Politechnika Świętokrzyska
Laboratorium Energoelektronika
Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki
Ćwiczenie: 1	Prostowniki: 1-fazowy 1-pulsowy i 3-fazowy 3-pulsowy	Data wykonania: 9 XI 2012
Grupa: 11A ; zespół nr 2 1. Przemysław Janicki 2. Paweł Herman 3. Piotr Gawron 4. Łukasz Chuptyś 5. Damian Błażkiewicz		Ocena:

1. Cel ćwiczenia:

Zapoznanie się z działaniem prostownika 1-fazowego 1-pulsowego oraz 3-fazowego 3-pulsowego.

2. Prostownik 1-fazowy 1-pulsowy:

2.1 Schemat pomiarowy i tabela wyników:

Wyniki i tabele pomiarów:

Pomiary					OSCYLOSKOP				Uwagi
Iśr	Isk	Usk	Uodbsr	Uodbsk	Umax. Nap. Zasilania	Umax.odb.	Usr. Nap. Zasilania	Usr.odb.
2050mA	3,3A	18V	7,5V	12V	26V	24V	407mV	8V	bez indukcyjności
74mA	2A	18V	0,4V	18V	26,8V	26,V	443mV	954mV	Z indukcyjnością bez D0
1420mA	1,45A	18V	7V	13V	26,8V	25,6V	506mV	7,48V	Z indukcyjnością z D0

2.2 Symulacje z programu TCAD:

2.2.1 bez indukcyjności i bez D0

Schemat	Napięcie zasilania
Napięcie odbiornika przy obciążeniu rezystancyjnym.	Prąd diody

2.2.2 Z indukcyjnością szeregową z rezystancją bez D0:

Schemat	Napięcie odbiornika przy obciążeniu rezystancyjno-indukcyjnym.
Zapięcia zasilające	Prąd diody

2.2.3 z indukcyjnością szeregową z rezystancją i D0 równoległą do nich:

Schemat	Napięcie odbiornika przy obciążeniu rezystancyjno-indukcyjnym
Napięcie zasilające	Prąd diody

2.3 Obliczenia:

U_~= 18*0,71[V]=12,78 [V]

U_d=0,45*18[V]=8,1[V]

Czysta rezystancja:

I_~=12,78 Ω /3,3 Ω =3,87A

I_d=2,51A

2.4 Przebiegi z oscyloskopu:

Indukcyjność L=0 bez diody zerowej	Indukcyjność L=2,13 H bez diody zerowej
Indukcyjność L=2,13 H po dodaniu diody zerowej

3. prostownik 3-fazowy 3-pulsowy:

3.1 Schemat pomiarowy i tabela wyników:

R1- 3,3Ω R2- 2770Ω R3- 151Ω R4- 7270Ω

Wyniki i tabele pomiarów:

Usk	Isk	Iśr	Uodbśr	Iodbśr
V	A	A	V	A
58V	0,25A	150mA	66V	0,41A

3.2 Symulacje z programu TCAD:

Schemat

Prąd wyprostowany pierwszej fazy

Napięcie zasilające

Prąd odbiornika

Napięcie odbiornika

3.3 Obliczenia:

3.4 Przebiegi z oscyloskopu:

napięcie wyprostowane	przebieg na diodzie 1
diodzie 2	diodzie 3

4. Wnioski:

Przeprowadzone badanie laboratoryjne pokazało działanie praktyczne prostowników 1-fazowego i 3-fazowego. Przebiegi oscyloskopowe uzyskane w trakcie badania pokazują napięcie wyprostowane oraz prądy na poszczególnych diodach dla prostownika 3-fazowego oraz wpływ indukcyjności oraz diody rozładowczej dla prostownika 1-fazowego. Układ 1-fazowy 1-pulsowy ma wiele wad, ponieważ napięcia i prądy wyprostowane maja duże pulsacje i wartość średnia napięcia wyprostowanego jest najmniejsza ze wszystkich przekształtników. Dołączenie diody zerowej sprawia, że prąd staje się ciągły, a pulsacja zmniejsza się. Wartość napięcia U_d prostownika 1-fazowego zmienia się w zależności od charakteru obciążenia. Spadek napięcia jest niewielki ponieważ w układzie jest tylko jedna dioda. W przypadku odbiornika rezystancyjno-indukcyjnego wartość U_d jest mniejsza w porównaniu do napięcia dla odbiornika czysto rezystancyjnego, ponieważ kąt przewodzenia diody jest większy od π i przebieg czasowy prądu odbiornika nie jest proporcjonalny do napięcia ze względu na wpływ siły elektromotorycznej samoindukcji. Ze względu na małą wartość napięcia zasilania przy stosunkowo dużej indukcyjności oraz bez zastosowania diody zerowej następuje bardzo duże wydłużenie czasu przewodzenia, co powoduje, że wartość średnia napięcia wyprostowanego gwałtownie spada. Przebiegi prostownika 1-fazowego pokazują, że bez diody zerowej prąd na odbiorniku ma charakter przerywny, zgodny w fazie z napięciem, ale o innej amplitudzie. Indukcyjność powoduje, że prąd wyprostowany, ma mniejszą wartość maksymalną i jest przesunięty o około π w stosunku do napięcia, dioda zerowa dla tej samej indukcyjności podnosi średnią wartość prądu wyprostowanego i zmienia ułożenie ujemnej części sinusoidy napięcia. Dla prostownika 3-fazowego 3-pulsowego wartość średniego napięcia została zwiększona oraz zmniejszone zostało tętnienie napięcia, ponieważ w takim układzie kąt przewodzenia diody wynosi 2/3π. Prostowniki te są wykorzystywane do zasilania odbiorników prądu stałego o mocy powyżej kilku kilowatów. W prostownikach 3-pulsowych niesterowanych rolę zaworów pełnią trzy diody. Takie przekształtniki w porównaniu z układami jednofazowymi posiadają korzystniejsze właściwości, mają wyższą wartość średnią napięcia wyprostowanego i mniejszą pulsację napięcia. Układy prostowników 3-pulsowych wykorzystuje się do mocy rzędu 20 kW, lecz wymagają one dostępu do przewodu neutralnego sieci. W związku tym obciążają one sieć elektroenergetyczną prądem jednokierunkowym, co jest poważną wadą tych układów. Zastosowany układ połączeń transformatora w ćwiczeniu gwiazda-gwiazda jest rzadko stosowany ze względu na znaczne odkształcenie prądu pobieranego przez przekształtnik z sieci. Gdyby istniała możliwość zwiększenia indukcyjności prąd wyprostowany charakteryzował by się mniejszą pulsacją, a w przypadku dążenia indukcyjności do nieskończoności, co w praktyce jest nieosiągalne, to pulsacje prądu były by tak małe, że moglibyśmy przyjąć, że prąd ma wartość stałą. Napięcia wsteczne jakie musiały blokować diody były równe napięciom międzyfazowym, a kąt naturalnej komutacji dla takiego przekształtnika wynosi 30 stopni. Kolejnym etapem analizy działania tego przekształtnika było przeprowadzenie symulacji w programie TCad. Program ten jest pomocny przy analizie takich układów, ale trzeba pamiętać, że nie odwzorowuje on wszystkich zjawisk zachodzących w układzie. Symulacje mają charakter teoretyczny, przykładowo traktuje diody jako łączniki idealne, nie uwzględniając spadku napięcia na złączu, dlatego wartość napięcia wyprostowanego symulacji jest o kilka woltów większa niż w rzeczywistości. Następnie źródła napięcia w symulacji wytwarzają idealną sinusoidę o idealnej częstotliwości a jak wiadomo w sieci elektroenergetycznej te parametry ulegają odkształceniu, wskutek pojawienia się wyższych harmonicznych. Kolejnym przykładem jest fakt, że program nie uwzględnia indukcyjności, pojemności i rezystancji pasożytniczych, co powoduje sfałszowanie wyników symulacji, w stosunku do rzeczywistego układu. Jednak wyniki symulacji mino, że przeprowadzone dla różnych od badanych wartości parametrów dały wyniki przebiegów zgodne co do idei z praktycznymi.

9/9