AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA			Imię i Nazwisko : Piotr Bielaska
LABORATORIUM ENERGOELEKTRONIKI
Rok akademicki: 2002/2003		Rok studiów: III			Moduł: A
Kierunek: ELEKTROTECHNIKA					Grupa: 2 Laboratoryjna: 8
Temat: Oddziaływanie 3-fazowego prostownika tyrystorowego na sieć zasilającą					Nr ćwiczenia: C3
Data wykonania: 17.10.2002			Ocena:

1.Wstęp teoretyczny:

Na rysunku przedstawiony został prostownik mostkowy.

Na jego przykładzie zostało przeprowadzone badanie oddziaływania prostownika trójfazowego na sieć zasilającą. Napięcie wyprostowane za pomocą takiego urządzenia ma postać sześciu powtarzających się pulsów w ciągu okresu. Tyrystory T1, T3, T5, tworzą tzw. grupę katodową, a tyrystory T4, T6, T2, grupę anodową. Załączanie par tyrystorów odbywa się w kolejności: T1 T2, T2 T3, T3 T4, T4 T5, T5 T6, T6 T1. Prądu obciążenia zacznie płynąć gdy wyzwolimy oba tyrystory tworzące parę.

Wartość średnia napięcia od której zleży, równa sumie średnich wartości napięcia wyprostowanego obu prostowników gwiazdowych:
gdzie:

α - kąt opóźnienia załączania kolejnych tyrystorów

Warunki do załączenia kolejnego tyrystora powstają dla punktów odpowiadających na osi czasu zrównaniu się chwilowych wartości dwóch kolejnych napięć międzyfazowych. Są to punkty naturalnej komutacji. Taka sytuacja ma miejsce sześć razy w ciągu jednego okresu.

W prostowniku załączanie kolejnych tyrystorów następuje z opóźnieniem w stosunku do punktów naturalnej komutacji. Opóźnienie to wyrażane jest poprzez kąt α. Przewodzenie dla każdej pary tyrystorów trwa 1/6 okresu, czyli π/3 (60°). Każdy tyrystor uczestniczy w dwóch kolejnych parach i przewodzi przez 1/3 okresu, czyli 2π/3 (120°). W ciągu każdego okresu napięcia trójfazowego źródła, napięcie wyjściowe składa się z 6 jednakowych fragmentów (pulsów) o szerokości π/3 (60°), odpowiadających przewodzeniu jednej pary tyrystorów.

Przełączanie za pomocą tyrystorów prądu obciążenia pomiędzy fazy źródła nie może odbywać się skokowo, gdyż każda faza źródła ma pewną indukcyjność ograniczającą szybkość zmian prądu. Indukcyjności te ograniczają szybkość narastania prądu załączonego tyrystora i zmniejszania się prądu wyłączanego tyrystora . Powoduje to, że po załączeniu kolejnej pary tyrystorów przez pewien czas przewodzą jednocześnie trzy tyrystory. Stan taki kończy się, gdy prąd w załączonym tyrystorze wzrośnie do wartości prądu obciążenia, a prąd komutującego z nim tyrystora zmaleje do zera. Przełączenie prądu obciążenia pomiędzy elementami układu nazywa się komutacją. W prostowniku mostkowym, w ciągu okresu, zachodzą 3 komutacje prądu obciążenia w grupie katodowej i 3 komutacje w grupie anodowej. Kąt komutacji μ, jest funkcją prądu obciążenia I_d i kata opóźnienia wyzwalania tyrystorów α (napięcia wyprostowanego). Najmniejszą wartość kąt komutacji osiąga dla α = π/2. Przy tej wartości kąta opóźnienia występuje największa różnica napięć pomiędzy fazą włączoną do pracy i fazą wyłączaną. (Zjawisko komutacji można zaobserwować na wykresie nr 2)

2.Ćwiczenie i wnioski:

Przebiegi jednej fazy prądu i napięcia zasilającego prostownik dla obciążenia RL i pewnego kąta opóźnienia wysterowania tyrystorów przedstawia wykres nr 1. Pomiędzy kolejnymi komutacjami w prądach faz (a tym samym i w prądzie obciążenia) występuje składowa zmienna będąca skutkiem niepełnej eliminacji składowej zmiennej prądu przez dławik wyjściowy w obciążeniu prostownika. Kat komutacji jest jednocześnie określony przez parametry źródła i wartość prądu obciążenia. Amplituda składowej zmiennej prądu obciążenia jest funkcją stałej czasowej obciążenia, napięcia obciążenia i kąta opóźnienia wyzwalania tyrystorów.

Dla kątów opóźnienia wyzwalania tyrystorów prostownika α ≥
podczas komutacji prąd zmienia się prawie liniowo i dlatego dla prostowników tyrystorowych można aproksymować przebieg prądu, w czasie komutacji, liniami prostymi. Na wykresie tym można też zauważyć, że w czasie komutacji napięcie linii spada do zera.

W prądach trójfazowego źródła występują harmoniczne nieparzyste niebędące wielokrotnością 3. Czynnik sin
ma niezerowe wartości dla h=1·6n. Przedstawia to wykres nr 3 (wyższe harmoniczne 3 i 9 to wynik prawdopodobnie nie symetrii wykonania transformatora)

Praca prostowników sterowanych ma bardzo niekorzystny wpływ na linię zasilającą, stwarzając wiele problemów technicznych związanych przede wszystkim z mocą bierną oraz odkształceniem napięcia i prądu linii zasilającej. W laboratorium zaobserwowaliśmy znaczne odkształcenie napięcia zasilania (zamiast sinusoidy przybiera kształt trapezu). Ma na to wpływ powszechnego wykorzystywania prostowników sterowalnych m.in. w zastosowaniach domowych.

Przekształtnik pracujący jako prostownik pobiera z linii prądu przemiennego moc czynną i bierną. Odwód komutacji wywołuje również pobór mocy biernej komutacji wywołanej reaktancją obwodu. Proces komutacji powoduje dodatkowe przesunięcia prądu względem napięcia. W wielu przypadkach moc bierną komutacji można praktycznie pominąć. Przy pracy falownikowej przekształtnik wraz z odbiornikiem dostarcza moc czynną do linii, ale nadal pobiera z niej moc bierną indukcyjną.

Wykres nr 1 - Przebiegi prądu i napięcia zasilającego prostownik dla obciążenia RL

Wykres nr 2 - Komutacyjne załamanie napięcia zasilającego prostownik

Wykres nr 3 - Zawartość wyższych harmonicznych w prądzie zasilającym prostownik

Wpływ 3-fazowego prostownika Tyrystorowego na sieć zasilającą

Laboratorium Energoelektroniki

4

R

S

T

Z

0

1

3

5

2

4

6

U_wej

I_wej

numery wyższych harmonicznych

1 3 5 7 9

---