Laboratorium Elektrokonstrukcji Pojazdów Trakcji Elektrycznej

Temat:

Badanie przetwornicy do zasilania obwodów pomocniczych w

pojazdach trakcyjnych.

Zakład Trakcji Elektrycznej

IME PW 2013

2

1.Wstęp

Układem podstawowym elektrycznego pojazdu trakcyjnego jest zespół urządzeń

stanowiących obwód główny. Do prawidłowego działania tego obwodu nieodzowne są
urządzenia pomocnicze, sterujące i pomiarowe. Urządzenia te zasilane są napięciem stałym
jak i przemiennym. Układem przetwarzającym napięcie stałe (jest to napięcie z którego
zasilany jest pojazd trakcyjny ) na napięcie przemienne służące do zasilania układów
pomocniczych jest przetwornica DC/AC.

2.Przetwornica DC/AC

Przetwornica DC/AC jest to przekształtnik służący do przetwarzania energii

dostarczanej ze źródła napięcia stałego w energię napięcia przemiennego. Funkcja spełniana
przez falownik jest zatem odwrotna do funkcji prostownika. Podstawową grupę falowników
zasilanych ze źródła napięcia stanowią falowniki o prostokątnym przebiegu napięcia
wyjściowego. Zasadę pracy takiego falownika można wyjaśnić następująco: Cztery łączniki
(tyrystory konwencjonalne) są załączane i wyłączane (komutacja wymuszona poprzez
tyrystory T

iK

) na przemian parami (T

1

i T

4

oraz T

2

i T

3

) z częstotliwością f. Tym samym

napięcie zasilania U

d

dołączane jest cyklicznie do odbiornika. Przewodzenie tyrystorów T

1

i

T

4

powoduje, że napięcie na odbiorniku wynosi U

d

, natomiast przewodzenie tyrystorów T

3

i

T

2

( tyrystory T

1

i T

4

oczywiście są wyłączone), powoduje, że napięcie na odbiorniku wynosi

-U

d

. Pomiędzy załączeniem par tyrystorów T

1

i T

4

albo T

2

i T

3

występuje stała przerwa

wynoszącą czasowa. Jeżeli odbiornik ma charakter rezystancyjno-indukcyjny, to prąd
odbiornika nie może w sposób natychmiastowy zmienić kierunku, oznacza to że w pewnym
przedziale czasu gdy żaden z tyrystorów nie jest załączony prąd odbiornika zamyka się przez
diody zwrotne D

2

D

3

lub D

1

D

4

, w tym czasie energia zgromadzona w odbiorniku oddawana

jest do źródła zasilania. Odbiornik poprzez diody nadal podłączony jest do źródła zasilania
chociaż żaden z tyrystorów nie przewodzi. Dla odbiornika rezystancyjnego prąd odbiornika
ma kształt taki jaki wynika bezpośrednio z napięcia na odbiorniku. Ze względu na to, że
tyrystory nie są elementami w pełni sterowanymi i nie mogą być wyłączane sygnałem
sterującym , konieczne jest zastosowanie w falowniku tyrystorowym pomocniczych obwodów
wyłączania ( tzw. obwodów komutacji wewnętrznej T

1k

, T

2k ,

T

3k¸

T

4k

,C

1

,C

2

,L

1

,L

2

,L

3

L

4

).

T

1

,T

2

,T

3 ,

T

4

,- tyrystory główne

;

T

1k

, T

2k ,

T

3k

T

4k

- tyrystory komutacyjne

C

1

, C

2

,L

1,

L

2

L

3

L

4

- elementy obwodu komutacyjnego

A

1

,prąd wejściowy V

1

- napięcie wejściowe, A

2,

prąd wyjściowy V

2

- napięcie wyjściowe, Z-

odbiornik ( rezystancja , rezystancyjno- indukcyjny , silnik).

3. Przebieg ćwiczenia

Badania przeprowadzamy dla układu przedstawionego na rysunku 1.

3.1 Do wyjścia falownika należy podłączyć odbiornik rezystancyjny R

1

. Zarejestruj za

pomocą oscyloskopu przebieg napięcia na odbiorniku U

2

i na wejściu falownika U

1

.

Narysuj przebieg napięcia na wejściu falownika U

1

(t) i na odbiorniku U

2

(t), dla minimalnej i

maksymalnej wartości częstotliwości oraz dla minimalnej i maksymalnej wartości R

1

, zmierz

czasy przełączeń, częstotliwość, amplitudy napięć. Wartości zapisz w tabeli 1 i 2. W
przebiegu wyjściowym napięcia wpisz stany pracy poszczególnych tyrystorów głównych i

3

komutacyjnych. Porównaj pulsacje napięcia wejściowego falownika z przebiegiem napięcia
wyjściowego.

Czas t

1

- czas przerwy beznapięciowej na odbiorniku przed wystąpieniem napięcia

dodatniego na odbiorniku,
Czas t

2

- czas wystąpienia napięcia ( dodatniego) na odbiorniku

Czas t

3

- czas przerwy beznapięciowej na odbiorniku przed wystąpieniem napięcia ujemnego

na odbiorniku,
Czas t

4

- czas wystąpienia napięcia ( ujemnego) na odbiorniku

T- czas trwania przebiegu T= t

1

+ t

2

+ t

3

+ t

4

α

1

= (t

1

/T )*360

0

;

α

2

= (t

2

/T )*360

0

; itd

α

=

α

1

+

α

2

+

α

3

+

α

4

Tabela 1

f

t

1

t

2

t

3

t

4

T

f=1/T

αααα

1

αααα

2

αααα

3

αααα

4

αααα

f

min

f

max

Tabela 2

U

1

- amplituda napięcia dodatniego (przyjąć wartość uśrednioną )

U

2

- amplituda napięcia ujemnego (przyjąć wartość uśrednioną)

U

weśr

- napięcie wejściowe (przyjąć wartość średnią). Wartości średnie zmierz za pomocą

oscyloskopu. Wartości („oblicz.”) oblicz za pomocą definicji „wartość średnia, wartość
skuteczna. Podstaw dane zmierzone (

αααα

1

,

αααα

2,

αααα

3

αααα

4,

U

weśr

)

f

U

1

U

2

U

wyśr

pomiar

U

wysk

pomiar

U

wyśr

oblicz.

U

wysk

oblicz.

f

min

f

max

3.2 Dla dwóch rezystancji obciążenia (min i max) i dla f

min

i f

max

narysuj przebieg napięcia

wejściowego przetwornicy i napięcia na odbiorniku-( zwróć uwagę na składową zmienną
napięcia wejściowego, zmierz amplitudę, częstotliwość. Wyjaśnij i uzasadnij zaobserwowane
przebiegi. Porównaj pulsacje napięcia wejściowego falownika z przebiegiem napięcia
wyjściowego (wykorzystaj pomiary z 3.1).

3.3. Do wyjścia falownika podłączyć odbiornik rezystancyjno-indukcyjny i ustawić
częstotliwość pracy falownika na minimalną i maksymalną wartość. Narysuj przebieg
napięcia i prądu odbiornika dla następujących przypadków obciążenia (

R

min

L

max

;

R

min

L

min

).

Dla każdego przypadku opisz przez jakie elementy energoelektroniczne płynie prąd
obciążenia , uzasadnij kształt napięcia wyjściowego,

Rysunek 1 Schemat układu przetwornicy DC/AC do zasilania obwodów pomocniczych w pojazdach trakcyjnych

A

V

V

A

1

1

2

2

odb.

Z

L

1

3

L

2

L

L

4

D

1

D

2

D

3

D

4

T

1k

T

2k

T

1

T

2

3

T

3k

T

T

4k

T

4

4 ohm

10A

10A

C

1

2

C