Kierunek: Elektrotechnika –

Laboratorium elektroenergetyki systemów transportu

Ćwiczenie EN3

BADANIE PRZETWARZANIA ENERGII PRZEZ

DIODOWO-TYRYSTOROWY PROSTOWNIK

TRAKCYJNY

Zakład Trakcji Elektrycznej

Instytut Maszyn Elektrycznych

Wydział Elektryczny

Politechnika Warszawska

Warszawa, 201

3

s.

1

1.Wprowadzenie

Zwiększenie prędkości pociągów osobowych i ciężaru pociągów towarowych, co

powoduje konieczność zastosowania ciężkich lokomotyw o dużych mocach zwiększa
obciążenia układu zasilania elektrotrakcyjnego. W skutek dużych obciążeń prądowych, przy
wyeksploatowanych urządzeniach sieci i zasilania w systemie prądu stałego, mogą wystąpić
w różnym stopniu niekorzystne zjawiska :

- brak wymaganej mocy w stacjach energetycznych zasilających podstacje

trakcyjne,

- przegrzewanie się przewodów trakcyjnych i zasilaczy (zwłaszcza

kablowych ),

- przekraczanie dopuszczalnych wartości spadków napięć w sieci jezdnej.

W systemie prądu stałego, w którym napięcie zasilania sieci jezdnej jest niskie w

stosunku do systemu prądu zmiennego, straty mocy są duże i dlatego przy zwiększeniu
obciążeń prądowych uwydatniają się problemy zasilania z wszelkimi konsekwencjami natury
technologiczno – ekonomicznej.
W celu wzmocnienia systemu realizuje się między innymi następujące przedsięwzięcia
zmierzające do zwiększenia poziomu napięcia poprzez :

- zwiększenie liczby podstacji trakcyjnych,
- zwiększenie napięć zasilania podstacji trakcyjnych,
- zwiększenie liczby punktów podłączenia zasilania do sieci trakcyjnej,
- zwiększenie przekroju sieci jezdnej,
- instalowanie elektronicznych urządzeń dodawczych.

Niektóre z wyżej wymienionych sposobów, jak zwiększenie liczby podstacji lub

przekroju sieci jezdnej, są bardzo kosztowne lub trudne do zrealizowania ze względów
technicznych (dostęp do zasilania elektroenergetycznego, wytrzymałość mechaniczna
konstrukcji wsporczych). Stąd jednym z rozpatrywanych rozwiązań, szczególnie dla linii o
niezbyt istotnym znaczeniu może być zastosowanie prostowników mających możliwość
regulacji napięcia (dodawczych).

2.Układ zasilania sieci trakcyjnej z zespołem diodowo-tyrystorowym
(dodawczym).

Podstawowym założeniem tego rozwiązania jest wykonanie takiego układu zasilania,

aby przy możliwie jak najmniejszych nakładach kosztów inwestycyjnych zapewnić, przy
dużym obciążeniu prądowym, utrzymanie sztywnego napięcia na odbieraku nie niższego niż
2800V.
W przypadku dużego natężenia ruchu pociągów lub występowania rozruchów pociągów w
połowie odległości między podstacjami, występują znaczne spadki napięcia w sieci trakcyjnej
spowodowane rezystancją sieci oraz zbyt małą mocą podstacji. Jedną z metod utrzymania
stałej wartości napięcia w tym miejscu sieci trakcyjnej, jest zainstalowanie w istniejącej
podstacji zespołu dodawczego, zwiększającego moc układu zasilania i stabilizującego
napięcie w miejscu jego przyłączenia tj. kabinie sekcyjnej.

Prototypowy układ złożony jest z istniejącego na podstacji trakcyjnej PKP Cienin (na

linii E-20) zespołu prostownikowego PK-17/3,3 oraz szeregowo połączonego z nim i
samoczynnie regulowanego przekształtnika tyrystorowego dodawczego PT-12/0,5 z
transformatorem dodawczym 630 kVA. Układ ten reguluje, w zależności od obciążenia,
napięcie do wielkości napięcia zadanego, w granicach napięcia dodawczego od 0 do 550V.
Dla zmniejszenia spadków napięcia w sieci trakcyjnej przy dużych odległościach między

s.

2

podstacjami z podstacyjnego zespołu prostownikowego wraz z zespołem prostownikowym
dodawczym, ułożony jest do kabny sekcyjnej kabel zasilaczowy 3kV 2

×YAKY 1×500 mm

2

.

Kabina sekcyjna, oprócz swej funkcji, pełni teraz rolę punktu zasilania sieci trakcyjnej.
Utrzymanie przez prostownikowy zespół dodawczy stałego żądanego napięcia w punktach
zasilania :podstacja trakcyjna – kabina sekcyjna - podstacja trakcyjna powoduje, że przy
zwiększonym obciążeniu, spadki napięć kompensowane są przez zespół prostownikowy
dodawczy utrzymując stabilne napięcie na pantografie w czasie poboru prądu.
Uproszczony schemat zasilania trakcji elektrycznej z zespołem dodawczym przedstawiony
jest na rysunku (Rys.2.2).
W czasie normalnej pracy układu napięcie wyjściowe układu dodawczego U

d2

jest

regulowane tak, aby skompensować wahania napięcia U

d1

oraz spadki napięć na kablach

zasilacza utrzymując w kabinie sekcyjnej w punkcie : zasilacz – sieć trakcyjna w przybliżeniu
na stałym poziomie zadane napięcie. Automatyczną regulację napięcia U

d2

zapewniają dwa

regulatory odpowiednio : napięcia – R

U

i prądu R

i

– pracuje w pętlach zamkniętych z

sprzężeniami zwrotnymi według napięcia i prądu wyjściowego. Pomiar napięcia U

d1

+U

d2

i

prądu obciążenia i

obc

będzie realizowany na podstacji za pomocą separatorów przy

przekształtniku tyrystorowym dodawczym, nie zaś w kabinie sekcyjnej. W związku z tym
wartość zadana napięcia w regulatorze R

U

będzie sumą składowej, reprezentującej wartość

znamionową napięcia sieci i składowej zależnej od prądu obciążenia. Charakterystyka
wyjściowa zespołu dodawczego (zespołu prostownikowego i przekształtnika tyrystorowego
dodawczego) na zaciskach w podstacji trakcyjnej, zgodnie z przyjętą zasadą sterowania
będzie:

Rys.2.1.Charakterystyka wyjściowa zespołu dodawczego.

Schemat zespołu dodawczego zawierający istniejący zespół prostownikowy PK-17/3,3 wraz z
transformatorem oraz z szeregowo z nim połączonym przekształtnikiem tyrystorowym
dodawczym PT-12/0,5 z transformatorem dodawczym przedstawia rysunek (Rys.2.3).

gdzie :
U

zn

– napięcie

znamionowe 3,3kV
U

k

– napięcie korekcji

zależne od I

obc

i R

S

I

obc

– prąd obciążenia

R

S

– rezystancja kabla

zasilacza do kabiny
sekcyjnej

s.

3

Rys. 2.2

Rys.2.3

s.

4

3.Inne rozwiązania z przekształtnikiem tyrystorowym dodawczym.

W przypadku linii kolejowych o dużych odstępach między podstacjami w krajach b.

ZSRR przeprowadzano daleko idącą modernizację układów zasilania polegającą na
instalowaniu elektronicznych urządzeń dodawczych (EUD). Jedno z możliwych rozwiązań
przedstawione jest na rysunku (Rys.3.1-a,b,c). Jest to układ stosowany w kolejach radzieckich
i na tym przykładzie można krótko opisać działanie EUD jako wzmacniacza.

Opis rysunku (Rys.3.1.) – Elektroniczne urządzenie dodawcze
1 – szyny prądu stałego 3,3kV obecnej podstacji ; 2 – zespól prostownikowy ; 3 – transformator 110/10kV ;
4 – linia zasilająca EUD o napięciu 10 lub 35kV prądu zmiennego ; 5 – transformator obniżający EUD ;
6 – układ tyrystorowy ; 7 – układ prostowniczy niesterowany ; 8 – przerwa elektryczna w sieci jezdnej ;
9 – sieć jezdna pierwszego toru ; 10 – szyny kolejowe ; 11 – wyłącznik mocy EUD ; 12 – diody bocznikujące ;
13 – tyrystory bocznikujące ; 14 – wyłącznik szybki.

s.

5

Między dwiema podstacjami, w odległościach 1 / 4 – 1 / 3 od końców strefy, znajdują

się dwa punkty EUD. Układ prostowników (6 na rys.a) o napięciu 550V włączony jest w
rozcięcie sieci jezdnej w celu podwyższenia napięcia w środkowej części strefy (rys.c). Układ
prostowników (7 na rys.a) o napięciu 3300V, o stromo opadającej charakterystyce
napięciowej, włączony jest równolegle do sieci trakcyjnej. Przeznaczony do zmniejszenia
strat energii w sieci i zwiększenia napięcia w strefach bliższych podstacji. Duże pochylenie
charakterystyki układu 7 umożliwia uniknięcie przeciążenia prądowego, gdy blisko znajduje
się pojazd podczas rozruchu. Wielkość napięcia dodawczego w sieci z układem 6 reguluje się
automatycznie zmianą fazy impulsów, podawanych na elementy sterujące tyrystorów. Przy
pełnym zblokowaniu tyrystorów, przepuszczają blokujące diody 12. Układ 6 i diody
blokujące 12 umożliwiają przepuszczanie prądu z sieci od podstacji do środka strefy. Przy
rozdziale prądu między podstacją i EUD, a także w warunkach rekuperacji energii, prąd sieci,
płynąc w odwrotnym kierunku, przechodzi przez bocznikujące tyrystory 13, włączone
wstecznie do przewodzącego kierunku układu 6. Tyrystory 13 ochraniają również
podstawowe diody prostownika 6 od przepięć. Regulacja napięcia prostownika 6 odbywa się
zależnie od napięcia w sieci i prądu w pobliżu EUD, rejestrowanych czujnikami napięcia
stałego i prądu stałego. Przy przejściu odbieraka prądu przez przerwę elektryczną 8, napięcie
układu 6 automatycznie zmniejsza się aż do zera (blokada tyrystorów), następnie ponownie
zwiększa się po przejściu odbieraka. Zasilanie EUD odbywa się linią 10 kV prądu zmiennego
z podstacji trakcyjnych.
Podsumowując, układy dodawcze „wstrzykują” moc do układu podnosząc napięcie do
poziomu bliskiego napięciu znamionowemu sieci, jeżeli przejeżdżające pojazdy trakcyjne
powodują zbyt duży pobór energii, a tym samym zbyt duży spadek napięcia w sieci jezdnej.

W Polsce podobny układ zastosowany jest na linii E – 20 w Cieninie, jest to jednak
urządzenie prototypowe, a przeprowadzone dokładne badania nie potwierdziły skuteczności
tego rozwiązania.

4.Charakterystyka przekształtnika tyrystorowego dodawczego
zainstalowanego w podstacji trakcyjnej PKP Cienin.

Parametry przekształtnika tyrystorowego dodawczego :

- znamionowe napięcie zasilania : 3

×430V, 50Hz

- znamionowe napięcie sterujące : 220V, 50Hz
- znamionowe napięcie wyjściowe : 550V
- układ prostowniczy : trójfazowy, mostkowy, pełno sterowany
- zakres regulacji napięcia wyjściowego : 0-500V (550V)
- dokładność regulacji napięcia wyjściowego :

±5%

- prąd znamionowy ciągły : 1200A
- prąd przeciążeniowy (5min)

a) mostka tyrystorowego : 1400A
b) diody zerowej : 2250A

- prąd zwarcia w czasie 200 ms :

<12kA

- prąd włączenia mostka tyrystorowego : 420A + 5%
- czas zadziałania blokady mostka tyrystorowego przy obciążeniu 1400A:
<3ms
- opóźnienie blokady elektroniki sterującej przy obciążeniu mniejszym niż

prąd wyłączenia mostka tyrystorowego : 20s + 5s

- masa : ok.420kg

s.

6

- wymiary gabarytowe (szer., wys., gł.) : 1050

×2370×850

- temperatura otoczenia (robocza) : (-10... + 40)

°

C

Charakterystyka wyjściowa przekształtnika.

Rys.4.1.Przebieg charakterystyki wyjściowej przekształtnika tyrystorowego

gdzie: A – zakres pracy diody zerowej przy i<420A

B – zakres pracy mostka tyrystorowego

C – zakres pracy diody zerowej przy i>1400A

Na wyjściu przekształtnika tyrystorowego dodawczego włączona jest dioda zerowa na pełny
prąd zwarcia 12kA, który może przez nią płynąć przez 200 ms tzn. do czasu otwarcia
wyłącznika transformatora. Rezystor R włączony równolegle z diodą zerową powoduje, że na
przekształtniku tyrystorowym dodawczym nigdy nie pojawi się napięcie wyższe niż 500V.

5.Współpraca sąsiednich podstacji trakcyjnych wyposażonych w zespoły

dodawcze.

Uproszczony schemat ideowy zasilania kolejowej sieci trakcyjnej z włączonym zespołem
dodawczym, zawierającym przekształtnik tyrystorowy dodawczy PT-12/0,5, przedstawiony
jest na rysunku (Rys.5.1).

s.

7

Obliczenia rozpływu prądów i napięcia w środkowym punkcie S między podstacjami
trakcyjnymi, przedstawione zostały dla następujących założeń pracy układu (wg
dokumentacji firmy ABB i PKP):

Podstacja trakcyjna A

- zespół prostownikowy PD-16/3,3 pracujący bezpośrednio na sieć trakcyjną
- zespół dodawczy (zespół prostownikowy PK-17/3,3, przekształtnik tyrystorowy

dodawczy PT-12/0,5 wraz z transformatorem 630kVA), zasilacz kablowy
2

×YAKY 1×500 mm

2

3,6/6kV długości 12,0 km wprowadzony do zasilania sieci

trakcyjnej w kabinie sekcyjnej w pkt. S.

Podstacja trakcyjna B

- zespół prostownikowy PD-16/3,3 pracujący bezpośrednio na sieć trakcyjną.

s.

8

Wynik obliczeń numerycznych napięcia w punkcie środkowym S przedstawiono na rysunku
(Rys.5.2.) gdzie :

Krzywa 1 – charakterystyka napięcia w pkt. S przy napięciu dodawczym U

d30

=550

Krzywa 2 – charakterystyka napięcia w pkt. S przy U

d30

=0

Krzywa 3 – charakterystyka napięcia w pkt. S bez obwodu dodawczego

Jak widać na Rys.5.2, napięcie w punkcie środkowym S jest utrzymane na stałym poziomie
U=3000 V w zakresie zmian prądu obciążenia i

Z

:

Od i

Z

= 1663 A

Do i

Z

= 2180 A

i

1

= 548,3 A

i

2

= 696,0 A

i

3

= 419,1 A

i

1

= 267,2 A

i

2

= 696,0 A

i

3

= 1216,9 A

Tabela 1.

a dla dopuszczalnego minimalnego napięcia 2800V, wartości prądowe są odpowiednio :

i

Z

= 2889 A i

1

= 494,7 A i

2

= 989,7 A i

3

= 1404,8 A

Napięcie wyjściowe przekształtnika tyrystorowego dodawczego PT-12/0,5 zmienia się
liniowo według prądu i

3

(w gałęzi dodawczej), kompensując w ten sposób spadek napięcia

prądu obciążenia w obwodzie dodawczym. Mostek tyrystorowy przekształtnika wchodzi
liniowo do pracy przy prądzie i

3

= 420 A (i

Z

= 1663 A) i osiąga pełne wysortowanie 550V

przy prądzie i

3

= 1217 A (i

Z

= 2180 A).

s.

9

W zakresie prądów 420A > i

3

> 1400A (1663A > i

Z

> 2880A), mostek tyrystorowy

przekształtnika PT-12/05 nie pracuje, a prąd i

3

obwodu dodawczego płynie przez diodę

zerową.

6.Warunki stosowania prostowników dodawczych

Dla zapewnienia prawidłowej pracy zespołu prostownikowego współpracującego z
przekształtnikiem tyrystorowym dodawczym, należy uwzględnić :

- konieczność ustalenia warunków efektywnej współpracy całego układu

zasilania podstacja – zespół dodawczy jako dodatkowa podstacja w miejscu
kabiny sekcyjnej – podstacja,

- skoordynowania przeciążalności prostownika sterowanego i

niesterowanego ponieważ istotne jest aby w warunkach dużych przeciążeń
prostownik zapewnił pokrycie mocy w układzie zasilania,

- spowolnienie nadążnego układu regulacji napięcia prostownika

dodawczego o bardzo małej stałej czasowej 5 ms względnie zastosowanie
sterowania krokowego i utrzymania w kroku stałego kąta wysterowania, co
powinno znacznie ograniczyć niecharakterystyczne harmoniczne 50 Hz i
100 Hz,

- potrzeby wyposażenia układu prostownika w system diagnostyki

wewnętrznej nadzorujący stan tyrystorów i obwodów automatyki.

7.Analiza wybranych układów prostownikowych sterowanych pod kątem
możliwości ich zastosowania w trakcji

Układy regulacji napięcia w podstacjach systemu prądu stałego stosowane są dosyć

rzadko, w większości w trakcji miejskiej i podmiejskiej . Znane są próby jakich dokonano
przy okazji modernizacji układu zasilania trakcji elektrycznej 1500V na kolejach francuskich.
Przeprowadzone tam studium wykazało, że regulacja pozwala na znaczne podniesienie
napięcia na pantografie. W systemach transportu miejskiego (Japonia, USA) regulacja
charakterystyki zespołu prostownikowego (obniżanie napięcia przy małym obciążeniu)
zwiększa efektywność rekuperacji (zwrotu energii hamujących pojazdów do sieci trakcyjnej).

Po wprowadzeniu zaworów krzemowych w 1964 roku w podstacji Mautiers (Francja)

zainstalowano prostownik, w którym do regulacji napięcia zastosowano dławiki z rdzeniami
żelaznymi. Transformator tego prostownika posiada uzwojenie wtórne znacznie
podwyższające napięcie wyprostowane, zaś w każdej gałęzi mostka znajduje się dławik
obniżający je do wartości znamionowej. Pod obciążeniem ze wzrostem przepływu prądu
następuje stopniowe nasycenie rdzeni dławików i zmniejszanie zjawiska dławienia. W efekcie
napięcie na szynach podstacji utrzymuje się w dość dużym zakresie na stałym poziomie.
Schemat i charakterystykę zewnętrzną prostownika przedstawia rysunek (Rys.7.1.).

s.

10

Rys.7.1.Schemat i charakterystyka zewnętrzna prostownika krzemowego.

Zaletą tego sposobu regulacji jest prostota konstrukcji (koszt podstacji wzrósł o 15%) i
niewielki poziom zakłóceń.
Wadą natomiast jest ryzyko wystąpienia przepięć na indukcyjnościach dławików po nagłym
przerwaniu przepływu prądu.
Największe możliwości regulacji napięcia stałego dają prostowniki tyrystorowe lub
tyrystorowo – diodowe. Dzięki niskiej cenie zaworów półprzewodnikowych oraz
miniaturyzacji, schematy urządzeń prostowniczych mogą być znacznie rozbudowane.
O wyborze odpowiedniego układu decydują :

- wymagany zakres regulacji,
- rodzaj pracy,
- warunki zasilania.

Potrzeby trakcji elektrycznej prądu stałego charakteryzuje niewielki zakres regulacji

±10%,

konieczność minimalizowania poziomu zakłóceń wprowadzanych przez prostownik do sieci
oraz możliwie maksymalne wygładzenie pulsacji napięcia wyprostowanego.
Wstępna analizę prostowników tyrystorowych zacznijmy od rozpatrzenia przydatności dla
trakcji elektrycznej czterech podstawowych konfiguracji połączeń : układu trójfazowego i
sześciofazowego jednokierunkowego, sześciofazowego o dławikach wyrównawczych oraz
mostka trójfazowego.
Miedzy wielkością napięcia prądu przemiennego przyłożonego do obwodu prostowniczego a
uzyskanym napięciem wyprostowanym istnieją określone stałe zależności wynikające ze
sposobu włączenia zaworów oraz stałych obwodów prądu przemiennego i stałego. Zbiór
stałych charakterystycznych dla wymienionych typów prostowników zawiera Tabela 2.

s.

11

Układ trójfazowy
jednokierunkowy

Układ

sześciofazowy

jednokierunkowy

Układ

sześciofazowy z

dławikiem

wyrównawczym

Układ trójfazowy

mostkowy

20

20

U

I

P

t

1,35 1,55 1,26 1,05

Układ połączeń

transformatora

Dy5/11
Yd5/11

Dy5/11 Dy5/11

Yy5/11

Dy5/11
Yd5/11

λ [°el]

120 60 120 120

S

a

I

I

0,333 0,167 0,167 0,333

20

U

U

RRM

2,09 2,09 2,09 1,05

α [°el]

150 90 120 120

p

S

U

U

2

1,17 1,35 1,17 1,35

Pulsacja przy

α=0

0,83 0,042 0,042 0,042

m 3 6 6 6

Tabela 2.

Gdzie :

P

t

– moc typowa transformatora

λ - wartość kąta przewodzenia tyrystorów przy przewodzeniu ciągłym

i

a

– średnia wartość prądu anodowego

U

2

– średnia wartość napięcia międzyprzewodowego

Wszystkie cztery przekształtniki opisane w tabeli są to układy proste zasilane z pojedynczego
uzwojenia, transformatora głównego. Najpoważniejszy problem w rozwiązaniach tego typu
na napięcie 3300V wiąże się z niekorzystną zależnością U

RRM

/U

So

>Nawet w najlepszym

przypadku mostka trójfazowego po uwzględnieniu współczynnika bezpieczeństwa
przeciwprzepięciowego (k=2,5) otrzymujemy wymaganą wytrzymałość jednej gałęzi
prostownika około 10 kV.
Nie istnieją tyrystory o tak dużym dopuszczalnym napięciu pracy. Trzeba je łączyć
szeregowo, co zmniejsza niezawodność i szczególnie uczula go na przebieg stanów
dynamicznych . Tyrystory tego samego typu charakteryzuje ogromny rozrzut parametrów. W
układzie szeregowym mogą pracować tylko elementy specjalne, specjalnie dobrane,
zabezpieczone dodatkowo szeregiem dzielników rezystancyjnych i pojemnościowo -
rezystancyjnych, które wyrównują napięcia na zaworach we wszystkich stanach ustalonych i
dynamicznych.
Dodatkowe komplikacje wiążą się ze szczególnymi wymaganiami stawianymi aparaturze
zapłonowej. impulsy powinny mieć amplitudę 2 – 3 A, czas narastania czoła 2 – 3

⋅10

6

A/s i

muszą dochodzić do bramek tyrystorów szeregowych jednocześnie.
Wszystkie wyżej wymienione wymagania wpływają na znaczne podrożenie konstrukcji
prostownika. Pomimo tego stosowanie w trakcji przekształtników pełnosterowanych (tj. nie
zawierających żadnych elementów niesterowanych) na pełne napięcie 3,3 kV może być

s.

12

źródłem dużych oszczędności, wynikających z możliwej w tym układzie pracy falownikowej
i odzyskiwania energii hamowania pociągu.
informacja o zakresie falowniczej pracy prostownika m – taktowego ukryta jest w zależności
określającej napięcie wyprostowane na jego zaciskach przy obciążeniu indukcyjnym.

α

π

π

cos

sin

m

m

U

U

m

S

=

(7.1)

U

S

– napięcie wyprostowane

U

m

– napięcie zasilające prostownik (amplituda)

α - kąt wysterowania zaworów

Przez zmianę kąta wysterowania zaworów w granicach (0 ; 180

°

el) uzyskuje się regulację

napięcia +U

smax

do –U

smax

.

Wykorzystuje się tu istnienie siły elektromotorycznej powstającej w indukcyjności odbiornika
przeciwdziałającej zanikowi prądu w zaworach i powodującej przeciąganie przepływu prądu
do strefy napięć ujemnych.
Powyższy układ pozwala na stabilizację napięcia wyjściowego podstacji i jednoczesną
poprawę sprawności systemu.
Analiza danych z Tabeli 2. wykazuje, że prostownik jednokierunkowy trójfazowy nie nadaje
się do zastosowania w zespołach energetycznych dużej mocy, ze względu na dużą pulsację
napięcia wyprostowanego. Również, ograniczone jest stosowanie prostowników
sześciofazowych z wprowadzonym punktem zerowym, ze względu na słabe wykorzystanie
materiału czynnego transformatora P

t

/ P = 1,55, szczególnie mały kąt przewodzenia zaworów

(60

°

el) i dodatkowe trudności związane z łączeniem pierwotnego uzwojenia w gwiazdę

(pojawia się wówczas nieskompensowany przepływ o trzykrotnej częstotliwości napięcia
zasilającego.
Wady tych przekształtników eliminowane są w układzie sześciofazowym o dławikach
wyrównawczych. Jest to rodzaj prostownika złożonego, w którym za pomocą dławików,
łączy się równolegle dwa układy trójfazowe jednokierunkowe. Dzięki temu uzyskuje się
wydłużony kąt przewodzenia zaworów odpowiadający pracy w układzie trójfazowym, przy
pulsacji napięcia wyprostowanego charakterystycznej dla prostownika sześciofazowego. W
prostowniku tyrystorowym dużej mocy istotne jest eliminowanie równoległego łączenia
tyrystorów, a w przekształtniku tego typu występuje mały prąd anodowy (i

a

= 0,167 i

S

)

przepływający w zakresie znacznie powiększonego kąta przewodzenia. Pozwala to na
stosowanie zaworów o mniejszej mocy i lepsze wykorzystanie ich parametrów.
Ostatnim prostownikiem przedstawionym w tabeli jest mostek trójfazowy. Jest to układ
dwukierunkowy nazywany tak ze względu na dwukierunkowy przepływ prądu w
doprowadzeniach.
Łączy on cechy prostowników sześcio i trójfazowego. Dzięki podwojeniu wartości prądu w
przewodach zasilających uzyskuje się wyjątkowo dobre wykorzystanie uzwojeń
transformatora P

t

/ P

so

=1,05.

Kąt przewodzenia zaworów oraz średni prąd anodowy odpowiadają prostownikowi
trójfazowemu zaś pulsacja napięcia wyprostowanego jest powiększona i odpowiada układowi
o podwojonej liczbie faz. Zaletą mostka trójfazowego jest najmniejsza wartość napięcia
wstecznego i blokowania przypadającego na jedno ramię.
Przedstawione powyżej cztery typy prostowników to podstawowe układy stosowane w
zespołach średniej i dużej mocy. Do zastosowania w trakcji elektrycznej najbardziej nadają
się : prostownik sześciofazowy o dławikach wyrównawczych i mostek trójfazowy.

s.

13

Aby poprawić niekorzystne właściwości układów podstawowych należy łączyć je w systemy
złożone o sztucznie powiększonej liczbie pulsów. Można to realizować przez równoległe lub
szeregowe łączenie jednostek podstawowych pracujących z przesunięciem fazowym. Jak
korzystne są tego efekty świadczy fakt, że w układzie dwunastopulsowym pełno –
sterowanym przy zmianie kąta

α w zakresie (0 ; 90

°

el) poziom pulsacji napięcia

wyprostowanego jest wyraźnie mniejszy i zmienia się w granicach od 1,04% do 13,4%.
Ze względu na wysokie napięcie stosowane w trakcji najlepszym rozwiązaniem układu
dwunastopulsowego jest szeregowe połączenie dwóch prostowników sześciopulsowych.
Dzięki połączeniu szeregowemu każdy z przekształtników daje tylko część napięcia
wyprostowanego i może mieć obniżony zapas wytrzymałości napięciowej. W przypadku
połączenia dwóch mostków trójfazowych zasilanych z identycznych uzwojeń transformatora,
po uwzględnieniu współczynnika bezpieczeństwa przeciwprzepięciowego (k=2,5) otrzymuje
się napięcie wsteczne U

w

= 5kV w każdej gałęzi, co pozwala ograniczyć do dwóch liczbę

tyrystorów połączonych szeregowo.
Jeśli prostowniki składowe są pełnosterowane to przy wyzwalaniu synchronicznym wartość
napięcia wyprostowanego wyraża się zależnością (7.1) i układ posiada zdolność rekuperacji
energii. Wadą prostownika tego typu jest bardzo silny wpływ kąta wysterowania zaworów na
generowanie składowej biernej w prądzie pobieranym z sieci.
Zapalanie tyrystorów z kątem opóźnienia w prostowniku przewodzącym prąd ciągły
powoduje przesunięcie o ten kąt przebiegu prądu względem napięcia. Wykres kołowy
przekształtnika sterowanego synchronicznie przedstawia rysunek (Rys.7.2.).
Największy pobór mocy biernej występuje przy

α = 90

°

a więc gdy U

S

= 0. Z tego powodu

sytuacja jest szczególnie niekorzystna przy dużych prądach dynamicznych.
W układach prostowników trakcyjnych dąży się do uzyskania jak najmniejszej różnicy
pomiędzy mocą pozorną zapotrzebowaną z sieci z mocą wyprostowanego.

Rys.7.2.Wykres kołowy przekształtnika sterowanego synchronicznie.

Niekorzystny wpływ przekształtnika na sieć zasilającą można zmniejszyć stosując specjalne
środki zaradcze, jednak ze względu na duży koszt aparatury wysokiego napięcia i trudności
technologiczne należy dążyć do rozwiązań układów z ograniczonym poborem mocy biernej i
minimalna zawartością wyższych harmonicznych w prądzie zasilającym.
Rząd wyższych harmonicznych przy przewodzeniu ciągłym jest ściśle związany z liczbą
taktów prostownika, zależnością :

1

±

⋅

=

k

m

n

dla k=1,2,3.... (7.2)

s.

14

Dlatego ich ilość można zmniejszyć stosując układy o dużej liczbie pulsów w napięciu
wyprostowanym.


W układzie dwunastopulsowym stanowią one tylko 0,988% harmonicznej podstawowej i ich
wpływ na kształt napięcia zasilającego można pominąć. Duży wpływ na tłumienie wyższych
harmonicznych ma indukcyjność rozproszenia transformatora. Między innymi dlatego stosuje
się transformatory o napięciu zwarcia U

zt%

= 10%.

Sposobem ograniczenia poboru mocy biernej jest kolejnościowe sterowanie prostownika
złożonego z kilku szeregowo połączonych układów podstawowych.
Sterowaniem obejmuje się kolejno jedną z grup zaworów przy całkowicie wysterowanych
pozostałych. Teoretyczne możliwości tego sposobu regulacji ograniczone są przez
zwielokrotniony wpływ komutacji.

Rys.7.3.Charakterystyki przedstawiające zależność Q

1

= f(U

S

).

Rysunek (Rys.7.3.) przedstawia wykresy Q

1

=f(U

S

) dla pojedynczego prostownika (1) oraz dla

dwóch (2) i czterech (4) prostowników połączonych szeregowo. Sterowanie kolejnościowe
może być szczególnie przydatne w trakcji ponieważ, ze względu na pulsację i wysokie
napięcie wskazane jest szeregowe łączenie przekształtników.

s.

15

8.Zależności definiujące przebiegi napięć i prądów w układzie badanego
modelu przekształtnika tyrystorowego dodawczego.

Przebieg napięcia wyjściowego jest sumą napięć składowych otrzymanych z części
sterowanej i nie sterowanej. Oba prostowniki pracują w układach mostków trójfazowych.
Prostownik dodawczy wyposażony jest w tyrystorową jednostkę komutacyjną umożliwiającą
regulowanie średniej wartości napięcia dodawczego.
Przebieg napięcia wyjściowego w mostku trójfazowym niesterowanym obciążonym
rezystancyjnie składa się z wierzchołków sinusoid napięć zasilających (po sześć impulsów w
okresie). Według Figurzyńskiego średnia wartość takiego przebiegu wyraża się wzorem.

∫

+

−

=

6

6

2

cos

2

6

2

1

π

π

π

xdx

U

U

so

(8.1)

po scałkowaniu

6

sin

6

2

2

π

π

U

U

so

=

(8.2)

35

,

1

2

⋅

= U

U

so

(8.3)

Stała we wzorze (8.3) o wartości 1,35 jest charakterystyczna dla mostka trójfazowego i
możemy ją znaleźć w Tabeli 2.
Wprowadzenie kątowego wyzwalania jednej grupy komutacyjnej przy całkowicie
wysterowanej drugiej, co ma miejsce w mostku półsterowanym powoduje pojawienie się we
wzorze (8.2) zależności od kąta wysterowania.

2

6

2

2

cos

1

2

⋅

+

=

π

α

U

U

so

(8.4)

Na podstawie wzorów (8.3) i (8.2) można zapisać wzór określający średnie napięcie
wyprostowane na zaciskach wyjściowych modelu.

(

)

π

α

2

cos

1

3

2

35

,

1

3

2

+

+

⋅

=

+

=

U

U

U

U

U

sD

sG

so

(8.5)

Powyższy wzór dotyczy przypadku idealnego, w którym nie uwzględnia się obciążeniowych
spadków napięcia.
Wartość prądu obciążenia w odbiorniku określa się następująco :

X

S

S

R

R

E

U

I

+

−

=

(8.6)

R

X

– rezystancja wewnętrzna układu prostowniczego odzwierciedlająca straty komutacyjne,

straty czynne na rezystancjach obwodu, oraz spadki napięcia na zaworach.

s.

16

W zespołach energetycznych największy wpływ na wielkość R

X

mają straty wynikające z

zakłóconego przebiegu komutacji zaworów.
istnienie dużej indukcyjności w obwodzie (np. indukcyjność transformatora) powoduje
opóźnienie czasu narastania i opadania prądu i wywołuje chwilowe zwarcie uzwojeń
transformatora zasilających komutujące zawory.
Chwilowa wartość napięcia jest wówczas równa połowie sumy napięć fazowych, aż do chwili
gdy prąd zwarcia przepływający pomiędzy zaworami zrówna się z prądem obciążenia i przy
uwzględnieniu przeciwnych kierunków przepływu da w efekcie zero.

l

S

X

X

I

U

2

6

=

∆

(8.7)

Określając czas trwania komutacji wartością kąta q [

°

el] można inaczej zapisać zależność

(8.5) określającą napięcie na wyjściu modelu :

(

)

2

cos

1

2

6

2

2

cos

35

,

1

3

1

2

2

q

U

q

U

U

S

+

+

⋅

+













⋅

=

α

π

(8.8)

Napięcie wyprostowane U

S

w funkcji indukcyjności X

l

i kata

α z uwzględnieniem

rezystancyjnych spadków napięcia oraz napięcia polaryzacji zaworów wynosi :

(

)

FT

FD

FD

S

Cu

S

Cu

S

S

U

n

U

n

U

n

I

P

I

P

X

X

I

U

U

U

2

2

2

6

2

cos

1

2

6

2

35

,

1

2

2

1

3

,

1

2

,

1

3

,

1

2

,

1

3

2

−

−

−

−

−

+

+

−

+

⋅

+

⋅

=

α

π

(8.9)

9.Parametry układu modelowego

Układ modelowy laboratoryjny składa się z diodowego prostownika głównego

połączonego w mostek trójfazowy i współpracującego z nim szeregowo mostka trójfazowego
półsterowanego, stabilizującego napięcie wyjściowe w granicach (+15% ; -10%). (Rys. 9.1)
Ponieważ do zasilania wykorzystano gotowy transformator trójuzwojeniowy to wybór
współczynników przeliczeniowych był zdeterminowany przez jego parametry. Ze względu na
szczególnie dobre współczynniki zwarciowe użytego transformatora U

Z%

= 2% w celu

zamodelowania odpowiedniego oporu indukcyjnego w obwodzie zastosowano po stronie
wtórnej 380V dławiki obniżające napięcie. indukcyjność dławików traktujemy jako
indukcyjność linii zasilającej wysokiego napięcia. Jest to sztuczny zabieg pozwalający na
powiększenie pochylenia charakterystyki prostownika głównego. W układzie rzeczywistym
największy wpływ na spadki napięcia wyprostowanego wywiera transformator.

17

Rys. 9.1 Schemat układu laboratoryjnego

18

Dane znamionowe modelu :

1. Moc znamionowa 1,8kW
2. Poziom tętnień:

a) przy pełnym wysterowaniu prostownika dodawczego 0,04
b) dla

α = 60

°

el

0,15

3. Prąd w linii zasilającej przy znamionowym obciążeniu prostownika i

1

= 2,6A

4. Znamionowy prąd wyprostowany i

S

= 20A

5. Prąd obciążenia dwugodzinnego i

S

= 30A

6. Prąd pięciominutowy i

S

= 60A

7. cos

ϕ przy obciążeniu prądem znamionowym = 0,915

8. Sprawność w warunkach znamionowych

η = 0,92

10.Wykonanie ćwiczenia

Ćwiczenie przeprowadzone w laboratorium elektroenergetyki systemów transportu polega na
zbadaniu przebiegów prądów i napięć w różnych warunkach pracy prostownika dodawczego.
Badania przeprowadza się na modelu układu przedstawionym na rysunku (Rys.9.1) – schemat
pomiarowy.

W pierwszej fazie ćwiczenia należy zbadać podane parametry jedynie przy pracy

samego prostownika głównego (bez dodawczego), następnie przy pracy z prostownikiem
dodawczym (regulacja kątem wysterowania). Po zakończeniu badań możliwe jest dokonanie
porównania wyników przy stałym i zmiennym obciążeniu R

obc

z filtrem i bez filtru oraz

przeanalizowanie zmian w przebiegach prądów i napięć, w tym zawartości harmonicznych i
sprawności.

10.1. Pomiar 1a

Przy odłączonym prostowniku (wyłączone napięcie zasilania z tablicy zasilającej) ustawić
największą wartość rezystancji R

obc

, filtr LC-odłączony (Ł1-zamknięte, Ł2-otwarte, pozycja

w prawo)
Załączyć napięcie zasilania na tablicy oraz prostownik diodowy (napięcie V1=U

dod

=0).

Odczytać wartość napięcia z voltomierzy V2 (U

d

-prostownik diodowy) i V3 (sumaryczne

napięcie U

d

+U

dod

).

Odczytać wartość napięcia na boczniku pomiarowym B1(120A/60mV), przeliczyć na wartość
prądu I

dc

[A]. Odczytać z miernika PM300-Voltech: wartość skuteczną prądu fazy R,

pobieraną moc 3-faz P

sum

po stronie AC, średni cos

ϕ, THD A fazy R, wyliczyć: moc

P

dc

=I

dc

xU3.

Zaobserwować na oscyloskopie przebiegi prądu wejściowego AC prostownika z układu
pomiarowego L1 (przetwornik hallotronowy LEM przekształcający prąd fazowy I1 na
napięcie U1- 5A/5V). Zapisać przebieg w postaci pliku cyfrowego na komputerze (lub
wydrukować). Odczytać wartość skuteczną napięcia z oscyloskopu U1, dokonać przeliczenia
na wartość prądu fazowego I1 (wg skali z L1).
Włączyć funkcję F2 oscyloskopu– analiza FFT, zaobserwować zawartość widma
harmonicznych napięcia U1 (harmoniczne o amplitudach Un odpowiadające harmonicznym
prądu I

n

) o częstotliwościach f

n1

, f

n2

,..., odczytać ich amplitudy A

n

(w dBV]) z oscyloskopu.

Zapisać przebieg w postaci pliku cyfrowego na komputerze (lub wydrukować). Przeliczyć
odczytane wartości wg wzoru:

20 log U

n

/1 =A

n

[dBV]

U

n

=10

(A

n

/ 20)

[V]

s.

19

Następnie wg przelicznika napięcie U

n

-prąd I

n

z LEMa L1 obliczyć wartośc I

n

. Wyniki

wpisać do tablicy 10.1a
Z dzielnika napięciowego podłączonego równolegle do miernika V4 zaobserwować przebieg
składowej zmiennej napięcia U

dc

na oscyloskopie. Zapisać przebieg w postaci pliku

cyfrowego na komputerze (lub wydrukować). Przeprowadzić analizę FFT składowej
zmiennej. . Zapisać przebieg w postaci pliku cyfrowego na komputerze (lub wydrukować).
Odczytać najbardziej znaczące harmoniczne o częstotliwościach odpowiednio fn1, fn2....fn1 i
amplitudach U [dBV], wpisać wartości do tabeli 10.1a (pamiętać o przeskalowaniu wg skali
dzielnika), przeliczyć na U

n

[V].

Pomiar 1b

Powtórzyć pomiary jak w p. 10.1a, ale przy załączonym filtrze LC ((Ł1-zamknięte, Ł2-
zamknięte, pozycja Ł2 w lewo), tablica zapisu wyników- 10.1b.



10.2 Pomiar 2a

Dokonać pomiarów jak w p. 10.1a, ale przy załączonym prostowniku dodawczym dla 3
wartości napięcia dodawczego V1=U

dod

), tablica zapisu wyników- 10.2a.

Pomiar 2b

Dokonać pomiarów jak w p. 10.2-pomiar 2a ale LC włączony w obwód (Ł1-otwarty, Ł2-
zamknięty, pozycja w lewo), tablica zapisu wyników- 10.2b.

Pomiary 10.1 i 10.2 powtórzyć dla innej wartości rezystancji Robc (oznaczonej w tablicach
jako R

2

, ewentualnie dla trzeciej wartości –R

min

). .

10.3

Skopiować zapisane pliki. Wykonać wykresy: V3, V2, I1

rms

, P

sum

, cos

ϕ, sprawności η

oraz harmonicznych prądu I1 i napięcia V4 – (U

dc

+ U

dod

)w funkcji I

dc

i P

dc

.przy różnych

konfiguracjach obwodu.


10.4

Wykonać sprawozdanie, omówić wyniki (wpływ konfiguracji obwodu, dławika, filtru,

rodzaju prostownika na harmoniczne prądu I1 i napięcia V4), przedstawić wnioski.

10.5

Napięcie wyjściowe z prostownika trakcyjnego powinno spełniać kryterium dotyczące

tzw. napięcia zakłócającego równoważnego:

∑

=

•

=

n

i

i

i

zr

U

p

U

1

2

)

1000

/

(

(11)

gdzie:
U

i

- wartość skuteczna i-tej harmonicznej napięcia,

p

i

- współczynnik wagi i-tej harmonicznej („stopień szkodliwości danej harmonicznej”)

i - rząd kolejnej harmonicznej (zwykle analizuje się harmoniczne w paśmie 50-5000Hz).
Wartość U

zr

we wszystkich punktach pracy powinna być poniżej 0,5% wartości znamionowej

napięcia wyprostowanego.

s.

20

Tabela 10

Wagi psofometryczne p

i

w funkcji częstotliwości(f [Hz] -promille- 1000

promilli=1.0)

Częstotliwość
[Hz]

p

i

[promille]

Częstotliwość

[Hz]

p

i

[promille]

Częstotliwość

[Hz]

p

i

[promille]

0

0

1000

1122

3100

501

16.6666

0.056

1050

1109

3200

473

50

0.71

1100

1072

3300

444

100

8.91

1150

1035

3400

412

150

35.5

1200

1000

3500

376

200

89.1

1250

977

3600

335

250

178 1300

955 3700

292

300

295 1350

928 3800

251

350

376 1400

905 3900

214

400

484 1450

881 4000

178

450

582 1500

861 4100

144.5

500

661 1550

842 4200

116

550

733 1600

824 4300

92.3

600

794 1650

807 4400

72.4

650

851 1700

791 4500

56.2

700

902 1800

760 4600

43.7

750

955 1850

745 4700

33.9

800

1000

1900

732

4800

26.3

850

1035

1950

720

4900

20.4

900

1072

2000

708

5000

15.9

950

1109 2050

698 10000 0

15.9

Wyznaczyć wartość napięcia psofometrycznego zakłócającego dla V4 w różnych
konfiguracjach, porównać z wartością dopuszczalną.

21

Tablica 10.1a,(b)

Lp
/sygnał.

Robc
[

Ω]

V3
[V]

V2
[V]

Idc
[A]
B1

U1[V]
(osc.)

I1[A]
(L1)

I1[A]
(PM300)

Psum
[W]
(PM300)

Cos

ϕ

(średnI)
(PM300)

THD A [%]
(PM300)

Pdc=
IdcxU3
[W]

η=Pdc
/Psum
[W/W]

1.R

max

I1 fn1[Hz] Un[dBV]]

In[A]

fn2[Hz] U[dBV] In[A]

fn3[Hz] U[dBV] In[A]

fn4[Hz] U[dBV] In[A]

I1 fn5[Hz] U[dBV]]

In[A]

fn6[Hz] U[dBV] In[A]

fn7[Hz] U[dBV] In[A]

fn8[Hz] U[dBV] In[A]

V4=Udc fn1[Hz] U[dBV]] Un[V] fn2[Hz] U[dBV] Un[V] fn3[Hz] U[dBV] Un[V] fn4[Hz] U[dBV]

Un[V]

V4=Udc fn5[Hz] U[dBV]] Un[V] fn6[Hz] U[dBV] Un[V] fn7[Hz] U[dBV] Un[V] fn8[Hz] U[dBV]

Un[V]

2. R

2

I1 fn1[Hz] Un[dBV]]

In[A]

fn2[Hz] U[dBV] In[A]

fn3[Hz] U[dBV] In[A]

fn4[Hz] U[dBV] In[A]

I1 fn5[Hz] U[dBV]]

In[A]

fn6[Hz] U[dBV] In[A]

fn7[Hz] U[dBV] In[A]

fn8[Hz] U[dBV] In[A]

V4=Udc fn1[Hz] U[dBV]] Un[V] fn2[Hz] U[dBV] Un[V] fn3[Hz] U[dBV] Un[V] fn4[Hz] U[dBV]

Un[V]

V4=Udc fn5[Hz] U[dBV]] Un[V] fn6[Hz] U[dBV] Un[V] fn7[Hz] U[dBV] Un[V] fn8[Hz] U[dBV]

Un[V]

2. R

min

I1 fn1[Hz] Un[dBV]]

In[A]

fn2[Hz] U[dBV] In[A]

fn3[Hz] U[dBV] In[A]

fn4[Hz] U[dBV] In[A]

I1 fn5[Hz] U[dBV]]

In[A]

fn6[Hz] U[dBV] In[A]

fn7[Hz] U[dBV] In[A]

fn8[Hz] U[dBV] In[A]

V4=Udc fn1[Hz] U[dBV]] Un[V] fn2[Hz] U[dBV] Un[V] fn3[Hz] U[dBV] Un[V] fn4[Hz] U[dBV]

Un[V]

V4=Udc fn5[Hz] U[dBV]] Un[V] fn6[Hz] U[dBV] Un[V] fn7[Hz] U[dBV] Un[V] fn8[Hz] U[dBV]

Un[V]

s.

22

Tablica 10.2a,(b)

Lp
/sygnał.

Robc
[

Ω]

V3
[V]

V2
[V]

Idc
[A]
B1

U1[V]
(osc.)

I1[A]
(L1)

I1[A]
(PM300)

Psum
[W]
(PM300)

Cos

ϕ

(średnI)
(PM300)

THD A [%]
(PM300)

Pdc=
IdcxU3
[W]

η=Pdc
/Psum
[W/W]

1.R

max

V1=

I1 fn1[Hz] Un[dBV]]

In[A]

fn2[Hz] U[dBV] In[A]

fn3[Hz] U[dBV] In[A]

fn4[Hz] U[dBV] In[A]

I1 fn5[Hz] U[dBV]]

In[A]

fn6[Hz] U[dBV] In[A]

fn7[Hz] U[dBV] In[A]

fn8[Hz] U[dBV] In[A]

V4=Udc fn1[Hz] U[dBV]]

Un[V]

fn2[Hz] U[dBV] Un[V] fn3[Hz] U[dBV] Un[V] fn4[Hz] U[dBV]

Un[V]

V4=Udc fn5[Hz] U[dBV]]

Un[V]

fn6[Hz] U[dBV] Un[V] fn7[Hz] U[dBV] Un[V] fn8[Hz] U[dBV]

Un[V]

2. R

max

V1=

I1 fn1[Hz] Un[dBV]]

In[A]

fn2[Hz] U[dBV] In[A]

fn3[Hz] U[dBV] In[A]

fn4[Hz] U[dBV] In[A]

I1 fn5[Hz] U[dBV]]

In[A]

fn6[Hz] U[dBV] In[A]

fn7[Hz] U[dBV] In[A]

fn8[Hz] U[dBV] In[A]

V4=Udc fn1[Hz] U[dBV]]

Un[V]

fn2[Hz] U[dBV] Un[V] fn3[Hz] U[dBV] Un[V] fn4[Hz] U[dBV]

Un[V]

V4=Udc fn5[Hz] U[dBV]]

Un[V]

fn6[Hz] U[dBV] Un[V] fn7[Hz] U[dBV] Un[V] fn8[Hz] U[dBV]

Un[V]

2. R

max

V1=

I1 fn1[Hz] Un[dBV]]

In[A]

fn2[Hz] U[dBV] In[A]

fn3[Hz] U[dBV] In[A]

fn4[Hz] U[dBV] In[A]

I1 fn5[Hz] U[dBV]]

In[A]

fn6[Hz] U[dBV] In[A]

fn7[Hz] U[dBV] In[A]

fn8[Hz] U[dBV] In[A]

V4=Udc fn1[Hz] U[dBV]]

Un[V]

fn2[Hz] U[dBV] Un[V] fn3[Hz] U[dBV] Un[V] fn4[Hz] U[dBV]

Un[V]

V4=Udc fn5[Hz] U[dBV]]

Un[V]

fn6[Hz] U[dBV] Un[V] fn7[Hz] U[dBV] Un[V] fn8[Hz] U[dBV]

Un[V]

s.

23

Tablica 10.2a,(c)

Lp
/sygnał.

Robc
[

Ω]

U3
[V]

U2
[V]

Idc
[A]
B1

U1[V]
(osc.)

I1[A]
(L1)

I1[A]
(PM300)

Psum
[W]
(PM300)

Cos

ϕ

(średnI)
(PM300)

THD A [%]
(PM300)

Pdc=
IdcxU3
[W]

η=Pdc
/Psum
[W/W]

1.R

2

V1=

I1 fn1[Hz] Un[dBV]]

In[A]

fn2[Hz] U[dBV] In[A]

fn3[Hz] U[dBV] In[A]

fn4[Hz] U[dBV] In[A]

I1 fn5[Hz] U[dBV]]

In[A]

fn6[Hz] U[dBV] In[A]

fn7[Hz] U[dBV] In[A]

fn8[Hz] U[dBV] In[A]

V4=Udc fn1[Hz] U[dBV]]

Un[V]

fn2[Hz] U[dBV] Un[V] fn3[Hz] U[dBV] Un[V] fn4[Hz] U[dBV]

Un[V]

V4=Udc fn5[Hz] U[dBV]]

Un[V]

fn6[Hz] U[dBV] Un[V] fn7[Hz] U[dBV] Un[V] fn8[Hz] U[dBV]

Un[V]

2. R

2

V1=

I1 fn1[Hz] Un[dBV]]

In[A]

fn2[Hz] U[dBV] In[A]

fn3[Hz] U[dBV] In[A]

fn4[Hz] U[dBV] In[A]

I1 fn5[Hz] U[dBV]]

In[A]

fn6[Hz] U[dBV] In[A]

fn7[Hz] U[dBV] In[A]

fn8[Hz] U[dBV] In[A]

V4=Udc fn1[Hz] U[dBV]]

Un[V]

fn2[Hz] U[dBV] Un[V] fn3[Hz] U[dBV] Un[V] fn4[Hz] U[dBV]

Un[V]

V4=Udc fn5[Hz] U[dBV]]

Un[V]

fn6[Hz] U[dBV] Un[V] fn7[Hz] U[dBV] Un[V] fn8[Hz] U[dBV]

Un[V]

2. R

2

V1=

I1 fn1[Hz] Un[dBV]]

In[A]

fn2[Hz] U[dBV] In[A]

fn3[Hz] U[dBV] In[A]

fn4[Hz] U[dBV] In[A]

I1 fn5[Hz] U[dBV]]

In[A]

fn6[Hz] U[dBV] In[A]

fn7[Hz] U[dBV] In[A]

fn8[Hz] U[dBV] In[A]

V4=Udc fn1[Hz] U[dBV]]

Un[V]

fn2[Hz] U[dBV] Un[V] fn3[Hz] U[dBV] Un[V] fn4[Hz] U[dBV]

Un[V]

V4=Udc fn5[Hz] U[dBV]]

Un[V]

fn6[Hz] U[dBV] Un[V] fn7[Hz] U[dBV] Un[V] fn8[Hz] U[dBV]

Un[V]

24

11.Przyrządy i mierniki wykorzystywane w ćwiczeniu

Mierzony

parametr

Typ miernika

Klasa

dokładn

ości

Zakres Symbol

miernika

Napięcie główne

stałe

Magnetoelektryczny

0,5 150V

2V/dz. ERA LM-3 1000

Ω/V

Napięcie główne

zmienne

Elektromagnetyczny

0,5

75V 1V/dz.

ERA LE-3 75V/10mA

Napięcie

dodawcze stałe

Magnetoelektryczny

0,5 75V

1V/dz. ERA LM-3 1000

Ω/V

Napięcie

dodawcze

zmienne

Elektromagnetyczny

0,5

60V 1V/dz.

ERALE-3 15-60V/50mA

Napięcie sum.

stałe

Magnetoelektryczny

0,5

150V 1V/dz.

ERA LM-3 150-

600V/5mA

Napięcie sum.

zmienne

Elektromagnetyczny

0,5

150V 2V/dz.

ERA LE-3 150-

600V/5mA

Prąd obciążenia Magnetoelektryczny

0,5

30mV

1mV/dz.

ERA LM-3 30mV-15

Ω

-----------------

----------------------- 0,5 150A/60mV

Bocznik

-----------------

----------------------- ----------

12,5/25A Przetwornik LEM LA-25

Pozostałe

------------------------ ---------- -----------------

Voltech PM-300

Tabela 3.

s.

25

12.Przykładowe wyniki pomiarów (przebiegi otrzymane z oscyloskopu)

a) Przebiegi napięcia i prądu po stronie wtórnej – na wyjściu zespołu prostownikowego (z

mostkiem dodawczym ; bez mostka dodawczego )

Rys.12.1

Rys.12.2.

s.

26

b) Harmoniczne prądu po stronie napięcia wyprostowanego (dla U

d

=0 oraz U

d

=28V)

Rys.12.3.

Rys.12.4.

s.

27

c) Harmoniczne napięcia po stronie wtórnej dla kilku wartości napięcia dodawczego (U

d

)

Rys.12.5.

Rys.12.6.

s.

28

Rys.12.7.

Rys.12.8.

s.

29

Spis treści

1.Wprowadzenie...................................................................................................................................................... 1
2.Układ zasilania sieci trakcyjnej z diodowo-tyrystorowym zespołem prostownikowym
dodawczym. ..........................................................................................................................................................1
3.Inne rozwiązania z przekształtnikiem tyrystorowym dodawczym...................................................................... 4
4.Charakterystyka przekształtnika tyrystorowego dodawczego zainstalowanego w podstacji
trakcyjnej PKP Cienin

................................................................ 5

5.Współpraca sąsiednich podstacji trakcyjnych wyposażonych w zespoły dodawcze............................................ 6
6.Warunki stosowania prostowników dodawczych............................................................................................... 9
7.Analiza wybranych układów prostowników sterowanych pod kątem możliwości ich zastosowania w trakcji... 9
8.Zależności definiujące przebiegi napięć i prądów w układzie modelowym........................................................15
9.Parametry układu modelowego............................................................................................................................16
10.Wykonanie ćwiczenia..................................................................................................................................... . 18
11.Przyrządy i mierniki wykorzystane w ćwiczeniu..............................................................................................20
12.Przykładowe wyniki pomiarów (przebiegi otrzymane z oscyloskopu)............................................................ 23