Zakład Energoelektroniki, Robotyki i Automatyzacji
LABORATORIUM ENERGOELEKTRONIKI
Cz
ę
stochowa 2005
Ćwiczenie nr 5 :
STEROWNIK JEDNOFAZOWY (ST)
(Badanie jednofazowego sterownika napi
ę
cia przemiennego)
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
Ŝ
nych k
ą
tów zapłonu
α
.
1B. Sterownik jednofazowy
Sterowniki napi
ę
cia przemiennego słu
Ŝą
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
Ŝ
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
Ŝ
dej
półfali napi
ę
cia zasilaj
ą
cego, a jego przerwanie oznacza wył
ą
czenie odbiornika podczas
najbli
Ŝ
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
Ŝ
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
Ŝ
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
ąŜ
eniu rezystancyjnym wył
ą
czenie tyrystora nast
ę
puje w chwili zmiany
polaryzacji napi
ę
cia zasilaj
ą
cego. W przypadku obci
ąŜ
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
Ŝ
na w przypadku obci
ąŜ
e
ń
rezystancyjnych zast
ą
pi
ć
tyrystorem dwukierunkowym tzw. triakiem, który mo
Ŝ
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
Ŝ
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
Ŝ
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
Ŝ
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
ąŜ
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.