur
I vool elektriline nurk
i ülekandesuhe
ülereguleerimine
J inertsmoment
hõõre
k tegur
L induktiivsus
haru
L1,2,3 kolmefaasiline ahel lekketegur
M pöördemoment magnetvoog
m faaside arv, mass temperatuur
n pöörlemissagedus nurk
P võimsus aheldusvoog
p pooluste arv nurkkiirus
Q laeng
6

Lühendid
A amper M mega = 106 (eesliide)
ac vahelduvvool MMF magnetomotoorjõud
BJT bipolaartransistor MO mooduloptimum
CFC voolu-sagedusjuhtimine MOS metall-oksiid pooljuht
CSI vooluvaheldi MCT MOS-juhitav türistor
dc alalisvool n nano = 10-9 (eesliide)
DSP digitaal-signaaliprotsessor p piko = 10-12 (eesliide)
DTC momendi vahetu juhtimine PDU impulse jaotusseade
EMC elektromagnetiline ühildatavus PWM pulsilaiusmodulatsioon
EMF elektromotoorjõud rms ruutkeskmine väärtus
EO sümmeetriline optimum rpm pööret minutis
ESR ekvivalentne jadatakistus s sekund
F farad SCR lihttüristor
FET väljatransistor SO sümmeetriline optimum
FOC väljaorienteeritud juhtimine SVM vektorjuhtimine
G giga = 109 (eesliide) V volt
GTO suletav türistor VDC alalisvoolu volt
H henri VFC pinge-sageduse juhtimine
Hz herts VSI pingevaheldi
IGBT isoleeritud paisuga bip. transistor W vatt
JFET pn-väljatransistor ZCS nullvoolulüliti
k kilo = 103 (eesliide) ZVS nullpingelüliti
LPF madalpääsfilter mikro = 10-6 (eesliide)
m milli = 10-3 (eesliide) oom
7


Sissejuhatus
"Be careful in driving!"
Charlie Chaplin

Elektroonika ja elektriajamid etendavad tähtsat osa
inseneriteaduses ning on tihedalt seotud peaaegu kõigi füüsika,
keemia ja mehaanika eriharudega. Need teadusharud rajasid
kiirelt areneva valdkonna elektrotehnikas, kusjuures nende
tehnoloogiad katavad laia valdkonna kogu tehnikas. Optimistliku
nägemuse kohaselt toodab elektromehaanika üha rohkem ja
rohkem asju erinevatele rahvastikugruppidele. Tänapäeval
tagavad elektriseadmed tervisliku ja mugava elu kogu maailmas.
Elektrooniline side levib kiiresti, võimaldades teha üha suuremaid
muutusi faktides, seisukohtades ja kultuurides. Elektrimasinad
koos elektroonsete energiamuunduritega püstitavad aga meile
hulgaliselt keerulisi ülesandeid. Tänu teaduse ja sellega seotud
tehnoloogiate uusimatele saavutustele võivad paljud inimesed
kulutada rohkem aega töödele, mis rahuldavad nende elulisi
vajadusi. Mida iganes me ka teeksime, aitavad elektroonika ja
elektriajamid teha seda paremini.
Ajalooline taust. Võrreldes maailma teaduse ajalooga, on elektroonika ja elektriajamid
noored teadusharud, sest esimesed ideed antud valdkondades tekkisid teadlaste hulgas vähem
kui kaks sajandit tagasi.
Arusaam sellest, et kogu maailm ja kõik temas peituv koosneb liikuvast mateeriast, ajendas
teadlasi uurima mudeleid, milles oleksid omavahel seotud nii mehaanika kui elektroonika.
Paljudele inimestele jäi arusaamatuks, et üks keha võib teist vahetult mõjutada "tühjuse"
(näiliselt tühja ruumi) kaudu. Seetõttu püstitasid nad mitmeid hüpoteese, kuidas üks keha võib
rakendada jõudu teisele ilma sellega kontaktis olemata.
Algul oletas Isaac Newton (1643...1727), et kehad võivad teineteisele mõjuda läbi "tühjuse".
Olulise tähtsusega avastuse selles vallas aga tegi inglise füüsik Michael Faraday (1791...1867).
Üheksateistkümnenda sajandi algul formuleeris ta elektromagnetilise induktsiooni seaduse, st
muutuv magnetväli tekitab elektrivälja. Seejärel avastas Georg Simon Ohm (1787...1854) voolu
ja pinge vahelise sõltuvuse - Ohm'i seaduse. Esimene konkreetne tõestus elektri-ja magnetvälja
seotuse kohta ilmus aastal 1820, kui Hans Christian Oersted (1777...1851) avastas, et
magnetväli ümbritseb elektrivoolu, ja hiljem kirjeldas Andre-Maria Ampere (1775...1836)
vooluga juhtide vahel tekkivat vastastikust elektromagnetilist jõudu. Aastal 1860 arendas inglise
teadlane James Clark Maxwell (1831...1879) välja elektromagnetismi teooria matemaatilised
alused. Sellega tõestas ta elektromagnetlainete olemasolu seoses sellega, et elektri-ja
magnetväli mõjutavad teineteist nagu "mõju" ja "vastumõju" Newtoni kolmandas seaduses.
8

Sellele lisaks tõestas Maxwell, et valgus koosneb enamjaolt elektromagnetlainetest ning need
lained avaldavad survet kõikidele pindadele, mis neid peegeldavad või neelavad.
Need faktid tähistasid elektriajastu tõhusat algust ning näitasid, et elektrotehnika rajaneb kolmel
põhiseadusel: 1. Elektrivool juhis tekitab elektromagnetilise jõu, mis ümbritseb induktiivpooli. 2.
Kui juht, liikudes magnetväljas, lõikab magnetvälja jõujooni, siis tekib juhis vool. 3. Muutuv
elektriväli tekitab magnetvälja ja muutuv magnetväli tekitab elektrivälja.
Elektritööstuse kasvu põhjustas üha suurenev nõudmine elektritarvete järele. Aastal 1879
töötas Thomas Alva Edison (1847...1931) välja praktikas kasutatava hõõglambi ning hakkas
uurima mittemetalsete ainete (pooljuhtmaterjalide) sobivust elektri juhtimiseks. Hiljem kinnitasid
seda Heinrich Hertz (1857...1894) ja Peter Lebedev (1866...1912), valmistades sellega ette
uute tehnoloogiate nagu raadio, televisioon, arvutid, jne kiire õitsengu.
Esimese elektrimootori ehitas Joseph Henry (1797...1878) aastal 1831 ja Moritz Hermann
Jacobi (1801...1874) võttis selle 1834. aastal koheselt kasutusele. Aasta 1886 sai muudetava
kiirusega elektriajamite sünniaastaks, kuna võeti kasutusele Ward Leonardi süsteem
(generaator-mootor süsteem). Aastal 1889 leiutas Michail von Dolivo-Dobrowolsky
(1862...1919) lühisrootoriga asünkroonmootori. Järgmisel aastal 1890 pakuti välja
faasirootoriga asünkroonajami kiiruse juhtimise põhimõte.
Üheksateistkümnenda sajandi lõpul leiutati esimene elavhõbe-vaakumlamp ning samuti
kaarlamp ja elavhõbealaldi. Seejärel ilmus vaakumdiood ning patenteeriti elektronkiiretoru ja
vaakumtriood. Järgnevalt töötati välja juba palju tüüpe elektronseadiseid. Alates aastast 1923
sai võimalikuks ignitronidel põhinev juhitav alaldamine. Seejärel leiutati aastal 1928 türatron ja
võrega juhitav elevhõbekaaralaldi. Esimene vaheldi valmistati aastal 1930.
Pooljuhtimise nähtus avastati mõni aasta enne aastat 1882 ning seda nähtust pakuti
vahelduvvoolu alaldamiseks mehaaniliste lülitite asemel. Reaalne pooljuhtseadiste ajastu algas
aastal 1947, kui ameerika teadlased J. Bardeen, W.H. Brattain, ja W.B. Shockley leiutasid
germaaniumtransistori. Hiljem said nad selle leiutise eest Nobeli preemia. Aastal 1950 rakendati
esimest korda ränil põhinevaid pooljuhtlüliteid ning alates aastast 1952 algas
germaaniumdioodide tootmine. Viiekümnendate aastate keskel ja varajastel kuuekümnendatel
hakkas elektroonikaskeemide koostamine üle minema vaakumseadistelt pooljuhtseadistele ja
seeläbi avanes palju uusi võimalusi uurimis-ja arendusprojektidele. Aastal 1954 võeti
kasutusele ränitransistor, selle kõrge töötemperatuuri, suure majandusliku edu ja töökindluse
tõttu. Integraallülituse leiutamine 1958. aastal, mis järgis planaartehnoloogiat, sai 1959. aastal
pooljuhtelektroonika võtmeks.
Enne 1960 aastat oli pooljuhtelektroonika üks nõrgavoolu ja madalpinge elektroonika osi.
Aastast 1970 algas sensatsioonilisemaid kümnendeid madalpinge elektroonika ajaloos.
Kaheksakümnendad aastad esindasid integraallülituste, hübriid- ja moodul andmemuundurite
tootmise kiiret kasvu. Üheksakümnendate pooljuhtelektroonika põhirakendusteks olid tööstuse
juhtimine, mõõtetehnika, mõõteaparatuur, meditsiin, audio- ja videoseadmed ning arvutid.
Täiendavalt jätkus madala maksumusega ja väikese võimsusega muundurite kasutamine
kõikides modemites, mobiiltelefonides, raadiosides ja muudes kantavates seadmetes. Suund
kõrge integratsiooniastmega skeemidele ja võimsuskadude vähendamisele kestis kuni 2000-
ndate aastateni.
Türistori leiutamisega aastal 1956 algas jõupooljuhtide ajastu. Tuginedes sellele leiutisele on
välja töötatud mitmed jõupooljuhtseadiste põlvkonnad. Aastaid 1956...1975 võib lugeda
9

esimese põlvkonna pooljuhtseadiste ajastuks. Teise põlvkonna kestel aastast 1975 kuni 1990
arendati välja MOSFET-transistorid, bipolaartransistorid ja suletavad türistorid. Hiljem töötati
välja mikroprotsessorjuhtimissüsteemid, spetsialiseeritud integraallülitused ning
jõuintegraallülitused. Üheksakümnendatel võeti kasutusele isoleeritud paisuga
bipolaartransistorid kui kolmanda põlvkonna jõuahelate lülitid.
Uus suund elektroonikas algas intelligentsete jõuseadmete ja jõumoodulite kasutuselevõtuga.
Üheksakümnendate keskel rakendati tööstuses eri tüüpi ajameid, nagu üldotstarbeline avatud
kontuuriga vektorjuhtimisega ajam, suletud kontuuriga magnetvoo vektorjuhtimisega ajam,
momendi vahetu juhtimisega ajam ja servoajam. Mõni aeg hiljem ilmusid turule
pulsilaiusmodulatsioonjuhtimisega elektriajamid.
Elektroonsed süsteemid. Elektroonseid süsteeme rakendatakse kõigis tööstusharudes
ja samuti ka olmes. Toiteplokid, elektrilised kuumutid, valgustusseadmed,
elektrivarustusseadmed ja elektriajamid on tüüpilised jõuelektroonika süsteemide näited. Igal
aastal suureneb jõupooljuhtmuunduritest toidetavate elektriajamite arv. See võimaldab juhtida
mootorite tööpunkti, st kiirust, pöördemomenti ning seega ka energiatarvet.
Jõupooljuhtmuundur on elektroonse süsteemi osa, mis muundab koormust toitvat
elektrienergiat. Sõltuvalt pingest ja võimsusest kasutatakse ühe-või kolmefaasilisi
jõupooljuhtmuundureid. Peale selle on veel tähtis vahelduvvoolu (ac) võrgupinge amplituud ja
genereeritud alalisvoolu (dc) väärtus. Tähtis tegur on see, et elektrienergiat muundatakse ja
juhitakse. Samuti osutub tähtsaks nõue, mille kohaselt muundur peab võrgust energiat tarbima
või seda sinna tagastama.
Juhtimiselektroonika tagab muundurite ja elektroonsete süsteemide juhtimise. Edu elektroonika
vallas ja materjalide tööstuses määrab olukorra ning suunad maailma elektriajamite tootmise
tehnoloogias.
Iga lülitus koosneb elektroonikakomponentidest, milleks on takistid, kondensaatorid, trafod,
induktiivpoolid (drosselid), kered, jne. ja põhilistest elektronseadistest:
· dioodid, sealhulgas Zener-i diood, optoelektroonikaseadised ja Schottky dioodid ning
dinistorid (DIAC);
· türistorid, üheoperatsioonilised türistorid (SCR), sümistorid (TRIAC), suletavad türistorid
(GTO), ja MOS-juhitavad türistorid (MCT);
· transistorid, nagu bipolaartransistorid (BJT), väljatransistorid (FET) ja isoleeritud paisuga
bipolaartransistorid (IGBT).
Tänu pooljuhtseadiste tootmise tehnoloogia täiustumisele laienevad elektroonika rakendused
ikka veel, mis võimaldab kõrgemaid pingeid ja voolusi ning paremaid lülitustunnusjooni. Teisest
küljest on kaasaegsete muundurite peamisteks eelisteks kõrge kasutegur, väike mass ja
väikesed mõõtmed, suur töökiirus ja kõrge erivõimsus, mis saavutatakse lülititalitlusega, kus
pooljuhtseadiseid juhitakse ainult sisse/välja lülitamise põhimõttel.
Elektriajamid. Elektriajamid on eriti tähtsad tooted jõuelektroonika vallas, mille
aastakäive maailmas ulatub kümnetesse billionitesse eurodesse. Elektriajam on üldjuhul
elektroonne süsteem, kus elektrimootor ühendatuna ülekandemehhanismiga käitab töömasinat
(koormusmasinat) tarbides selleks elektrienergiat. Tüüpilise elektriajami üldistatud plokkskeem
on näidatud joonisel I.1. Joonise ülemine osa kujutab elektriajami jõuahelat, kuna alumine osa
kujutab juhtimissüsteemi. Vastavalt sisendsignaalile juhivad alalisvoolu ja vahelduvvoolu
10

Ut k
Jõu- M Tööma-
Toide pooljuht- sin
muudnur
Juhtimine
Juhtahel
Tagasiside
anduritelt
Sisend
Regulaator

Joonis S.1
elektriajamid otstarbekalt töömasina kiirust, momenti ja asendit. Sisendsignaali ja kiiruse,
momendi või asendi tegelike väärtuste võrdlemise abil, mis saadakse vastavatelt anduritelt,
moodustab regulaator juhtahelale juhtsignaali, mis juhib jõupooljuhtmuundurit. Nagu on
näidatud joonisel I.1, saab jõupooljuhtmuundur toite ühe- või kolmefaasilisest siinuspingega
kindla sageduse ja amplituudiga pingega toitevõrgust ning muundab need suurused väljundis
(sageduse, pinge amplituudi ja faaside arvu) mootori jaoks optimaalselt sobivateks suurusteks.
Paljudes üldotstarbelistes rakendustes töötab elektriajam ilma tagasisidedeta avatud
juhtimissüsteemiga. See suur grupp lihtsaid elektriajameid leiab kasutamist nii tööstuses kui
koduses majapidamises. Erinevaid jõupooljuhtmuundureid kasutatakse ka akutoitega
seadmetes, nagu laadurtõstukid, starterid ja automatiseeritud abiajamid. Muundurid võivad toita
nii asünkroonmootoreid kui ka sünkroonmootoreid.
Elektrimootor kujutab endast jõupooljuhtmuundurile spetsiifilist koormust, mis koosneb kolmest
komponendist (joonis I.2): aktiivtakistusest, induktiivsusest ja vastuelektromotoorjõust (EMJ) .
Peale selle muutuvad tavaliselt nende komponentide väärtused ajami töötamise kestel. Mootori
mähiste aktiivtakistus sõltub temperatuurist, induktiivsus rootori asendist ja elektromotoorjõud
mootori pöörlemiskiirusest.
Olles muundurile spetsiifiliseks koormuseks, ei tööta mootor tavaliselt püsikiirusel. Tavaliselt on
kiirus muutuv, sisaldades järske kiirendusi ja pidurdusi mõlemas pöörlemissuunas ning
täiendavalt ületatakse veel muutuvat pöördemomenti. Tavaliselt on elektriajamitel kaks
talitlusviisi - mootoritalitlus ja rekuperatsioon (generaatoritalitlus). Mootori talitlust kasutatakse
töömasina käitamiseks ja rekuperatsiooni juhul, kui töömasin käitab mootorit. Sõltuvalt ajami

M


R L EMJ


Joonis S.2
11

Uk Uk

Ik Ik
a. b.

Uk Uk

Ik Ik


c. d.
Joonis S.3
talitlusest võimaldavad erinevad muundurite lülitused samuti sobivaid talitlusi nt alaldamist ja
vaheldamist, kasutades erinevaid väljundtunnusjooni. Joonisel I.3, a, on toodud muunduri
ühekvadrandiline (1Q) tunnusjoon ning joonisel I.3, b, c, kahekvadrandiline (2Q) tunnusjoon ja
joonisel I.3, d, neljakvadrandiline (4Q) tunnusjoon. Esimesel juhul on koormuse pinge ja vool
ühesuunalised, teisel juhul võib muutuda koormuse pinge suund muutumatu voolu suuna korral
ja kolmandal juhul võib muutuda koormusvoolu suund muutumatu pinge suuna korral.
Reeglina on mootorile vajalikud kahe- ja neljakvadrandilised muundurid, mis omavad jõuahelat
pidurdusenergia vastuvõtmiseks ja hajutamiseks. Kuni mootori klemmidele on rakendatud
toitepinge, tekitab see võimsuse (ka voolu) läbi alaldi, mis võib olla kahesuunaline, võimaldades
masinal töötada nii mootorina kui generaatorina ning pöörelda ühes või teises suunas. Siin ongi
põhjus, miks nõutakse neljakvadrandilisi süsteeme, kui koormuspinge ja koormusvool on
kahesuunalised. Mootori talitlus pöörlemissuunaga "edasi" kujutab endast esimest kvadranti
positiivse pinge ja vooluga. Edasisuunas pööreldes võib masin aeglustuda (pidurduda),
muutudes mootorist generaatoriks, kus võimsus muudab suunda positiivse pinge ja negatiivse
voolu korral, nagu on näidatud kvadrandis 2. Mootori talitlus pöörlemisega vastassuunas nõuab,
et nii pinge kui vool oleksid negatiivsed ja vastaksid joonisel kvadrandile 3. Sel ajal kui mootor
pöörleb vastassuunas ning pidurdub ja muutub generaatoriks toimub talitlus 4. kvadrandis.
Suure jõudlusega rakendustes nagu robotid, elektrilised töövahendid, tööpingid, jt, vajavad
elektriajamid suletud automaatjuhtimissüsteeme koos sisseehitatud andurite ja regulaatoritega.
Sageli on need mitmekontuurilised elektroonsed süsteemid, mis nõuavad kompleksseid
juhtalgoritme ja modulatsioonimeetodeid. Käesolev raamat kirjeldab ja võrdleb
elektroonikalülituste koostamise erinevaid põhimõtteid ja elektriajamite elektroonikalülitusi,
milles kasutatakse kaasaegseid elektronseadiseid ja elektriajamite komponente. Esmalt
käsitletakse mootori ja generaatori talitlust tagavaid jõupooljuhtmuundureid ning teisalt
vaadeldakse mootori-muunduri juhtimistehnikat. Järgnevalt tulevad vaatluse alla elektrimootorid
kui elektriajamite põhikomponendid. Samuti esitatakse kvantitatiivsed sõltuvused mootorite
elektriliste ja mehaaniliste suuruste vahel, millel on väga suur tähtsus elektriajamite
tehnoloogias ja elektromehaanika üldteoorias. Elektroonika ja mehaanika komponentide
projekteerimise aluseid praktilises kasutuses olevatele elektriajamitele käsitletakse raamatu
12

viimases peatükis. Antud raamat annab ainult algteadmised elektriajamite elektroonsete
süsteemide kohta. Mõistmaks põhitõdesid ja teadussaavutusi antud valdkonnas, on soovitav
tutvuda elektroonika põhikomponentidega, elektrimasinatega ja põhiliste füüsika ja
loodusseadustega. Et saada spetsialistiks, on vajalik täiendav mitmete eksperimentaalsete ja
praktiliste materjalide lugemine, mis annavad palju sügavama ja detailsema ettekujutuse antud
aine kohta. Ole hooliv, kannatlik ja kindlameelne ning Sa saavutad selle eesmärgi.
13

1. Mootorite toiteallikad
"Yes! The apparatus of which I speak and which will doubtless
astonish you, is only an assemble of a number of good
conductors of different sorts arranged in a certain way"
Alessandro Volta
Universaalse toiteallika ja elektrimootori koostoime sõltub
otseselt elektriajami süsteemist, mis muundab elektrienergia
koormusmasina võimsuseks. Eriti kiiretoimeliste lülitusseadmete
kättesaadavus ja digitaaltehnoloogia edusammud on viinud
jõupooljuhtmuundurite tormilisele arengule. Neli peamist
jõupooljuhtmuunduri tüüpi, mida kasutatakse elektrimootorite
toiteks, on kujutatud joonisel 1.1. Need on:
· vahelduv/alalisvoolu muundurid ehk alaldid, mis
muundavad vahelduv-sisendpinge Us reguleeritavaks alalis-
väljundpingeks Ud ja vooluks Id (joonis 1.1, a)
· alalis/vahelduvvoolu muundurid ehk vaheldid, mis
muundavad alalis-sisendpinge Ud reguleeritava suuruse ja
sagedusega vahelduv/väljundpingeks Us (joonis 1.1, b)
· vahelduvvoolumuundurid ehk sagedusmuundurid ja
pingeregulaatorid, mis muundavad vahelduvpinge sagedust,
faaside arvu ning suurust ja kuju (joonis 1.1, c)
· alalisvoolumuundurid ehk pulsilaiusmuundurid, mis
muundavad alalispinget ja voolu pooljuhtlülitite abil (joonis
1.1, d)
1.1. Vahelduv/alalisvoolu muundurid ­ alaldid
Alaldamine. Vahelduv/alalisvoolu muundurid ehk alaldid. Need muundavad
vahelduvvoolu alalisvooluks paljudes tööstuslikes, põllumajanduslikes, olmelistes ja muudes
rakendustes. Praktiliselt piiramatu väljundvõimsuse ja hea juhitavuse tõttu kasutatakse alaldeid
kui sõltumatuid seadmeid alalisvoolumootori (või mootorite) toiteks ja vahelduvvooluajamite
sisendlülidena. Nende toimekiirus osutub tavaliselt piisavaks elektriajamites tekkivate
elektromehaaniliste siirdeprotsesside juhtimiseks.
Võrguga sünkroniseeritud vahelduv/alalisvoolu muundureid ehk loomuliku kommutatsiooniga
muundureid või passiivseid alaldeid kasutatakse seadmetes, mida toidetakse ühe- või
kolmefaasilisest vahelduvvooluvõrgust. See osutub lihtsaks, kuna antud lülitused sisaldavad
minimaalse arvu aktiiv- ja passiivkomponente.
Türistorid on võrguga sünkroniseeritud jõulülitid. Termin "võrguga sünkroniseeritud" tähistab
teatud kommutatsiooni liiki, kus voolude üleminek ühest juhtivast elemendist teise toimub
võrgupinge (toitepinge) kaasabil. Türistori avamiseks (sisselülitamiseks) on tarvis anda selle
tüürelektroodile vooluimpulss.
14

Us ~ Ud = Us
M Ud M

= ~
a. b.

Us ~ Us k = Ud k
M Ud t M

~ =
c. d.
Joonis 1.1
Väikese võimsusega rakendustes, nagu elektrikärud, meditsiinitehnika ja kodutehnika, kus
puudub vahelduvvoolutoide või loomuliku kommutatsiooni poolt põhjustatud reaktiivvool ja
kõrgemad harmoonilised on ebasoovitavad, kasutatakse sundkommutatsiooniga muundureid,
mille lülitused on palju keerulisemad ning mõnikord suuremate võimsuskadudega. Samuti
eksisteerib analoogne olukord alalis-ja vahelduvvooluajamites, milles loomuliku
kommutatsiooniga muundur osutub võimetuks toime tulema rangete dünaamika ja
energiasäästu nõuetega ning kus lisamuundurit toidetakse alalisvoolulülist kõrge
lülitussageduse puhul. Seetõttu on välja töötatud sõltumatud aktiivalaldid. Peamiste
alalditüüpide elektriskeemid on näidatud joonisel 1.2. Dioodide baasil koostatud alaldit
nimetatakse mittetüüritavaks alaldiks ja türistoride või transistoride baasil koostatud alaldit
tuntakse tüüritava alaldina, kuna selle alalis-väljundpinge on muudetav. Alaldusprotsess võib
olla üsna mitmesugune ning seetõttu kasutatakse erinevaid alaldilülitusi:
· keskväljavõttega (M)- ja sildalaldid (B),
· ühefaasilised (M1, M2, B2)- ja kolmefaasilised alaldid (M3, B6),
· poolperiood (1-pulsilised)- ja täisperioodalaldid (2, 3, 6-pulsilised).
Alaldite andmed. Alaldid erinevad pinge kuju, pulsatsiooni ja kasuteguri poolest, mis
sõltuvad pinge-, voolu- ja võimsuse efektiiv-, kesk- ja amplituudväärtusest. Nende võimsuste
vahemik on väga lai, ulatudes millivattidest megavattideni. Väikese võimsusega alaldid on
tavaliselt ühefaasilise toitega, suure võisusega alaldid aga kolmefaasilise toitega. Alljärgnevas
tabelis on toodud erinevate mittetüüritavate alaldite põhilised tehnilised andmed aktiivkoormuse
korral.
Us Is Ps Pd UR IF Ur
Tüüp kU = kI = kP = cos = kR = kF = kr =
Ud Id Pd Ps Ud Id 2Ud
M1 2,22 1,57 3,10 0,29 3,14 1,00 1,57
M2 1,11 0,71 1,34 0,75 3,14 0,50 0,78
B2 1,11 1,00 1,11 0,90 1,57 0,50 0,78
M3 0,85 0,58 1,35 0,73 2,09 0,33 0,25
B6 0,42 0,82 1,05 0,95 1,05 0,33 0,06
15

Näivvõimsuse efektiivväärtus Ps, pinge Us, ja vool Is toidavad alaldit vahetult läbi drosselite või
trafo. Alalisvoolukoormuse keskmine võimsus Pd, pinge Ud, ja vool Id on pulseerivad signaalid 1,
2, 3, või 6 pulsiga toitepinge perioodi T kohta. Tegureid kU, kI, kP, kR, ja kF nimetatakse vastavalt
pinge-, voolu-, võimsuse-, vastu- ja pärilülituse teguriteks.
Väljundpinge pulsatsioonitegur kr määratakse tavaliselt alaldatud pulsatsioonipinge
amplituudväärtuse Ur ja alaldatud pinge keskväärtuse Ud suhtena. Maksimaalne vastupinge UR
ja päripinge UF sõltuvad alaldi skeemist. Alaldi võimsustegur kujutab endast väljundvõimsuse
keskväärtuse Pd ja näivvõimsuse Ps jagatist. Võimsustegurit mõjutavad pinge ja voolu

VD

VS1
Us Ud M

a. U2
VS U1 M
U2
Us Ud VS2
M
c.
b.
U2
VS1
L1
VS VS
VS2
M L
VS VS VS3 M
L

d. e.
VS VS VS
U1 U2
L1
L2 M
L3

VS VS VS
f.
Joonis 1.2
16

efektiivväärtused, kusjuures on faasinihkenurk pinge ja voolu vahel. Antud pinge korral
avaldub voolu efektiivväärtus valemiga
Pd
Is = .
Us cos
Eelnevast võib järeldada, et võimsustegur on pöördvõrdeline vooluga. Vool jaotus- ja
ülekandeliinides ja trafodes tekitab energiakadusid nende aktiivtakistustel. Kui kaod
suurenevad, on võimalik ülekoormus, kusjuures harmoonilised voolud võivad esile kutsuda
resonantsi ülekandeliinides. Peale selle moonutub ka võrgupinge kuju, mis mõjub ebasoodsalt
teistele lineaarsetele koormustele, kui märkimisväärne hulk tarbijaid tekitab võrgus moonutatud
kujuga voolusid. See on aga põhjuseks, miks enamus tarbijaid eelistab ühtset võimsustegurit,
mis annab võimsusse minimaalselt reaktiivvoolu.
Ühefaasilised alaldid. Võimsustel vähem kui mõni kilovatt nt elamute rakendustes
varustatakse mootorid ühefaasiliste toiteallikatega. Põhiliselt kasutatakse seal ühefaasilisi
poolperioodalaldeid (M1), mis on toodud joonisel 1.2, a, b. Poolperiooddioodalaldi resulteerivad
väljundpinge ja voolu kujud on näidatud joonisel 1.3, a. Sealt,
1 = 1t ,
1 = 2f1,

Ud Ud

1 Id

Id b.
1 Ud
1 2
a.
Ud
1

1
Id Id
1 1
. d.
Ud
Ud
1
Id
Ud f.

1
e. g.
Fi
Joonis 1.3
17

kus 1 on nurksagedus, f1 võrgupinge sagedus ja t aeg. Siinuspinge positiivse poolperioodi
vältel dioodi VD anoodi potentsiaal on positiivne ja katoodi potentsiaal on negatiivne ning diood
juhib voolu (on avatud) seni, kuni see on päripingestatud. Sel ajal läbib alalisvoolu positiivne
poolperiood koormuseks olevat mootorit M. Siinuspinge negatiivse poolperioodi vältel muutub
anoodi potentsiaal negatiivseks ja katoodi potentsiaal positiivseks. Nüüd on diood
vastupingestatud (on suletud), vool praktiliselt koormust ei läbi ning seetõttu puudub ka
koormusel pinge. Sellist tüüpi muundurit nimetatakse poolperioodalaldiks, kuna pinge
negatiivne poolperiood on nagu "ära lõigatud." Kuni koormuspinge poolperiood on positiivne,
läbib koormust katkev alalisvool, st vool läbib koormust vaid ühes suunas ning omab katkestusi.
Seetõttu saab alaldi töötada ainult pinge-voolutasandi esimeses kvadrandis, nagu näitab joonis
1.3, b, mistõttu nimetatakse seda ühekvadrandiliseks muunduriks.
Mootor on aktiiv-induktiivkoormus ja seega pinge Ud muutub lühiajaliselt negatiivseks ning
vahelduvvoolu (sama mis Id) ja pinge vahel on faasinihe. Kui induktiivsus läheneb lõpmatusele
siis muutub voolu kuju peaaegu nelinurkseks.
Kahe türistoriga ühefaasiline täisperioodalaldi (keskväljavõttega alaldi või M2) elektriline skeem
on näidatud joonisel 1.2, c. Selline alaldi annab väljundis iga siinuspinge poolperioodi korral
pulseeriva pinge ja voolu, nagu on näidatud joonisel 1.3, c. Induktiivkoormus põhjustab voolu
"ülekatte", mida nimetatakse kommutatsiooninurgaks . Vahelduvpinge ülekandmiseks
dioodlülitusele vajab antud alaldi keskväljavõttega trafot. Mõlema türistori VS1 ja VS2 anoodid
on ühendatud trafo sekundaarmähise alguse ja lõpuga ning katoodid on ühendatud kokku
positiivsel ühisväljundil. Koormusmootor M ühendatakse katoodide ühispunktiga ja trafo
sekundaarmähise keskväljavõttega. Trafo, kaks dioodi või türistori ja koormus moodustavad
tervikliku voolukontuuri.
Türistoride juhtimisel tüürnurga muutmisega vahemikus 0... on võimalik muuta mootori
pöörlemissuunda, kuid koormusvool ja pöördemoment jäävad ühesuunaliseks, nagu näitab
joonis 1.3, d. Seega võib alaldi töötada pinge-voolutasandi kahes kvadrandis, kusjuures
esimeses kvadrandis on tegemist alalditalitlusega ning neljandas vahelditalitlusega. Seetõttu on
antud alaldi kahekvadrandiline muundur (joonis 1.3, e). Kuna muunduri väljundvool ei saa
muutuda negatiivseks, on ajami juhtsignaalide ja pidurdusviiside kasutamine piiratud.
Vahelditalitluse korral kasutatakse tüürnurga mõiste asemel sageli eelnemisnurga mõistet, mis
täiendab väärtust 180o-ni. Seda nurka tähistatakse tavaliselt tähega (joonis 1.3, d). Sel
juhul:
+ =
cos = - cos
Nelja dioodi või türistoriga täisperioodalaldit, mis on toodud joonisel 1.2, d, nimetatakse
ühefaasiliseks sildalaldiks (B2). Kuna selle alaldi skeemis kasutatakse rohkem
pooljuhtseadiseid, siis puudub vajadus keskväljavõttega trafo järele. Töötsükli vältel on sildalaldi
kaks dioodi siinuspinge iga poolperioodi kestel päripingestatud. Siinuspinge positiivne
poolperioodi kestel on dioodid VS2 ja VS3 päripingestatud ning dioodid VS1 ja VS4
vastupingestatud. Vool suundub vahelduvpingeallikast läbi dioodi VS2, läbi koormuse ja siis läbi
dioodi VS3 tagasi toiteallikasse ning seetõttu läbib mootorit ühesuunaline koormusvool.
Negatiivse poolperioodi vältel liigub vool vahelduvpingeallikast läbi dioodi VS1, läbi koormuse
ning seejärel läbi dioodi VS4 tagasi toiteallikasse. Järelikult läbib mootorit samasuunaline vool
kui eelmise poolperioodi vältel, mistõttu on ka pinge koormusel mõlema poolperioodi kestel
18

ühesuunaline. Selle tulemusena läbib mõlema poolperioodi kestel koormust pulseeriv
alalispinge. Pingete ja voolude ajadiagrammid ja pinge-voolu tasand on käesoleval alaldil
samasugused kui täisperioodalaldil.
Kolmefaasilised alaldid. Kolmefaasiline kolme dioodiga alaldi (keskväljavõttega alaldi,
M3) annab väiksema pulsatsiooniga väljundpinget kui ühefaasiline ning tarbib seejuures vähem
elektrienergiat. Sellist alaldit on otstarbekas kasutada kolmefaasilise toitevõrgu korral
võimsuseni kuni üks kilovatt. Joonisel 1.2, e, on toitevõrgu faasid L1, L2, ja L3 ühendatud läbi
trafo türistoride VS1, VS2, ja VS3 anoodidega. Mootor M ühendatakse türistoride katoodide
ühispunktiga ja trafo tähtühenduses sekundaarmähise neutraalpunktiga. Kui faasis L1 on pinge
maksimaalne ja negatiivne, läbib vool türistori VS1, kuni see vastupingestub. Faasi L1
negatiivse poolperioodi vältel on türistor VS1 suletud (ei juhi voolu). Ülejäänud türistorid
talitlevad sarnaselt - juhivad voolu siinuspinge positiivse poolperioodi vältel ning ei juhi
negatiivse poolperioodi vältel.
Kolmefaasiline kolme dioodiga alaldi pingete diagrammid on näidatud joonisel 1.3, f. Aktiiv-
induktiivkoormuse puhul juhib diood või türistor voolu ka pärast seda, kui pinge on muutnud
märki. Eelmainitud põhjusel ei sulgu türistor nullpingel hetkeliselt, vaid jääb avatuks. Türistori
tüürnurga reguleerimisega on võimalik muuta pinge negatiivseks ja niimoodi saadakse jällegi
kahekvadrandiline muundur.
Tavaliselt kasutatava kuuepulsilise, eelneva alaldi analoogi elektriline skeem on näidatud
joonisel 1.2, f. Selles kolmefaasilises sildalaldis (B6) kasutatakse kuut dioodi või türistori.
Türistoride VS4, VS5 ja VS6 anoodid on ühendatud kokku ühispunkti, katoodid VS1, VS2 ja
VS3 aga teise punkti. Koormus ühendatakse nende punktide vahele. Järelikult kaks türistori
juhivad voolu positiivse pinge korral, kusjuures teised kaks on vastupingestatud. Sama toimub
ka negatiivse pinge korral - kaks türistori juhivad negatiivse pinge korral ning teised kaks grupist
on vastupingestatud. Vähemalt kaks türistori on samaaegselt avatud olekus ning vähemalt üks
türistor igast grupist peab juhtima, et kergendada voolu läbimist mootorist. Selle alaldi pinge
pulsatsioon on madal, kuna väljundpinge koosneb kuuest pulsist siinuspinge perioodi kohta
(joonis 1.3, g). Türistoride lülitusjärjekord joonisel 1.2, f, on: VS1, VS6, VS2, VS4, VS3, VS5.
Lülitus ei vaja kolmefaasilise toiteallika neutraalpunkti, järelikult võib kasutada nii kolmnurk-kui
tähtlülituses toiteallikaid. Antud alaldi on samuti kahekvadrandiline.
Juhul kui koormuse induktiivsus on suur, jätkub pärivool negatiivse pinge korral ning seetõttu
tekib pooljuhtseadiste sulgumisel ajaline viide. Kuni varem avatud pooljuhtseadised pole
sulgunud, osutub pärast järgmiste avanemist vajalikuks, et kolm või isegi rohkem seadist
oleksid avatud kommutatsiooniprotsessi vältel. See tähendab, et rohkem kui üks diood anood-
või katoodgrupist on avatud ja vool lülitub ümber ühest faasist teise.
Reverseeritavad alaldid. Eelnevate lülituste puhul oli muudetav koormuspinge suund,
kuid mitte koormusvoolu suund. Joonisel 1.4, a, on näidatud kahe keskväljavõttega alaldi
vastulülitus, mis võimaldab muuta koormusvoolu polaarsust (kahepolaarne alaldisüsteem). See
on neljakvadrandiline reversseeritav alaldi, kuna türistoride tüürnurga muutmise abil võimaldab
lülitus saada nii negatiivset voolu kui negatiivset pinget (joonis 1.4, b). Kui türistorid VS1, VS2 ja
VS3 juhivad voolu, siis talitleb alaldi esimeses ja neljandas kvadrandis, kui aga voolu juhivad
türistorid VS4, VS5 ja VS6, talitleb alaldi teises ja kolmandas kvadrandis.
Samuti kasutatakse neljakvadrandilise talitluse saamiseks kahte vasturööpselt lülitatud
sildalaldit, nagu on näidatud joonisel 1.5. Sellist lülitust kasutatakse tavaliselt tööstuslikes
19

VS1

VS2

U1 U2 VS3
L1

L2 L
VS4
L3
VS5
M

VS6


a.
Ud

Id


b.
Joonis 1.4
neljakvadrandilistes alalisvoolusüsteemides ning rakendustes, milles nõutakse kiiretoimelist
juhtimist. Tavaliselt ühendab see lülitus endas head tunnusjooned, talitluse ohutuse ja
võimaluse parandada juhtimise siirdeprotsesside kvaliteeti.
Tänapäeval toodetakse vasturööpselt lülitatud türistor-sildalalditega reverseeritavaid lülitusi
komplektseadmetena väga laias võimsuste vahemikus alates mõnest kilovatist kuni kümnete
megavattideni. Suurte võimsuste korral kasutatakse seadmete ehitamisel moodulpõhimõtet
ning vajalikuks osutuvad õhk-või vesijahutusradiaatorid.
Ühefaasilised aktiivalaldid (sõltumatud alaldid). Diood-ja türistoralaldite kasutamine
tekitab elektromagnetilise ühildatavuse (EMC - Electromagnetic Compatibility) probleeme.
Tulenevalt madalast võimsustegurist, soojuslikest nähtustest, tõrgetest ning teiste seademete
talitluse häirimisest on dioodid ja türistorid peamisteks võimsuse ja voolu moonutuste
tekitajateks. Märkimisväärseks osutub, et alaldite poolt genereeritud kõrgemate harmooniliste
sagedus jääb 3 kHz piiresse ning tagastatakse toitevõrku. Alaldid tekitavad kestvaid moonutusi
siinusvooludes. Harmooniliste moonutuste sagedused on põhiharmoonilise sageduse 50 Hz
20

VS1 VS2 VS3 VS7 VS8 VS9

L1
L2 M
L3

VS4 VS5 VS6 VS10 VS11 VS12
Joonis 1.5
kordsed nagu näitab joonis 1.6, a. Täiendavad harmoonilised moonutused tekivad katkeva
voolu esinemise tõttu alaldi talitluses.
Alaldi pulsilisuse suurenemisega kasvab kõrgemate harmooniliste sagedus, kuid nende
suhteline osakaal väheneb. Seetõttu paraneb sisendvoolu siinuselisus ja väljundvoolu silutakse
paremini. Vastupidiselt eelnevale ei muutu kõrgemate harmooniliste sagedused ega amplituud
türistoride tüürnurga kasvamisel, suureneb aga faasinihe harmooniliste ja võrgupinge vahel.
Antud asjaolu kutsub esile reaktiivvõimsuse tarbimise toitevõrgust ning võimsusteguri
VD1 VD2
VT1 VT2
Is
Ud
1 M
Us
VD3 VD4
VT3 VT4

a. b.
U, I
VT1, VT4 Us, Is
1
Us
VT2, VT3 1 Is
VD1 VD4 VD2 VD3 1
1
Ud
1
Id
1
c. d.
Joonis 1.6
21

vähenemise. Sellest tulenevalt on vaja tagada kõrge võimsustegur, saavutamaks võrgupinge
kõrget kvaliteeti.
Hiljuti väljaantud elektromagnetilise ühilduvuse standard määrab harmooniliste moonutuste
piirangu, mis saavutatakse diood-ja türistoralaldite varustamisega toitevõrgu (sisendi) poolsete
passiivfiltritega. Need filtrid võivad aga olla suurte mõõtmetega ning kõrge maksumusega.
Mõningates elektromagnetilise ühilduvuse suhtes tundlikes rakendustes võib kõrgemate
harmooniliste tekkimine alaldis (ka võrgufiltri olemasolul) häirida kogu süsteemi talitlust.
Eelmainitu heastamiseks töötati välja aktiivalaldid. Huvi aktiivalaldite vastu on kiiresti kasvanud
viimase aastakümne jooksul tänu nende mitmetele tähtsatele eelistele, nt energia
rekuperatsiooni võimalus, alalispinge reguleerimine, sisendvoolu vähesed harmoonilised
moonutused ja kõrge võimsustegur.
Aktiivalaldid, nagu näidatud joonisel 1.6, b on koostatud transistoride baasil, mis erinevalt
dioodidest ja türistoridest on täielikult tüüritavad pooljuhtseadised ning võimaldavad töötada
kõrgetel lülitussagedustel. Toitepinge võib siin ühendada läbi faasidrosselite Us, kuna Ud kujutab
endast alalispinge väljundit. Sellist ühefaasilist silda võib kasutada nii alaldina kui vaheldina
ning sild võimaldab kahesuunalist energiaülekannet, mis on vajalik energia võrku
tagastamisega rakendustes. Lülitus koosneb topeltlülititest kombinatsioonis passiivalaldiga.
Antud tüüpi muundurite jaoks on leiutatud mitmeid juhtimisviise, mille talitluspõhimõtted
erinevad üksteisest oluliselt. Vaatamata sellele on paljud juhtimisviisid realiseeritud ja peamiselt
töötavad aktiivalaldid kahel põhimõttel. Seega on esimeseks põhimõtteks klassikaline loomuliku
kommutatsiooniga sildalaldi, mis juhib positiivset voolu ilma mistahes juhtahelata. Negatiivse
voolu juhtimiseks mootori elektrilisel pidurdusel peavad transistorid olema avatud lülititalitluses.
Teise põhimõtte kohaselt kasutatakse voolu alaldamiseks ja alaldatud pinge juhtimiseks
transistor-sildalaldeid, milles vabavoolu dioodid juhivad negatiivset voolu ilma pinge juhtimiseta
rekuperatsiooniperioodi vältel, nagu on näidatud joonisel 1.6, c. Mõlemal juhul võib vool olla nii
positiivne kui negatiivne. Kahtlemata on transistorlülitite juhtimine palju keerulisem kui
türistoride juhtimine toitevõrguga sünkroniseerimise vajaduse tõttu, kuid kasu sellest osutub
mõnevõrra suuremaks.
Joonisel 1.6, d on näidatud sisendpinge (pidevjoon) ja sisendvoolu (punktjoon) kõverad. Nagu
jooniselt näha on vool siinuseline ning ei sisalda kõrgemaid harmoonilisi. Lisaks sellele ei teki
voolu ja pinge vahelise faasinihke puudumise tõttu reaktiivvõimsuse esimest harmoonilist.
Võrdse võimsuse korral on aktiivalaldil võrreldes passiivalaldiga sisendvoolu amplituud ja
efektiivväärtus märkimisväärselt väiksemad.
Kolmefaasilised aktiivalaldid. Kolmefaasilise Vienna silla elektriline skeem on toodud
joonisel 1.7, a, mida võib iseloomustada järgmiselt. Silla toitevõrgu poolel paikneb igas faasis
drossel ja väljund kujutab endast keskväljavõttega muudetava alalispingega ahelat. Skeemi
eeliseks on lülitite madalama blokeerpinge vajadus tänu väljundpinge jaotamisele ning paremad
juhtivustunnusjooned.
Igas faasis on üks juhitav lüliti nt MOSFET-transistor. Ümbritsetuna nelja dioodiga sildadest,
töötavad need kahesuunaliste lülititena. Läbi kahe dioodi ja drosseli ühendab suletud lüliti
toitepinge faasi alalisvoolu keskväljavõttega, tekitades magneetimise. Avatud lüliti korral
demagnetiseerub drossel alalisvoolu koormusesse läbi vabavoolu dioodide, ühendades
vastavalt koormuse positiivse või negatiivse klemmi.
22


VT1 VT2 VT3

Us

Ud
M


a.

VT1 VT2

Us Ud
M


b.
Joonis 1.7

Lülitusel (joonis 1.7, b) on samuti toitevõrk ühendatud läbi igas faasis paikneva drosseli.
Vastupidiselt Vienna sillale paiknevad kondensaatorid muunduri toiteahelas ja alalispinget
reguleeritakse muunduri väljundis koormuse positiivse ja negatiivse klemmi vahel.
Skeemis kasutatakse IGBT-transistoridest ja dioodidest koosnevaid kahesuunalisi lüliteid.
Sarnaselt eelnevale muundurile võimaldab lülitus samuti alaldi-ja vahelditalitlust. Alalditalitluses
on lülitid avatud, kuna vahelditalitluses on lülitite paar suletud.
Kokkuvõtteks. Kõige lihtsam alaldi on ühefaasiline poolperioodalaldi. Sellest hoolimata
on sellel halb väljundvoolu kuju, väga kõrge pulsatsioon ja väga madal võimsustegur.
Kahe dioodiga (ühefaasilise) keskväljavõttega alaldi põhipuuduseks on keskväljavõttega trafo
vajadus.
Ühefaasiline sildalaldi kasutab paremini trafot ja pooljuhtseadiseid ning omab siinusele
lähedasemat väljundvoolu kuju ning seetõttu kasutatakse antud alaldit väikese võimsusega
rakendustes (kuni 1 kW).
23

Ühefaasiline alaldamine toimub kahe identse pulsi abil vahelduvvoolu perioodi kohta, samal ajal
kui kolmefaasilisel alaldamisel kasutatakse kolme või rohkem pulsse. Järelikult vähendavad
kolmefaasilised alaldid paremini toitevoolude moonutusi ja koormuspinge pulsatsiooni.
Kolmefaasilise keskväljavõttega alaldi peamisteks puudusteks on trafo võimsuse vähene
ärakasutamine ja madal võimsustegur. Sellele vaatamata on alaldi põhiliseks eeliseks madala
pulsatsiooniga kõrgekvaliteediline väljundpinge.
Heade tehniliste näitajate poolest osutuvad domineerivaks kolmefaasilised sildalaldid. Nendeks
näitajateks on madal pulsatsioon, kõrge võimsustegur, lihtne ehitus ja madal maksumus.
Tänapäeval kasutatakse neid võimsates ja väikese võimsusega toiteallikates ning
alalisvoolulüliga vahelduvvoolumuundurites.
Aktiivalaldid ületavad passiivalaldeid järgmiste näitajate poolest:
· toitevoolud sisaldavad vähe kõrgemaid harmoonilisi,
· töötamise vältel laetakse vahelüli siinuselise toitevoolu kogu perioodi kestel
võrgupingega ning seetõttu läbib peakaitse maksimaalne aktiivvõimsus,
· alaldatud pinget ja voolu juhitakse laias ulatuses selliselt, et väljundpinge on
sõltumatu toitepingest, mis hõlbustab kõrvaldada tähtsaid probleeme, nagu toitepinge
ebastabiilsus ja väljundpinge käsitsi eelsättimine,
· nõutavad on vaid vähesed ja väikese võimsusega passiivkomponendid.
Jääb vaid oodata, et eelmainitud alaldid, mida praegu kasutatakse suhteliselt harva,
omandavad lähitulevikus piisava tähtsuse nii tööstuses kui muudes valdkondades.
1.2. Alalis/vahelduvvoolumuundurid ­ vaheldid
Vaheldamine. Alalis/vahelduvvoolumuundureid ehk vaheldid on mõeldud alalis-
toitepinge muundamiseks ettenähtud suuruse ja sagedusega vahelduvpingeks. Vaheldites
kasutatakse juhitavaid pooljuhtseadiseid nt lihttüristore, GTO-türistore ja transistore. Alalis-
sisendpingeks võib olla näiteks alaldatud võrgupinge. Samuti võib alalispinget anda sõltumatu
pingeallikas nagu kütuseelement või galvaanielement. Antud süsteemis toidetakse vaheldit
vahetult võrgupingega Ud. Tüüpilised võrgupinged elektriveokites on 12, 24, 48, või 80 V, mis
võimaldavad vaheldites lülititena eelistatult kasutada MOSFET-ja IGBT-transistore. Alalispinge
toiteallikas on võimeline varustama elektrienergiaga ajami mootorit ning tagastama seda võrku
pidurdustalitluse (generaatoritalitluse) puhul.
Vaheldeid toodetakse nii ühe-kui kolmefaasilise väljundiga, kuid enamikes tööstuslikes
rakendustes on nõutav kolmefaasiline vahelduvvoolu-väljund. Madalapingelised
poolperioodvaheldid juhivad elektrienergiat vaid ühe poolperioodi vältel. Selliseid vaheldeid
kasutatakse koormuse võimsuste vahemikus 100...200 W.
Teisalt võib vaheldeid liigitada sõltumatuteks ja võrguga sünkroniseeritud vahelditeks. Juhul kui
vaheldi on ainult vahelduvvoolukoormuse toiteallikas, nimetatakse seda sõltumatuks vaheldiks.
Kui aga vaheldi kujutab endast toitevõrgu põhiosa, siis on tegemist võrguga sünkroniseeritud
vaheldiga.
Kokkuvõtteks võib märkida, et reeglina liigitatakse vaheldid lülituse tüübi järgi pinge-ja
vooluvahelditeks. Pingevaheldi (VSI-voltage source inverter formeerib pinge lähtuvalt nõutud
parameetritest st suurusest, sagedusest ja faasinihkenurgast, ning on kõige sagedamini
kasutatav vaheldi tüüp. Antud vaheldit iseloomustab väike näivtakistus. Tavaliselt ühendatakse
24

pingevaheldis toiteallikaga rööpselt suure mahtuvusega kondensaator, mis hoiab sisendpinge
konstantse. Pingevaheldi lülitid koostatakse täielikult juhitavatest pooljuhtseadistest
(transistorid, GTO-türistorid või MCT-türistorid). Juhul kui nõutakse kahesuunalist voolu,
ühendatakse lülititega rööpselt vabavoolu dioodid ehk tagasitoite dioodid.
Vooluvaheldi (CSI-current source inverter) on vastavalt nõutavate parameetritega (voolu
suurus, sagedus ja faasinihkenurk) vooluallikas. Reeglina ühendatakse vooluvaheldis
toiteallikaga jadamisi drossel, mis hoiab sisendvoolu konstantse. Vooluvaheldi pooljuhtlülitid
muudavad perioodiliselt väljundvoolu suunda ning koormuse näivtakistus on väga väike. Seega
vastab vooluvaheldi väljundpinge kuju koormusvoolu poolt põhjustatud pingelangu kujule.
Us, Is VT1 VD2 Us
+ VT1 VD1
0,5Ud Is 1


Us M VT2 VD1
b.
VT2 VD2
0,5Ud
+
VT1 VT2
­

a.
Ud M
VT3 Us VT4

­

c.

+
VT1 VT2 VT5 VT6

Us1 Us2
Ud
VT3 VT4 VT7 VT8

­

M
d.
Joonis 1.8
25

Sildlülituses pingevaheldi. Ühefaasilise keskväljavõttega poolsild-pingevaheldi
elektriline skeem on näidatud joonisel 1.8. Lülitite VT1 ja VT2 ülesannet täidavad siin harilikult
bipolaartransistorid, MOSFET-transistorid, IGBT-transistorid, GTO-türistorid või lihttüristorid
koos sundkommutatsiooni ahelaga. Lülitid VT1 ja VT2 toidavad mootorit M ühissisendiga
alalispingeallikast. Vaheldi pinge-ja vooludiagrammid on toodud joonisel1.8, b. Väljundpinge
positiivse poolperioodi vältel on lüliti VT1 suletud ning pinge väljundis Us = +0,5Ud. Väljundpinge
negatiivse poolperioodi vältel on lüliti VT2 suletud ning pinge väljundis Us = +0,5Ud. Enne kui
üks lüliti sulgub, siis teine avaneb, kuid sellegipoolest on mõlemad lülitid hetkeliselt suletud ning
lühistavad alalisvoolu toiteahela.
Voolu teekond reaktiivkoormuse korral on näidatud joonisel 1.8, b. Vabavoolu dioodid VD1 ja
VD2 tagastavad mootori M reaktiivenergia toitevõrku. Kuna Us on positiivne ajavahemiku
0 negatiivseks juhib poolperioodi alguses voolu diood VD1. Seega juhivad vabavoolu dioodid
voolu siis, kui vool ja pinge on vastassuunalised.
Joonisel 1.8, c on toodud ühefaasilise täissild-pingevaheldi jõuahela skeem. Skeemi mõlemad
õlad sisaldavad transistoride paari koos vasturööplülituses vabavoolu dioodidest koosneva
vastuvoolu tühjendusahelaga. Vabavoolu dioodid moodustavad haru, mis juhib induktiivvoolu

+ VT1 VT2 VT3


C L1
Ud L2 M
L3
VT4 VT5 VT6

­
a.
U
VT1 1
VT2 1
VT3 1
VT4 1
VT5 1
VT6 1
UL1 1
UL2 1
UL3 1

b.
Joonis 1.9
26

avatud lülitite puhul. Jällegi tagastavad dioodid alalisvoolu toitevõrku seni, kuni lülitid lülitavad
reaktiivpinget.
Joonis 1.8, d kujutab muundurit, mis on ette nähtud kahe mähisega mootori M
sagedusjuhtimiseks. Lülitus koosneb kahest ühefaasilisest täissild-pingevaheldist, kus esimene
sild toidab mootori juhtimismähist ning teine ergutusmähist.
Kõige sagedamini kasutatava kolmefaasilise sildlülituses pingevaheldi jõuahela skeem on
näidatud joonisel 1.9, a. Vaheldi koosneb kolmest õlast (üks igas faasis). Lülituse kõik õlad on
võrdsed, st iga õla väljundpinge sõltub ainult alalis-toitepingest ja lülitite seisundist.
Väljundpinge ei sõltu koormusvoolu suurusest.
Antud lülituses võib kasutada erinevaid transistoride avamis-ja sulgemiskombinatsioone,
näiteks üks võimalik transistoride lülitusjärjekord on järgmine: VT1­VT6­VT2­VT4­VT3­VT5­
VT1... Sel juhul on kaks transistori samas ajavahemikus ühes olekus ning väljundpinge on
nelinurkse kujuga, nagu on näidatud joonisel 1.9, b. Vaheldi kolme õla tüürnurgad on üksteise
suhtes 120° võrra nihutatud. Kui VT1 on avatud, siis faas L1 on ühendatud alalispinge toiteallika
positiivse klemmiga ning UL1 = 0,5Ud. Kui VT4 on avatud, siis faas L1 on ühendatud alalispinge
toiteallika negatiivse klemmiga ja UL1 = ­0,5Ud. Faaside L2 ja L3 pingete kujud on täpselt
samasugused kui faasi L1 pinge kuju, välja arvatud asjaolu, et pinged on faasis 60°võrra
nihutatud. Kuna kõik transistorid on suletud, juhivad vabavoolu dioodid voolu eelnevas suunas,
nt kui transistor VT1 sulgub, siis diood VD4 juhib voolu samas suunas, kuni see kahaneb nullini,
nagu näitab ajadiagramm.
Antud lülitusjärjekorra puhul domineerib väljundpinges puktjoonega näidatud põhiharmooniline.
Samuti on võimalikud teised lülituskombinatsioonid, ning neid kirjeldatakse raamatu järgmistes
osades.
Kõige probleemsemaks osutub vaheldite korral kõrgepingeline talitlus. Pooljuhtlülitite lubatud
maksimaalse pinge piirab oluliselt muundurite maksimaalset väljundpinget või sunnib kasutama
kallimaid pooljuhtlüliteid soovitud pinge muundamiseks. Sel juhul on tüüpiliseks lahenduseks
trafode kasutamine. Joonisel 1.10 on näidatud kolmefaasiline pingevaheldi, mis koosneb
kolmest ühefaasilisest sillast ja kolmest ühefaasilisest trafost. Tänu trafode sekundaarmähiste
tähtühendusele puudub nulljärgnevusvool läbi koormuse. Samuti on trafode tõttu lülitatav pinge
piisavalt madal vältimaks kommutatsiooni liigpingeid.
+


­


M
Joonis 1.10
27

Mitmeastmelised pingevaheldid. Mitmemootorilistes rakendustes on pakutud mitmeid
erinevaid vaheldite väljatöötlusi. Populaarsemad nende hulgas on "üks muundur ­ mitu
mootorit" ja "üks muundur ­ üks mootor." Esimese variandi maksumus on madal, sellel on
keskmise keerukusega juhtimissüsteem, head dünaamilised ja staatilised tunnusjooned ja
piisav töökindlus, kuid samas nõuab täiendavat arendusetappi ja mittestandardset teenindust.
Teine variant põhineb standardsetel seadistel ja skeemilahendusel, kuigi on kallim ja
juhtimisprobleemid tekivad mootorite koormuste märkimisväärse omavahelise sõltuvuse korral.
Tänapäeval on mitmeastmelised vaheldid eelistatuimad kõrgepingelistes ja suurevõimsuselistes
rakendustes. Koos pinge kasvuga suureneb ka jõuahelate keerulisus. Kahemootorilise veoajami
jõuahel on näidatud joonisel 1.11. Kõrgema pinge saamiseks ühendatakse skeemis igasse õlga
kaks IGBT-transistoride baasil koostatud jadamisi ühendatud lülitit. Kahtlemata kaasnevad
sellise lülitusega täiendavad võimsuskaod jõuahelas, nt juhtivuskaod, blokeerkaod ja
lülituskaod.
Veoajami tüüpiliseks tunnuseks on faasi voolude ebasümmeetria tänu faaside erinevale
koormusele, libistusele ja kiiruse erinevusele. See asjaolu põhjustab lekkevoolusi skeemi
õlgades ning juhtimisprobleeme. Peale selle tekitab lülitite voolude ebavõrdsus pingete
ebavõrdsuse ning seega võivad transistorid täiendava võimsustarbe tõttu üle kuumeneda.
Ebasoovitavate voolude ja võimsuskadude vältimiseks omavahel ühendatud mootorite puhul on
paberitööstuses, metallurgias, elektertranspordis jm kasutatavate elektriajamite tarbeks välja
töötatud spetsiaalsed abiahelad.
Mootorite paari toiteks mõeldud viie astmega vaheldi jõuahel on joonisel 1.12, a. Sellisel
vaheldil on tavalisele sildlülitusele lisatud kaks täiendavat õlga. Üks viiest õlast (ühisõlg)
ühendatakse kummagi mootori faasi ühisklemmiga, ülejäänud neli aga kummagi mootori teiste
faasiklemmidega.


VT1 VT2 VT3


M

Ud
VT4 VT5 VT6
M


­
Joonis 1.11
28

Samasuguse mootorite paari juhtimiseks ettenähtud üheksa lülitiga vaheldi skeem on toodud
joonisel 1.12, b. Antud lülituse puhul on kasutatud vahelelisamise topoloogiat st ülemine vaheldi
on koostatud transistoride VT1...VT6 baasil ja alumine transistoride VT4...VT9 baasil.
Mõlemaid vaheldeid juhitakse üheskoos või vaheldumisi.
Vooluvaheldi. Türistoridel põhineva sundkommutatsiooniga vooluvaheldi jõuahela
skeem on näidatud joonisel 1.13, a. Antud lülituses täidab ühefaasiline sild kommutaatori rolli.
Vooluallika talitluse saavutamiseks on vaheldi sisendisse lülitatud drossel. Väljundis olev
kondensaator on nagu energeetiline puhver pulseeriva vooluga vaheldi ja koormuse vahel, ning
teostab türistoride sundkommutatsiooni. Kui türistorid VS2 ja VS3 on avatud, siis laetakse
kondensaatorit sisendpingega. Niipea kui türistorid VS1 ja VS4 avanevad, saavad türisorid VS2
ja VS3 kondensaatorilt vastupinge, mis aitab neil koheselt sulguda. Järgnevalt hakkab
kondensaator laaduma vastupidise polaarsusega, lõpetades laadumise enne järgmist
lülitushetke. Mida suurem on vool, seda kiiremini laadub kondensaator ümber ning seda
lühemad on kommutatsiooni ajad.

+ VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 M


Ud
VT6 VT7 VT8 VT9 VT10

M
­
a.
+ VT1 VT2 VT3

M
Ud
VT4 VT5 VT6

­
M
VT7 VT8 VT9

­
b.
Joonis 1.12
29

+ VS1 VS2 +
VS1 C1 VS2 C2 VS3
Ud Us M M
VD1 C3
L1
­ VS3 VS4 VD2
Ud VD3
a. L1
L2
VD4
I VD5
IL1 L3
1 C6
VS1 VD6
VS4
IL2 VS2 1
VS4 C4 VS5 C5 VS6
VS5 ­
IL3 VS3 1
b.
VS6
c.
Joonis 1.13
Türistoridel põhinevaid vooluvaheldeid kasutatakse kõige laialdasemalt võimsuste vahemikus
50 kuni 3500 kW ja pingeni kuni 700 V. Välja on töötatud ka antud vaheldite kõrgepingelisi
variante pingega 3,3/6,6 kV, aga need pole osutunud majanduslikult otstarbekaks. Joonisel
1.13, b on kolmefaasilise sundkommutatsiooniga türistor-vooluvaheldi jõuahela skeem.
Alalisvooluallikast võetav vool lülitatakse koormusele kindla järjestusega ning nõutava
sagedusega. Jõuahelas toimuvat kommutatsiooniprotsessi võib kirjeldada järgmiselt. Kui
kommutatsiooniprotsessi ei toimu, siis juhivad kaks türistori, näiteks VS1 ja VS6 alalisvoolu,
kuna kondensaator C1 on eelmise kommutatsiooni tulemusena positiivselt laetud. Kui türistor
VS2 on nüüd avatud, siis türistor VS1 sulgub kiire siirdeprotsessi tulemusena ja türistor VS2
juhib alalisvoolu. Sel tingimusel algab kommutatsioon. Ajal kui vool faasis L1 on kahanenud
nullilähedaseks, kasvab vool faasis L2. Antud ajavahemikul toidetakse faasi L1 kondensaatori
C1 kaudu, samuti rööpühenduses kondensaatorite C2 ja C3 kaudu. Lõpuks on diood VD1
suletud ja kommutatsioon on toimunud, kuna türistorid VS6 ja VS2 juhivad voolu. Dioodid
takistavad kondensaatoritel kaotada järgmise kommutatsiooni toimumiseks vajalikku laengut,
sest ilma nende dioodideta laadub kondensaator tühjaks läbi koormuse kahe faasi.
Idealiseeritud väljundvoolude kujud on näidatud joonisel 1.13, c, kus iga türistor juhib 60
elektrilise kraadi kestel. Juhul kui türistor on avatud, kommuteerib see koheselt sama grupi
avatud türistore (ülemise grupi VS1, VS2, VS3 või alumise grupi VS4, VS5, VS6).
Koormusvoolus domineerib põhiharmooniline sõltumata iga kommutatsiooni vältel voolu
kasvamisest ja katkemistest põhjustatud pingetippudest. Tavaliselt on vaheldi töösageduste
vahemik 5 kuni 50 Hz, sest ülemise piiri seab suhteliselt aeglane kommutatsiooniprotsess.
Sellist vaheldit kasutatakse ventilaatorite, pumpade, tigupresside, kompressorite jt
ühemootoriliste elektriajamite toiteks, kus ei nõuta häid dünaamilisi omadusi ja kõrget
võimsustegurit. Vastuvõetav on see, et võimsustegur langeb kiiruse vähenemisel.
30

L
+ VT1 VT2 VT3


Ud M


­ VT4 VT5 VT6

Joonis 1.14
Tavalise IGBT-transistoride baasil valmistatud kolmefaasilise vooluvaheldi jõuahela skeem on
joonisel 1.14. Harilikult on sellel vaheldil toiteallikaga jadamisi ühendatud suure induktiivsusega
drossel, mis hoiab voolu konstantsena, ja samuti ka väljundisse ühendatud
kondensaatorpatarei. Kondensaatorid on mõeldud vooluharmooniliste filtreerimiseks, voolu
siinuselähedase kuju tagamiseks ja pingetippude piiramiseks.
Resonantsvaheldid. Kõigis ülalkirjeldatud skeemides töötavad elektronseadised
lülititalitluses, kus nõutakse kogu koormusvoolu sisse-või väljalülitamist iga lülituse puhul.
Eelneval juhul on lülitid tugevalt koormatud ja lülitamisel tekivad suured võimsuskaod, mis
kasvavad proportsionaalselt lülitussageduse kasvuga. Teiseks märkimisväärseks puuduseks on
siin suurte voolude ja pingete siirdeprotsessidest põhjustatud elektromagnetiline müra. Need
puudused süvenevad lülitussageduse kasvuga, mis võimaldab vähendada vaheldite mõõtmeid
ja massi ning suurendada erivõimsust.
Kõrgeid lülitussagedusi võib kasutada juhul, kui lülitusprotsess toimub hetkel, millal lüliti pinge
ja/või seda läbiv vool on lülitushetkel võrdne nulliga. Seadmete mõõtmete vähendamine on üks
edasiviivaid jõude kaasaegses jõuelektroonikas ning seetõttu sattusid suure tähelepanu alla
resonantsvaheldid. Resonantsvaheldid on lülitavad vaheldid, milles juhitav lüliti sulgub või
avaneb nullpinge (nullpingelüliti) ja/või nullvoolu (nullvoolulüliti) korral. Tänu resonantsile on
võimalik traditsioonilise raske lülituse asemel kerge lülitus. Selliselt sai võimalikuks kõrgete
lülitussageduste kasutamine nii, et lülituskaod jääksid soovitud tasemele. Seetõttu kulus vähem
energiat hajuvõimsuse vähendamisele, reaktiivkomponendid muutusid mõõtmetelt väiksemaks,
mille tulemusena muutus kompaktsemaks ka vaheldi ehitus.
Tavaliselt võib resonantsvaheldeid vaadelda kui vaheldi erinevate topoloogiate ja lülitusviiside
kombinatsiooni, kuna neis on kasutusel rööp-ja jadaresonantsahelad ning nende
kombinatsioonid (segaresonantsahelad). Mootorisse sisenevat ja sealt väljuvat energiavoogu
juhitakse resonantsi näivtakistusega, mida omakorda muudetakse lülitussagedusega. Laialt
levinud on kolm resonantsahela ja koormusahela kombinatsiooni:
· jadaresonantsvaheldid, milles kasutatakse koormuse ja resonantsahela
jadaühendust
· rööpresonantsvaheldid, milles kasutatakse koormuse ja drosseli või
resonantsahela kondensaatori rööpühendust
31

· jada-rööpresonantsvaheldid, milles koormus on ühendatud üle resonantsahela
ühe osa
Teine liigitus lähtub drosseli asukohast vaheldi jõuahelas:
· võrguresonantsvaheldid, drossel paikneb alalisvoolu poolel
· koormusresonantsvaheldid, drossel paikneb vahelduvvoolu poolel
Rööp- ja jada-rööp nullvoolulülititega resonantsvaheldite elektrilised skeemid on näidatud
joonisel 1.15, a, b. Need on sarnased vooluvahelditega, kuigi nende tunnussuurused on väga
erinevad. Siin moodustavad sisenddrossel ja väljundkondensaator resonantsahela koos nende
vahel paikneva lülitussillaga. Resonantsahela parameetrid ja silla lülitussagedus valitakse
selliselt, et sisendvool oleks katkev, nagu näitab joonis1.15, c. Tänu antud valikule sulguvad
silla transistorid siis, kui vool kahaneb nullini. Kui transistorid avanevad (t0), laadub
kondensaator läbi drosseli pingele UC, mis on võrgupingest Ud kõrgem. Ajahetkel t1 kahaneb
vool nullini ja seega saavad transistorid negatiivse pinge ning ajalise viite (t1 t2) jooksul
kondensaator tühjeneb. Seejärel ajahetkel t2 avaneb järgmine transistorlülitite paar ilma vooluta.
Alates hetkest t3 muutub kondensaatori pinge polaarsus. Tänu nullvoolu lülitamisele jäävad
lülituskaod väikeseks, kuigi lülitussagedus võib märkimisväärselt kasvada.
Poolsild-, keskväljavõttega- ja täissild nullvoolulülititega resonantsvaheldite elektrilised skeemid
on toodud joonisel 1.16, a, b, c. Erinevalt rööpvahelditest ei kahane resonantsahela
kondensaatori pinge nullvoolu viite vältel, kuid koormusvool on siin katkev.
Jada-rööp nullvoolulülititega resonantsvaheldi skeem ja pingete ning voolude ajadiagrammid on
näidatud joonisel 1.16, d, e. Alates hetkest, kui transistor VT1 sulgub, läbib vool dioodi VD2.
Kui vool kahaneb nullini, hakkab kondensaator tühjenema ning järgnevalt läbib vool transistori

L L
+ +
C C
Ud Ud
M M
UC UC
­ ­
a. b.
I, U
IL
t
t0 t1t2
UC t
t3
c.
Joonis 1.15
32

VT2. Antud ajavahemiku vältel laadub kondensaator vastassuunalise polaarsusega pingega
ning see protsess kordub jälle.
Nagu harilikult vähendab MOSFET-transistoride piiratud tööpinge vaheldi tõhusust ning trafode
abil pole seda probleemi võimalik lahendada. Antud olukord esineb üha sagedamini samuti
nagu kütuseelementidega toidetavas seadmes, kus sisendpinge on madal (reeglina 25V ja 60
V), kuid nõutav väljundpinge vastab harilikult vahelduvpingete standardile, nt 110 V või 230 V.
See aga tähendab, et pingete ülekandesuhe on 5 ja 9 juhul, kui kütuseelement töötab
nimivõimsusel.
Resonantsvaheldid, mis on toodud joonisel 1.17, koosnevad lülitusahelast VT1...VT4 ja
madalapingelisest resonantsahelast LC. Resonantsahela LC maksimaalne sagedus on

+ +
Ud C 0,5Ud C
L L
M M
Us Us
0,5Ud
­ ­
a. b.
+

L C
Ud
M
Us

­
c.
I, U
VT1 1
+ VD1 VT1
0,5Ud VT2 1
L C ULC
1
IL
1
0,5Ud M
VD2 VT2 UC 1
­
d. e.
Joonis 1.16
33

+ VT1 VT2
LC

Ud

Us
­ VT3 VT4 M
a.

+ VT1 VT2
LC

Ud


­ VT3 VT4 Us
M
b.
Joonis 1.17
lähedane lülitite lülitussagedusele. Edasiselt tõstavad trafod pinge koormusmootorile nõutud
väärtusele.
Kokkuvõtteks. Praktikas kasutatakse ühefaasilisi vaheldeid koormuse võimsuse
vahemikus 100...200 W. Kõige sagedamini kasutatakse vaheldamist kui väljundi pingeallika
funktsiooni. Efektiivseimaks osutuvad siin transistorsilda ja vabavooludioodide baasil
valmistatud pingevaheldid.
Vooluvaheldeid kasutatakse elektriseadmetes, milles nõutakse voolu väärtuse juhtimist, eriti
aga pöördemomendi juhtimisega elektriajamites. Võrreldes pingevahelditega, pole
vooluvaheldid suure sisenddrosseli ja aktiiv-mahtuvusliku koormuse nõude tõttu nii
populaarsed. Vooluvaheldite lülitussagedus on madalam ja seega on koormusvool moonutatud,
mis omakorda viib mootori nimivõimsuse vähendamiseni, et vältida selle ülekuumenemist.
Seetõttu kasutatakse vooluvaheldite asemel elektriajamites vooluallikatena sobiva
voolutagasisidega pingevaheldeid.
34

Resonantsvaheldites sulguvad ja avanevad juhitavad pooljuhtlülitid nullpinge ja/või nullvoolu
puhul, mis võimaldab tõsta lülitussagedust. Järelikult muutuvad vaheldid väiksemahuliseks ja
reaktiivkomponentide mõõtmed väiksemaks ning samuti nende ehitus kompaktsemaks, mistõttu
selliste muundurite vastu tunnevad üha enam huvi kantavate elektriajamite tootjad. Kahjuks
pole aga resonantsvaheldite väljundsagedus muudetav juhtimissüsteemile antava
seadesignaali abil.
1.3. Vahelduvvoolumuundurid ­ regulaatorid
Liigitus. Muundurit, mis muundab vahelduvpinge teise pinge, sagedusega,
faasinihkenurgaga või kujuga vahelduvpingeks, nimetatakse vahelduvvoolumuunuriks või
regulaatoriks. Esimene grupp selliseid muundureid on vahetud sagedusmuundurid, mis
muudavad vahelduvpinge sagedust ja kuju. Teise gruppi kuuluvad alalisvoolu vahelüliga
sagedusmuundurid, milles alaldit kasutatakse pingeregulaatorina või konstantse pingega
sisendlülina, kus vaheldi genereerib teatud sageduse ja väärtusega pinget.
VS1 VS2 VS5 VS6


Us Us k M


VS3 VS4 VS7 VS8
a.
U
US
1

US K
1

b.
US K
1

c.
US K
1

d.
Joonis 1.18
35

Tsüklokonverterid. Tsüklokonverterid on loomuliku kommutatsiooniga toitevõrguga
sünkroniseeritud sagedusmuundurid. Tavaliselt kasutatakse neid sageduse vähendamiseks
suure võimsusega (kuni kümned megavatid) rakendustes. Türistorid sulguvad
tsüklokonverterites loomuliku kommutatsiooni tulemusena, st sulguvad juhul, kui anoodvool
läbib nulli ning on peaaegu ainsad seadmed, mis on võimelised lülitama pingeid ja voolusid
eelnevas võimsusvahemikus. Praktikas kasutatakse 3-, 6-, 12- ja 24-pulsilisi tsüklokonvertereid.
Tsüklokonverterite lülitused võib jagada kaheks: otsesed üheastmelised tsüklokonverterid ja
kaudsed kaheastmelised tsüklokonverterid.
Joonisel 1.18, a on näidatud ühefaasilise kaudse tsüklokonverteri jõuahela skeem. Selle vasak-
ja parempoolsed alammuundurid kujutavad endast võrgupoolset ning koormusepoolset
tüüritavat alaldit, mis mõlemad võivad töötada nii alaldite kui vahelditena. Türistoride tüürsignaal
määrab väljundpinge Uv sageduse, polaarsuse ja amplituudi. See tähendab, et kahe
alammuunduri tüürnurgad sõltuvad juhtsignaalist. Joonis 1.18, a, b, c näitab, et väljundsagedus
on ainult osa sisendsagedusest (näidatud on juhtum, kus väljundsagedus moodustab ühe
kolmandiku sisendsagedusest). Sel ajal kui tüürnurgad muutuvad miinimumist maksimumini,
sõltuvad võimalikud sageduste väärtused seadesignaali väärtusest. Joonisel 1.18, b, on
tüürnurgal minimaalväärtus. Muunduri väljundpinge kuju nõrgendatud seadesignaali korral on
toodud joonisel 1.18, c. Kui seadesignaal muutub iga poolperioodi vältel, muutuvad ka
türistoride tüürnurgad iga poolperioodi vältel. See asjaolu vähendab kõrgemaid harmoonilisi
väljundpinges, nagu näitab joonis 1.18, d.
Tsüklokonverterid tagavad neljakvadrandilise talitluse. Et saada positiivset pinget ning juhtida
positiivset voolu pinge-voolu tasandi esimeses kvadrandis, peavad lülitid VS5 ja VS8 olema
avatud, VS6 ja VS7 aga suletud, sel ajal kui lüliti VS1 koos lülitiga VS4 ja lüliti VS2 koos lülitiga
VS3 alaldavad pinget tüürnurga juhtimisega vahemikus 0 kuni 90 elektrilist kraadi. Negatiivse
pinge saamiseks ja positiivse voolu juhtimiseks neljandas kvadrandis on lülitid VS5 ja VS8 ikka
veel avatud, kuid lüliti VS1 koos lülitiga VS4 ja lüliti VS2 koos lülitiga VS3 lähevad üle
vahelditalitlusse tüürnurga juhtimisega vahemikus 90 kuni 180 elektrilist kraadi. Et saada
negatiivset pinget ja juhtida negatiivset voolu kolmandas kvadrandis, on lülitid VS6 ja VS7
avatud, VS5 ja VS8 aga suletud sel ajal, kui lüliti VS1 koos lülitiga VS4 ja lüliti VS2 koos lülitiga
VS3 alaldavad pinget tüürnurga juhtimisega vahemikus 0 kuni 90 elektrilist kraadi. Positiivse
pinge saamiseks ja negatiivse voolu juhtimiseks teises kvadrandis on lülitid VS6 ja VS7 veel
avatud, kuid lüliti VS1 koos lülitiga VS4 ja lüliti VS2 koos lülitiga VS3 lähevad vahelditalitlusse.

VS1 VS2 VS3 VS7 VS8 VS9


M


VS4 VS5 VS6 VS10 VS11 VS12
Joonis 1.19
36

Kuuepulsilise kaudse tsüklokonverteri elektriline skeem on joonisel 1.19. Antud seadmel on
kolmefaasiline sisend ja ühefaasiline sisend, mis koosneb kahest vasturööpselt lülitatud
kolmefaasilisest sillast, kus türistorid sulguvad tänu pinge loomulikule kommutatsioonile.
Mõlemasuunalise koormusvoolu juhtimiseks on "negatiivne muundur,"mis juhib negatiivset
voolu rööpühenduses "posiivse muunduriga". Sellist lülitust tuntakse loomuliku
kommutatsiooniga tsüklokonverterina.
Antud tsüklokonverter annab väljundis vahelduvpinget ning juhib mõlemasuunalist
koormusvoolu. Positiivse pinge saamiseks ja positiivse voolu juhtimiseks esimeses kvadrandis
lülitid VS1 ja VS6, seejärel VS2 ja VS4 ning järgnevalt VS3 ja VS5 alaldavad pinget tüürnurga
juhtimisega vastavalt alaldi talitlusele. Et saada negatiivset pinget ja juhtida positiivset voolu
neljandas kvadrandis, peavad samad lülitid üle minema vahelditalitlusse tüürnurga juhtimisega
vastavalt sellele talitlusele. Negatiivse voolu juhtimiseks vahetavad kaks silda osad, st lülitite
VS7...VS12 tüürnurgad antakse lülititele VS1...VS6.
Türistoride tüürnurki juhitakse nii, et väljundpinge oleks võimalikult lähedane siinuspingele.
Voolu sujuva kommutatsiooni tagamiseks ühelt sillalt teisele muudetakse tüürnurka hetkeliselt
üle 45 elektrilise kraadi ja sild läheb vahelditalitlusse.
Kahjuks ei saa väljundpinge sagedus ületada toitepinge sagedust, ning see jääb alati vähemalt
kaks korda madalamaks. Peale selle tundub suur hulk türistore skeemis esmapilgul ebavajalik.
Kolmefaasilise väljundiga kuuepulsilise tsüklokonverteri jõuahela skeem on toodud joonisel
1.20, kus minimaalseks türistoride arvuks on 36. See näitab, et tsüklokonverterid pakuvad huvi


M


Joonis 1.20
37


M
Joonis 1.21
eeskätt suurtes süsteemides, kus rööpsed türistorsillad võivad osutuda vajalikeks muunduri
teistes ahelates.
Üks levinumaid vahetu sagedusmuunduri lülitusi on näidatud joonisel 1.21. Et saada
kolmefaasilist väljundpinget, ühendab see kolmefaasiline tsüklokonverter endas kolmepulsilisi
keskväljavõttega ja kaksikjuhtimisega alam-muundureid. Igal alammuunduril on kuus türistori,
millest kolm juhivad positiivset ja kolm negatiivset koormusvoolu. Kolmefaasilise
sekundaarmähisega trafot kasutatakse siin türistoride toiteallikana. Sellise lülituse puhul pole
tähtis, kas koormus on passiivne või aktiivne, sest neljakvadrandiline talitlus on alati võimalik.
Kuna väljundpinge koostatakse liinipingete osadest (sektsioonidest), järelikult, siis kui
väljundpinge sagedus kasvab, järgib väljundpinge siinuselist etteandesuurust suureneva vea ja
pinge moonutusega. Sagedusvahemikuks
mf1
0 15
on tavaliselt talitluspiirkond, kus f1 on toitepinge sagedus ja m pulsside arv. Võrgusagedusel
50 Hz ja pulsside arvu m = 6 korral on väljundpinge maksimaalne sagedus fmax = 20 Hz.
Loomulikult, kui on võimalik saada kõrgema sagedusega kolmefaasilist toitepinget, siis laieneb
vastavalt sellele ka väljundpinge sagedusvahemik, mis võib kõne alla tulla näiteks
elekterveokites või laevadel, kus kasutatakse toiteallikatena diisel-või turbogeneraatoreid.
Vaheldi puhul on lihtne meelde jätta, et kolmefaasiline sümmeetriline siinuspingega
toitesüsteem tuleneb toitevõrgu konstantsest võimsusest. Kuna tsüklokonverter koosneb ainult
lülititest ning ei sisalda energiasalvesteid (välja arvatud vajalikul lekkeinduktiivsused
kaitseahelad jne), siis selle sisend-ja väljundvõimsused on võrdsed. Sellest olenemata esineb
loomuliku kommutatsiooniga vahelditel toitepoolel türistoride tüürnurga juhtimisest tekitatud
reaktiivvõimsus.
38

Maatriks-sagedusmuundurid. Kahesuunaliste ja kahepolaarsete pooljuhtlülitite baasil
ehitatud muundureid nimetatakse maatriksmuunduriteks. Nagu tsüklokonverterid tagavad need
elektrienergia suunatud liikumise n-faasilise toitevõrgu ja m-faasilise tarbija vahel. Need
muundurid on teistest muunduri tüüpidest palju kompaktsemad ja kergemad.
Maatriksmuundurid võimaldavad laiemat väljundsageduste ja pingete piirkonda, kõrgemaid
töötemperatuure ja loomulikku mõlemasuunalist energiavoogu, mis lubab tagastada
elektrienergiat toitevõrku.


Us


Us k
a. b.


c.


M


d.
Joonis 1.22
39

Maatriksmuundurite lülitused jagatakse samuti kaheks: otsesteks muunduriteks ja kaudseteks
muunduriteks. Viimaseid tuntakse kui topeltsild- või kaheastmelisi maatriksmuundureid.
Kolmefaasilise sisendiga ja kolmefaasilise väljundiga vahetu maatriks-sagedusmuunduri
üldistatud skeem on näidatud joonisel 1.22, a. Selle jõusektsioonid koosnevad peamiselt
kahesuunalistest ning kahepolaarsetest pooljuhtlülititest, mis paiknevad iga sisend-ja
väljundfaasi vahel. Sellise ristpaigutuse korral ühendatakse koormuse klemmid toiteklemmidega
vaheldumisi. Maksimaalset sagedust piirab siin vaid pooljuhtide lülitusvõime. Kuid faasinihked
sisendpinge ja voolu vahel peavad olema juhitavad, kuid ei saa olla sama suured kui väljundis.
Täiendavalt võib mainida, et pinge kuju ja sagedus on teineteisest sõltumatud. Kommutatsiooni
strateegiad nõuavad, et need lülitid peavad olema võimelised sulguma ainult ühe voolu suuna
puhul ning kindlal ajavahemikul, kuni blokeerimisvõime säilib vastassuunalise voolu korral.
Maatriksmuunduri lülitid peavad olema kahesuunalised, st need peavad blokeerima mõlema
polaarsusega pinget ja juhtima voolu mõlemas suunas. Selline lülitusstrateegia võimaldab
saada parima kvaliteediga väljundpinget, sest samal ajal väheneb toiteliinis reaktiivvool, kuna
vool läbib vaid toitepinge perioodi keskmist osa. Tavaliselt koostatakse maatriksmuunduri
kahesuunalised ja kahepolaarsed lülitid kahe pooljuhtlüliti ühendamise teel. Antud lülitused
võimaldavad erinevaid voolu suundi sõltumatult juhtida. Lülitite sellise ühenduse korral on
energiavoog läbi muunduri reverseeritav. Energiasalvestite puudumise tõttu on sisend- ja
väljundhetkvõimsused võrdsed, mis eeldab ideaalseid jõulüliteid. Seni kuni muundur formeerib
väljundpinget vahetult mitmefaasilisest toitepingest, lähevad sisendpinge osad väljundpingesse
kindlatel ajahetkedel. Selliselt formeeritud nõutava sagedusega, faaside arvuga,
faasinihkenurgaga, amplituudiga jne väljundpinge on laias ulatuses muudetav.
Kirjeldatud maatriksmuundur on lihtsa ehitusega ja väga hea juhitavusega, kuid
kommutatsiooniprobleemid ja keerukas juhtimissüsteem takistavad selle laiemat levikut
tööstuses. Teoreetiliselt peab pooljuhtide lülitusjärjekord maatriksmuunduris olema üheaegne ja
hetkeline, kuid kahjuks pole see praktikas realiseeritav tänu IGBT-transistoride tunnusjoontele,
Antud probleem on iseloomulik induktiivkoormuse (nt mootorid) korral ning seega võivad
lülitamise tulemusel tekkivad liigpinged ja voolud pooljuhtlülitid rikkuda.
Need vaheldid vajavad sisendi ühendamiseks väljundiga suurt hulka kahesuunalisi
pooljuhtlüliteid. Kui eriti kiiretoimelisi pooljuhtlüliteid pole võimalik hankida, siis saab need
realiseerida lülitite kombineerimisega. Kahe IGBT-transistori vastulülitus on näidatud joonisel
1.22, a, mis võimaldab mõlemasuunalise voolu sõltumatut juhtimist ning lubab kasutada
standardseid pooljuhtseadiseid laias pingete ja voolude vahemikus. Kuna praktikas on need
lülitid teostatud mitme ühesuunalise lüliti kombineerimisega, siis on muunduri koostamisel
nõutav suur hulk pooljuhtseadiseid (dioode ja transistore). Kõikide nende seadmete
omavaheline ühendamine on keerukas ülesanne, kuna jõuahela poolt tekitatud suurte liigvoolu-
ja liigpingeimpulsside vältimiseks peab olema palju erinevaid juhtsignaale. Alternatiiviks
ränidioodidele vooluahelas võivad siin olla vastublokeertransistorid. Kuid ikkagi on vajalikud
täiendavad juhtimisahelad, kuna kaks emitterit pole ühendatud sama potentsiaaliga.
Mahtuvuslikud filtrid kõrvaldavad toitevoolust kõrge sagedusega harmoonilisi voolukomponente
ning alati on piiratud sisend-ja väljundpingete ning voolude väärtused. Nende muundurite
väljatöötamisel on teretulnud kõik eelnimetatud probleemide lahendamise viisid. Seetõttu on
paljude tootjate poolt välja arendatud mitmeid erinevaid ohutu kommutatsiooni strateegiaid ja
koostatud lülitusi, nagu näitab joonis 1.22, b.
40

Mõnikord kasutatakse vastulülitatud türistore. Transistori ümbritsemine sildalaldiga lihtsustab
juhtimist ning vähendab maksumust. Kuid ikkagi osutub vajalikuks kiiretoimeline vooluandur,
kuna see ahel ei võimalda lülititel loomulikul viisil avaneda. Kõrgete sageduste korral tuleb
kasutada kiireid IGBT-transistore ja vabavooludioode. Käesolevad lülitused võimaldavad
sõltumatult juhtida mõlemasuunalist voolu. Ühiskollektoriga lülituses maatriksmuunduril on
vajalik sisendi ja väljundi ühine toiteallikas, kuid nõutavaks osutuvad IGBT-transistoride
eraldatud juhtimissüsteemid. Ühisemitteriga lülituse korral kasutavad juhtimissüsteemid
galvaaniliselt eraldatud toiteallikat ning piisavaks osutub üks juhtimissüsteem kahe IGBT-
transistori kohta, kui pole nõutud voolu suuna sõltumatut juhtimist.
Teiseks lähenemiseks on näiteks uusimate pooljuhtseadiste kasutamine, nt vastublokeerivaid
IGBT-transistore. Nende tunnusjooned on sarnased tavaliste IGBT-transistoride omadega, kuid
need sulguvad rakendatud vastupinge korral. Kahe sellise lüliti vasturööpühendus, nagu on
näidatud joonisel 1.22 c, talitleb kahesuunalise ja kahepolaarse lülitina. Mõlemasuunaline vool
on siin sõltumatult juhitav. Antud maatriksmuunduris osutub vajalikuks ainult üks
juhtimissüsteem iga vastublokeeriva IGBT-transistori kohta ning üks juhtimissüsteem kõigi
seadmete toiteallikate tarbeks, mis on ühendatud emitteri sama sisendi või väljundiga.
Erinevalt sama funktsiooniga vahetutest maatriksmuunduritest (joonis 1.22, d) kasutatakse neis
eraldatud sisendit ja väljundit ühendatuna alalisvoolulüliga ilma energiasalvestiteta. Selline
lülitus sisaldab neljakvadrandilist vaheldit vooluallikana ja pingevaheldit. Sisendsektsioon
koosneb kahesuunalistest ja kahepolaarsetest lülititest ning väljundis on tavalise vooluvaheldina
tuntud sildlülitus. Kolmefaasilises süsteemis töötamisel nimipingel on muunduris tavaliselt kolm
kahe IGBT-transistoriga faasi õlga koos vastulülitatud vabavooludioodidega igas õlas.
Kommutatsioon tagatakse sisendsektsiooni lülitite seisundi muutmisega samal ajal, kui
väljundsektsioon on vabavoolutalitluses. Seega peab sisendsektsiooni lülitite lülitamine
toimuma nullvoolu korral, mis tagab ohutu kommutatsiooni ja minimaalsed lülituskaod.
Sisselülitamisel ei vaja kahesuunalised ja kahepolaarsed lülitid mõlema voolu suuna sõltumatut
juhtimist. Kommutatsiooni algoritm on siin märkimisväärselt lihtsam ning töökindlus suurem,
võrreldes tavaliste vahetute maatriksmuunduritega.
Alalisvoolu vahelüliga sagedusmuundurid. Alalisvoolu vahelüliga sagedusmuundur
on tänapäeval kõige laialdasemalt kasutatav sagedusmuunduri tüüp. Antud muundureid
kasutatakse kõigis tööstusharudes, nii ühe-kui mitmemootorilistes elektriajamites nende
koormusest sõltumatu stabiilsuse, teenindusvaba talitluse ja kõrge kasuteguri tõttu. Tänu
alalisvoolu vahelülis salvestatud pingele töötavad muundurid stabiilselt ülekoormusel ja
tühijooksul ning võivad seiskuda olenevalt koormusest ilma täiendava käsusignaalita. Tavaliselt
töötavad need ühes, kahes ja neljas kvadrandis, kui lisatakse vajalikud lisaseadmed. Reeglina
ületab selliste muundurite väljundpinge väärtus sisendpinge väärtuse ning kasvab võrdeliselt
väljundsagedusega. Väljundsageduste vahemikud on tavaliselt 0,1...10 Hz ja 120...400 Hz.
Joonisel 1.23 on toodud mittetüüritava alaldiga alalisvoolu vahelüliga sagedusmuunduri
jõuahela skeem. Dioodidega VD1...VD6 alaldi muundab kolmefaasilise või ühefaasilise
vahelduv-sisendpinge sellega võrdeliseks alalispingeks. Sagedusmuunduris kasutatakse
vaheldis IGBT-transistore või väljatransistore ning vabavooludioode.
Tavaliselt ühendatakse alaldussild võrgupingele läbi drosselite või trafode, et kaitsta
võrgupinget muundurist tulevate mittelineaarsete moonutuste eest. Sisendalaldi ja
transistorvaheldi vahele on ühendatud reaktor (drossel) L, mis on ette nähtud muunduri kaitseks
ja talitlusviisi optimeerimiseks. Tänu siludrosselile on alaldi väljundpinge madala pulsatsiooniga,
41

L

VD1 VD2 VD3 VD7 VT1 VT2 VT3
VT7
C
M

R
VD4 VD5 VD6 VT4 VT5 VT6

Joonis 1.23
mis samuti vähendab liigpingeimpulsse ja rikkevoolu. Mõnikord sillatakse drossel
vabavooludioodiga VD7, et vähendada tagasimõju avatud lülitite puhul.
Suure mahtuvusega elektrolüütkondensaator C kaitseb alalisvoolulüli liigpingete eest.
Kondensaator "tugevdab" alalisvoolulüli pinget, moodustades kiirelt muutuva vooluga haru.
Mõningates lülitustes on alalisvoolulüli sillatud täiendava RC ahelaga, mis takistab kõrgemate
harmooniliste pääsu pingesse. Kui muundur sisse lülitada, siis kondensaator laadub
vähendades sellega käivitusvoolu. Kondensaator võimaldab alalisvoolul, konstantse
koormuspinge puhul, vaheldi kommutatsiooni kestel ajutiselt kasvada või kahaneda.
Vaheldi lülitid VT1...VT6 toidavad vahelduvvoolumootorit nõutava pingega vahelduvvooluga.
Transistorvaheldi juhtimisega võimaldavad kahesuunaline vool ja pinge kahekvadrandilist
talitlust, kus vastassuunaline energiavoog saadakse transistoride juhtimise abil.
Elektrilise pidurduse tagamiseks neljakvadrandilises talitluses hajutab vaheldi vabaneva
soojusenergia alalisvoolulülis. Sel ajal, kui lülitid on avatud, moodustavad tagasiside dioodid
induktiivvoolu juhtimiseks alternatiivse vooluahela. Dioodid suunavad regeneratiivse võimsuse
alalisvoolu vahelülisse, mis tõstab lüli pinge kõrgemaks nimiväärtusest ning selle energia
hajutamine võib põhjustada alalisvoolu vahelüli pinge ohtlikku kasvu.
Tavaliselt kasutatakse pinge liigse kõrgenemise vältimiseksm, st pidurdusenergia hajutamiseks
koos energiasalvestitega veel spetsiaalset pidurdustransistori VT7 ning kondensaatoriga C
rööpselt lülitatud pidurdustakistit R. Harilikult avaneb pidurdustransistor automaatselt, kui
alalisvoolu vahelüli pinge ületab teatud väärtuse. Sõltuvalt juhtimissüsteemi riistvarast tuleb
täiendavalt alaldi, pidurdustransistori või vaheldi ja mootori vahel kasutada vooluandureid. Need
mõjutavad transistoride juhtimist sõltuvalt talitluse voolust ning tagavad ohutuse.
Tulenevalt sisendalaldist on antud lülitusel mõningad puudused:
· vahelduv-toitevool on mittesiinuseline ning seetõttu võib häirida teiste tarvitite
normaalset talitlust
· voolu harmoonilised moonutused põhjustavad pinge moonutuse, mis võib
häirida samasse võrku lülitatud muude tarvitite tööd
· antud lülitus ei saa töötada mootori sagedaste käivituste, pidurduste ja voolu
suuna muutuste korral.
42

L
VT1 VT2 VT3 VT7 VT8 VT9


C
M


VT4 VT5 VT6 VT10 VT11 VT12
Joonis 1.24
Eelnimetatud probleemide lahenduseks võib olla transistoralaldi (aktiivalaldi) kasutamine.
Sõltuvalt transistoride lülitusjärjekorrast võib selline sagedusmuundur (joonis 1.24) energiat üle
kanda mõlemas suunas. Alaldi skeem on sarnane sõltumatu vaheldi skeemiga, kuid talitleb
nagu võrguga sünkroniseeritud muundur. Mootori talitluses, kui koormus saab elektrienergiat
võrgust juhib transistoralaldi voolu läbi dioodide, aga vahelditalitluses läbi transistoride.
Pidurdustalitluses läheb vaheldi üle alalditalitlusse, juhtides voolu läbi dioodide, aga alaldi läheb
üle vaheldi talitlusse, juhtides voolu läbi transistoride. Selle lülituse eeliseks on paindlik
mõlemasuunaline energia ülekanne koormusesse ning koormusest tagasi toitevõrku. Lihtne
energia tagastus toitevõrku saadakse sümmeetrilise ahelaga, võimsusteguri juhtimisega
positiivses ja negatiivses piirkonnas ning laia sagedusvahemikuga all- ja ülalpool
võrgusagedust. Normaalseks talitluseks on toiteahelas vajalik minimaalne induktiivsus
hoidmaks ära avariiolukordi kommutatsioonil. Liinireaktorid (drosselid) osutuvad vajalikeks juhul,
kui võrk on madala häirekindluse ja näivtakistusega.
Kokkuvõtteks. Seadmeid, mis muundavad kindla sagedusega toitepinge teise
sagedusega väljundpingeks, tuntakse sagedusmuunduritena. Tsüklokonverter on populaarseim
muundur (regulaator), mis muundab kindla sagedusega toitepinge vahetult teise sagedusega
väljundpingeks pooljuhtseadiste loomuliku kommutatsiooni abil. Tsüklokonvertereid kasutatakse
suure võimsusega rakendustes, nagu näiteks madalakiiruselised masinad (veskid, tõstukid,
ekskavaatorid ja laevakruvid) võrgupinge sageduse vähendamiseks. Need ei salvesta
elektrienergiat vahelülides. Tänu vahetule muundamisele on tsüklokonverterite kasutegur väga
kõrge. Peamiselt kasutatavate vahetute sagedusmuundurite - tsüklokonverterite põhilisteks
puudusteks on madal väljundpinge sagedus, mis ei saa olla kõrgem kui 0,4 toitepinge sagedust,
ning madal võimsustegur.
Energiasalvestite puudumise tõttu sisendi ja väljundi vahel on maatriks-sagedusmuunduritel
kõrgeim kasutegur. Maatriksmuundurist toidetav elektriajam on parem võrreldes teistest
vahelditest toidetavaga, kuna siin puuduvad lühikese tööeaga massiivsed induktiivsused
(drosselid, reaktorid), võimalikud on mõlemasuunaline energiavoog, siinuselised sisend-ja
väljundvoolud ning reguleeritav võimsustegur. Lisaks sellele soovitatakse maatriksmuundurit
kasutada kõrgetemperatuurilistes ja kriitilise võimsuse/kaalu suhtega rakendustes pooljuhtlülitite
suure integratsiooniastme ja kõrge töökindluse tõttu. Pidurdustakistid pole antud muunduris
vajalikud, kuna pidurdusel tekkiva energiavoo saab suunata tagasi toitevõrku. Kuid siiski,
43

võrreldes traditsiooniliste muunduritega, pole maatriksmuundurid leidnud laialdast kasutamist
elektriajamite toiteallikatena lülitite suhteliselt komplitseeritud teostuse ja keeruka
juhtimissüsteemi tõttu. Muunduri mittelineaarsused koos anduri hälvetega võivad ebasoodsalt
mõjuda koormusele rakendatud pinge mõõtmisele. Tänini piiravad antud muundurite kasutamist
madal pingete ülekandesuhe ja suure arvu pooljuhtseadiste vajadus.
Tänapäeval kasutatakse kõige laialdasemalt alalisvoolu vahelüliga vahelduvvoolumuundureid.
Nende muundurite võimsused algavad vattidest ning jõuavad megavattideni. Parimaks
mooduseks on energia mõlemasuunaline ülekanne sõltuvalt lülituse struktuurist ja
pooljuhtseadiste lülitusjärjekorrast. Sellele vaatamata võib nende muundurite moonutatud
sisendpinge häirida teiste samasse toitevõrku lülitatud elektritarvitite normaalset talitlust.
Muundusahelatevaheliste elektrolüütkondensaatorite tõttu on muundurid kogukad ning nende
kasutegurit piiravad võimsuskaod jadamisi ühendatud pooljuhtseadistes.


VT L

+
VD C Ud k
Ud s M
I
Ud k
­
VD1 a.
Ud

VT1 L Id k

+
VD2
C
Ud s VT2 M
Ud k
­
b.

+
VT1 VD1 VT2 VD2
Ud k
Ud s M
VT3 VD3 VT4 VD4

­
c.
Joonis 1.25
44

Olenemata sellest, kas vahelduvvoolumootorit toidetakse alalisvoolu vahelüliga muundurist või
vahetust muundurist, on nende väljundpinge ikkagi mittesiinuseline. Eelnimetatud asjaolu on
kõikide vahelduvvoolumuundurite peamiseks puuduseks.
1.4. Alalisvoolumuundurid ­ pulsilaiusmuundurid
Pulsilaiusmuundurid. Lülitavaid alalisvoolumuundureid nimetatakse
pulsilaiusmuunduriteks. Reeglina muudavad ja stabiliseerivad need alalis-väljundpinget.
Põhilised lülitused on pinget madaldavad (forward or buckconverters)-ja pinget tõstvad (flyback
or boost converters) pulsilaiusmuundurid. Mõlemad võimaldavad ühekvadrandilist
kahekvadrandilist ja neljakvadrandilist talitlust nii tagasisidega kui ilma, ja väljundi galvaanilist
lahutust. Tagasisidestatud muundureid tuntakse regulaatoritena. Pulsilaiusmuundur koosneb
lülitusahelast ja filtrisektsioonist. Pinge tõstmiseks või alandamiseks võib lülitusahela ja
filtrisektsiooni vahel olla ka trafo.
Pinget madaldav pulsilaiusmuundur. Pinget madaldavas muunduris paikneb jõulüliti
VT vahetult sisendtoiteallika Ud s ja filtrisektsiooni vahel (joonis 1.25, a). Väljalülitatud (avatud)
oleku kestel tekitab lüliti koormusel täiendava võimsuskao. Vabavooludiood VD,
jadainduktiivsus (drossel) L ja kondensaator C moodustavad energiasalvesti, mille ülesandeks
on vähendada võimsuskadu koormusel lüliti avatud oleku vältel.
Pinge rakendatakse koormusele muutuva lülitussagedusega. Pinget madaldava muunduri lüliti
seisundi, silutud koormusvoolu Id k ja koormuse pinge Ud k diagrammid on näidatud joonisel
1.26, a. Muunduri talitlus katkeb töötsükli kahes faasis, nt siis kui lüliti on suletud (tsees). Selle
faasi kestel suundub vool sisendtoiteallikast läbi koormuse kondensaatorisse ning diood on
vastupingestatud. Drosseli vool kasvab kooskõlas järgmise seaduspärasusega
dI U d s - U dk
=
dt L
ning lüliti avaneb (tvälj) ja vool läbib ikka veel drosseli. Nüüd hakkab diood juhtima (avaneb) ja
koormusvool läbib dioodi (vabavoolutalitlus) ning seega moodustab koos koormusega suletud
kontuuri. Drosseli vool kahaneb vastavalt avaldisele
dI U
= - dk .
dt L
Järgnevalt sulgub lüliti uuesti ning tsükkel kordub. Selle ahela lülitusperiood on
Tc = tsees + tvälj
ja lülitussagedus
1
fc = .
Tc
Ideaalne suhteline lülituskestus (duty ratio) on
t sees
q=
Tc
Väljundpinge efektiiv-ja keskväärtus on
45

VT Ud k

Id k
1
Ud k
1 q
tsees tvälj
a. b.
Joonis 1.26
Ud k = qUd s
U rms k = qU d s
Juhtimistunnusjoonelt (joonis 1.26, b) on näha, et muunduri väljundpinge ja suhteline
lülituskestus kasvavad lineaarselt. Praktilises rakenduses sõltub juhtimistunnusjoone tõusunurk
voolust, st mida suurem on vool, seda väiksem on tunnusjoone tõusunurk, nagu näitab
punktjoon joonisel 1.26, b.
Selline lülitus toidab koormust ühesuunalise vooluga, võimaldades sellega ainult
ühekvadrandilist talitlust. Vool võib olla pidev või katkev (punktjooned joonisel 1.26, a).
Katkevvoolutalitluses muutub pinge järgmiselt:
2U d s
Ud k = ,
4k
1+ 1+ 2
q


VD2 L

+
Ud k
Ud s VD C M

­ VT1


VD1

Joonis 1.27
46

VD1
VD3 L

+
VT1 Ud k
Ud s CF VD C M
VD2
­

VT2
Joonis 1.28
2L
kus k = ja R mootori mähiste aktiivtakistus.
Tc R
Pinget tõstev pulsilaiusmuundur. Pinget tõstev muundur on tagasisidestatud pinget
madaldav muundur. Pingetagasiside, mis on näidatud punktjoonega joonisel 1.25, a, juhib
suhtelist lülituskestust nii, et väljundpinge oleks soovitud väärtusega. Anduri ahel avastab
väljundpinge muutuse ning reguleerib pooljuhtlülitite juhtimissüsteemi talitlust.
Koormustakistuse vähenemisest põhjustatud koormuse kasvamisel või pöördemomendi
suurenemisel mootori võllil muundur tavaliselt vähendab toitepinget. Muunduri väljundpinget
mõõdetakse pingeanduriga, nagu näitab joonis 1.25 ja kasutades komparaatorit, võrreldakse
seda pinge seadeväärtusega. Komparaatori väljund kujutab endast pulsilaiusmuunduri
väljundpinge lülituseeskirja.
Mitmekvadrandilised pinget madaldavad pulsilaiusmuundurid. Lülitus, mis tagab
kahekvadrandilise talitluse, on näidatud joonisel 1.25, b. Töötsükli esimese faasi vältel talitleb
muundur põhimuundurina juhtides voolu transistoriga VT1. Vool läbib koormust, kui transistor
VT1 on avatud. Järgneva faasi kestel transistor VT1 ei osale lülituse töös. Kuni transistor VT1
sulgub, hajutatakse reaktiivenergiat läbi vabavooludioodi VD2 ja siis transistoril VT2. Transistor
VT2 reguleerib voolu, mis kasvab negatiivselt ja mida piirab koormuse induktiivsus. Kui
transistor VT2 sulgub, on ainsaks voolu juhtivaks haruks ahel läbi dioodi VD1 tagasi toitevõrku
ning seega on lülitus regeneratiivne.
Kahekvadrandilised pulsilaiusmuundurid töötavad alati pidevvoolutalitluses, sest lülitid
võimaldavad juhtida voolu mõlemas suunas.
Joonisel 1.25, c on näidatud pinget madaldava sildlülituses neljakvadrandilise
pulsilaiusmuunduri (filtrisektsiooni pole näidatud) jõuahela skeem. Skeem on sama kui
ühefaasiline sildlülituses vaheldi ning seega sõltub väljundpinge väärtus ainult juhtimisviisist.
Ideaalolukorras on väljundpinge keskväärtused siin järgmised:
Ud k = (2q ­ 1)Ud s.
Täissildmuunduri üheks variatsiooniks on poolsildmuundur, kus transistoride paari asemel
kasutatakse alalisvoolu keskväljavõttega sisendis kahte kondensaatorit. Mõnikord kasutatakse
sellist lülitust veidi väikesematel võimsustel võrreldes täissildmuunduriga.
Eraldustrafoga pinget madaldav pulsilaiusmuundur. Lüliti ja filtrisektsioonide vahel
võib olla kolme mähisega trafo, mida kasutatakse pinge tõstmiseks või madaldamiseks, nagu
47

on näidatud joonisel 1.27. Trafoga tagatud galvaaniline eraldus on nõutav lülititalitluses
töötavate alalispinge toiteallikate korral kolmel põhjusel: madala pingega alalispingeväljundi
eraldamiseks võrgutoitest vältimaks elektrilöögi ohtu, erinevate seadepotentsiaalide saamiseks
ja pingete sobitamiseks, et ära hoida suuri pinge-ja voolumuutusi pooljuhtseadistes. Iga
lülitustsükli vältel demagnetiseerib trafo südamikku dioodidega VD1 ja VD2 jadamisi ühendatud
kolmas mähis.
Eraldustrafoga pulsilaiusmuunduri talitlustsükkel koosneb kahest etapist: talitlusetapist ja
jõudeetapist (tühijooksust). Esimesel etapil on lüliti suletud ning primaarvool läbib lülitit,
VD1
+
VT1 VD1 VT2 VD2
Ud k Ud k
Ud s M
VT3 VD3 VT4 VD4

­ VD2
a.


+
U2 Ud k
Ud s M

­


b.


Ud k
+
M
Ud s
­

c.
Joonis 1.29
48

L VD

+ Ud k
C
Ud s VT M
Id k
­ Ud k

a.
VD1

+

Ud s CC M
Ud k
­ VT


b.
Joonis 1.30
indutseerides voolu trafo sekundaarmähises. Sekundaarvool laeb kondensaatorit. Teisel etapil,
kus lüliti on avatud, jääb dioodile vastupinge tänu trafo endainduktsioonile. Seetõttu tekkib
koormusvool ainult siis, kui kondensaator tühjeneb.
Kuna lüliti avaneb siis pole võimalik trafol kogu energiat hajutada ning mähistes võib tekkida
liigpinge, mille vältimiseks kasutatakse tavaliselt lisamähist koos dioodiga. Trafo suur mass on
antud lülituse peamiseks puuduseks. Koormusesse antavat energia hulka juhitakse
pooljuhtlülitite suhtelise lülituskestuse muutmisega. Suhteline lülituskestus võib alati muutuda
nullist üheni ning tavaliselt langeb 0,05 ja 0,50-ni, sest magneetimise ja demagneetimise
kestused on piiratud. Väikeste koormuste korral
Ud k = qUd s.
Kahe lülitiga ja eraldustrafoga pinget madaldav pulsilaiusmuundur. Ühe lülitiga
pinget madaldavaid pulsilaiusmuundureid kasutatakse koormuste võimsustel mõned sajad
vatid. Seevastu kahe lülitiga muundurid ei vaja eraldatud demagneetimismähist ning neid
kasutatakse koormuste võimsustel kilovatt ja rohkem. Joonisel 1.28 on näidatud sellise
muunduri jõuahela skeem, kus mõlemat transistori avatakse ja suletakse üheaegselt. Antud
kahe lülitiga ja eraldustrafoga pinget madaldavat pulsilaiusmuundurit tuntakse kui diagonaal-
poolsildmuundurit, kahepoolset muundurit või asümmeetrilist poolsildmuundurit. Selles
seadmes on sobiv kasutada MOSFET-transistore, kuna energiatagastusdioodid VD1 ja VD2
takistavad liigpinge tekkimist energiatagastustalitluses.
Eraldustrafo küllastuse tõttu ei saa suhteline lülitussagedus ületada väärtust 0,5. Esimese etapi
vältel, kui mõlemad lülitid on suletud saavad dioodid VD1 ja VD2 vastupinge ja väljunddrosseli
vool läbib dioodi VD3 sarnaselt ühe lülitiga pulsilaiusmuundurile. Teise etapi kestel, kui
49

mõlemad lülitid on avatud, läbib trafo südamikku demagneetiv vool kahte primaarahela dioodi
ning rakendab trafo mähisele pinge Ud s, põhjustades sellega demagneetimise. Rakendades
trafo mähisele pinge ­Ud s, vastupingestub diood VD3 ja väljunddrosseli vool läbib
vabavooludioodi VD.
Sildlülituses ja eraldustrafoga pulsilaiusmuundurid. Need muundurid kasutavad
keskväljavõttega trafo magnetahelat kahes kvadrandis. Joonisel 1.29, a on ilma
alaliskomponendita vahelduvpinge rakendatud trafo primaarmähisele. Selle pinge kuju on
sarnane plokkpingele (sümmeetrilised positiivsed ja negatiivsed pingeplokid), kuid koormusel on
alati alalispinge. Joonisel 1.29, b, näidatud keskväljavõttega muundur koosneb ainult kahest
transistorist, kuid vajalikud on kaks kondensaatorit (üks kondensaator kummalgi pool
keskväljavõtet). Sellist lülitust kasutatakse mõnikord veidi väiksematel võimsustel kui
täissildlülitust.
Kahetaktiline alalispinge muunduspõhimõte võimaldab ehitada kõrgema kasuteguriga lülitusi.
Kahefaasiline kahetaktiline muundur on näidatud joonisel 1.29, c. Lülitus koosneb
keskväljavõttega trafost ja keskväljavõttega alaldist. Esimese perioodi vältel on üks lüliti suletud
ja teine avatud. Sel juhul läbib vool ülemist dioodi ning laeb kondensaatorit. Teise perioodi
kestel muudavad lülitid oma seisundit. Vool läbib alumist dioodi ning laeb kondensaatorit uuesti
ja selliselt toidetakse koormust kummagi perioodi vältel.
Pinget tõstvad pulsilaiusmuundurid. Eelpool vaadeldud pinget madaldavate
pulsilaiusmuundurite väljundpinge on alati sisendpingest madalam. Kuid siiski on võimalik
muunduri konfiguratsiooni muutmisega saada kõrgemaid väljundpingeid. Pinget tõstev
energiatagastusega muundur (joonis 1.30, a) võimaldab saada sisendpingest kõrgemat
väljundpinget. Siin paikneb drossel L vahetult sisendtoiteallika Ud s ja lüliti VT vahel. Dioodi VD
on ühendatud sõlme, kuhu on ühendatud ka drossel ja lüliti, ning kondensaator C on lülitatud
koormusega rööbiti. Järelikult pinget tõstev muundur sarnaneb pinget madaldava muunduriga,
VT
1
Ur
Ud k 1
1
Id k
Ir
a.


2Ud s

q
0,5 qmax
b.
Joonis 1.31
50

mille sisend ja väljund asukohad on omavahel vahetatud. See tagab voolu regeneratsiooni ja
talitluse voolu-pinge tasandi teises kvadrandis.
Joonis 1.31, a näitab, et pinge tõstmise talitlus koosneb kahest etapist. Kui jõulüliti on suletud,
siis läbib vool drosselit ning energia salvestub selles. Järgnevalt lüliti avaneb. Kuna vool läbi
drosseli ei saa muuta suunda hetkeliselt ja peab seetõttu läbima dioodi ja koormust ning
drosseli pinge muudab suunda. See põhjustab dioodi päripingestumise ja drosselis salvestunud
energia ülemineku kondensaatorisse. Sel viisil laetakse drosselis salvestatud energiaga
kondensaatorit, mille pingega toidetakse koormust. Drosseli vool väheneb ning protsess kordub
seni, kuni drosseli energia on ammendatud. Kuna drosseli pinge tagastub sisendisse, siis
muutub pinge kondensaatoril sisendpingest kõrgemaks. Kui kondensaatori pinge jõuab soovitud
väärtuseni, sulgub lüliti uuesti. Kuna diood on vastupingestatud, ei saa kondensaator tühjeneda
läbi lüliti. Seetõttu saadakse stabiilne pinge, mis tavaliselt ületab sisendpinget Ud s kahekordselt.
Kasutades ideaalset suhtelist lülituskestust, kirjeldab sisend-ja väljundpingeid järgmine valem:
Ud s
Ud k = .
1- q
Muutes suhtelist lülituskestust q vahemikus 0 Ud s R = R1 + R2 + R3 + R4,
kus R1 on toiteallika sisetakistus, R2 drosseli aktiivtakistus, R3 lülitustransistori takistus (avatud
olekus) ja R4 dioodi päritakistus. Seetõttu
R
qmax = 1 - R
kus R on koormuse aktiivtakistus. Juhtimistunnusjoon joonisel on 1.31, b, mis näitab transistori
talitlust, kus koormuse pingele Ud k ja voolule Id k on omased pulsatsioonid Ur ja Ir.
Jällegi võib koormusvool olla pidev või katkev. Katkevvoolutalitluse korral
q2
Ud k = U d s 0,5 + 0,25 +
k

2L
kus k = .
RTc
Pinget tõstvaid pulsilaiusmuundureid soovitatakse kasutada võrguga sünkroniseeritud
ühefaasiliste alaldite väljundlülidena, et parandada nende võimsustegurit vastavuses
kaasaegsete elektromagnetilise ühildatavuse standarditega. Tänu sellistele lülidele muutuvad
alaldite sisendpinged ja voolud lähedaseks siinuselistele, väheneb faasinihkenurk ning
võimsustegur muutub lähedaseks ühele. Samal ajal võib aga väljundpinget muuta vastavale
rakendusele soovitud vahemikus.
Pinget tõstev pulsilaiusmuundur on negatiivse pingetagasisidega energiat tagastav muundur,
nagu näitab punktjoon joonisel 1.30, a. See võimaldab saada konstantset väljundpinget
sõltumata toitepinge ja koormuse muutumisest. Antud lülitust kasutatakse toiteallikates,
aktiivfiltrites ja reaktiivvõimsuse kompensaatorites. Tähtis on pinget tõstva muunduri võime
korrigeerida siirdeprotsesse, st vähendada liigpingeimpulsse ja pingelange tarvitite toitmisel.
51

VT VD
VT
+ 1
C
Ud s L M 1
Ud k
Ud k Id k 1
­
a. b.
Ud k
L1 C1 L2
+
VD C2
Ud s Ud s VT M
q Ud k
­
0,5 qmax
c. d.
Joonis 1.32
Eraldustrafoga muunduris, mis on näidatud joonisel 1.30, b, kasvab esimesel etapil primaarvool
kuna lüliti on suletud ning primaarmähis salvestab energiat. Niipea kui lüliti avaneb, muutub
endainduktsiooni tõttu mähiste polaarsus. Diood päripingestub, sekundaarvool laeb
kondensaatorit ja primaarvool kahaneb ning selle tõttu puuduvad siin kõrged liigpinged.
Koormusvool võib olla pidev või katkev, kuid toitevool on alati pidev.
Pinget madaldavad-tõstvad pulsilaiusmuundurid. Pulsilaiusmuundur, mis annab
toitepingest madalamat või kõrgemat pinget (buck-boost converter), on toodud joonisel 1.32, a.
Nagu pinget madaldavas muunduris paikneb jõulüliti VT vahetult sisendtoiteallika Ud s ja
filtrisektsiooni vahel. Diood VD, jadadrossel L ja sildav kondensaator C moodustavad energiat
salvestava ahela. Suletud lüliti puhul on drossel ühendatud toitepingele ja selle vool kasvab. Sel
ajal, kui lüliti on avatud, muudab drosseli vool polaarsust ja kahaneb, läbides koormust ja
dioodi.
Joonisel 1.32, b on näidatud väljundpinge ja voolu diagrammid, selles muunduris
q
Ud k = Ud s .
1- q
Suhtelise lülituskestuse q muutmisel vahemikus 0 muutuda vahemikus 0 parasiittakistusega R (joonis 1.32, c)
q .
U d k = U d sup
(1 - q ) 1 - q 2 + R
R
Vool võib olla nii pidev kui katkev. Viimasel juhul
52

q
Ud k = Ud s ,
k
2L
kus k = .
RTc
Pinget madaldavad-tõstvad regulaatorid on negatiivse pingetagasisidega pinget madaldavad-
tõstvad pulsilaiusmuundurid, mille talitlus on lähedalt seotud nii pinget madaldavate kui pinget
tõstvate regulaatoritega.
Joonisel 1.32, d on näidatud Cuk muundur (nimetatud leiutaja Slobodan Cuk-i järgi). Sarnaselt
tavalisele pinget madaldavale-tõstvale muundurile annab Cuk muundur sisendi ühisklemmi
suhtes negatiivset väljundpinget. Siin töötab kondensaator C1 primaarelemendina energia


VD2
L
VT2
+
VD1 VT1 C
Ud s M
Ud k
­
a.
L VT2 VD2 VD
+
Ud s C1 C2 VT1 VD1 C
M
Ud k
­
b.

VT1 VD1
VT1 1
VT2 +
1 L C1 C
Ud s M
Ud k 1
C2
IVT2
1 ­
IVT1 1
VT2 VD2
c. d.
Joonis 1.33
53

salvestamisel ja ülekandmisel sisendist väljundisse. Püsitalitluse korral on drosseli pinge võrdne
nulliga. Seetõttu
UC1 > Ud s ,
UC1 > Ud k .
Kui lüliti on avatud, läbib vool dioodi VD ning vool IL1 kasvab, sest UC1 > Ud s. Drosselis L2
salvestunud energia toidab koormust ja samuti kahaneb ka IL2. Kui lüliti on suletud,
vastupingestab UC1 dioodi. Voolud IL1 ja IL2 läbivad lülitit VT. Kondensaator C1 tühjeneb läbi lüliti
ning vool IL2 kasvab. Sisendvõimsus toidab drosselit L1, põhjustades IL1 kasvamise. Muunduri
sisend-ja väljundvõimsus vastavad avaldisele
q
Ud k = Ud s ,
1- q
mis näitab sama talitluspõhimõtet kui pinget madaldaval ja pinget tõstval muunduril. Üheks Cuk
muunduri eeliseks on asjaolu, et saadakse pidev väljundvool ilma täiendavaid filtreid
kasutamata. Muunduri pideva väljundvoolu tõttu väheneb kasutatava kondensaatori nõutav
mahtuvus.
Sujuvlülitusega pulsilaiusmuundurid. Eelpool vaadeldud raske lülitusega muundurites
tekivad regulaarselt võimsuskaod lülitusel (lülituskaod), seadiste elektrilised ja mehaanilised
ülekoormused, soojuslikud ülekoormused ning elektromagnetilistest häiretest põhjustatud
liigpinge-ja vooluimpulsid. Alalisvoolumuundurite mõõtmete vähendamiseks ja kasuteguri
tõstmiseks osutub vajalikuks kasutada nii kõrgeid lülitussageduse kui võimalik (alates 2 kHz
suure võimsusega rakendustes kuni 200 kHz ja rohkem väikese võimsusega rakendustes).
Seda võimaldab kiiretoimeliste MOSFET-transistoride kasutamine. Kui selgus, et kõrged
lülitussagedused ei avalda muundurile negatiivset mõju, võeti kasutusele sujuvlülitus.
Toestamaks lülitust nullpingel (ZVS), tuleb pinget madaldava pulsilaiusmuunduri lülitus
modifitseerida, nagu näitab joonis 1.33, a (lisada väikese mahtuvusega välised
kondensaatorid). Induktiivsuse väärtus tuleb seetõttu valida palju väiksem kui pinget
madaldavate muundurite puhul ning selliselt, et drosseli vool oleks kõrge pulsatsiooniga, mis
võimaldab transistoride ümberlülitamist nullpingel.
Näitena uuest tehnoloogiast on joonisel 1.33, b toodud summutusahelaga nullpinge ja
nullvoolulülitiga pinget madaldava pulsilaiusmuunduri (SAZZ) elektriline skeem. See lülitus
realiseerib soovitud võimalused nullvoolu sisselülitamisel ja nullpinge väljalülitamisel. Joonisel
1.33, c on näidatud SAZZ-tüüpi muunduri pinge ja voolu diagrammid. Esiteks tühjeneb
summutuskondensaator C2 läbi abilüliti VT2, tekitades lüliti VT2 resonants-vastuvoolu abil
nullpinge ja nullvoolu põhilülitil VT1. Kui lüliti VT1 avaneb, hakkab vool läbi lüliti VT1 kasvama
nullist, kuna kondensaator C2 laadub.
Sujuvlülitusega pinget tõstev pulsilaiusmuundur on toodud joonisel 1.33, d, millel pealülititeks on
transistorid VT1 ja VT2. Dioodid VD1 ja VD2 tõkestavad vastuvoolu mootorist toitevõrku.
Väikese mahtuvusega kondensaatorid C1 ja C2 kindlustavad resonantsi drosselis L.
Koormuspinge silutakse suure mahtuvusega kondensaatoriga C. Vastavalt juhtsignaalile
sulguvad ja avanevad lülitid VT1 ja VT2 vaheldumisi. Kui üks lüliti on suletud, siis teine on
avatud. Järelikult läbib resonantsvool suletud lülitit (näiteks VT1-e), seejärel drosselit,
kondensaatorit C1 ja suundub tagasi läbi dioodi VD1. Algul on kondensaatori C2 pinge madal,
järelikult kasvab induktoris resonantsvool. Teisest küljest, tänu eelmisele töötsüklile laadus
54

kondensaator C1 kõrgele pingele ning tühjeneb nüüd pärisuunas läbi mootori. Sel viisil
saadaksegi väljundis kõrgendatud pinge. Kondensaatorite C1 ja C2 kommuteerimisega võib
väljundpinge sisendpinget ületada ligikaudu kaks korda.
Kuna lülitamine toimub nullvoolul, on lülituskaod väikesed. Järelikult on sujuvlülitusega
pulsilaiusmuunduril märkimisväärseks eeliseks kogu lülituse (seadme) kasuteguri tõstmine.
Kuna lülitid talitlevad vahelduvalt resonantsi tõttu, siis võib märkida, et kõrgeks osutub
reaktiivkomponentide kasutamise efektiivsus.
Kokkuvõtteks. Ühte alalispingemuunduri varianti tuntakse kui pulsilaiusmuundurit, kus
lülitusahelad talitlevad harilikult sagedustel 2...200 kHz. Pinget madaldavate
pulsilaiusmuundurite põhitunnused: väga kiired pingete ja voolude kasvamised ning
kahanemised siirdetalitluste vältel, mis põhjustavad suuri dünaamilisi võimsuskadusid.
Tööstuslikes rakendustes on selliste lülituste võimsused piiratud viie kilovatiga, kuid veoajameid
valmistatakse võimsustega sadu kilovatte.
Alalisvoolumuundurid, mis annavad toitepingest kõrgemat väljundpinget, võivad salvestada
energiat sisendi reaktiivelemendis (drosselis) ja juhtida seda sõltumatult erinevatel ajavahemikel
väljundi reaktiivelementi (kondensaatorisse). Antud talitlust juhitakse suhtelise lülituskestuse
muutmisega avatud või tagasisidestatud lülitustes.
Kõige universaalsemad alalisvoolumuundurid tõstavad ja madaldavad koormuse pinget,
talitlevad ühes, kahes või neljas kvadrandis ning ei vaja täiendavaid filtreid ega võimsaid
drosseleid. Antud lülituste jaoks osutuvad vajalikuks kiiretoimelised pooljuhtseadised.
Vaatamata sellele on nendel muunduritel mõningad puudused. Selliste muundurite
rakendamine on tulutoov juhul kui, vajatakse nii pinget madaldavat kui ka pinget tõstvat talitlust,
aga teisest küljest saab kasutada pinget madaldavaid ja pinget tõstvaid muundureid ka eraldi.
55

2. Energeetilised süsteemid
"Each point of our life is a point of choice"
A. Daniel

Praktikas on tähtis elektriajami jõuahela võimsusvahemiku
ja elektriliste tunnusjoonte tundmine. Võimsusvahemikuks
loetakse ajami võimsuse maksimaalseid ja minimaalseid
piirväärtusi. Kõiki võimsusvahemikke tuleb arvesse võtta, mis
võimaldab valida seadme nimivõimsuse selliselt, et nõutavaid
piire kunagi ei ületataks. Tunnusjooned on jõuahelate kindla
talitluse korral määratud (või mõõdetud) suuruste vahelised
sõltuvused. Tunnusjoonte arv ja tüüp võib erinevatel tootjatel olla
vägagi erinev. Mõned tunnusjooned antakse ainult põhisuuruste
minimaal- ja maksimaalväärtustena, paljud aga graafilisel kujul.
2.1. Üldpõhimõtted
Elektriajamite liigitus. Reeglina algab ajami väljatöötamine nõudmise esitamisest, mis
sisaldab endas mootori, ülekandemehhanismi ja energiamuunduri tüübi väljaselgitamist ja kogu
süsteemi analüüsi, et saavutada kõrgeimat töökindlust, parimaid dünaamilisi ja staatilisi
omadusi, minimaalseid mõõtmeid ja vastuvõetavat maksumust. Valitud seadmete tüüp peab
rahuldama tehnilis-majanduslikke nõudeid.
Ajamite tõrked võivad põhjustada konflikti seadmete tarnija ja kasutaja vahel. Vältimaks
eelmainitud probleemi, peab väljatöötlusdokumentatsioon (spetsifikatsioon) täpselt kirjeldama
alljärgnevaid talitlus-ja keskkonnatingimusi:
· rakenduse tüüpi,
· talitlustingimusi ja talitlusi,
· toitevõrgu andmeid ja harmoonilist koostist,
· mootori tüüpi,
· võimsuste ja pöördemomentide vahemikku,
· võrgu pinget, voolu ja sagedust,
· kiiruse minimaal-ja maksimaalväärtust,
· täpsust ja siirdeprotsesse,
· kasutegurit ja võimsustegurit,
· teenindust ja tööiga,
· kehtivaid standardeid ja seadusi.
Alates projekteerimisest kuni ajami kohaletoimetamiseni ja käikulaskmiseni peavad partneritena
töötama seadmete tarnija ning kasutaja (tarbija). Antud asjaolu on vajalik selleks, et kasutaja
omandaks komplektse ajamisüsteemi koos inseneriteabega, kohaletoimetamisega, personali
väljaõppega ja tarnijapoolse garantiiga. Eelmainitu on üks põhjusi rahvuslike ja rahvusvaheliste
standardite ühildamiseks elektromagnetilise ühildatavuse (EMC), kõrgemate harmooniliste,
ohutuse, müra, suitsu eraldumise rikke, tolmu ja vibratsiooni korral. Antud nõudmiste
56

ülehindamine viib aga sageli soovitust kallima lahenduseni. Kuna kasutajad on ajami
väljatöötamisega seotud, peavad nad määrama ajami liidesed, sisendpinge, mehaanilise
võimsuse ja võlli pöörlemiskiiruse, sest nende suuruste alusel arvutatakse pöördemoment ning
tarbitav vool. Sagedus ja võimsustegur sõltuvad mootori ja ülekandemehhanismi valikust. Suure
võimsusega ajamite korral on soovitav alati teha harmooniliste analüüs. See näitab kõrgemate
harmooniliste algset taset ja võimaldab ligilähedaselt määrata harmooniliste taset pärast ajami
käikulaskmist.
Elektriajameid võib liigitada järgmiste tunnussuuruste ja omaduste alusel:
· tööpinge: madalpinge (kuni 690 V) või keskpinge,
· vooluliik: alalisvool või vahelduvvool,
· mehaaniline sidestus: otse, läbi reduktori või kaudne,
· kompaktsus: ühendatud või eraldiseisvad mootorid
· liikumise iseloom: pöörlev, vertikaalne või horisontaalne kulgliikumine,
· kujundus: sõltumatu, süsteemne, alalisvoolu vahelüliga jne,
· pidurdusviis: energia tagastust võimaldav, energia tagastust mittevõimaldav,
· jahutusviis: loomulik jahutus, sundjahutus (õhkjahutus, vedelikjahutus jne).
Elektriajamite liigitus rakenduse alusel. Elektriajamid liigitatakse rakenduse alusel
nelja põhilisse gruppi:
· olmeajamid,
· üldtarbeajamid,
· eritüüpi ajamid,
· servoajamid.
Alljärgnevas tabelis on toodud ajamitüüpide põhilised rakendused ja tunnused.
Tunnus Olmeajamid Üldtarbeajamid Eritüüpi ajamid Servoajamid
Kodutarbe- Ventilaatorid, pumbad, Testpingid, kraanad, Robotid,
Rakendused
ajamid kompressorid, segistid elevaatorid, tõstukid tööpingid
Jõudlus Keskmine Madal Kõrge Väga kõrge
Võimsus Madal ja
Madal Kogu vahemik
keskmine
Mootor Peamiselt asünkroonmootorid Peamiselt servomootorid
Avatud, alalis-või
Muundur Lihtne, odav Kallis, kõrgekvaliteediline
vahelduvvoolu
Kodukasutus, Töötlus, kallid, väike Suur täpsus, hea dünaamika, hea
Põhitunnus
masstootmine jõudlus lineaarsus

Iga ajami talitlus sõltub väga palju koormusmasina mehaanilisest tunnusjoonest. Kõige
levinumad koormuste tüübid on järgmised:
· kiirusest sõltumatu koormusmoment (konstantne moment),
57

· kiirusest ruutsõltuvuses koormusmoment (muutuv moment),
· kiirusest lineaarselt sõltuv moment (lineaarne moment),
· kiirusest pöördvõrdeliselt sõltuv moment (pöördvõrdeline moment).
Momendi võib lugeda konstantseks, kui see ei muutu kogu talitluskiiruste vahemikus. Peamised
konstantse momendiga koormused (töömasinad) on puurpingid, tõstukid, freespingid,
metallilõikepinkide ettenihkelauad jne.
Teistel töömasinatel on muutuva momendiga tunnusjooned, kus nende moment kasvab koos
kiiruse kasvuga. Pumpade, ventilaatorite, segistite ja tsentrifuugide moment on reeglina
võrdeline kiiruse ruuduga ning võimsus kiiruse kuubiga. See tähendab, et kiiruse vähenemisel
on võimsuse vähenemine suur ning järelikult ka energiasääst. Järelikult peab täiendavaks
energia säästmiseks vähendama ajamile rakendatavat pinget.
Tigupresside, kopeerpinkide, paberi-ja trükimasinate, konveierite ja liftide moment sõltuv
kiirusest lineaarselt, kuid kuulveskite, kerimispinkide, traaditõmbepinkide ja mõningate liftide
moment on kiirusega pöördvõrdeline.
Elektriajamite soojenemine. Iga elektriajami töötamisel vabaneb teatud hulk soojust,
mis tõstab selle osade (näiteks mootori) temperatuuri. Seadmete isolatsiooni maksimaalselt
lubatavad temperatuurid ehk isolatsiooniklassid on määratud standardiga EN 60034.
Tänapäeval kasutatakse kõige sagedamini B klassi isolatsioonimaterjale. Selle klassi puhul võib
keskkonnatemperatuuri korral 40°C isolatsiooni lubatud temperatuur tõusta kuni 120°C-ni.
Elektriajamite talitlus ja nimivõimsus on alati seotud tsüklilisusega. Ajamite talitlusviisid määrab
standard EN 60034. Peamisteks talitlusviisideks on kestevtalitlus, lühiajaline talitlus ja
vaheajaline talitlus. Viimast talitlust iseloomustatakse suhtelise lülituskestusega st koormuse
kestuse tk ja tsükli vältuse T suhtega:
tk
q= .
T
Vaheajalises talitluses töötavatel ajamitel on maksimaalseks tsükli vältuseks 10 minutit. Sageli
antakse suhteline lülituskestus protsentides.
Mootori võimsus valitakse sageli kestevtalitluse jaoks, kuid märkimisväärne arv elektriajameid
töötab ka teistes talitlustes. Järelikult võib mootori võimsus erinevate talitlusviiside korral olla
erinev ning siis on talitlusviisi määramine vajalikuks eeltingimuseks ajami väljatöötamisel. Kuna
ajameid on väga erinevaid, tuleb talitlusviiside arvu rangelt piirata. Suure jõudlusega
rakendustes, nagu elektervedu ja robotid, muutuvad moment ja kiirus talitluskestuse jooksul.
Kiirenduse vältel vajavad elekterveokid suuremat momenti (peamiselt kahekordset
nimimomenti) ning kogu talitluse vältel sagedasi pidurdusi. Kuna mootori moment muutub ajas,
järelikult muutub ajas ka selle vool ja samuti magnetvoog. Mootori ja pooljuhtmuunduri
elektriline, magnetiline ja soojuslik koormus näidatakse ajami tehnilistes andmetes. Alljärgnevas
tabelis on toodud kaheksa erinevat talitlusviisi.
Tüüp Nimetus Kirjeldus
Talitlusviis, kus masin töötab pidevalt nimikoormusel, mille
S1 Kestevtalitlus kestus on küllaldane, et masina kõigi osade temperatuurid
saavutaksid väljakujunenud väärtuse.
58

Tüüp Nimetus Kirjeldus
Masina töötamise aeg nimikoormusel on nii lühike, et masina
üksikute osade temperatuurid ei jõua välja kujuneda.
S2 Lühiajaline talitlus Töötamisele järgneb paus, mille vältel masin jõuab jahtuda
temperatuurini, mis on kuni 2oC kõrgem väliskeskkonna
temperatuurist.
Koosneb perioodiliselt vahelduvatest nimikoormusvahemikest ja
S3 Vaheajaline talitlus pausidest, kusjuures tsükli vältus ei ületa 10 minutit. Masin ei
saavuta tsükli ühegi osa vältel püsitemperatuuri.
Vaheajaline talitlus Koosneb perioodiliselt vahelduvatest käivitus-ja
S4 olulise soojenemisega nimikoormusvahemikest ning pausidest. Käivituskadu on selles
käivitusel talitluses suhteliselt suur ja mõjutab oluliselt masina soojenemist.
Vaheajaline talitlus Koosneb perioodiliselt vahelduvatest käivitus-, nimikoormus-ja
olulise soojenemisega pidurdusvahemikest ning pausidest. Käivitus-ja pidurduskaod on
S5
käivitusel ja elektrilisel selles talitluses suhteliselt suured ja mõjutavad oluliselt masina
pidurdusel soojenemist.
Pidevalt toitevõrku lülitatud mootori nimikoormusvahemikud
vahelduvad tühijooksuvahemikega, kusjuures masina osade
S6 Koormusmuutlik talitlus
temperatuurid ei jõua koormuse ega tühijooksu ajal välja
kujuneda.
Lühikesed nimikoormusvahemikud järgnevad üksteisele
pöörlemissuuna vaheldumisega. Pidurdus-ja käivituskaod
S7 Suunamuutlik talitlus
(reversseerimiskaod) on selles talitluses suhteliselt suured ja
mõjutavad oluliselt masina soojenemist.
Lühikesed nimikoormusvahemikud järgnevad pidevalt üksteisele
nimikiiruse vaheldumisega mingi teise kiirusega. Üleminek ühelt
S8 Kiirusmuutlik talitlus
kiiruselt teisele on seotud suhteliselt suurte kadudega, mis
mõjutavad oluliselt masina soojenemist.
Talitlusviiside S2 kuni S8 põhjalik analüüs näitab, et nende hulgas on kaks eraldiseisvat gruppi:
esiteks ­ talitlusviisid S2, S3 ja S6 võimaldavad väiksemat mootori võimsust kui talitlusviis S1 ja
teiseks ­ talitlusviisid S4, S5, S7 ja S8 nõuavad suuremat (suuremat lubatud ülekoormatavust)
mootori võimsust kui S1.
Ajami talitlusviis mõjutab alati selle töökindlust ja tööiga ning jõupooljuhtseadiste valikut.
Vaheajaline talitlusviis põhjustab pooljuhtseadistes täiendavaid võimsuskadusid. Sagedased
kiirendused ja elektrilised pidurdused põhjustavad pooljuhtseadiste korduvat temperatuuri
tõusu. Pooljuhtseadiste tööiga on sageli määratud maksimaalse kuumenemis-jahtumistsüklite
arvuga.
Elektrilised nõuded. Elektrilised nõuded määravad võimsuse liigi ja toitevõrgu
elektrilised parameetrid. Seoses sellega on eriti tähtsad sisendile ja väljundile esitatavad
nõuded.
Elektriajameid projekteeritakse väga laiale toitepingete vahemikule, alates madalatest pingetest
(187...264 V) kuni kõrgemate pingeteni (342...633 V) ning võrgusagedustele 47...63 Hz.
Paljudes toitevõrkudes need suurused muutuvad, näiteks pikkade toiteliinide lõpus, kui võimsad
tarbijad asuvad liinide alguses. Kohalike toitevõrkudega tööstusel on aga elektrienergia
59

parameetrite muutmise ja juhtimise võimalus kasin, kuid maailma konkreetse piirkonna
elektrisüsteemide parameetrid peaksid olema samad. Mõnikord on toitevõrkude pinged püsi- või
siirdetalitluse puhul ebasümmeetrilised. Igasugune anormaalne talitlus põhjustab tõenäoliselt
elektrivõrgu rikke ja seetõttu tuleb selliseid talitlusi vältida.
Vahelduvvooluvõrgu sisendpinged, voolud, sagedused ja faaside arvud määravad kogu
toitesüsteemi kvaliteedi. Kvaliteedinäitajate gruppi kuuluvad ka püsi-ja dünaamiline stabiilsus,
pinge ning voolu võimalik mittesiinuselisus ja dünaamiliste häiringute kestus ning korduvus.
Väikese võimsusega toitevõrgu puhul osutuvad piiratuks sisendvoolu harmooniline koostis,
võimsustegur ja suuruste ajadiagrammid. Pikkade kaabelliinide korral tuleb arvestada nende
aktiivtakistust. Kõrgharmoonilise kooseisuga voolu puhul kaablis on märkimisväärselt olulised
jaotatud induktiivsused ja mahtuvused. Seega tuleb vältida või piirata resonantsnähtusi ja
pingete ning voolude kuju moonutusi.
Alalisvoolu puhul määravad toitevõrgu kvaliteedi peamiselt sisend-nimipinged ja sisend-
nimivoolud. Kvaliteedinäitajate hulka kuuluvad siin püsi-ja dünaamiline stabiilsus ning häiringute
kestus ja korduvus. Olulised kvaliteedinäitajad on pulsatsiooni tase ja sagedus, väikese
võimsuse korral omavad tähtsust elektrilised takistused. Need parameetrid aitavad määrata
sisendvoolu mõju väljundpingele, kommutatsiooni liigpingeid ja pingelangusi koormuste
suurenemisel ja vähenemisel.
Soovitud muunduril peab olema vajalik väljundvõimsusvahemik. Nõuded muunduri väljund-ja
sisendparameetriteke on sarnased ning nende omadused määravad tavaliselt muunduri
konfiguratsiooni. Väljundsuuruste nimiväärtused peavad vastama standarditele ning olema
juhitavad vastavalt tariti vajadustele ja pingelangule kaabliharus.
Elektroonikaseadmed on väga tundlikud pingete ja voolude hetkväärtuste suhtes. Vältimaks
lühiajalisi liigkoormusi ja liigpingeid, on nõutav pooljuhtseadiste arvu suurendamine või
võimsamate pooljuhtseadiste kasutamine, mis suudavad töötada suuremate voolude ja
kõrgemate pingete korral. Kuna tulemuseks võib olla liigkoormus ilma seadiste
ülekuumenemiseta, siis tuleks muunduri näivvõimsust natuke vähendada.
Ehituslikud nõuded. Kaasajal, kus automatiseerimist kasutatakse kõigis tehnikasektori
harudes, on domineerivaks elektriajamid, lihtsustub masinate mehaanika tunduvalt. Tänu
kaasaegsele tehnoloogiale on elektriajamite kujundus palju lihtsam kui mõned aastad tagasi.
Elektroonika pakub laia valikut liideseid kõikidele juhtimissüsteemidele ja võimalust kasutada
arvutit seadmete tellimiseks, optimeerimiseks ja kalibreerimiseks.
Muunduri ehitus sõltub selle teenindustingimustest ning asukohast, nt sõltumatu, sisseehitatud
või teise seadme osa. Kõige sagedamini rakendatakse sõltumatuid moodultüüpi muundureid
kuna nõuded muunduri kerele on standardsed. Näitena võib siin tuua löögi ja
vibratsioonikindluse, samuti tolmukindluse jne. Väga tähtsad on kontroll-, remont-ja
rekonstrueerimistoimingud.
Kõrgniiskuses ja keemiliselt agressiivses keskkonnas töötavate muundurite puhul on
lahenduseks muunduri kere hermetiseerimine. Sama probleem kerkib esile ka muundurite
ladustamisel.
Seadmete sobitamiseks prevaleerivate keskkonnatingimustega, nagu kõrge niiskus, keemiliselt
agressiivne keskkond, veepritsmed ja veejoad, tolmu kogunemine jne, peavad need olema
varustatud kaitsekatetega, mille kaitseklass vastab standardile EN 60529 kodeeringuga IPXY.
60

Esimese numbri X ja teise numbri Y tähendused kaitse seisukohalt on toodud alljärgnevas
tabelis.
IP X ­ kaitse juhupuute eest Y ­ kaitse vee sissetungi eest
0 Kaitse puudub Kaitse puudub
Esemed ja tahked kehad läbimõõduga üle
1 Veetilgad (vertikaalsed tilgad)
50 mm
Sõrmed ja tahked kehad läbimõõduga üle
2 Veetilgad kuni 15° nurga all
12 mm
3 Tööriistad ja tahked kehad läbimõõduga Tihedad pritsmed kuni 60° nurga all (vihm)
4 üle 1 mm Kõikidest suundadest pritsiv vesi
5 Kõik esemed ja kahjulikud tolmuosakesed Veejoad kõikidest suundadest
6 Puutekindel ja tolmukindel Voolav vesi (laevatekk)
7 Veekindel
8 Survevesi
Tavaliselt soovitatakse kasutada kere kaitseklasse IP54, IP55 või IP56. Toodetakse ka
kõrgendatud korrosioonikaitse ja niiskus-ning happekindlusega (saavutatakse mähiste
täiendava immutamisega) ning plahvatuskindlaid mootoreid, pidurmootoreid, vastavalt
kaitseklassidele EExe (kõrgendatud ohutus), EExed (mootori kõrgendatud ohutus,
plahvatuskindel pidurmootor), ja EExd (plahvatuskindel).
Ajami projekteerijal tuleb arvestada kõikide standarditega, mis reguleerivad seadmete
maandamist. Maandamise meetodid ja kasutatavad elemendid peavad tagama konstantse
maandustakistuse seadme kõikide talitlusviiside vältel. Teised standardid sätestavad erinevate
tehnoloogiate ja komponentidega seotud tehnilisi tingimusi. Osaliselt on nendeks elektrijuhid,
kogumislattide märgisus, signaalide parameetrid, kraabeldus, metroloogilised seadmed,
ergonoomia jne.
Kokkuvõtteks. Käesolev peatükk näitab, kuidas valida sobivaid komponente
elektriajamite jõuahelatesse, kasutades spetsifikatsioone ja andmebaase. Selgitused selle
kohta on üldistatud ning sobivad enamlevinud jõuahelate korral.
Seadmestiku tüüp peab rahuldama tehnilis-majanduslikke nõudeid. Vältimaks tarnija ja kasutaja
vahelisi konflikte, tuleb arvesse võtta talitlus-ja keskkonnatingimusi, rakenduslikke vajadusi ning
soojuslikke, elektrilisi ja ehituslikke standardeid.
2.2. Trafod ja drosselid
Trafode ja drosselite vajadus. Trafode ja drosselite (reaktorite) vajadus tekib
siinuspingega tööstusvõrkude korral, kus pinge kõikumine võib häirida elektriajamite talitlust.
Nimipingel talitleb ajam normaalselt. Kui aga seda väärtust ületatakse, võib ajam seiskuda ning
rikneda. Vähemtähtis on toitepinge sagedus.
Ilma alalisvoolu vahelülita kasutatakse elektriajami toitevõrku lülitamiseks kahte meetodit - läbi
trafo või voolu piirava induktiivsuse, mida sageli nimetatakse reaktoriks või drosseliks (joonis
2.1). Trafo madaldab toitepinget kooskõlas muunduri võimsusega, mis tagab pooljuhtseadiste
61


Us Uk M


Drosselid või Sisendfilter Liigpinge- Jõupooljuht- Väljund
trafo kaitse muundur
Joonis 2.1
parema ärakasutamise. Juhul kui kasutatakse keskväljavõttega täisperioodalaldit, on ainsaks
võimaluseks sekundaarmähises neutraalpunkti tekitava keskväljavõttega trafo kasutamine.
Trafo kasutamine suurendab aga elektriajami massi ja mõõtmeid ning vähendab kasutegurit.
Induktiivsus pooljuhtide anood-ja katoodahelas põhjustab omakorda aeglase kommutatsiooni ja
muunduri suurema energiatarbe. Teisalt, piiravad induktiivsed elemendid seadmete toitevoolu
ning kaitsevad seadet lühiste eest. Selle poolest on toitevõrgupoolsed liinireaktorid eriti
efektiivsed.
Ajami installeerimisel on drosselite kasutamiseks palju erinevaid vajadusi. Toitepoole drossel
asendab mitmeid voolu piiravaid mahtuvuslikke komponente, vähendab häireid toiteliinides,
kaitseb kommutatsiooni liigpingete eest ja parandab süsteemi võimsustegurit laias võimsuste ja
kiiruste vahemikus. Kui drossel asub vaheldi ja mootori vahel, vähendab see nii rikke-kui
lekkevoolu. Alalisvooluahelates vähendab drossel kõrgemate harmooniliste poolt tekitatud pinge
moonutusi ja vähendab pulsatsiooni.
Trafo. Jõuelektroonika seadistes on hädavajalik, et trafo koosneks kahest või enamast
tihedalt sidestatud mähisest, kus kogu magnetvoog tekitatakse ühe mähise või selle sektsiooni
poolt. Joonisel 2.2, a on näidatud eraldustrafoga alaldusahel. Trafo madaldab toitepinge
efektiivväärtuse U1 väärtusele U2, mis mõnikord on alaldites sobivam kasutada. Primaarmähise
keerdude arv on w1 ja sekundaarmähise keerdude arv w2. Sekundaarmähises indutseeritud
pinge avaldub kujul


L

w1 w2 ~ ~
U1 U2 Ud Us Ud

= =
a. b.
Joonis 2.2
62

w2 U
U2 = U1 = 1 ,
w1 kw
kus
w1
kw = (2.1)
w2
on trafo ülekandesuhe. Järelikult avaldub trafo sekundaarvool kujul
w1
I2 = I1 = kw I1 . (2.2)
w2
Seega sõltuvad trafo voolude ja pingete suhted keerdude arvu suhtest. Trafo
sekundaarnäivvõimsus on ligikaudu võrdne primaarnäivvõimsusega:
U2I2 = U1I1. (2.3)
Koormusesse antav võimsus Ps on sekundaar-ja primaarvõimsuse aritmeetiline keskmine

Ps = Ud Id
m
,
2
I2 = Id
m
kus m = 2 või 3 on faaside arv.
Pideva koormusvoolu puhul on selge, et sisendpinge muutumist (pulsatsiooni) tuleb piirata
U
soovitava pulsatsiooniteguri väärtuseni k r = r . Selle tulemusena jääb väljundpinge piiratud
2U d
vahemikku:
Ud
Ud min =
1 - 2k r
Ud
Ud max =
1 + 2k r
Muunduri arvutamisel võib trafo induktiivsuse Lt ja aktiivtakistuse Rt leida sõltuvalt koormuse
induktiivsusest L ja aktiivtakistusest R
Lt (0,11...0,16) L
Rt (0,10...0,12) R
Tavaliselt on trafod ja muundurid projekteeritud koos ning seetõttu pole trafo tehnilisi andmeid
eraldi allikates.
Trafo magnetsüdamiku materjali valik peab olema kooskõlas südamiku mõõtmetega ja pinge
sagedusega. Ferriit on siin parim mehaanilise tugevuse poolest. Kõrgsageduslikel ferriitidel on
kõrgem eritakistus ning seega väiksemad pöörisvoolukaod. Siiski on nende magnetiline
läbitavus suurema magneetimisvoolu tõttu üldiselt väiksem. Metallisulamist südamikel on kõrge
eritakistus ning need koosnevad õhukestest plaatidest (plekkidest). Sellele vaatamata on nende
küllastust tekitav magnetiline induktsioon palju suurem kui ferriitidel, kuid see ei oma tähtsust,
sest magnetvoogu piiravad rangelt pöörisvoolukaod.
63

Teine tähtis näitaja trafo puhul on magnetahela ava konfiguratsioon. Ava peab olema nii lai kui
võimalik, et suurendada mähise laiust ja vähendada kihtide arvu. Eelmainitu tagab minimaalse
takistuse ja puisteinduktiivsuse. Peale selle mõjutab laiem ava trafo mõõtmeid vähem. Laiema
ava korral kulud vähem mähisetraati ning ava on paremini ära kasutatud.
Mantelsüdamikel ja PQ-südamikel on südamiku pinnaga võrreldes väiksem ruudukujuline ava.
Mähis täidab peaaegu kogu ava ning mähise laius on lähedane optimaalsele. Selline südamik
pole mõeldud kõrgsageduslikele rakendustele. Üks mantelsüdamike ja PQ-südamike eeliseid,
võrreldes E-E-südamikega, on parem magnetiline varjestus. EC, ETD ja LP-südamikud on kõik
E-E-südamike eritüübid. Nendel on lai ava, võrreldes südamiku mõõtmetega, ja soovitatav
konfiguratsioon.
Toroidsüdamike korral peavad mähise keerud olema terve südamiku ulatuses ühtlaselt jaotatud.
Seega paikneb kogu mähis südamiku ümber, tagades madala puisteinduktiivsuse ning
minimaalse mähise kihtide arvu. Puisteinduktiivsus on siin samuti väga madal. Põhiprobleemiks
toroidsüdamike puhul on asjaolu, et mähiste valmistamine on keeruline. Kõrgete sageduste
puhul muutuvad üha populaarsemaks tasapinnalised südamikud, mis toovad uues valguses
vaatluse alla väga vanad probleemid trafode arvutamisel. On kindel, et Faraday ja Ampere
seadused on senini rakendatavad, kuid tasapinnaliste südamike korral muutuvad magnetiline
induktsioon ja magnetvälja tugevus kõikides südamiku tähtsates piirkondades, mis muudab
arvutuse palju keerulisemaks.
Drossel. Juhul kui drosseleid kasutatakse trafode asemel, tuleb need osta või arvutada,
kasutades spetsiaalseid algoritme. Induktiivkomponentide tootjad (MTE Corp., AFP
Transformers, Precision Electronics, Trafox, West Coast Magnetics jt) pakuvad laia valikut
drosseleid, mis sobivad alalisvoolumuunduritesse. Mõned neist on tasapinnalise paigaldusega.
Selliste drosselite populaarseimad südamike materjalid on ferriidid ja pulbermetallurgiline teras.
Rull-ja varrassüdamikud on kergesti kättesaadavad, kuid kallid ning põhjustavad rohkem
häiringuid.
Kolmefaasilise alaldi drosseli induktiivsus ja vool arvutatakse järgmiselt:
2Id
It =
3
,
kUs
Lt =
2 2sIF
dIF
kus Us on faasipinge, sIF = voolu IF kasvukiirus alaldis ja k = 1,2...1,3 varutegur. Siin
dt
d
s= (2.4)
dt
on Laplace'i operaator.
Türistor-ja dioodalaldites (joonis 1.2) on sagedasti nõutav siludrossel, kui pinge pulsatsioon
ületab 10 %. Näide on toodud joonisel 2.2, b. Koormusahela koguinduktiivsus määratakse
valemiga
k r U0
L ,
k *I f
r k 1
64

kus Ik on koormusvool, kr pulsatsioonitegur, mis võetakse alaldite tunnussuuruste tabelist, U0
alaldatud pinge tühijooksul, kr* = 0,02...0,10 nõutav pulsatsioonitegur, f1 võrgupinge sagedus ja
m = 2 või 3 faaside arv. Nõutava siluinduktiivsuse Lt väärtus
Lt = L ­ Ls ­ L,
kus Ls ja L toiteallika ja koormuse induktiivsus.
Alalisvoolu pulsilaiusmuunduri drossel. Tagamaks alalisvoolu pulsilaiusmuunduri
pidevvoolutalitlust, peab koguinduktiivsus rahuldama võrratust
R (1 - qmin )
L ,
2fc
t on min
kus R koormuse aktiivtakistus qmin = , fc > (2...3)f1. Samuti võib kasutada valemit
Tc
Ud k (1 - qmin )
L ,
2I k fc
kus Ud k ja Id k on koormuse pinge ja vool. Koormuse maksimaalvool avaldub järgmiselt:
U d (1 - q )
Id k max = .
2fc L
Mõnikord võimaldab muunduri vajaliku induktiivsuse leida kolmas valem
U
Ud k 1 - d load
U
L d sup
.
fc (Id k max - Id k min )
Tsüklokonverteri trafo. Trafo arvutus lülitusele, mis on toodud joonisel 1.21, a algab
sekundaarpinge efektiivväärtuse põhiharmoonilise määramisega
fs k mU F
U 2 = kU s k + + Rt I s k ,
f1 2
kus k = 1,2...1,3 on varutegur Us k, Is k ja fs k koormuse pinge, vool ja sagedus f1 toitepinge
sagedus, m = 2 või 3 faaside arv, UF = 0,7...2 V pingelang türistoril ja Rt trafo aktiivtakistus.
Eelnev valem annab ligikaudse tulemuse, mida peab enne trafo ja türistoride valikut
täpsustama. Trafo sekundaarpinge nõutav amplituudväärtus on järgmine:
2U 2
U 2 max =

4m 2 sin sin cos min
m 2m
kus min = 0,1...0,2 on minimaalne tüürnurk.
Trafo ülekandesuhe leitakse valemiga (2.2)
w1 2 U1
kw = = .
w2 3 U2
Trafo voolude efektiivväärtused leitakse avaldisest(2.2)
65

2
I1 = I s load
kw
I 2 = I s load
Trafo nimivõimsus määratakse valemiga (2.3)
Ps = mU s load I s load
3 3
1+
Ps 2
Ptr =
cos min 3 3
Trafo kontrollarvutus. Muunduri komponentide valikul tuleb eelnevalt valitud trafo
keerdude arv ja võimsus täpsustada (kontrollida). Alaldite puhul avaldub nende väljundvõimsus
järgmiselt:
Ud = Ud* + kUF + Id Rt + kmf1Id Lt ,
kus Ud* nõutav pinge koormusel, k = 1 või rohkem, voolu juhtivate seadiste arv, Id alaldatud
koormusvool, m = 2 või 3 faaside arv, f1 toitepinge sagedus, Rt ja Lt trafo aktiivtakistus ja
induktiivsus ja UF pingelang pooljuhtseadisel, mille algväärtuseks harilikel alaldusdioodidel on
UF = 0,7...2 V , difusioondioodidel 1,1...1,6 V, epitaksiaaldioodidel 0,8...1,3 V ja Schottky
dioodidel 0,5...0,9 V.
Selle tulemusena on trafo sekundaarpinge
kkUU0
U2 > ,
cos min
kus k = 1,1 varutegur, kU alaldi pingetegur (võetakse alaldi tunnussuuruste tabelist), U0 alaldi
tühijooksupinge (pinge lõpmatult suure koormustakistuse korral) ja min = 0,1...0,2 türistori
minimaalne juhtimisnurk. Mittetüüritavates alaldites
U2 > k kU Ud.
Kokkuvõtteks. Juhul kui elektriajamit toidetakse tööstusvõrgust, on võimalik ühendada
koormus kahel viisil: läbi trafo või läbi voolu piirava reaktori. Trafod tagavad muunduri
galvaanilise eraldatuse toitevõrgust ning muudavad pingeid ja voolusid. Drosselid piiravad
lühisvoolusid pooljuhtseadistes. Trafo kasutamine suurendab aga elektriajami massi ja
mõõtmeid ning vähendab kasutegurit. Teisest küljest vähendavad induktiivelemendid
liinivoolusid ning lihtsustavad kaitsenõudeid lühise korral. Reeglina vajatakse diood-ja
türistoralaldites siludrosselit kui pulsatsioon ületab 10 %.
2.3. Dioodid ja türistorid
Alaldite pinged ja voolud. Pooljuhtseadiste valikul tuleb arvestada peamiselt nende
piirparameetritega nagu maksimaalne lubatud perioodiliselt korduv vastupinge UR ja keskmine
pärivool IF. Täiendavalt tuleb arvestada ka teiste seadise tehniliste andmete lehel toodud
alalisvoolu parameetritega. Dioodi päripingelang UF on voolutugevusega määratud pinge, mis
jääb anoodi ja katoodi vahele dioodi avatud olekus (sisselülitatud olekus). Jõudioodi tehniliste
andmete lehel näidatakse ka mittekorduv maksimaalne pinge, mida diood suudab blokeerida
lühiajalise liigpinge korral. Perioodiliselt korduv vastupinge rakendatakse dioodile kestvalt.
66

Vältimaks läbilööki, peab dioodi või türistori maksimaalne lubatud perioodiliselt korduv
vastupinge alaldites M1, M2 ja B2 ületama väärtust
U R = k 2U s
ning alaldites M3 ja B6
U R = k 2 3U s
kus k = 1,7...1,85 on varutegur kaitseks korduvate ja lühiajaliste liigpingete eest ja Us toitepinge.
Eraldustrafoga lülitustes Us = U2.
Läbilöögipinge URmax on pinge pooljuhtseadisel, mille korral tekib läbilöök ning seadise pn-siirde
struktuur hävib.
Vastuvool (lekkevool) IR on vool, mis läbib seadist sellele rakendatud läbilöögipingest väiksema
vastupinge korral. Väga tähtsad parameetrid on avanemis-ja taastumisajad tF, tR. Avanemisaeg
määrab dioodile langeva pinge, enne kui seda hakkab läbima pärivool. Taastumisaeg on
ajavahemik, mille vältel vastupingestatud dioodi vastuvool kahaneb nimiväärtuseni.
Kõrge sagedusega lülitamiste korral tuleb praktikas sageli arvestada pooljuhtseadise
taastumisaega. Dioodide tootjad annavad kataloogides voolu muutumise kiiruse sI ja
taastumisaja tR, mille abil saab leida maksimaalse lubatud vastuvoolu
IR max = sI tR ,
kus s on Laplace'i operaator (2.4). Kõrgsageduslikul lülitamisel on täiendavalt väga tähtsaks
parameetriks soojussiirdetakistus, mis näitab siirde hetketemperatuuri sõltuvust ajast
konstantsel võimsusel.
Voolu valikul etendavad väga suurt osa pooljuhtseadise jahutustingimused ning seetõttu
monteeritakse jõudioodid harilikult jahutusradiaatorile, mis tõhusalt hajutab soojust
kestevtalitluse puhul. Tavaliselt näidatakse dioodi tehniliste andmete lehel kolm erinevat voolu
väärtust: voolu keskväärtus, voolu efektiivväärtus ja maksimaalne lubatud vool. Muundurit
väljatöötav insener peab kindlasti teadma, et ühtegi neist väärtustest ei tohi ületada. Et seda
tagada, peab ahela tegelik vool (voolu keskväärtus, efektiivväärtus ja maksimaalväärtus) olema
arvutatud, simuleeritud arvutil või mõõdetud. Saadud väärtusi tuleb võrrelda nendega, mis on
toodud pooljuhtseadise tehniliste andmete lehel. Siinuselise toitepinge korral peab seadise vool
omama väärtust
IF = k k F Id ,
kus k = 2...3 varutegur kaitseks liigpinge eest, kF alaldi voolutegur (võetakse alaldite
tunnussuuruste tabelist). Mittesiinuselise toitepinge korral (näiteks ristkülikimpulsid) on voolu
efektiivväärtus järgmine:
IF ave = qI F max
IF = qIF max
t sees
kus q = , tsees pulsi kestus (laius) ja T1 toitepinge periood. Mõnikord on voolu ja impulsi
T1
kestus toodud tehniliste andmete lehel.
67

Tsüklokonverterite pinged ja voolud. Tsüklokonverteri türistoride maksimaalne
lubatud perioodiliselt korduv vastupinge UR ja maksimaalne pärivoolu efektiivväärtus IF peavad
ületama väärtusi
U R = k 2U s sup
kIs load
IF =
3
kus k = 1,7...1,85 on pinge ja 2...3 voolu varutegurid kaitseks korduvate ja lühiajaliste
liigpingete ja voolude eest ning Us = U2 toitepinge.
Maksimaalse voolu hindamisel mängivad olulist rolli türistoride jahutustingimused.
Pooljuhtseadiste ühendamine. Viimastel aastatel on jõuelektroonikas hulgaliselt välja
töötatud seadmeid, mis nõuavad kõrgete pingetega ja suurte vooludega pooljuhtlüliteid.
Sellistes rakendustes, kus pole võimalik leida nii suurte voolude ja kõrgete pingetega
pooljuhtlüliteid, kui nõutud, ühendatakse seadiseid jadamisi või rööpselt, et koostada suure
võimsusega lüliteid.
Kui vool on suur, siis kasutatakse rööpselt lülitatud alaldeid, nagu on näidatud joonisel 2.3, a.
Kuna aga seadiste takistus on erinev, jaotub kogu pärivool IF ebaühtlaselt (joonis 2.3, b). Et
saada ühtlast voolude jaotust, tuleb valida ühesuguste päripingelangudega pooljuhtseadised.
See asjaolu on eriti tähtis siis, kui pooljuhtseadised on paigaldatud ühele jahutusradiaatorile, st
jahutatakse ühiselt. Voolude ebaühtlus võib mõjutada ühe seadise temperatuuri, mis omakorda
võib muuta seadise pinge-voolu tunnusjoont. Vältimaks pooljuhtseadiste liigvooludest tekitatud
kahjustusi, on soovitav seadistega jadamisi ühendada induktiivsed voolujagurid.
Kõrgepingelistes rakendustes on kõige sobivamad pooljuhtseadiste jadaühendused.
Alaldi jadaühenduse struktuur (joonis 2.3, c) võimaldab kõrgeid pingeid. Põhiprobleemiks
jadaühenduse korral on pingete ebaühtlane jaotumine nii püsi-kui siirdetalitluses. Jadamisi
ühendatud pooljuhtseadiste talitluspinge on kõrgem üksiku seadise talitluspingest ning
ideaalolukorras peab pinge püsitalitluse puhul (suletud oleku) jadamisi ühendatud seadiste
vahel jagunema ühtlaselt nagu ka dünaamilised ja staatilised parameetrid, juhtimisviivitused ja
välisahela parameetrid. Pingete ebaühtlane jaotumine võib piirata üksiku seadme pinget,
põhjustades selle tõrke, mis aga omakorda põhjustab kogu jadamisi ühendatud pooljuhtlülituse
tõrke.
Muunduri koostaja esiteks peab kindlustama, et pooljuhtseadised oleksid korralikult ühildatud
peamiselt nende vastupinge taastumisaegade osas, kuna summaarne vastupinge UR jaguneb
ebaühtlaselt (joonis 2.3, d). Jadamisi ühendatud pooljuhtseadiste korral võib pinge ebaühtlus
olla väga suur. Erinevate taastumisaegade tõttu võib mõnedel seadmetel vastupinge taastuda
varem kui teistel, mistõttu langeb nendele kogu vastupinge. Vältimaks seadiste kahjustusi
vastupinge toimel, osutuvad vajalikuks mahtuvuslikud pingejagurid. Harilikult ühendatakse iga
seadisega rööpselt kondensaatorist ja takistist koosnev ahel.
Dioodide ja türistoride muud parameetrid. Muudest parameetritest omavad suurt
tähtsust vastuvool ja siirdetalitluste kestused. Osaliselt näitab lülitusviivitust, st ajavahemikku
hetkest millal vool kahaneb nullini, kuni hetkeni, kui vastuvool on saavutanud nimiväärtuse
dioodi või türistori taastumisaeg. See parameeter on kõrgsageduslikel seadistel suurusjärgus
mõni mikrosekund ning ulatub mõnedesse sadadesse millisekunditesse suure võimsusega ja
madala päripingelanguga seadistel. Lühiajalisi kõrgeid vastupingeid ja suuri vastuvoolusid
68

taluvad spetsiaalsed dioodid nn laviindioodid. Uued kõrgsageduslikud Schottky dioodid on palju
kiiremad kui tavalised alaldusdioodid. Kõrgete pingetega ja väga kiire toimega on ka
difusioondioodid ja epitaksiaaldioodid.
Raskete lülitustingimuste korral, st suure induktiivsusega koormuse olemasolul on dioodides
põhilisteks kadudeks väljalülituskaod. Selliselt juhivad voolu dioodid, mis avavad transistore,
sest antud juhul on diood sunnitud üle võtma kogu vastupinge. Kõige lihtsam on leida
lülituskadude arvväärtusi dioodi tehniliste andmete lehelt, sest need on seal näidatud
konkreetsete talitlustingimuste puhul. Palju täpsema ülevaate lülituskadudest saab aga
lülituskadude graafilise esitusviis põhjal.
Kokkuvõtteks. Pooljuhtseadiste valiku esimesel etapil tuleb arvesse võtta seadiste
perioodiliselt korduvat lubatud maksimaalset vastupinget UR ja pärivoolu keskväärtust IF.
Tsüklokonverterite jõuahelad on türistoralaldite omadest palju keerulisemad, sest pinge
juhtimise kanalile lisandub sageduse juhtimise kanal. Tulenevalt voolu kõrgest pulsatsioonist,
madalast kasutegurist ja märkimisväärsetest häiretest ei sobi sellised lülitused suure
dünaamikaga ja kiiretoimelistesse rakendustesse.
Vältimaks liigpingeid ja liigvoole, osutuvad pooljuhtseadiste rööp-ja jadaühenduse korral
vajalikeks täiendavad jagurahelad. Teisteks suure tähtsusega parameetriteks on seadiste
vastuvool ja siirdetalitluste kestused.
2.4. Transistorid
Transistori tüübi valik. Mõnikord on madalsageduslikes seadmetes mõistlikuks
valikuks bipolaartransistorid. Bipolaartransistoride põhiparameetrid on kollektori maksimaalne
impulssvool, kollektori ja emiteeri vaheline maksimaalne impulsspinge ja avanemis-ning
sulgumisajad.
Suurte voolude korral kasutatakse transistoride rööplülitust koos täiendava
vooluühtlustustakistiga R, nagu on näidatud joonisel 2.4, a. Vooluühtlustustakistite arvutamiseks
kasutatakse tehniliste andmete lehelt võetud maksimaalset (Usat max)- ja minimaalset (Usat min)
küllastuspinget. Tavaliselt peab voolude ebaühtlus Ir olema väiksem kui 10% kollektorivoolust
ning seega:
U sat max - U sat min
R= .
Ir
Tänapäeval on bipolaartransistorid peaaegu kõikides jõuelektroonika rakendustes asendatud
MOSFET-transistoridega ja IGBT-transistoridega. Nende keskmised võimsuste vahemikud on
joonisel 2.5. Märkimisväärne on, et MOSFET-transistoride kiire areng leidis aset alles viimase
kümne aasta vältel. Metalloksiid-väljatransistoride (SFET-transistoride) tehnoloogia võimaldas
1996. aastal väga madala avatud oleku takistusega (neelu ja lätte vahelise takistusega), kuid
madalate pingetega (UDS max transistoride kasutuselevõtmine aastal 1998 võimaldas veelgi vähendada avatud oleku takistust
RDS, võrreldes tavalise MOSFET-transistoriga ligikaudu 5...6 korda. Samuti suurenesid ka
transistoride pinged UR = 0,6...1 kV. Vertikaalsete p-juhtivusega ribade kasutamine siirde
triivipiirkonnas võimaldas laiendada ka ruumilaengu piirkonda horisontaalsuunas, mille
tulemusena vähenes transistoride paksus ja seega vähenesid juhtivus-ja lülituskaod ning
69

IF1
I
VD1
IF
IF
VD2
Us Ud k M
IF
IF2
U
U
a. b.
I
VD1 VD2
UR1 UR2 U
UR1 UR2
IR
Us Ud k M
UR

c. d.
Joonis 2.3
tüürahela võimsus. Suurenes maksimaalne läbilöögienergia, kuid seadiste töökindlus säilis.
Tänapäeval toodetakse MOSFET-transistore võimsustele kuni 0,1 MW.
MOSFET-transistore kasutatakse peamiselt väikese ja keskmise võimsusega kõrgsageduslikes
rakendustes. Tänaseni pole neid võimalik hankida 2 kV-st kõrgematele pingetele ja 2 kA-st
suurematele vooludele. Suuremate voolude puhul on vajalik seadiste rööpühendus. Reeglina
paigaldatakse rööpühenduses MOSFET-transistorid ühisele jahutusradiaatorile minimaalsete
vahedega. Et vältida järelvõnkeid sulgumisel, varustatakse transistoride paisuahelad
täiendavate takistitega (joonis 2.4, b), mille suuruseks on mõnikümmend oomi.
Ülekuumenemise vältimiseks lühise toimel kasutatakse MOSFET-transistoridel sageli
täiendavat väljundit, mida tuntakse vooluandurina. Tänu vooluanduri signaalile on kaitseahelas
tagasisidestatud kontuur, mis kiirendab selle talitlust ja suurendab selektiivsust.
Tõhusaks lahenduseks on täielikult kaitstud MOSFET-transistoridel põhinevad jõulülitid, mis
võimaldavad kõrgeid töötemperatuure ja suuri voolusid ning lülituvad välja anormaalsete
talitluste puhul.
Märkimisväärset tähtsust omavad IGBT-transistorid, mis ilmusid turule alates aastast 1998.
Viimase kümne aasta jooksul on võimsate muundurite väljatöötamisel olnud domineerivaks
GBT-tehnoloogia. Kaasaegseid IGBT-transistore toodetakse pingete vahemikus 0,6...6,5 kV ja
vooludele kuni 3 kA, mis võimaldab maksimaalset lülitusvõimsust kuni 4 MW. Tänapäeval on
IGBT-transistorid kõige levinumad pooljuhtseadised jõuelektroonika rakendustes
sagedusvahemikus 1 kuni 150 kHz. Transistoridele pole lubatud liigpinge, kuid need taluvad
7...10 kordset liigvoolu.
Tehniliste andmete lehel näidatakse IGBT-transistoride põhiparameetrid. Kollektori nimivool IF
kujutab endast voolu maksimaalväärtust teatud temperatuuril, milleks harilikult on 25° ja 100° C.
Sageli aitab tehniliste andmete lehel näidatud voolu IF sõltuvus kere temperatuurist valida
transistori olemasolevate jahutustingimuste korral. Samuti on kollektori impulssvool IF piiratud
transistori tehniliste andmete lehel toodud vooluga.
70


VT1 VT1
VT2 VT2

R R
R R


a. b.
Joonis 2.4
Kollektor-emitteri nimipinge UR ja selle maksimaalväärtus UR max ning maksimaalne hajuvõimsus
PF kajastuvad samuti tehniliste andmete lehel. Maksimaalne (UF max) ja minimaalne (UF min)
küllastuspinge iseloomustavad IGBT-transistori juhtivuskadusid. Juhtimispinge UG läviväärtus
näitab pinget, mis tekitab kollektorivoolu.
IGBT-transistorid ühendatakse rööpselt samuti nagu MOSFET-transistorid. Järelvõngete
vältimiseks varustatakse paisuahelad takistitega. Ülekuumenemise vältimiseks peab voolude
ebaühtlus olema väiksem kui 10...15% kollektorivoolust.
Rööpühenduses IGBT-transistori pingete ebaühtluse vähendamiseks kasutatakse mitmeid
meetodeid. Kuna pingete ebaühtlus tuleneb peamiselt seadise parameetrite hajumisest ja
juhtahela viivitustest, võib seda vähendada pooljuhtseadiste hoolika valikuga ning juhtsignaalide
sünkroniseerimisega. Transistoride ohutu ümberlülitumise ja suure lülitusvõimsuse tagamiseks
kasutatakse siin täiendavaid sobitusmeetodeid. Siirdetalitluste vältel on põhilisteks pingete
sobitusmeetoditeks passiivsete summutusahelate, paindliku juhtimise ja pinget stabiliseerivate
aktiivahelate kasutamine.
Esimene meetod nõuab sobiva suurusega takistite ühendamist rööpselt transistoridega, mille
suurus sõltub soovitavast pingete ühtlustasemest.
U, kV P, kW
8 103
6 102
IGBT MOSFET
4 101
IGBT
0
2 MOSFET 10
I, kA f, kHz
0 0
1 2 3 4 101 103 105 107
a. b.
Joonis 2.5
71

I
IF
t
t0 t1 t2 t3 t4 t5
U
IR max
Avanem. Sulgum.
UF
UF max t

UR UR max

Joonis 2.6
Paindliku juhtimise korral reguleeritakse tüürahela tüürsignaali vastavuses pingete
ebaühtlusega, st suurendatakse või vähendatakse kollektor-emitter pingevahemikku. Antud
meetod ei suurenda lülituskadusid ega aeglusta kommutatsiooni.
Lülitussagedused. Lülitussageduse õige valik on väga tähtis muunduri väljatöötamise
etapp.
Lülitusprotsess on jõupooljuhtmuundurite põhiline talitlusviis. Iga diood, türistor ja transistor
vajab ümberlülitumiseks teatud ajavahemikku. Siirdetalitluste vältel muutuvad jõuahela vool ja
pinge väga laiades piirides. Antud protsess kaasneb energia muundamisega. Pooljuhtmuunduri
jõuahel sisaldab palju energiat salvestavaid komponente, näiteks drosseleid, kondensaatoreid,
elektrimootoreid jms. Piiratud energiasalvestusvõime tõttu ei saa aga nende energia tase
muutuda hetkeliselt. Seetõttu analüüsitakse jõupooljuhtseadiste lülitusomadusi etteantud
pingete ja voolude korral.
Joonisel 2.6 on näidatud ajavahemikud, mis iseloomustavad transistoride siirdetalitlusi.
Transistori avanemiskestus tF koosneb kolmest etapist: avanemisviivitusest t0, voolu kasvamise
kestusest t1 ja voolu stabiliseerumiskestusest t2. Voolu kasvamise kestus on väga lühike.
Kolmest etapist koosneb samuti ka transistori sulgumiskestus tR : sulgumisviivitusest t3,
kollektori voolu kahanemiskestusest t4 ja selle stabiliseerumisest t5. Transistori sulgumine
toimub aeglasemalt kui avanemine. Tähtsateks parameetriteks on päripinge maksimaalne hüpe
UF Max transistori avanemisel ja vastuvoolu maksimaalne hüpe IR max transistori sulgumisel.
Harilikult põhjustavad suuri päripingete hüppeid, mis võivad ulatuda kümnetesse ja sadadesse
voltidesse, aktiiv-ja induktiivtakistused. Kõrgepingelistel dioodidel (mõned kilovoldid) on voolu
kasvamise kestus mõned sajad nanosekundid ja voolu stabiliseerumise kestus ligikaudu üks
mikrosekund, kusjuures tavalistel dioodidel võivad need väärtused olla kümme korda
väiksemad. Tavaliselt ei teki võimsuskaod siirdetalitluses ja madalad juhtivuskaod üheaegselt.
Vastuvoolu maksimaalne hüpe IR max fikseeritakse järgneva sulgumise vältel ning vool kahaneb
kiiresti. Kuna transistor sulgub kahaneb vool peaaegu nullini ja transistori läbib vaid väga väike
lekkevool. Vastuvoolu kahanemisel kasvab vastupinge UR ning saavutab maksimaalväärtuse
UR max. Ajavahemike t4 ja t5 summat nimetatakse vastupinge taastumisajaks.
72

Teiseks tähtsaks probleemiks lühiste vältimisel on "tundetuskestuse", st ajavahemiku, kus üks
transistor sulgub, kuid teine on alles avatud, õige valimine. Kaasaegsetel IGBT-transistoridel on
väga lühikesed avanemis-ja sulgumiskestused (tavaliselt nanosekundites). "Tundetuskestuse"
vähendamine tagab muunduri pooljuhtseadiste parema ärakasutamise, kuid samaaegselt
väheneb muunduri töökindlus.
Kõrge lülitussagedus annab soovitud rakendustes mitmeid eeliseid, mis aitavad
· parandada rakenduste dünaamilisi omadusi,
· laiendada koormuse sagedusvahemikku,
· vähendada voolude amplituudväärtusi, magnetvoogu, momenti ja
modulatsioonikadusid,
· vähendada mootori akustilisi ja muid mürasid.
Madala lülitussageduse puhul on momendi
80% sisust ei kuvatud. Kogu dokumendi sisu näed kui laed faili alla
Vasakule Paremale
Elektriajamite elektroonsed susteemid #1 Elektriajamite elektroonsed susteemid #2 Elektriajamite elektroonsed susteemid #3 Elektriajamite elektroonsed susteemid #4 Elektriajamite elektroonsed susteemid #5 Elektriajamite elektroonsed susteemid #6 Elektriajamite elektroonsed susteemid #7 Elektriajamite elektroonsed susteemid #8 Elektriajamite elektroonsed susteemid #9 Elektriajamite elektroonsed susteemid #10 Elektriajamite elektroonsed susteemid #11 Elektriajamite elektroonsed susteemid #12 Elektriajamite elektroonsed susteemid #13 Elektriajamite elektroonsed susteemid #14 Elektriajamite elektroonsed susteemid #15 Elektriajamite elektroonsed susteemid #16 Elektriajamite elektroonsed susteemid #17 Elektriajamite elektroonsed susteemid #18 Elektriajamite elektroonsed susteemid #19 Elektriajamite elektroonsed susteemid #20 Elektriajamite elektroonsed susteemid #21 Elektriajamite elektroonsed susteemid #22 Elektriajamite elektroonsed susteemid #23 Elektriajamite elektroonsed susteemid #24 Elektriajamite elektroonsed susteemid #25 Elektriajamite elektroonsed susteemid #26 Elektriajamite elektroonsed susteemid #27 Elektriajamite elektroonsed susteemid #28 Elektriajamite elektroonsed susteemid #29 Elektriajamite elektroonsed susteemid #30 Elektriajamite elektroonsed susteemid #31 Elektriajamite elektroonsed susteemid #32 Elektriajamite elektroonsed susteemid #33 Elektriajamite elektroonsed susteemid #34 Elektriajamite elektroonsed susteemid #35 Elektriajamite elektroonsed susteemid #36 Elektriajamite elektroonsed susteemid #37 Elektriajamite elektroonsed susteemid #38 Elektriajamite elektroonsed susteemid #39 Elektriajamite elektroonsed susteemid #40 Elektriajamite elektroonsed susteemid #41 Elektriajamite elektroonsed susteemid #42 Elektriajamite elektroonsed susteemid #43 Elektriajamite elektroonsed susteemid #44 Elektriajamite elektroonsed susteemid #45 Elektriajamite elektroonsed susteemid #46 Elektriajamite elektroonsed susteemid #47 Elektriajamite elektroonsed susteemid #48 Elektriajamite elektroonsed susteemid #49 Elektriajamite elektroonsed susteemid #50 Elektriajamite elektroonsed susteemid #51 Elektriajamite elektroonsed susteemid #52 Elektriajamite elektroonsed susteemid #53 Elektriajamite elektroonsed susteemid #54 Elektriajamite elektroonsed susteemid #55 Elektriajamite elektroonsed susteemid #56 Elektriajamite elektroonsed susteemid #57 Elektriajamite elektroonsed susteemid #58 Elektriajamite elektroonsed susteemid #59 Elektriajamite elektroonsed susteemid #60 Elektriajamite elektroonsed susteemid #61 Elektriajamite elektroonsed susteemid #62 Elektriajamite elektroonsed susteemid #63 Elektriajamite elektroonsed susteemid #64 Elektriajamite elektroonsed susteemid #65 Elektriajamite elektroonsed susteemid #66 Elektriajamite elektroonsed susteemid #67 Elektriajamite elektroonsed susteemid #68 Elektriajamite elektroonsed susteemid #69 Elektriajamite elektroonsed susteemid #70 Elektriajamite elektroonsed susteemid #71 Elektriajamite elektroonsed susteemid #72 Elektriajamite elektroonsed susteemid #73 Elektriajamite elektroonsed susteemid #74 Elektriajamite elektroonsed susteemid #75 Elektriajamite elektroonsed susteemid #76 Elektriajamite elektroonsed susteemid #77 Elektriajamite elektroonsed susteemid #78 Elektriajamite elektroonsed susteemid #79 Elektriajamite elektroonsed susteemid #80 Elektriajamite elektroonsed susteemid #81 Elektriajamite elektroonsed susteemid #82 Elektriajamite elektroonsed susteemid #83 Elektriajamite elektroonsed susteemid #84 Elektriajamite elektroonsed susteemid #85 Elektriajamite elektroonsed susteemid #86 Elektriajamite elektroonsed susteemid #87 Elektriajamite elektroonsed susteemid #88 Elektriajamite elektroonsed susteemid #89 Elektriajamite elektroonsed susteemid #90 Elektriajamite elektroonsed susteemid #91 Elektriajamite elektroonsed susteemid #92 Elektriajamite elektroonsed susteemid #93 Elektriajamite elektroonsed susteemid #94 Elektriajamite elektroonsed susteemid #95 Elektriajamite elektroonsed susteemid #96 Elektriajamite elektroonsed susteemid #97 Elektriajamite elektroonsed susteemid #98 Elektriajamite elektroonsed susteemid #99 Elektriajamite elektroonsed susteemid #100 Elektriajamite elektroonsed susteemid #101 Elektriajamite elektroonsed susteemid #102 Elektriajamite elektroonsed susteemid #103 Elektriajamite elektroonsed susteemid #104 Elektriajamite elektroonsed susteemid #105 Elektriajamite elektroonsed susteemid #106 Elektriajamite elektroonsed susteemid #107 Elektriajamite elektroonsed susteemid #108 Elektriajamite elektroonsed susteemid #109 Elektriajamite elektroonsed susteemid #110 Elektriajamite elektroonsed susteemid #111 Elektriajamite elektroonsed susteemid #112 Elektriajamite elektroonsed susteemid #113 Elektriajamite elektroonsed susteemid #114 Elektriajamite elektroonsed susteemid #115 Elektriajamite elektroonsed susteemid #116 Elektriajamite elektroonsed susteemid #117 Elektriajamite elektroonsed susteemid #118 Elektriajamite elektroonsed susteemid #119 Elektriajamite elektroonsed susteemid #120 Elektriajamite elektroonsed susteemid #121 Elektriajamite elektroonsed susteemid #122 Elektriajamite elektroonsed susteemid #123 Elektriajamite elektroonsed susteemid #124 Elektriajamite elektroonsed susteemid #125 Elektriajamite elektroonsed susteemid #126 Elektriajamite elektroonsed susteemid #127 Elektriajamite elektroonsed susteemid #128 Elektriajamite elektroonsed susteemid #129 Elektriajamite elektroonsed susteemid #130 Elektriajamite elektroonsed susteemid #131 Elektriajamite elektroonsed susteemid #132 Elektriajamite elektroonsed susteemid #133 Elektriajamite elektroonsed susteemid #134 Elektriajamite elektroonsed susteemid #135 Elektriajamite elektroonsed susteemid #136 Elektriajamite elektroonsed susteemid #137 Elektriajamite elektroonsed susteemid #138 Elektriajamite elektroonsed susteemid #139 Elektriajamite elektroonsed susteemid #140 Elektriajamite elektroonsed susteemid #141 Elektriajamite elektroonsed susteemid #142 Elektriajamite elektroonsed susteemid #143 Elektriajamite elektroonsed susteemid #144 Elektriajamite elektroonsed susteemid #145 Elektriajamite elektroonsed susteemid #146 Elektriajamite elektroonsed susteemid #147 Elektriajamite elektroonsed susteemid #148 Elektriajamite elektroonsed susteemid #149 Elektriajamite elektroonsed susteemid #150 Elektriajamite elektroonsed susteemid #151 Elektriajamite elektroonsed susteemid #152 Elektriajamite elektroonsed susteemid #153 Elektriajamite elektroonsed susteemid #154 Elektriajamite elektroonsed susteemid #155 Elektriajamite elektroonsed susteemid #156 Elektriajamite elektroonsed susteemid #157 Elektriajamite elektroonsed susteemid #158 Elektriajamite elektroonsed susteemid #159 Elektriajamite elektroonsed susteemid #160 Elektriajamite elektroonsed susteemid #161 Elektriajamite elektroonsed susteemid #162 Elektriajamite elektroonsed susteemid #163 Elektriajamite elektroonsed susteemid #164 Elektriajamite elektroonsed susteemid #165 Elektriajamite elektroonsed susteemid #166 Elektriajamite elektroonsed susteemid #167 Elektriajamite elektroonsed susteemid #168 Elektriajamite elektroonsed susteemid #169 Elektriajamite elektroonsed susteemid #170 Elektriajamite elektroonsed susteemid #171 Elektriajamite elektroonsed susteemid #172 Elektriajamite elektroonsed susteemid #173 Elektriajamite elektroonsed susteemid #174 Elektriajamite elektroonsed susteemid #175 Elektriajamite elektroonsed susteemid #176 Elektriajamite elektroonsed susteemid #177 Elektriajamite elektroonsed susteemid #178 Elektriajamite elektroonsed susteemid #179 Elektriajamite elektroonsed susteemid #180 Elektriajamite elektroonsed susteemid #181 Elektriajamite elektroonsed susteemid #182 Elektriajamite elektroonsed susteemid #183 Elektriajamite elektroonsed susteemid #184 Elektriajamite elektroonsed susteemid #185 Elektriajamite elektroonsed susteemid #186 Elektriajamite elektroonsed susteemid #187 Elektriajamite elektroonsed susteemid #188 Elektriajamite elektroonsed susteemid #189 Elektriajamite elektroonsed susteemid #190 Elektriajamite elektroonsed susteemid #191 Elektriajamite elektroonsed susteemid #192 Elektriajamite elektroonsed susteemid #193 Elektriajamite elektroonsed susteemid #194 Elektriajamite elektroonsed susteemid #195 Elektriajamite elektroonsed susteemid #196 Elektriajamite elektroonsed susteemid #197 Elektriajamite elektroonsed susteemid #198 Elektriajamite elektroonsed susteemid #199 Elektriajamite elektroonsed susteemid #200 Elektriajamite elektroonsed susteemid #201 Elektriajamite elektroonsed susteemid #202 Elektriajamite elektroonsed susteemid #203 Elektriajamite elektroonsed susteemid #204 Elektriajamite elektroonsed susteemid #205 Elektriajamite elektroonsed susteemid #206 Elektriajamite elektroonsed susteemid #207 Elektriajamite elektroonsed susteemid #208 Elektriajamite elektroonsed susteemid #209 Elektriajamite elektroonsed susteemid #210 Elektriajamite elektroonsed susteemid #211 Elektriajamite elektroonsed susteemid #212 Elektriajamite elektroonsed susteemid #213 Elektriajamite elektroonsed susteemid #214 Elektriajamite elektroonsed susteemid #215 Elektriajamite elektroonsed susteemid #216 Elektriajamite elektroonsed susteemid #217 Elektriajamite elektroonsed susteemid #218 Elektriajamite elektroonsed susteemid #219 Elektriajamite elektroonsed susteemid #220 Elektriajamite elektroonsed susteemid #221 Elektriajamite elektroonsed susteemid #222 Elektriajamite elektroonsed susteemid #223 Elektriajamite elektroonsed susteemid #224 Elektriajamite elektroonsed susteemid #225 Elektriajamite elektroonsed susteemid #226 Elektriajamite elektroonsed susteemid #227 Elektriajamite elektroonsed susteemid #228 Elektriajamite elektroonsed susteemid #229 Elektriajamite elektroonsed susteemid #230 Elektriajamite elektroonsed susteemid #231 Elektriajamite elektroonsed susteemid #232 Elektriajamite elektroonsed susteemid #233 Elektriajamite elektroonsed susteemid #234 Elektriajamite elektroonsed susteemid #235 Elektriajamite elektroonsed susteemid #236 Elektriajamite elektroonsed susteemid #237 Elektriajamite elektroonsed susteemid #238 Elektriajamite elektroonsed susteemid #239 Elektriajamite elektroonsed susteemid #240
Punktid 50 punkti Autor soovib selle materjali allalaadimise eest saada 50 punkti.
Leheküljed ~ 240 lehte Lehekülgede arv dokumendis
Aeg2013-01-28 Kuupäev, millal dokument üles laeti
Allalaadimisi 42 laadimist Kokku alla laetud
Kommentaarid 0 arvamust Teiste kasutajate poolt lisatud kommentaarid
Autor Illar Jõgisoo Õppematerjali autor

Mõisted

toimetanud evi, alalisvoolumuundurid, jõupooljuhtmuundur, tähtis tegur, elektriajamid, elektriajam, talitlusviisi, vaadeldakse mootori, türistorid, kõrgemad harmoonilised, alalditüüpide elektriskeemid, sõltuvad pinge, vool jaotus, töötsükli vältel, poolperioodi kestel, aktiiv, tüürnurga reguleerimisega, pulsatsioon, antud alaldi, või katoodgrupist, diood, talitluse häirimisest, vaatamata sellele, transistor, sellele vaatamata, näitajateks, alalis, toiteallikas, vaheldi, elektriline skeem, vaheldi pinge, mitmemootorilistes rakendustes, jõuahel, vaheldil, kondensaator, vs2, vastuvõetav, tavalise igbt, rööp, poolsild, vooluvaheldite lülitussagedus, vahelduvvoolumuundurid, tsüklokonverterid, vaheldi puhul, maatriks, muundurid, üldistatud skeem, kahe igbt, väljatöötamisel, teiseks lähenemiseks, igbt, kahe igbt, väljundsektsioon, kommutatsiooni algoritm, väljundsageduste vahemikud, vaheldis igbt, transistorvaheldi vahele, tänu siludrosselile, mõningates lülitustes, tulenevalt sisendalaldist, alaldi skeem, normaalseks talitluseks, tsüklokonverter, mooduseks, alalisvoolumuundurid, põhilised lülitused, väljundpinge efektiiv, vt1, ideaalolukorras, kestused, mõlemad lülitid, pulsilaiusmuundurite väljundpinge, talitluse voolu, pinget madaldavad, pinget madaldavad, püsitalitluse korral, tööstuslikes rakendustes, vaatamata sellele, minimaal, rahuldama tehnilis, alljärgnevaid talitlus, antud asjaolu, eelmainitu, alljärgnevas tabelis, kodutarbe, teistel töömasinatel, lubatavad temperatuurid, peamisteks talitlusviisideks, ajameid, käivituskadu, kiiruselt teisele, pooljuhtseadiste tööiga, olulised kvaliteedinäitajad, elektroonikaseadmed, kaasaegsele tehnoloogiale, jõuelektroonika seadistes, keerdude arv, sekundaarnäivvõimsus, ferriit, metallisulamist südamikel, puisteinduktiivsus, toroidsüdamike puhul, türistor, läbilöögipinge urmax, kõrgepingelistes rakendustes, jadaühenduse korral, tsüklokonverterite jõuahelad, mosfet, metalloksiid, coolmos, vertikaalsete p, mosfet, tõhusaks lahenduseks, igbt, kollektor, igbt, rööpühenduses igbt, siirdetalitluste vältel, lülitusprotsess, tähtsateks parameetriteks, kaasaegsetel igbt, võimsuskadusid, jõupooljuhtmuunduritel, nimisuurust, vastupinge vahel, jõupooljuhtmuundurites, igbt, maksimaalse pn, esimeseks soojustakistuseks, mosfet, igbt, en 60204, en 60146, liigvoolu, bimetall, palju tõhusam, kaitseseadmed, summutusahelate ülesandeks, summutus, seevastu mosfet, pooljuhtseadised, summutusahelaid, koormuse inerts, pidurdustakisti, pidurdustakisti valikul, tõhus pidurdusviis, populaarseim pidurdusviis, liigpinge, elektromagnetilistel häiringutel, alalis, seadmetes, hetkväärtus, teiseks võimaluseks, alumiinium, elektrolüütkondensaatoritel, tantaal, lülitid, rlc, lihtsa rc, väljundsuurus, tõkkefiltril, filtrid, lühised juht, modulatsiooni, sellised paarisimpulsid, vastav juhtimistunnusjoon, aktiiv, induktiiv, induktiiv, vastav juhtimistunnusjoon, vastav juhtimistunnusjoon, aktiiv, väljunddiagrammi, sõltuvalt võimsusest, sõltumatu juhtimine, toiteliinide, muundurite tarbeks, ühtlustusvool, vastav väljundtunnusjoon, väljundtunnusjooned, toitepinged us, ainsaks erinevuseks, maksimaalväärtuse korral, igbt, puhul igbt, igbt, igbt, igbt, mosfet, mosfet, mosfet, paisu, sõltuvus, alljärgnevas tabelis, paisu, igbt, põhineb lc, mõlemaid mosfet, igbt, paisutakisti tarbeks, lühiseid mosfet, kaasaegsetel mosfet, igbt, alljärgnevas tabelis, kollektor, mosfet, jõuahelal, peamiselt sagedus, juhtmoodul, ühildatud kaitse, mosfet, igbt, mosfet, igbt, igbt, transistor, mõnedes juhtlülitustes, intelligentsed jõumoodulid, ipm, igbt, mõnede ipm, asipm, ipm, antud skeemil, põhilisteks tootjateks, juhtimisviisiks, parimaks vahelduvvoolumuunduriks, täissild, ühel ajavahemikul, aktiivtakistus, lülitussagedusele, konstantse alalis, kirjeldatud juhtimismoodusele, vaheldi õlas, sellistel vahelditel, juhtimisviisi, põhjusel, sellistes vaheldites, pulsilaiusmodulatsiooni väljundiks, pulsilaiusmodulatsiooni algoritm, lõikumisel, koormuse liinipinge, pulsilaiusmodulatsioon, arendatud, plokk, impulsside arv, plokk, plokk, pulsilaiusmodulatsioon, antud modulatsioon, kvaliteedi osas, pingevektorid, faasinurga suurus, lülitusjärjekorraga, minimaalväärtusteks, soovitav, plokk, realiseerimiseks, siinus, tänu risc, välja vektorjuhtimisel, võrreldes plokk, elektrimootorid, analoog, ülekandefunktsioon, operaatormudeli koostamisel, väljundsuurusteks, ülekandefunktsioon, vastavad siirdekõverad, passiivfiltrite lülitused, lisaks sellele, lülituse väljundpinge, digitaalse p, digitaalse i, digitaalse pi, nimetatakse d, teiseks ülesandeks, digitaalse pd, pid, pid, pid, digitaalse pid, soovitud ülekandefunktsioon, kusjuures süsteem, käivitusaeg, alljärgnevas tabelis, opti, kontuurides, standardhäälestuste hulgast, käivitusmoment mk, asünkroonmootori puhul, mehaanilisel karakterisikul, kiiruse juhtimine, signaal, kiirusekontuur, alluvkontuuridega süsteemis, voolukontuur, vooluregulaatori juhtimisobjektil, väljund, otseside kontuur, muud kf, ülekandefunktsioonid, sellised süsteemid, jõupooljuhtmuundurid, asünkroon, asünkroonmasinad, inertsmomendi ühikuks, nurkkiirus, aheldusvoo, ventilatsioonikadude, alalismagnetvoo vektor, staatorivoo, asünkroonmasinates, staatorivoolu reaktiivkomponenti, libistus, elektrimootorid, võimaluseks, asünkroonmootori pinge, meetodiks, alaldi poolel, vooluvaheldi, asünkroonmootori voolu, lühisrootoriga asünkroonmootorid, erinevalt pinge, vooluvaheldil, sellistel ajamitel, elektrimootori mudel, masina õhupilu, masina vahekoordinaadid, mootorites, vektorjuhtimise põhimõte, antud teisendus, vastav skeem, vooluvaheldi lülitussagedus, vektorjuhtimise põhialuseks, sealjuures, uued juhtimisstrateegiad, pingevaheldid, sellel vaatamata, rootori poolused, erinevuseks, lähedane 90, sünkroonmootorid, sünkroonmootoritel, klassikalised juhtimisteooriad, maksimaalne ankruvool, alalisvoolumootoril, alalisvoolumootori staatorit, voolukomponendid, karakteristik, kiiruse reguleerimine, juhtimiskontuurid, alalisvooluajamite kasutamine, hooldus, lisaks eelnevale, kiiruse analoogandurid, projekteerimine, alljärgnevas tabelis, mootoritel, servomootori käivituskõver, voolu siirdeprotsess, võimendusteguriga pid, induktiiv, movitrac, asünkroonmootori käivitusprotsess, käivituse alghetkel, lihtsustatud ülekandefunktsioon, kiiruse kontuuril, kasutavaks rakenduseks, katkevvoolu piirkonnas, pidevvoolutalitluses, asünkroonmootori toitepinge, ülekandemehhanismil, järgnevas tabelis, eelnevad andmed, kollektor, igbt, induktiivsuste tõttu, transistoride kollektor, mosfet, kaks dioodi, päripingelang, drosseli pulsatsioonivool, lisaks induktiivsusele, võimsuskadude tulemuseks, 306, mosfet, mosfet, tehnilised andmed, pinnaefekti puhul, trafo kaod, sisemine temperatuur, erinõudeks, väljundkondensaatori ülesandeks, pulsatsioonivool, täitmaks esr, madal kasutegur, kuumenemis, iec60747, rincon, ieee transactions, solid

Kommentaarid (0)

Kommentaarid sellele materjalile puuduvad. Ole esimene ja kommenteeri


Sarnased materjalid

158
pdf
Elektriajami juhtimine
5
doc
Elektriajamite juhtimise küsimuste vastused
42
pdf
Elektriajamite ja jõuelektroonika instituut
31
doc
ELEKTRIAJAMITE ÜLESANDED
17
doc
Elektriajamite üldkursus materjal eksamiks
14
docx
Elektriajamite konspekt eksamiks
162
pdf
Täiturmehanismid-ajamid-mootorid
81
doc
Elektroonika aluste õppematerjal



Faili allalaadimiseks, pead sisse logima
Kasutajanimi / Email
Parool

Unustasid parooli?

UUTELE LIITUJATELE KONTO MOBIILIGA AKTIVEERIMISEL +50 PUNKTI !
Pole kasutajat?

Tee tasuta konto

Sellel veebilehel kasutatakse küpsiseid. Kasutamist jätkates nõustute küpsiste ja veebilehe üldtingimustega Nõustun