Politechnika Świętokrzyska
Laboratorium Energoelektronika
Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki
Data wykonania:
Ćwiczenie: 1
Prostowniki: 1-fazowy
9 XI 2012
1-pulsowy i 3-fazowy
3-pulsowy
Grupa: 11A ; zespół nr 2 Ocena:
1. Przemysław Janicki
2. Paweł Herman
3. Piotr Gawron
4. A
ukasz ChuptyÅ›
5. Damian Błażkiewicz
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 Uodb Uodb U U U U
sr sk max. Nap. Zasilania max.odb. sr. Nap. Zasilania sr.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
1/9
2.2 Symulacje z programu TCAD:
2.2.1 bez indukcyjności i bez D0
Schemat
Napięcie zasilania
PrÄ…d diody
Napięcie odbiornika przy obciążeniu
rezystancyjnym.
2/9
2.2.2 Z indukcyjnością szeregową z rezystancją bez D0:
Schemat
Napięcie odbiornika przy obciążeniu
rezystancyjno-indukcyjnym.
PrÄ…d diody
Zapięcia zasilające
3/9
2.2.3 z indukcyjnością szeregową z rezystancją i D0 równoległą do nich:
Schemat
Napięcie odbiornika przy obciążeniu
rezystancyjno-indukcyjnym
PrÄ…d diody
Napięcie zasilające
4/9
2.3 Obliczenia:
T
T T 2
1 1 1
2
U (wt )dwt (Um )2sin2(wt )dwt Um (1-cos 2 wt )dwt
+" +" +"
T T 2T
" " "
0 0 0
U = = = =Um= 2U H"0, 71U
"
~
2 2 2 2
U = 18*0,71[V]=12,78 [V]
~
T
T
1 Um 2 U
"
2
U = Umsin( wt)dwt= =Um = =0, 45U
+"
d
T wt[-cos wt ]0 Ä„ Ä„
0
U =0,45*18[V]=8,1[V]
d
Czysta rezystancja:
I =12,78 &! /3,3 &! =3,87A
~
I =2,51A
d
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
5/9
3. prostownik 3-fazowy 3-pulsowy:
3.1 Schemat pomiarowy i tabela wyników:
R1- 3,3&! R2- 2770&! R3- 151&! R4- 7270&!
Wyniki i tabele pomiarów:
Usk Isk Iśr Uodb Iodb
śr śr
V A A V A
58V 0,25A 150mA 66V 0,41A
3.2 Symulacje z programu TCAD:
Schemat
6/9
PrÄ…d wyprostowany pierwszej fazy
Napięcie zasilające
PrÄ…d odbiornika
7/9
Napięcie odbiornika
3.3 Obliczenia:
q Ä„
U = 2 U sin =66 ,6[V ]
"
d
Ä„ q
I =66 ,6V =0, 44[ A ]
d
151©
3.4 Przebiegi z oscyloskopu:
przebieg na diodzie 1
napięcie wyprostowane
diodzie 3
diodzie 2
8/9
4. Wnioski:
Przeprowadzone badanie laboratoryjne pokazało działanie praktyczne prostowników
1-fazowego i 3-fazowego. Przebiegi oscyloskopowe uzyskane w trakcie badania pokazujÄ…
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 prostownika 1-fazowego zmienia się w zależności od
d
charakteru obciążenia. Spadek napięcia jest niewielki ponieważ w układzie jest tylko jedna
dioda. W przypadku odbiornika rezystancyjno-indukcyjnego wartość U jest mniejsza w
d
porównaniu do napięcia dla odbiornika czysto rezystancyjnego, ponieważ kąt przewodzenia
diody jest większy od Ą 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 Ą 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 2/3Ą. 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
z
ródła 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