`

A

KADEMIA

G

ÓRNICZO

–H

UTNICZA

Napęd elektryczny i energoelektronika

Wydział:

EAIiIB

Rok:

III

Nazwisko i imię

1

. Łukasik Adrian

2. Radzik Jarosław

Kierunek studiów:

Elektrotechnika

Moduł:

C

Temat

Trójfazowy prostownik diodowy

Grupa:

C

Data oddania:

21.01.2015r.

Ocena:

Uwagi:

Cz. I Wprowadzenie, podstawowe pojęcia i wzory

Trójfazow prostow ik diodow jest ieli iow przekształt ikie AC/DC, któr za ie ia

apię ie prze ie e, a apię ie stałe. W korz stuje się go do zasila ia od ior ików w agają

h

zasila ia prąde stał prz duż po orze o . Prostow iki trójfazowe harakter zują się

iejsz tęt ie ie apię ia w jś iowego iż prostow iki jed ofazowe. Tęt ie ia te i h wartość

śred ią przedstawia wzór (1):

(1)

Gdzie: p- liczba impulsów, U-

wartość skute z a apię ia zasilają ego

)e wzoru oż a w prowadzić zależ ość (2) apię ia w prostowa ego (U

d0

od apię ia

zasilają ego U

f sk

):

(2)

Tęt ie ia, które oż a zao serwować w w iku działa ia ostka defi iuje się prz po o

aks al ej i i i al ej wartoś i apię ia w prostowa ego (3)

(3)

Na aks al ą wartość pulsa ji ie a wpł wu- jest wprost propor jo al a do wartoś i apię ia
zasilają ego U

f sk

, ale i i al a wartość tęt ień oże ogra i z ć po przez zwiększe ie li z

i pulsów układu prostow ika.

Sterowa ie ostkie od wa się przez sterowa ie pu kte ko uta ji z li kąte opóź ie ia
wysterowania tyrystorów mierzony od punktu naturalnej komutacji. Rysunek 1 przedstawia przebieg

apię ia wejś iowego i w jś iowego, oraz o razuje pu kt atural ej ko uta ji oraz kąt ko uta ji

mostka:

`

Rys. 1

Zobrazowanie pracy trójfazowego (E1, E2, E3) prostownika diodowego

dwupołówkowego .

Z punktu widzenia sieci elektroenergetycznej, prostownik jest odbiornikiem energii elektrycznej,
któr ge eruje w sie i zasilają ej w ższe har o i z e odkształ e ie apię ia w sie i przedstawione
wzorami (4).

a)

� �

�

=

√∑

�

ℎ

∞

ℎ=

�

∙

% =

√� −�

�

∙

%

(4)

b)

� �

�

=

√∑

∙�

ℎ

∞

ℎ=

�

∙

% =

�

�

�

√∑

∙

ℎ

∞

ℎ=

∙

% (4)

gdzie:

a wzór a współ z

ik odkształ e ia prądu: h- rząd har o i z ej, I

h

-

skute z a wartość

har o i z ej prądu, I

1

-

skute z a wartość har o i z ej podstawowej prądu, I- skute z a wartość

prądu po iera a ze źródła zasila ia

wzór a współ z

ik odkształ e ia apię ia: X

z

-

reakta ja źródła zasila ia, X

z

/U

1

-

odwrot ość prądu zwar ia.

Nor iędz arodowe takie jak p. IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers)
sta owią ardzo restr k j e w aga ia dot zą e zawartoś i w ższ h har o i z

h THD w

prąda h po iera

h z sie i oraz pozio u dopusz zal ego odkształ e ia apię ia, dlatego w

projek ie rów ież jest to uwzględ ia e.

`

Schemat układu prostownika zasymulowanego w programie Matlab (rys.1 oraz

rys.2) oraz jego parametry (Tabela 1)

Rys.1

Schemat trójfazowego mostka diodowego

– cz.1

Rys.2

Schemat trójfazowego mostka diodowego

– cz.2

Tabela 1.

Para etry układu

`

Skr pt progra u „Matla ” do wartoś i para etrów:

%sieć

Us_ab=400;
f=50;
Ls=50e-6;

%Indukcyjność wejściowa

Lin=10e-3;
R_Lin=1/30*2*pi*f*Lin;

%Obciążenie RL

R_load=6;
L_load=100e-6;

%Dioda

Rdiode=1e-3;
Vdiode=1.5;

Cz. II Symulacja, przedstawienie wyników, wnioski

A ieć pew ość, że układ zasila z sie i trójfazowej prądu prze ie ego, od z taliś wartoś i z
oscyloskopu

„Scope 1” ukazują prze iegi z sie i zasilają ej. Os loskop wskazuje wartość

iędz fazową

po

ożo e przez pierwiastek z trze h . Prze iegi przedstawia R s.

Rys.2

Prze ieg prądu oraz apię ia ze źródła zasila ia.

`

Do przedstawie ia apię ia oraz prądu a w jś iu prostow ika posłuż ł os loskop „Scope”, który

został w skalowa tak, a w kres odpowied io ieś ił się w w świetla

okie ku. Przebiegi

obrazuje rysunek 3.

Rys. 3

Prze iegi prądu i apię ia a wyjś iu prostow ika diodowego.

Wnioski:

Do w świetle ia pow ższ h prze iegów R s. i R s. uż liś zastosowa ego w s ula ji

ele e tu „S ope”. Po otwar iu tego ele e tu w korz staliś „Autos ale”, któr dostosował zakres
osi Y do obserwowanego przebiegu. W celu uzyskania wielu przebiegów w

jed

ok ie uż liś

loku „Mu ”, któr jest ultipleksere składają

s g ałów do posta i wektora o długoś i .

`

0

0.002

0.004

0.006

0.008

0.01

0.012

0.014

0.016

0.018

0.02

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

t[s]

I[

A

]

Wpływ indukcyjności wejściowej na kształt przebiegów prądu wejściowego

Lin=100uH
Lin=1mH

Lin=2mH

Lin=3mH
Lin=4mH

Lin=5mH

Lin=6mH

Lin=7mH
Lin=8mH

Lin=9mH

Lin=10mH
Napięcie 0.2*Us

a

bc

Badanie wpływu indukcyjności wejściowej mostka diodowego na kształt

przebiegów prądu wejściowego na tle napięcia sieci.

Uz ska e prze iegi został zapreze towa e a r su ku .

Rys.4

Wpływ i duk yj oś i a prze ieg prądu wejś iowego a tle apię ia sie i

`

Skr pt progra u „Matla ” do prze iegów (rys.4):

plot(UI_przebiegi1.time,UI_przebiegi1.signals.values(:,1),

'g'

)

hold

on

plot(UI_przebiegi2.time,UI_przebiegi2.signals.values(:,1),

'm'

)

hold

on

plot(UI_przebiegi3.time,UI_przebiegi3.signals.values(:,1),

'c'

)

hold

on

plot(UI_przebiegi4.time,UI_przebiegi4.signals.values(:,1),

'b'

)

hold

on

plot(UI_przebiegi5.time,UI_przebiegi5.signals.values(:,1),

'y'

)

hold

on

plot(UI_przebiegi6.time,UI_przebiegi6.signals.values(:,1))
hold

on

plot(UI_przebiegi7.time,UI_przebiegi7.signals.values(:,1))
hold

on

plot(UI_przebiegi8.time,UI_przebiegi8.signals.values(:,1))
hold

on

plot(UI_przebiegi9.time,UI_przebiegi9.signals.values(:,1))
hold

on

plot(UI_przebiegi10.time,UI_przebiegi10.signals.values(:,1))
hold

on

plot(UI_przebiegi11.time,UI_przebiegi11.signals.values(:,1),

'r'

)

hold

on

%przebieg napięcia

plot(UI_przebiegi.time,0.2*UI_przebiegi.signals.values(:,4),

'k'

)

hold

on

legend(

'Lin=100uH'

,

'Lin=1mH'

,

'Lin=2mH'

,

'Lin=3mH'

,

'Lin=4mH'

,

'Lin=5mH'

,

'Lin=6

mH'

,

'Lin=7mH'

,

'Lin=8mH'

,

'Lin=9mH'

,

'Lin=10mH'

,

'Napięcie 0.2*Us_abc'

)

axis([0 0.02 -100 100])
xlabel(

't[s]'

);

ylabel(

'I[A]'

);

grid

on

Wnioski:

Pow

ższe prze iegi R s. o razują w jaki sposó z ie ia się prze ieg prądu wejś iowego

prz z ia ie i duk j oś i. Dla ał h i duk j oś i prze ieg jest ardzo z iekształ o . Największe
z iekształ e ia posiadają prze iegi dla i duk j oś i od Li =

µH – 4mH. W raz ze wzrostem

indukcyjn

oś i, ada prze ieg za z a prz po i ać prze ieg si usoidal . Skutkuje to sta il iejszą

pra ą układu, gd ż wów zas ie a wahań w zasila iu. Niestet wzrost i duk j oś i a też swoje
skutki egat w e. Jak widać z prze iegu zerwo ego dla wartoś i Li =

H wartość śred ia

ada ego prądu jest dużo

iejsza ok. A od prze iegu zielo ego dla wartoś i Li =

µH.

`

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0.008

0.009

0.01

5

10

15

20

25

30

THD sieci

Indukcyjność

%

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0.008

0.009

0.01

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

Piąta harmoniczna

Indukcyjność

%

Badanie wpływu indukcyjności wejściowej mostka diodowego na zawartość

harmonicznych w przebiegu prądu sieci.

Rys.5

Charakterystyka zależ oś i THD

Isieci

=f(L

IN

)

Rys.6

Charakterystyka zależ oś i I

(5)

/I

(1)

=f(L

IN

harakterystyka piątej har o i z ej w fu k ji i duk yj oś i)

`

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0.008

0.009

0.01

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Siódma harmoniczna

Indukcyjność

%

Rys.7

Charakterystyka zależ oś i I

(7)

/I

(1)

=f(L

IN

) ( charakterystyka siódmej harmonicznej

w fu k ji i duk yj oś i)

Skr pt progra u „Matla ” do pow ższ h prze iegów (rys.5, rys.6, rys.7):

THD =[ 27.67; 23.14; 19.60; 16.37; 13.55; 11.15; 9.38; 8.08; 7.10; 6.33;
5.71];
I5=[22.49; 21.22; 18.33; 15.20; 12.45; 10.22; 8.60; 7.41; 6.52; 5.81;
5.24];
I7=[10.68; 7.38; 6.02; 5.31; 4.51; 3.71; 3.11; 2.68; 2.35; 2.09; 1.89];
L=[100e-6; 1e-3; 2e-3; 3e-3; 4e-3; 5e-3; 6e-3; 7e-3; 8e-3; 9e-3; 10e-3];

plot(L,THD)
title(

'THD sieci'

)

xlabel(

'Indukcyjność'

)

ylabel(

'%'

)

grid

on

figure(2)
plot(L,I5)
title(

'Piąta harmoniczna'

)

xlabel(

'Indukcyjność'

)

ylabel(

'%'

)

grid

on

figure(3)
plot(L,I7)
title(

'Siódma harmoniczna'

)

xlabel(

'Indukcyjność'

)

ylabel(

'%'

)

grid

on

`

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0.008

0.009

0.01

340

360

380

400

420

440

460

480

500

520

Indukcyjność

U

[

V

]

Wartość średnia napięcia od indukcyjności

Wnioski:

Dzięki lo zkowi „Powergui” ogliś uz skać wartoś i THD i utworz ć z nich wektor ten

wektor. Pow ższe prze iegi pokazują, iż w raz ze wzroste i duk j oś i współ z

ik zawartoś i

harmonicznych maleje

. ) prze iegów dot zą

h piątej har o i z ej r s. oraz siód ej r s.

oż a zauważ ć, że w piątej har o i z ej wartość po zątkowo jest ie al dwukrot ie większa od

wartoś i po zątkowej har o i z ej siód ej.

Badanie wpływu indukcyjności wejściowej mostka diodowego na wartość średnią

napięcia U

dc

Rys.8

)ależ ość apię ia w fu k ji i duk yj oś i

Skrypt

progra u „Matla ”(rys.8):

us(1)=mean(UIdc_przebiegi1.signals.values(:,2))
us(2)=mean(UIdc_przebiegi2.signals.values(:,2))
us(3)=mean(UIdc_przebiegi3.signals.values(:,2))
us(4)=mean(UIdc_przebiegi4.signals.values(:,2))
us(5)=mean(UIdc_przebiegi5.signals.values(:,2))
us(6)=mean(UIdc_przebiegi6.signals.values(:,2))
us(7)=mean(UIdc_przebiegi7.signals.values(:,2))
us(8)=mean(UIdc_przebiegi8.signals.values(:,2))
us(9)=mean(UIdc_przebiegi9.signals.values(:,2))
us(10)=mean(UIdc_przebiegi10.signals.values(:,2))
us(11)=mean(UIdc_przebiegi11.signals.values(:,2))

plot(L,us)
xlabel(

'Indukcyjność '

)

ylabel(

'U [V]'

)

title(

'Wartość średnia napięcia od indukcyjności'

)

grid

on

`

0

0.002

0.004

0.006

0.008

0.01

0.012

0.014

0.016

0.018

0.02

-300

-200

-100

0

100

200

300

t [s]

U

[

V

]

Napięcie wejściowe w zależności od indukcyjności wejściowej sieci

Ls=50uH

Ls=500uH
Ls=1mH

Badanie wpływu reaktancji zastępczej sieci na kształt napięcia wejściowego

Rys.9

Wykres zależ oś i apię ia od trze h róż y h wartoś i i duk yj oś i

Skr pt progra u „Matla ”(rys.9):

parametry
Lin=5e-3

Ls=50e-6;
sim(

'prostownik'

)

y1=UI_przebiegi

Ls=500e-6;
sim(

'prostownik'

)

y2=UI_przebiegi

Ls=1e-3
sim(

'prostownik'

)

y3=UI_przebiegi

plot(y1.time,y1.signals.values(:,4))
hold

on

plot(y2.time,y2.signals.values(:,4),

'g'

)

hold

on

plot(y3.time,y3.signals.values(:,4),

'r'

)

axis([0 0.02 -350 350])
xlabel(

't [s]'

)

ylabel(

'U [V]'

)

title(

'Napięcie wejściowe w zależności od indukcyjności wejściowej sieci'

)

legend(

'Ls=50uH'

,

'Ls=500uH'

,

'Ls=1mH'

)

grid

on

`

Wnioski:

Pow ższe prze iegi o razują a wpł w i duk j oś i a apię ie wejś iowe. Widać z i h,

że prze ieg ie ieski dla wartoś i Ls= µH swoi kształte aj ardziej z liżo jest do prze iegu
si usoidal ego. Pozostałe wartoś i i duk j oś i a ra zej i h wzrost spowodował odkształ e ie się
przebiegu

– ajlepiej to odkształ e ie o razuje prze ieg zerwo dla Ls=

H.