Zakład Energoelektroniki, Robotyki i Automatyzacji

LABORATORIUM ENERGOELEKTRONIKI

Cz

ę

stochowa 2005

Ćwiczenie nr 5 :

STEROWNIK JEDNOFAZOWY (ST)

(Badanie jednofazowego sterownika napi

ę

cia przemiennego)

LABORATORIUM ENERGOELEKTRONIKI

aktual. 29 listopad 2006

S

terownik jednofazowy ST

str.2/6

opr. Marian Kępiński

1. WPROW AD ZENIE

1A. Cel

ć

wiczenia

Celem

ć

wiczenia jest zapoznanie si

ę

z układem sterownika 1-fazowego

napi

ę

cia przemiennego, zasadami jego sterowania oraz kształtem przebiegów

napi

ęć

i pr

ą

du dla ró

ż

nych k

ą

tów zapłonu

α

.

1B. Sterownik jednofazowy

Sterowniki napi

ę

cia przemiennego słu

żą

do regulacji mocy energii elektrycznej

przesyłanej do odbiornika pr

ą

du przemiennego. Sterowniki s

ą

wytwarzane jako jedno-

i trójfazowe. Sterownik składa si

ę

z elektronicznego układu wyzwalania bramkowego

i ł

ą

cznika tyrystorowego, w którym mog

ą

by

ć

stosowane: triaki, bloki elektroizolowane

zawieraj

ą

ce dwa tyrystory poł

ą

czone przeciwnie równolegle, mostki diodowe zwarte na

przek

ą

tnej tyrystorem lub dwa szeregowo poł

ą

czone układy przeciwrównolegle

poł

ą

czonych diod i tyrystorów.

a)

b)

d)

c)

Rys. 1. Podstawowe układy poł

ą

cze

ń

obwodów głównych jednofazowych sterowników

(ł

ą

czników) tyrystorowych i tyrystorowo-diodowych pr

ą

du przemiennego.

Sterowniki p.p. mog

ą

by

ć

sterowane fazowo, impulsowo, a tak

ż

e mog

ą

pracowa

ć

jako

ł

ą

czniki statyczne w trybie zał

ą

cz / wył

ą

cz.

Sterowanie fazowe jest najbardziej rozpowszechnionym sposobem sterowania

ł

ą

czników tyrystorowych i polega na wysterowaniu tyrystora impulsem przesuni

ę

tym

o k

ą

t wysterowania

α

w stosunku do miejsca zerowego sinusoidy napi

ę

cia zasilaj

ą

cego,

poprzedzaj

ą

cego chwil

ę

zał

ą

czenia. Impuls zał

ą

czaj

ą

cy jest generowany w ka

ż

dej

półfali napi

ę

cia zasilaj

ą

cego, a jego przerwanie oznacza wył

ą

czenie odbiornika podczas

najbli

ż

szego przej

ś

cia pr

ą

du przez zero.

Sterowanie impulsowe polega na cyklicznym przepływie okre

ś

lonej liczby pełnych

„półfali” pr

ą

du sinusoidalnego w czasie cyklu pracy t

p

, po czym nast

ę

puje cykl przerwy

t

0

, trwaj

ą

cy równie

ż

okre

ś

lon

ą

liczb

ę

pełnych półfali pr

ą

du.

LABORATORIUM ENERGOELEKTRONIKI

aktual. 29 listopad 2006

S

terownik jednofazowy ST

str.3/6

opr. Marian Kępiński

Schemat układu z tyrystorami:

Zasad

ę

działania przedstawia pogl

ą

dowo powy

ż

szy schemat. Impulsy bramkowe

tyrystorów przesuni

ę

te s

ą

w fazie o 180° elektrycznych. Tyrystor "górny"

zał

ą

czany jest podczas dodatniej połówki napi

ę

cia zasilaj

ą

cego, natomiast "dolny"

przy ujemnej, w czasie gdy jest on spolaryzowany w kierunku przewodzenia. Przy

obci

ąż

eniu rezystancyjnym wył

ą

czenie tyrystora nast

ę

puje w chwili zmiany

polaryzacji napi

ę

cia zasilaj

ą

cego. W przypadku obci

ąż

enia RL tyrystor wył

ą

cza si

ę

w momencie przej

ś

cia pr

ą

du przez zero.

Dwa tyrystory poł

ą

czone przeciwnie równolegle mo

ż

na w przypadku obci

ąż

e

ń

rezystancyjnych zast

ą

pi

ć

tyrystorem dwukierunkowym tzw. triakiem, który mo

ż

e

przewodzi

ć

pr

ą

d w obu kierunkach.

Regulacja napi

ę

cia polega na zał

ą

czania odpowiedniego tyrystora w okre

ś

lonym

punkcie (od 0° do 180° elektrycznych). Przy zał

ą

czeniu "górnego" tyrystora w 0°

i

"dolnego" w 180° (licz

ą

c od pocz

ą

tku układu współrz

ę

dnych) na odbiorze wyst

ą

pi

pełne napi

ę

cie zasilaj

ą

ce.

Gdy zał

ą

czymy o np: 30° pó

ź

niej otrzymamy na odbiorniku taki przebieg:

LABORATORIUM ENERGOELEKTRONIKI

aktual. 29 listopad 2006

S

terownik jednofazowy ST

str.4/6

opr. Marian Kępiński

Kiedy nie wysterujemy

ż

adnego z tyrystorów (lub wysterujemy k

ą

tem 180°)

napi

ę

cie na odbiorniku jest równe zeru.

W praktyce bardzo cz

ę

sto odbiorniki maj

ą

charakter rezystancyjno – indukcyjny:

Gdy k

ą

t zał

ą

czania tyrystorów zmaleje do warto

ś

ci równej k

ą

towi fazowemu

odbiornika:

ϕ

ϑ

=

Z

wówczas pr

ą

d odbiornika jest ci

ą

gły, sinusoidalnie zmienny, przesuni

ę

ty o k

ą

t

φ

.

Zmniejszenie warto

ś

ci k

ą

ta zał

ą

czenia poni

ż

ej k

ą

ta fazowego nie powoduje zmian

warto

ś

ci napi

ę

cia i pr

ą

du ale pod warunkiem długich impulsów bramkowych

(inaczej drugi tyrystor nie zał

ą

czy si

ę

).

Sterowa

ć

mo

ż

na w zakresie od k

ą

ta przesuni

ę

cia fazowego odbiornika do 180

o

el.:

π

ϑ

ϕ

≤

≤

Z

LABORATORIUM ENERGOELEKTRONIKI

aktual. 29 listopad 2006

S

terownik jednofazowy ST

str.5/6

opr. Marian Kępiński

Przykładowy przebieg dla obci

ąż

enia RL:

Warto

ść

ś

rednia za półokres napi

ę

cia odbiornika wynosi:













+

+

=

2

cos

cos

1

2

2

W

Z

AV

U

U

ϑ

ϑ

π

Z

ϑ

-

k

ą

t

zał

ą

czenia

W

ϑ

-

k

ą

t wył

ą

czenia

Warto

ść

skuteczna napi

ę

cia wynosi:

∫

=

W

Z

t

d

t

U

U

RMS

ϑ

ϑ

ω

ω

π

2

)

sin

2

(

1

LABORATORIUM ENERGOELEKTRONIKI

aktual. 29 listopad 2006

S

terownik jednofazowy ST

str.6/6

opr. Marian Kępiński

2. PROGRAM

Ć

WICZENIA

1. Narysowa

ć

schemat cz

ęś

ci silnopr

ą

dowej badanego układu sterownika

(układ sterowania przedstawi

ć

jako blok) oraz blokowy schemat układu

pomiarowego z uwzgl

ę

dnieniem przetworników pomiarowych LEM oraz

komputera z kart

ą

pomiarow

ą

.

2. Przeprowadzi

ć

komputerowe pomiary napi

ę

cia i pr

ą

du triaka dla k

ą

tów

wyzwalania

α

=

α

min

, 60

o

, 75

o

, 90

o

, 105

o

, 120

o

, 150

o

i

α

max

.

Otrzymane warto

ś

ci i przebiegi czasowe zamie

ś

ci

ć

w protokole.

3. Okre

ś

li

ć

zakresy regulacji k

ą

tów zapłonu triaka (tzn. wyznaczy

ć

warto

ś

ci

k

ą

tów

α

min

oraz

α

max

i wpisa

ć

je do protokołu).

4. Na podstawie pomiarów z pktu 1. wykre

ś

li

ć

charakterystyk

ę

sterowania

sterownika U

WY

= f(

α

)

3. SPRAWOZDANIE

1.

Omówi

ć

działanie badanego układu na podstawie uzyskanych przebiegów

oraz schematów.

2.

Narysowa

ć

charakterystyk

ę

sterowania na podstawie uzyskanych pomiarów

i porówna

ć

z charakterystyk

ą

dost

ę

pn

ą

w literaturze.

3.

WNIOSKI:

Omówi

ć

zasad

ę

działania sterownika i wpływ kształtu przebiegów

wyj

ś

ciowych na działanie odbiorników i parametry sieci zasilaj

ą

cej.