Politechnika Białostocka

Katedra Energoelektroniki i Napędu Elektrycznego

BADANIE PROSTOWNIKA REWERSYJNEGO Z BLOKADĄ PRĄDÓW

WYRÓWNAWCZYCH

Białystok 2009

2

Zastrzeżenia

Materiały zawarte w instrukcji przeznaczone są wyłącznie do użytku wewnętrznego

w KEiNE PB. Ich rozpowszechniane w jakiejkolwiek postaci na zewnątrz KEiNE PB stanowi
naruszenie praw własności oraz praw autorskich i jako takie jest karalne. Schematy i opra-
cowania zawarte w instrukcji przeznaczone są wyłącznie do celów edukacyjnych w KEiNE
PB. Wszelkie inne ich wykorzystanie wymaga zgody ich twórców. Żadna częśd jak i całośd
materiałów zawartych w instrukcji nie może byd powielana i rozpowszechniania lub dalej
rozpowszechniana w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób (w tym także elektro-
niczny lub mechaniczny lub inny albo na wszelkich polach eksploatacji) włącznie z kopio-
waniem, szeroko pojętą cyfryzacją lub kopiowaniem, w tym także zamieszczaniem w In-
ternecie bez pisemnej zgody ich twórców.

Ogólne zasady bezpieczeństwa



Przed przystąpieniem do zajęć należy zapoznać się z instrukcją dydaktyczną do stano-
wiska laboratoryjnego.



Dokonać oględzin urządzeń i przyrządów używanych w ćwiczeniu, a o zauważonych
nieprawidłowościach bezzwłocznie powiadomić prowadzącego.



Zabrania się samodzielnego załączania stanowiska bez zgody prowadzącego.



Zmian nastaw parametrów lub konfiguracji, możliwych przy użyciu dostępnych manipula-
torów (potencjometrów, przełączników), należy dokonywać po przeanalizowaniu skut-
ków takich działań.



Zmian konfiguracji obwodów elektrycznych, możliwych jedynie poprzez zmiany połączeń
przewodów, należy dokonywać za zgodą prowadzącego po uprzednim wyłączeniu zasi-
lania stanowiska.



Po załączeniu stanowiska wykonywanie przełączeń (np. wymiana przyrządu) w układzie
znajdującym się pod napięciem jest niedozwolone.



W w/w stanowisku dostępne są części czynne obwodu elektrycznego o napięciu prze-
kraczającym napięcie bezpieczne, dlatego przed uruchomieniem należy zachować od-
powiednie oddalenie od tych części czynnych w celu uniknięcia porażenia prądem elek-
trycznym.



Stosowanie sposobów sterowania, ustawień lub procedur innych niż opisane w instrukcji
może spowodować nieprzewidziane zachowanie obiektu sterowanego a nawet uszko-
dzenie stanowiska.



Nie należy podłączać urządzeń nie przeznaczonych do współpracy z tym stanowiskiem
laboratoryjnym.



Przekroczenie dopuszczalnych parametrów prądów, napięć sygnałów sterujących może
doprowadzić do przegrzania się niektórych podzespołów, pożaru lub porażenia prądem.



W przypad

ku pojawienia się symptomów nieprawidłowego działania (np. swąd spaleni-

zny) natychmiast należy wyłączyć stanowisko i odłączyć przewód zasilający.



Demontaż osłon stanowiska oraz wszelkie naprawy i czynności serwisowe, oprócz opi-
sanych w instrukcji, powinny

być wykonywane przez wykwalifikowany personel po wyłą-

czeniu stanowiska.



Należy stosować tylko bezpieczniki o parametrach nominalnych podanych w instrukcji
lub na obudowie urządzenia.



Urządzenie powinno być czyszczone przy użyciu suchej i miękkiej szmatki. Nie należy
stosować do tych celów rozpuszczalników.

3



Podczas korzystania z aparatury laboratoryjnej (oscyloskopy, generatory, zasilacze itp.)
należy przestrzegać ogólnych zasad bezpieczeństwa tj.:

-

Do zasilania przyrządu należy stosować tylko kable zalecane do danego wyrobu.

- Nie należy podłączać lub odłączać sond i przewodów pomiarowych, gdy są one dołą-

czone do źródła napięcia.

- Przyrząd powinien być połączony z uziemieniem przez przewód ochronny w kablu za-

si

lającym. Aby uniknąć porażenia przewód ten powinien być podłączony do przewodu

ochronnego sieci.

- Przewód uziemiający sondy należy podłączać tylko do uziemienia ochronnego. Nie na-

leży podłączać go do punktów o wyższym potencjale.

- Aby uniknąć porażenia prądem podczas używania sondy, należy trzymać palce nad

pierścieniem zabezpieczającym. Nie wolno dotykać metalowych części grotu, gdy son-
da jest podłączona do źródła napięcia

Nie dotykać końcówek przewodów łączeniowych w trakcie wykonywania pomiarów.

Uwagi szczególne odnośnie pracy przy stanowisku

Sta

nowisko laboratoryjne zasilane jest z zasilacza o zakresie napięć bezpiecznych.

Nie stwarza więc bezpośredniego zagrożenia zdrowia lub życia osób je obsługujących.
Pomimo to, uruchomienie układu może być dokonane tylko i wyłącznie na wyraźne pole-
cenie prow

adzącego zajęcia.

Niedopuszczalne jest wykonywanie czynności łączeniowych przy załączonym którymkol-
wiek z elementów stanowiska laboratoryjnego. Mimo, że wszystkie napięcia na łączach
mają wartości niższe od 24V, to w wyniku przełączeń „pod napięciem” może nastąpić
uszkodzenie podzespołów stanowiska.

Podczas pomiarów oscyloskopem wielokanałowym należy zwrócić uwagę na

właściwe przyłączenie masy sond oscyloskopowych by nie spowodować zwarcia w
badanych układach.

Niedopuszczalne jest kasowanie, kopiowanie lub wprowadzanie własnych programów

komputerowych nie związanych bezpośrednio z wykonywanym ćwiczeniem, bez zgody
prowadzącego zajęcia. Zakończenie ćwiczenia należy zgłosić prowadzącemu ćwiczenia.
Po sprawdzeniu przez prowadzącego należy dokonać czynności porządkowych na
stanowisku laboratoryjnym,

a uszkodzone w trakcie ćwiczenia przewody - naprawić

4

1. Podstawy teoretyczne

1.1 Prostowniki rewersyjne

Prostownik sterowany generuje napięcie wyjściowe, którego wartość średnia

w przypadku ciągłego prądu odbiornika może być wyznaczona z następującej zależno-
ści :







cos

U

q

sin

q

U

M

O



(1)

gdzie :



- kąt opóźnienia wysterowania,



(0,



),

q - liczba pulsów napięcia wyjściowego w okresie napięcia wejściowego,
U

M

- wartość maksymalna napięcia, z którego kształtowane jest napięcie wyj-

ściowe prostownika (jest nim napięcie fazowe w przypadku prostownika
trójpulsowego i napięcie międzyfazowe w przypadku prostownika trójfa-
zowego mostkowego).

W pełnym zakresie kątów wysterowania wartość średnia napięcia wyjściowego

zmienia się w zakresie od +U

OM

do -U

OM

, gdzie:

M

OM

U

q

sin

q

U







.

(2)

Prąd wyjściowy prostownika może być tylko jednokierunkowy, gdyż tyrystory

mogą przewodzić prąd w jednym kierunku. Istnieją odbiorniki, które wymagają zasi-
lania nie tylko dwukierunkowym napięciem, ale też wymagają dwukierunkowego
przepływu prądu zasilającego. Przykładem takiego odbiornika mogą być maszyny
prądu stałego. Gdy wirnik maszyny wiruje w określonym kierunku, to w celu jego za-
hamowania należy przejść od pracy silnikowej do prądnicowej. Przy stałym wzbudze-
niu oznacza to zmianę kierunku przepływu prądu twornika. Zasilacz takiego silnika
powinien umożliwiać praktycznie bezprzerwową zmianę kierunku przepływu energii.
Można go zbudować przez przeciwsobne połączenie dwóch prostowników A i B, dzię-
ki czemu możliwe jest uzyskanie obu polaryzacji wielkości wyjściowych ( +U

O

i

+I

O

). Taki przekształtnik jest czterokwadrantowym źródłem napięcia. Typowym jego

zastosowaniem jest napęd nawrotny prądu stałego. Uproszczony schemat ideowy pro-
stownika rewersyjnego w wersji trój- i sześciopulsowej pokazano na rysunku. 1. Prze-
kształtniki pojedyncze wchodzące w skład przekształtnika rewersyjnego mogą być
sterowane symetrycznie, dzięki czemu wartości średnie napięcia generowanego ( jeśli
pominięte zostaną niewielkie spadki napięcia na tyrystorach ) przez oba przekształtniki
składowe A i B powinny być sobie równe. Możliwe to jest w sytuacji, gdy jednocze-
śnie jeden przekształtnik np. A wysterowany jest do pracy prostownikowej a drugi, np.
B - do pracy falownikowej. Przebiegi czasowe napięć wyjściowych przekształtników
składowych przekształtnika rewersyjnego pokazano na rysunku 2. Ponieważ punkty
komutacji naturalnej prostownika A leżą w punktach M, a prostownika B w punktach
N, to przy takich samych kątach wysterowania liczonych od punktów komutacji natu-

5

ralnej prostowniki generują napięcia o przeciwnych znakach. Spełnienie warunku
równości wartości średnich napięć wyjściowych obu przekształtników wymaga speł-
nienia następującej zależności:

B

M

A

M

cos

U

q

sin

q

cos

U

q

sin

q

















(3)

B

A

cos

cos









(4)

stąd:





B

A

B

A

cos

cos























(5)

W celu uzyskania zwartości zapisu zamiast kąta opóźnienia wysterowania



wprowa-

dza się kąt wyprzedzenia wysterowania











i wówczas warunek sterowania sy-

metrycznego wyraża się zależnością:

A

B







(6)

Z powyższej równości wnika, że kąt opóźnienia wysterowania przekształtnika A -



A

i

kąt wyprzedzenia wysterowania przekształtnika B -



B

są jednakowe.

Rys. 1. Uproszczony schemat ideowy prostowników rewersyjnych z blokadą prądów wyrów-

nawczych w wersji trójpulsowej (a) i sześciopulsowej (b)

Na rysunku 2. pokazano przebiegi czasowe napięć generowanych przez oba

prostowniki składowe. W celu utrzymania równości wartości średnich napięć wyj-
ściowych prostowników składowych przekształtnik A jest sterowany jest z kątem
opóźnienia wysterowania



A

, natomiast przekształtnik B -



B

. Oba kąty muszą mieć

6

jednakowe wartości, a sposób ich określania, przy liniowym napięciu taktującym, po-
kazano na rysunku 2a. Taki sposób sterowania prostownika wymaga dwóch odmien-
nych typów sterowników, gdyż w sterowniku prostownika A napięcie taktujące jest
malejące, a w sterowniku prostownika B napięcie taktujące jest narastające. Istnieje
możliwość stosowania jednego typu sterownika (np. z liniowym napięciem maleją-
cym) do sterowania prostownika rewersyjnego, ale wymaga podania na wejście ste-
rownika prostownika B napięcia sterującego o odwrotnej polaryzacji w stosunku do
napięcia sterującego prostownika A. Taki sposób kształtowania napięcia prostowników
składowych ilustruje rysunku 2b.

Rys. 2. Przebiegi czasowe napięć wyjściowych przekształtników składowych trójpulsowego

przekształtnika rewersyjnego w przypadku stertowania symetrycznego

Statyczne charakterystyki sterowania przekształtnika rewersyjnego (U

o

=f(



))

sterowanego symetrycznie (sterowniki z liniowym napięciem taktującym, przewodze-
nie ciągłe) przedstawiono na rysunku 3

.

7

Rys. 3. Charakterystyki sterowania przekształtnika rewersyjnego.

Bliższa analiza kształtu napięć wyjściowych prostownika rewersyjnego pokaza-

nych na rysunku 2 wskazuje, że wprawdzie wartości średnie napięć prostowników
składowych są jednakowe, to wartości chwilowe mogą różnić się znacznie. Bezpo-
średnie połączenie zacisków wyjściowych prostowników spowodowałoby przepływ
znacznych prądów wyrównawczych prowadzących do zwarcia (zwarcie międzyfazo-
we poprzez wysterowane zawory obu grup prostownikowych). Ograniczenie prądów,
które mogłyby płynąć pomiędzy fazami źródła zasilającego z pominięciem obciążenia,
zwanych prądami wyrównawczymi można zrealizować dwoma sposobami. Pierwszy
polega na zastosowaniu są specjalnych dławików. Ten sposób nie będzie w tym ćwi-
czeniu realizowany, dlatego nie będzie dalej omawiany.

Drugi sposób ograniczenia prądów wyrównawczych polega na zastosowaniu zasa-

dy sterowania rozdzielnego poszczególnych prostowników składowych, określanej
mianem sterowania bez prądów wyrównawczych lub sterowaniem z blokadą prądów
wyrównawczych. Strategia sterowania przekształtnika z blokadą polega na tym, że gdy
przewodzą tyrystory prostownika A, to tyrystory prostownika B są w stanie blokowa-
nia (nie mogą być wysterowane) i odwrotnie. Przełączanie przewodzenia z jednego
prostownika na drugi odbywa się w stanie bezprądowym. Oznacza to, że zmiany kąta
wysterowania prostownika przewodzącego odbywają się tak, aby prąd zmalał do zera.
Po odzyskaniu przez tyrystory właściwości zaporowych (konieczna zwłoka czasowa
t

Z

) można odblokować drugi prostownik. Umożliwi to przepływ prądu odbiornika w

przeciwnym kierunku.

Jednym z częstszych zastosowań prostownika rewersyjnego jest dwukierunko-

wy napęd prądu stałego. W tej aplikacji różnica pomiędzy napięciem wyjściowym
prostownika, a siłą elektromotoryczną silnika jest niewielka, co może być przyczyną
znacznych skoków prądu nawet przy niewielkich zmianach napięcia sterującego u

S

(kąta wysterowania



). Korzystnie jest więc prostownik rewersyjny objąć pętlą ujem-

nego, prądowego sprzężenia zwrotnego w sposób przedstawiony na rysunku 4.

8

W prezentowanym układzie regulator prądu tak zmienia napięcie sterujące układy wy-
zwalające tyrystorów u

S

, ażeby prąd odbiornika i

O

możliwie najmniej różnił się od

prądu zadanego i

Z

.

Rys. 4. Schemat blokowy zamkniętego układu regulacji prostownika rewersyjnego z blokadą

prądów wyrównawczych

Zasada działania prostownika rewersyjnego z blokadą polega na blokowaniu grupy
zaworowej, która w danej chwili nie bierze udziału w przewodzeniu prądu odbiornika,
przez odcięcie impulsów wyzwalających tyrystory. Informacja o konieczności zablo-
kowania lub odblokowania danej grupy zaworowej generowana jest w specjalnym
układzie logicznym zwanym blokadą. Blokada musi spełniać następujące funkcje:



gdy jeden z dwóch układów zaworowych przewodzi prąd, wówczas drugi (prze-
ciwny) nie może być wysterowany,



przy zmianie znaku sygnału wielkości zadanej, powinno następować przełączanie
obwodu przewodzenia z jednego układu prostownikowego na drugi,



zablokowanie impulsów wyzwalających tyrystory falownika nie może nastąpić
zanim prąd odbiornika nie zmaleje do zera.

W praktyce spotykamy kilka sposobów realizacji układu blokady różniących się

rodzajem sygnałów wejściowych:



blokada reagująca na obecność prądu obu grup zaworowych i znak prądu zadanego
b=f(i

A

*

, i

B

*

, i

Z

*

),



blokada reagująca na obecność prądu obciążenia oraz korelację pomiędzy znakiem
prądu zadającego, a aktualnym stanem blokady b(t+1) = f(i

0

*

, i

Z

*

, b(t)),



blokada reagująca tylko na obecność prądu w obu grupach prostownikowych
b(t)=f(i

A

*

, i

B

*

, t

Z

).

9

W opisie działania różnych typów blokad przyjęto następujące oznaczenia:

b=1 - oznacza stan blokowania danej grupy zaworowej,
b=0 - oznacza stan wysterowania danej grupy zaworowej,
i

Z

*

=1 - zadany zwrot prądu i

Z

odpowiadający przewodzeniu prostownika A,

i

Z

*

=0 - zadany zwrot prądu i

Z

odpowiadający przewodzeniu prostownika B,

i

O

*

=1 - płynie prąd obciążenia,

i

O

*

=0 - nie płynie prąd obciążenia,

i

A

*

=1 - prąd obciążenia płynie przez prostownik A,

i

B

*

=1 - prąd obciążenia płynie przez prostownik B.

Pierwsza blokada jest układem kombinacyjnym, którego sygnałami wejścio-

wymi są : kierunek prądu zadanego i

Z

*

i informacja o tym, która grupa zaworowa aktu-

alnie przewodzi prąd. Jeżeli płynie prąd w grupie A, to blokowana jest grupa B i od-
wrotnie. W przypadku, gdy w obu grupach prąd nie płynie (start układu lub stan prze-
wodzenia nieciągłego) blokada zmienia swój stan na taki, który odpowiada kierunkowi
prądu zadanego i

Z

*

. Trzy wejściowe sygnały binarne mogą wytworzyć osiem możli-

wych stanów wejść, którym przyporządkowano stany wyjść według wcześniej poda-
nych zasad, zgodnie z tablicą 1.

Tablica 1.

i

Z

*

i

A

*

i

B

*

b

A

b

B

1

0

0

0

1

1

0

1

1

0

1

1

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

0

0

1

0

1

1

Stan i

A

*

= i

B

*

= 1 oznacza zwarcie (przewodzą oba prostowniki składowe jednocześnie).

W czasie normalnej pracy stan ten nigdy nie może wystąpić.

Nie można odblokować impulsów wyzwalających tyrystory danego prostowni-

ka, zanim nie zmniejszy się do zera prąd poprzedniej grupy, a tyrystory nie odzyskają
właściwości zaworowych. Praktyczne stwierdzenie tego jest bardzo trudne, gdyż wy-
maga bardzo czułego układu pomiarowego, odpornego na wszechobecne zakłócenia
generowane przez obwód siłowy. Pewność działania blokady można zwiększyć stosu-
jąc na wyjściu blokady układy opóźniające, które blokują impulsy sterujące tyrystory
natychmiast, a odblokowują dopiero po czasie t

Z

. Czas t

Z

jest nieco większy od czasu

trwania jednego pulsu prostownika. Ponieważ prąd bliski zeru jest tylko w czasie
przewodzenia impulsowego (w tym stanie pracy prostownika czas trwania impulsu
prądu jest krótszy od czasu jednego pulsu napięcia wyjściowego), dlatego załączenie
impulsów dopiero po czasie t

Z

gwarantuje pewność, że nawet wtedy, gdy czujniki nie

wykryły prądu w tyrystorach, prąd odbiornika w czasie t

Z

zmaleje do zera i nastąpi

przełączenie prostownika bez zwarcia.

10

Rys. 5. Schemat ideowy blokady i przebiegi napięć i prądów prostownika rewersyjnego z

blokadą reagującą na kierunek prądu zadanego i obecność prądów poszczególnych
grup zaworowych b=f(i

A

*

, i

B

*

, i

Z

*

)

Kolejny typ blokady to blokada reagująca na obecność prądu obciążenia oraz

korelację pomiędzy znakiem prądu sterującego, a aktualnym stanem blokady
b(t+1) = f(i

0

*

, i

Z

*

, b(t)). Blokada nie zamienia stanu, gdy prąd obciążenia jest różny od

zera. Przy zerowym prądzie obciążenia blokada zmienia stan, jeżeli nie jest on wła-
ściwy do znaku aktualnego znaku prądu zadanego. Ten typ blokady, w przeciwień-
stwie do poprzedniego musi zawierać element pamięci i wymaga pomiaru tylko jedne-
go prądu. Na rysunku 6 przestawiono przebiegi napięć i prądów ilustrujących zasadę
działania blokady, schemat ideowy i tablicę przejść.

11

Rys. 6a. Przebiegi napięć i prądów prostownika rewersyjnego z blokadą reagującą

obecność prądu obciążenia oraz korelację pomiędzy znakiem prądu zadające-
go i aktualnym stanem blokady b(t+1) = f(i

0

*

, i

Z

*

, b(t))

i

Z

*

i

O

*

b(t) b(t+1)

a 1

1

0

0

b 0

1

0

0

c 0

0

0

1

d 0

0

1

1

e 0

1

1

1

f

1

1

1

1

g 1

0

1

0

h 1

0

0

0

a 1

1

0

0

Rys. 6b. Tablica przejść blokady prostownika

rewersyjnego reagującej na obecność
prądu obciążenia oraz korelację pomię-
dzy

znakiem

prądu

zadającego

i aktualnym

stanem

blokady

b(t+1) = f(i

0

*

, i

Z

*

, b(t))

Rys. 6c. Schemat ideowy blokady prostownika rewersyjnego reagującej na obecność prądu

obciążenia oraz korelację pomiędzy znakiem prądu zadającego i aktualnym stanem
blokady b(t+1) = f(i

0

*

, i

Z

*

, b(t))

Trzeci typ blokady, tzw. „blokada szukająca”, reaguje tylko na obecność prądu w obu
grupach prostownikowych b(t)=f(i

A

*

, i

B

*

, t

Z

). Zasadę działania blokady pokazano na

rysunku 7.

Rys. 7a. Przebiegi napięć i prądów prostownika rewersyjnego z blokadą, która reaguje tylko

na obecność prądu w obu grupach prostownikowych b(t)=f(i

A

*

, i

B

*

, t

Z

)

13

Rys. 7b. Schemat ideowy blokady prostownika rewersyjnego reagującej tylko na obecność

prądu w obu grupach prostownikowych b(t)=f(i

A

*

, i

B

*

, t

Z

)

W stanie bezprądowym i

A

*

=i

B

*

= 0 blokada zmienia swój stan co czas t

Z

, umożliwiając

rozpoczęcie przewodzenia każdemu z prostowników składowych. Pracę rozpocznie
ten, który będzie miał spełnione są warunki przewodzenia w aktualnym punkcie pracy.
W celu łatwiejszego zobrazowania zasady działania blokady sztucznie wydłużono
czas, po którym zaczyna przewodzić kolejna grupa. Przebiegi napięć i prądów pro-
stownika rewersyjnego współpracującego z odbiornikiem R, L i E w układzie prak-
tycznym przedstawione są na rysunku 8.

Rys. 8. Przebiegi czasowe napięć i prądów prostownika rewersyjnego z odbiornikiem R, L i E

w czasie dynamicznego rewersu (siła elektromotoryczna odbiornika w czasie rewersu
zmienia się liniowo)

14

Są one analogiczne do przebiegów w poprzednich układach. Cechą charakterystyczną
tej blokady jest to, że do poprawnej pracy niezbędne są tylko informacje o tym czy
dana grupa zaworów przewodzi prąd. Dzięki temu można tę blokadę stosować w ukła-
dach z prostownikami rewersyjnymi pracującymi bez zamkniętej pętli prądowego
sprzężenia zwrotnego.

Zauważmy, że w przekształtnikach z blokadą prądów wyrównawczych zmiana

kierunku przepływu prądu odbiornika na przeciwny poprzedzana jest przerwą bezprą-
dową trwającą t

Z

. W czasie tej przerwy napięcie wyjściowe prostownika wynosi zero

(odbiornik typu R oraz R i L) lub E (odbiornik typu R, L i E). Są to cechy charaktery-
styczne pozwalające jednoznacznie odróżnić ten typ prostownika od innych.

Na kolejnych rysunkach pokazano charakterystyczne kształty napięć w po-

szczególnych kwadrantach płaszczyzny U

O

-I

O

. Przekształtnik rewersyjny może gene-

rować dwa typy fal napięcia:



falę typu pozytywnego - napięcie wstępującego wycinka sinusoidy ma początkową
wartość chwilową większą niż końcowa wartość chwilowa napięcia wycinka ustę-
pującego



falę typu negatywnego - napięcie wstępującego wycinka sinusoidy ma początkową
wartość chwilową mniejszą niż końcowa wartość chwilowa napięcia wycinka ustę-
pującego

Rys. 9. Przebiegi wartości chwilowych napięcia i prądu wyjściowego prostownika w czterech

kwadrantach płaszczyzny U

O

-I

O.

15

Rys. 10. Wizualizacja poszczególnych stanów pracy prostownika rewersyjnego na płaszczyź-

nie U

O

-I

O

.

16

2. Opis stanowiska

Na rysunku 11 pokazano widok płyty czołowej stanowiska laboratoryjnego.

Po prawej stronie u dołu umieszczono główny przycisk załączający oznaczony jako Z.
Po naciśnięciu przycisku Z załącza się obwód sterowania i zostanie przygotowany do
uruchomienia obwód główny, który można załączyć i wyłączyć odpowiednio przyci-
skami ZL i WL. Przycisk W służy do wyłączenia stanowiska laboratoryjnego po
uprzednim zmniejszeniu prądu wyjściowego do zera. Wyłącznie stanowiska przy nie-
zerowym prądzie wyjściowym prostownika może prowadzić do przepięć mogących
uszkodzić tyrystory. Po lewej stronie przycisków sterujących umieszczono pole zawie-
rające potencjometr P

Z

i dwa przełączniki. Potencjometr P

Z

przeznaczony jest do regu-

lacji napięcia sterującego układy wyzwalania tyrystorów. Przełącznikiem znajdującym
się po lewej stronie potencjometru P

Z

wybierane jest źródło napięcia sterującego. Mo-

że nim wewnętrzne źródło napięcia stałego sygnowane jako DC lub zewnętrzny gene-
rator, który należy dołączyć do gniazda oznaczonego jako EXT. Generator zewnętrzny
służy jedynie do badania zachowania prostownika rewersyjnego w stanach dynamicz-
nych. Przełącznikiem znajdującym się po prawej stronie potencjometru P

Z

należy wy-

brać sposób sterowania. W prostownikach z blokadą prądów wyrównawczych możli-
we jest to tylko sterowanie symetrycznie (przy zerowym napięciu sterującym kąt wy-
sterowania



=



/2). Sterowanie asymetrycznie (przy zerowym napięciu sterującym kąt

wysterowania



=



MAX

) jest używane jedynie przy badaniu prostowników z prądami

wyrównawczymi. Lewą część płyty czołowej zajmuje układ sterowania prostownika.
Jest to typowa struktura wielokanałowa (każdy tyrystor ma oddzielny układ wyzwala-
nia). Impulsy wyzwalające powstają w chwili zrównania odpowiednich napięć taktują-
cych związanych z poszczególnymi tyrystorami i napięcia sterującego. Pomiędzy ste-
rownikami tyrystorów umieszczono blokadę, która stanowi specjalny układ logiczny
służący do blokowania grupy zaworowej, która w danej chwili nie bierze udziału w
przewodzeniu prądu odbiornika, przez odcięcie impulsów wyzwalających tyrystory. W
prostowniku z blokadą prądów wyrównawczych obie grupy prostownikowe przewo-
dzą prąd obciążenia alternatywnie, więc blokadę należy załączyć wyłącznikiem
umieszczonym obok niej. W układzie sterowania przekształtnika zastosowano „bloka-
dę szukającą”, gdyż ten typ blokady wymaga tylko informacji o tym czy płynie prąd
obciążenia. Wszystkie inne typy blokad wymagają dodatkowo informacji o kierunku
prądu zadanego, a ten sygnał dostępny jest tylko w układach z przekształtnikiem obję-
tym sprzężeniem prądowym. Sprzężenie zwrotne znacznie utrudniłoby badanie prze-
kształtnika rewersyjnego w stanach statycznych. Stan blokady i stan prostownika ob-
razują diody świecące. Świecenie diody oznaczonej jako i

A

oznacza przepływ prądu

dodatniego, a diody oznaczonej jako i

B

-odpowiednio prądu ujemnego. Diody umiesz-

czone na wyjściu blokady sygnalizują stan odblokowania impulsów wyzwalających
tyrystory danej grupy. W czasie poprawnej pracy świecą diody umieszczone w jednym
rzędzie.
Pod sterownikami znajduje się synchroniczna pętla fazowa. Jej zadaniem jest wytwo-
rzenie liczby proporcjonalnej do fazy napięcia sieci. Liczba ta podawana jest na wej-
ście pamięci RAM, w której zapisane są w postaci binarnej napięcia taktujące po-
szczególnych tyrystorów (patrz rys.2). Rodzaj tego napięcia (liniowe czy kosinuso-
idalne) wybierany jest przełącznikiem umieszczonym powyżej RAM.

17

B

LO

K

A

D

A

K

R

T

R

D

F

i

A

i

B

T

4

T

1

S

L

T

5

T

2

T

6

T

3

L

o

U

o

U

st

r

I

o

L

w

L

w

L

w

L

w

L

1

’

L

2

’

L

3

’

N

Z

L

Z

W

L

W

R

o

P

z

M

S

B

V

C

O

R

A

M

A

S

Y

M

.

S

Y

M

.

C

A

L

ic

zn

ik

E

X

T

LI

N

D

C

C

O

S

T

1

0

T

11

T

1

2

T

7

T

8

T

9

P

R

O

S

T

O

W

N

IK

I S

T

E

R

O

W

A

N

E

T

4

T

5

R

o

zd

zi

e

la

cz

im

p

ul

só

w

T

6

U

13

U

13

U

31

U

31

U

21

U

21

U

12

U

12

U

32

U

32

U

23

U

23

T

1

T

2

R

o

zd

zi

e

la

cz

im

p

ul

só

w

T

3

U

st

rA

U

st

rA

U

32

T

1

0

T

11

R

o

zd

zi

e

la

cz

im

p

ul

só

w

T

1

2

U

12

T

7

T

8

R

o

zd

zi

e

la

cz

im

p

ul

só

w

T

9

U

st

rB

U

st

rB

U

st

r

U

S

Rys. 11. Widok płyty czołowej stanowiska

Synchroniczna pętla fazowa ma wyprowadzone dwa sygnały: u

s

i MSB. Natychmiast

po załączeniu oba te sygnały na ekranie oscyloskopu zsynchronizowanego z siecią,

18

mają być nieruchome względem siebie. Niespełnienie tego warunku powoduje niepo-
żądaną modulację kąta wysterowania, której efektem są znaczne zmiany prądu obcią-
żenia, mimo że napięcie sterujące jest stałe. Jest to stan awaryjny, który należy zgłosić
prowadzącemu zajęcia.

Omawiane dotychczas bloki stanowiska laboratoryjnego są wewnętrznie skoja-

rzone i nie wymagają jakichkolwiek połączeń, w przeciwieństwie do prostowników,
które są na centralnym polu, po prawej stronie płyty czołowej stanowiska. Umieszczo-
no tu cztery prostowniki trójpulsowe (układy generujące impulsy sterujące bramki ty-
rystorów są podłączone wewnętrznie), cztery dławiki wyrównawcze L

W

(są one nie-

zbędne w prostowniku z prądami wyrównawczymi, natomiast w prostowniku z bloka-
dą prądów wyrównawczych mogą być wyjątkowo użyte jako dodatkowy dławik wy-
gładzający) i odbiornik typu R, L (zwarcie rezystora tego odbiornika przy dużych na-
pięciach wyjściowych grozi awarią).

Tyrystory prostowników są wewnętrznie podłączone do układów wyzwalania i

zasilone są z transformatora poprzez stycznik SL. Załączenie stycznika SL sygnalizują
jest diody świecące. Wyjścia prostowników mogą być kojarzone tak, aby można
otrzymać prostowniki rewersyjne z blokadą prądów wyrównawczych, których sche-
maty pokazano na rys. 12.

T

4

T

1

SL

T

5

T

2

T

6

T

3

Lo

L1’

L2’

L3’

N

Ro

T

10

T

11

T

12

T

7

T

8

T

9

T

1

SL

T

2

T

3

L1’

L2’

L3’

N

Lo

Ro

T

7

T

8

T

9

Rys. 12. Schemat połączeń części siłowej prostownika rewersyjnego z blokadą prądów wy-

równawczych: a) układ trójpulsowy; b) układ sześciopulsowy.

19

Wewnętrzne rezystancyjno-indukcyjne obciążenie prostownika należy dołączać

do zacisków wyjściowych prostownika. Dzięki temu zostaną dołączone do prostowni-
ka mierniki umieszczone u góry, po prawej stronie płyty czołowej. Dwukierunkowe
mierniki oznaczone U

o

i I

o

wskazują wartość średnią napięcia i prądu wyjściowego

prostownika. Trzeci miernik, oznaczony jako U

STR

wskazuje wartość średnią napięcia

sterującego. Wskazania mierników są poprawne tylko przy stałym napięciu sterują-
cym. Wszystkie obserwacje przebiegów napięć i prądów mogą być dokonywane za
pomocą oscyloskopu. W celu dokonania rewersu dynamicznego należy podać na wej-
ście układów wyzwalających napięcie prostokątne przez przełączenie przełącznika
rodzaju napięcia sterującego w pozycję EXT (rysunek 11). W ten sposób zostanie
podane na wejście układu wyzwalającego napięcie z zewnętrznego generatora. Za jego
pomocą należy ustawić wartość maksymalną napięcia wyjściowego prostownika re-
wersyjnego i częstotliwość rewersów.

20

3. Program ćwiczenia

1. Połączyć według schematu przedstawionego na rysunku 12 układ trójpulsowego

przekształtnika rewersyjnego z blokadą prądów wyrównawczych.

2. Zarejestrować przebiegi napięcia i prądu wyjściowego prostownika z odbiorni-

kiem R, L dla prądu odbiornika ciągłego i impulsowego we wszystkich możli-
wych stanach pracy.

3. Zarejestrować i zinterpretować przebiegi prądów i napięć w czasie dynamiczne-

go rewersu napięcia sterującego.

4. Powtórzyć powyższe czynności po zmianie prostownika trójpulsowego na sze-

ściopulsowy.

5. Wyznaczyć charakterystyki sterowania obu układów Uo = f(Us) przy linowym i

kosinusoidalnym napięciu taktującym.

4. Pytania kontrolne.

1. Narysuj schemat prostownika rewersyjnego.
2. Narysuj przebiegi napięcia i prądu wyjściowego prostownika z odbiornikiem R,

L i E przy przewodzeniu ciągłym i impulsowym we wszystkich możliwych sta-
nach pracy prostownika z blokadą prądów wyrównawczych.

3. Przedstaw funkcje blokady.
4. Omów zasadę działania poszczególnych typów blokad.
5. Wyjaśnij dlaczego w przekształtnikach z blokadą prądów wyrównawczych nie-

zbędna jest przerwa bezprądowa

6. Przedstaw mechanizm powstawania napięcia wyrównawczego.
7. Narysuj przebieg napięcia i prądu wyjściowego prostownika rewersyjnego z

blokadą prądów wyrównawczych obciążonego odbiornikiem rezystancyj-
no-indukcyjnym w czasie skokowej zmiany wartości średniej napięcia wyj-
ściowego na przeciwną.

LITERATURA

1. R.Barlik, M.Nowak: Poradnik inżyniera energoelektronika . WNT 1998.
2. R.Barlik, M.Nowak: Technika tyrystorowa . WNT 1997.
3. T.Citko: Analiza układów energoelektroniki. Skrypt PB Białystok, 1992.
4. H.Tunia, R.Barlik :Teoria przekształtników. Wyd. Politechniki Warszawskiej

1992.

5. H.Tunia, B.Winiarski: Energoelektronika. WNT 1994.
6. H.Tunia, B.Winiarski: Podstawy energoelektroniki. WNT 1987.

Instrukcję opracował dr inż. Antoni Bogdan

21

22

23

20,1,2,19,18,3,4,17,16,5,6,15,14,7,8,13,12,9,10,11