TYRYSTOROWY UKŁAD
PROSTOWNICZY 3T OBCIĄŻONY RLE –

PRZEWODZENIE CIĄGŁE

.

2

1

B

C

2

1

A

2

1

R

2

1

T1

B

C

2

1

.

2

1

T2

T3

E

L

A

2

1

schemat ideowy układu

L

e

D1

R

2

1

E

schemat zastępczy

dla przewodzenia pojedynczego tyrystora.
*Przebieg napięcia „u” oraz prądu „i”

odbiornika

L(di/dt)

E

pi

2pi

wt

pi/2

U

min

2

2

0

β

π

α

π

π

α

⋅

≤

≤

≤

≤

z

z

Dla obciążenia RLE równanie napięciowe
obwodu zastępczego w ustalonym stanie

ma postać:

t

d

di

L

Ri

E

t

U

zm

ω

ω

α

ω

+

+

±

=

+

)

sin(

Przy czym „+E” praca prostownika „-E”
praca falownika

*rozwiązaniem tego równania ma postać:
* prąd ma 2 składowe: sinusoidalna i

składową operatorowa tłumienia:
* wartość napięcia wyprostowanego

wyraża zależność –wartości średnia
wzoru definicyjny:

3

2

);

(

2

3

0

π

α

α

ω

π

α

=

=

⋅

=

∫

pgr

p

d

p

t

ud

U

gdzie: alfa z- kat opóźnienia wysterowania
tyrystorów

z

ϑ

- kat załączania tyrystora

z

α

=

z

ϑ

-(

3

2

π

π

−

);

w

w

ϑ

α =

-(

3

2

π

π

−

)

w

p

ϑ

α =

-

z

ϑ

=

w

α

-

z

α

Wartość średnia prądu odbiornika:

Wzoru definicyjny:

∫

=

p

t

id

I

d

α

ω

π

0

)

(

2

3

I

d

=

R

E

p

I

P

R

E

U

z

zm

d

−

⋅

=

−

α

π

π

cos

sin

- wartość skuteczna napięcia i prądu

obliczone sa zgodnie z wzorami
definicyjnymi:

2

1

0

2

)

(

2

3















=

∫

p

t

d

u

U

α

ω

π

2

1

0

2

)

(

2

3















=

∫

p

t

d

i

I

α

ω

π

- Zakres sterowalności tyrystora

min

0

β

π

α

⋅

≤

≤

z

przy

czym:

2

0

π

α ≤

≤

z

Oraz Ud>0 praca

prostownikowa

min

2

β

π

α

π

⋅

≤

≤

z

Wartość Ud<0 praca falownikowa;

z

α

π =

2

to Ud=0

z

β

- kat wyprzedzenia

wysterowania tyrystorów
Minimalny kat wyprzedzenia w pracy

falownikowej zabezpieczający przed
przewrotem falownika musi spełnić

równanie

δ

µ

α

π

β

+

>

−

=

max

min

z

Gdzie

µ

-kat komutacji;

δ

- kat

odpowiadający czasowi wyłączania
tyrystora

Nie spełnienie tego warunku
uniemożliwia wyłączenie, odzyskanie

przez przewodzący tyrystor
właściwości blokowania przed

punktem komutacji roboczej w pracy
falownikowej, tyrystor będzie

przewodzili nadal, ale pracował pod
wpływem napiec Ud+E

Dla pracy prostownikowej prąd
płynie, gdy

E

t

U

zm

>

ω

sin

Charakterystyka regulacyjna
opisująca zależność

z

do

d

U

U

α

cos

=

do

U

-maxymalna wartość średnia

napięcia (przy pełnym wysterowaniu

z

α

=0)

alfaz

pi

-1

Ud/Udo

praca

prostownikowa

praca

falownikowe

1

pi/2

TYRYSTOROWY UKŁAD

PROSTOWNICZY 3T OBCIĄŻONY
RLE – PRZEWODZENIE

PRZERYWANE
Schemat taki sam jak poprzednio, ale

L

E

R

2

1

e

D1

α

w =

α

p

+

α

z

α

w

f(

α

w,

tgφ,e

w

)

jeśli

α

z

rośnie

α

w

rośnie.

U

zm

sin (ωt +

α

z

) =E

±

Ri + ωL

t

d

di

ω

,przy czym”+E”praca prostownicza,

„-E”praca falownika
Wartość srednia napiecia

wyprostowanego

U

d

=

∫

∏

p

t

Udt

α

ω

0

)

(

2

3

-wzór definicyjny
wartoś srednia prądu

I

d

=

∫

p

t

d

α

ω

π

0

2

3

-wzór definicyjny

Wartośc skuteczna prądu i
napiecia obliczone są ze wzoru

I=

2

/

1

0

2

2

3

















∫

p

t

d

i

α

ω

π

; U=

2

/

1

0

2

2

3

















∫

p

t

d

u

α

ω

π

W obliczeniach przybliżonych tgφ=1,

impuls prądu można aproksymowac
dodatnim półokresem

Sinusoidy o wartości maksymalnej i

max

i czasie trwania α

p

I=

2

/

1

0

2

max

)

)

2

sin(

(

2

3

t

d

t

i

p

ω

ω

π

π

α

∫

−

-

-

π

α

p

i

3

2

max

(minus pomiędzy

nawiasem a pierwiastkiem
TYRYSTOROWY UKŁAD

PROSTOWNICZY 3T OBCIĄŻONY
RL – PRZEWODZENIE CIĄGŁE

Przebiegi napięcia:

Przebiegi prądu:

Równanie napięciowe:

sin(

)

zm

di

U

t z R i L

dt

ω ϑ

ω

ω

+

= ⋅ +

Wartość średnia napięcia

wyprostowanego definiujemy z :

0

3

2

( );

2

3

p

d

p

pgr

U

u d t

α

π

ω α α

π

=

⋅

=

=

ň

gdzie:

z

α

-kąt opóźnienia wysterowania

tyrystorów

z

ϑ

-kat załączania tyrystorów

Wartość średnia prądu: wzór
definicyjny

0

3

2

p

d

I

id

t

α

ω

π

=

ň

, dla 3T:

3

sin cos

3

d

d

zm

z

U

I

I

R

π

α

π

=

=

Wartości skuteczne napięcia i

prądu liczymy ze wzorów:

2

3

2

0

3

( ) ( )

2

I

i

t d

t

π

ω

ω

π

=

ň

2

3

2

0

3

( ) ( )

2

U

u

t d t

π

ω

ω

π

=

ň

Charakterystyka regulacyjna:

Układ może pracować w

charakterze prostownika z

d

U

>0 w przedziale 0<

z

α

<

2

π

Układ może pracować w

charakterze falownika z

d

U

<0 w

przedziale

2

π

<

z

α

<

π

Charakterystykę regulacyjną
opisuje zależność:

0

cos

d

z

d

U

U

α

=

TYRYSTOROWY UKŁAD
PROSTOWNIKOWY ST

OBCIĄŻONY RL –
PRZEWODZENIE PRZERYWANE

.

2

1

A

2

1

B

C

2

1

.

2

1

R

2

1

T2

T3

T1

B

C

2

1

A

2

1

L

L

R

2

1

e

D1

Równanie napięciowe obwodu w
ustalonym stanie pracy ma postać:

( )

t

d

di

L

R

t

U

L

t

m

ϖ

ϖ

ϑ

ϖ

⋅

+

=

+

⋅

)

sin(

2

Wartość średnia napięcia na
odbiorniku:

)

(

2

3

0

t

d

u

U

p

d

ϖ

π

α

∫

=

∫

+











 −

+











 −

=

⋅

=

W

ż

t

td

U

Ud

zm

α

π

π

α

π

π

ϖ

ϖ

π

3

2

3

2

sin

2

3

























+

−

−













+

−

W

Z

zm

U

α

π

π

α

π

π

π

3

2

cos

3

2

cos

2

3

(

)

W

Z

zm

U

ϑ

ϑ

π

cos

cos

2

3

−

=

gdzie:
α

z

– kąt opóźnienia wysterowania tyrystorów

Z

ϑ

- kąt załączenia tyrystorów











 −

−

=

3

2

π

π

ϑ

α

z

z

Z

W

Z

W

p

α

α

ϑ

ϑ

α

−

=

−

=











 −

−

=

3

2

π

π

ϑ

α

W

W

wartość średnia prądu

∫

=

p

t

id

Id

α

ϖ

π

0

2

3

wartość skuteczna prądu i napięcia

obliczana jest ze wzorów

2

1

0

2

2

3

















=

∫

p

t

d

i

I

α

ω

π

;

2

1

0

2

2

3

















=

∫

p

t

d

u

U

α

ω

π

W obliczeniach przybliżonych dla tgφ

≥

1

impuls prądu moża aproksymować dodatnią
półfalą sinusoidy opisywaną wzorem:















≅

t

i

i

p

ω

α

π

sin

max

KOMUTACJA W TYRYSTOROWYCH

UKŁADACH PROSTOWNICZYCH
W skutek występowania indukcyjności

w obwodach prądowych fazowych
przejmowanie obciążenia od zaworu

kończącego przewodzenie przez zawór
rozpoczynający przewodzenie nie może

odbywać się skokowo. Występuje
przedział czasu, w którym jednocześnie

przewodzą dwa zawory, zawierające
źródło zasilania. W przedziale tym

następuje oddawanie energii pola
rozproszenia z obwodu zaworu

kończącego przewodzenie i
gromadzenie energii w obwodzie

zaworu występującego do pracy.
Proces ten nazywa się komutacja

(przetłaczanie się zaworów (diód). Gdy
jednocześnie przewodzą zawory 2 faz

ma miejsce komutacja prosta zwana
pojedyncza. Jeżeli w procesie

uczestniczą zawory 3 lub więcej faz ma
miejsce komutacja złożona. Czas

trwania komutacji, czyli czas, gdy prąd
płynie przez dwie fazy nazywamy

katem komutacji.

o

s

R

L

m

Π

−

≈

ω

γ

1

cos

L

S

- indukcyjność rozproszenia

R

O

- rezystancja obciążenia

(rysunek z końca)

Dla układu prostego (2 fazowego

można ułożyć następującego równania:

)

cos(

)

cos(

2

2

2

2

p

t

U

U

p

t

U

U

m

m

b

a

π

ω

π

ω

−

=

+

=

L

K

- indukcyjność komutacyjna –

indukcyjność równoważna układu po
stronie prądu przemiennego złożona z

indukcyjności rozproszenia
transformatora, sieci zasilającej ,

połączeń i dławików anodowych.
Pominięto rezystancje komutacyjna

oraz przyjęto zawory idealne.

Układ komutacji prostej może być
zastąpiony układem równoważnym, w

którym napięcie źródła jest równe
średniej arytmetycznej napiec

komutacyjnych faz a indukcyjności L

K

są połączone równolegle.

Wartość chwilowa napięcia
wyprostowanego w czasie komutacji:

dt

di

L

R

E

U

i

+

+

=

Dla uproszczenia zależności

opisujących proces komutacji
przyjmuje się założenie, że
indukcyjność obciążenia

∞

→

L

oraz

d

I

i

=

, wtedy:

(

)

2

2

2

b

a

U

U

U

+

=

po uwzględnieniu iż dla

z

t

α

ω =

oraz

d

ak

I

i

=

2

Przebiegi prądów fazowych:

)

cos

(cos

sin

)

cos

(cos

sin

2

2

2

2

t

p

L

U

i

t

p

L

U

I

I

z

k

m

bk

z

k

m

d

ak

ω

α

π

ω

ω

α

π

ω

−

=

−

−

=

Po uwzględnieniu w ostatnim wzorze

ze dla

γ

α

ω

+

=

z

t

i

d

bk

I

i

=

2

z

m

d

k

z

p

U

I

L

α

π

ω

α

γ

−

−

=

)

sin

arccos(cos

2

Kat komutacji zależy od parametrów
układu prostowniczego (

k

k

L

X

p

ω

=

,

) i jest funkcją

zmiennych obciążenia (

z

d

I

α

,

).

Zwiększa się przy zwiększaniu (

d

k

I

X

p

,

,

).

Komutacja zmienia przebiegi a tym
samym powoduje:

- Obniżenie wartości średniej napięcia
wyprostowanego

- Wzrost współczynnika kształtu
napięcia wyprostowanego

- Wydłużenie czasu przewodzenia
prądu przez zawór

- Zmniejsza wartość skuteczna prądu
uzwojenia

- Zmniejszenie sztywności
zewnętrznej prostownika

TRANZYSTOR IGBT – DZIAŁANIE I
PODSTAWOWE CHARAKTER.
Tranzystor bipolarny z izolowaną bramką jest
sterowany napięciowo tranzystorem MOS. Ma
dużą szybkość przełączania i mała rezystancję
baz-emiter.
Współczesny tranzystor IGBT zawiera kilka
tysięcy elementarnych struktur tranzystorowych,
połączonych równolegle na jednym podłożu.

Działanie:
Stan przewodzenia IGBT opisują statyczne
charakterystyki wyjściowe. Są one podobne do
charakterystyk tranzystora BJT. Prąd kolektora
jest funkcją ciągłą napięcia kolektor – emiter
U

CE

oraz napięcia bramka – emiter U

GE

.

Charakterystyczne parametry stanu
przewodzenie są: - prąd ciągły stały (DC)
kolektora I

C

, -powtarzalny szczytowy prąd

kolektora I

CRM

, średni prąd kolektora I

C(AV)M

,

-napięcie przewodzenia kolektor-emiter U

CEsat

.

Stany przełączania są ilustrowane przebiegami
napięć i prądów. Mamy 2 fazy zaniku prądu
kolektora i

C

. W pierwszej fazie następuje szybki

spadek i

C

(czas opadania t

f

) do wartości ok.

0,1I

C

, w drugiej stromość opadania prądu jest

zdecydowanie mniejsza (czas t

Z

), faza ta

stanowi tzw. „ogon prąd wyłaczanego”.
Czas wyłączania IGBT bywa definiowany w
dwojaki sposób, jako:
-czas t

off

, liczony od chwili zaniku napięcia

bramki do chwili osiągnięcia przez prąd
kolektora wartości 0,1I

C

-lub czas (t

off

+t

Z

), liczony do chwili osiągnięcia

przez prąd kolektora wartości 0,01I

C

, jest on

istotny dla wysokich częstotliwości pracy.
Czas t

off

jest sumą 2 czasów: magazynowania t

s

(od chwili zaniku napięcia bramki do
rozpoczęcia procesu opadania prądu kolektora)
oraz czas t

f

opadania prądu kolektora.

Czas załączania t

on

składa się z czasów:

opóźnienia t

d

i narastania prądu t

r

.

Czas t

d

, liczony od podania dodatniego napięcia

na bramkę do rozpoczęcia narastania prądu
kolektora.
Do prawidłowej pracy IGBT w przekształtniku
wymagana jest zazwyczaj szybka dioda
prostownicza, bocznikująca zaciski kolektor-
emiter. W tym celu wykonywane są moduły
elektroizolowane, zawierające oba elementy w
jednej obudowie