CW-K1 id 217374

Laboratorium Elektrokonstrukcji Pojazdów Trakcji Elektrycznej

Temat: Badanie przetwornicy do zasilania obwodów pomocniczych w

pojazdach trakcyjnych.

Zakład Trakcji Elektrycznej IME PW 2013

1.Wstęp

Układem podstawowym elektrycznego pojazdu trakcyjnego jest zespół urządzeń

stanowiących obwód główny. Do prawidłowego działania tego obwodu nieodzowne są

urządzenia pomocnicze, sterujące i pomiarowe. Urządzenia te zasilane są napięciem stałym jak i przemiennym. Układem przetwarzającym napięcie stałe (jest to napięcie z którego zasilany jest pojazd trakcyjny ) na napięcie przemienne słuŜące do zasilania układów pomocniczych jest przetwornica DC/AC.

2.Przetwornica DC/AC

Przetwornica DC/AC jest to przekształtnik słuŜący do przetwarzania energii

dostarczanej ze źródła napięcia stałego w energię napięcia przemiennego. Funkcja spełniana przez falownik jest zatem odwrotna do funkcji prostownika. Podstawową grupę falowników

zasilanych ze źródła napięcia stanowią falowniki o prostokątnym przebiegu napięcia wyjściowego. Zasadę pracy takiego falownika moŜna wyjaśnić następująco: Cztery łączniki (tyrystory konwencjonalne) są załączane i wyłączane (komutacja wymuszona poprzez

tyrystory TiK) na przemian parami (T1 i T4 oraz T2 i T3) z częstotliwością f. Tym samym napięcie zasilania Ud dołączane jest cyklicznie do odbiornika. Przewodzenie tyrystorów T1 i T4 powoduje, Ŝe napięcie na odbiorniku wynosi Ud, natomiast przewodzenie tyrystorów T3 i

T2 ( tyrystory T1 i T4 oczywiście są wyłączone), powoduje, Ŝe napięcie na odbiorniku wynosi

-Ud. Pomiędzy załączeniem par tyrystorów T1 i T4 albo T2 i T3 występuje stała przerwa wynoszącą czasowa. JeŜeli odbiornik ma charakter rezystancyjno-indukcyjny, to prąd odbiornika nie moŜe w sposób natychmiastowy zmienić kierunku, oznacza to Ŝe w pewnym

przedziale czasu gdy Ŝaden z tyrystorów nie jest załączony prąd odbiornika zamyka się przez diody zwrotne D2 D3 lub D1 D4, w tym czasie energia zgromadzona w odbiorniku oddawana

jest do źródła zasilania. Odbiornik poprzez diody nadal podłączony jest do źródła zasilania chociaŜ Ŝaden z tyrystorów nie przewodzi. Dla odbiornika rezystancyjnego prąd odbiornika ma kształt taki jaki wynika bezpośrednio z napięcia na odbiorniku. Ze względu na to, Ŝe tyrystory nie są elementami w pełni sterowanymi i nie mogą być wyłączane sygnałem sterującym , konieczne jest zastosowanie w falowniku tyrystorowym pomocniczych obwodów

wyłączania ( tzw. obwodów komutacji wewnętrznej T1k , T2k , T3k¸ T4k ,C1 ,C2 ,L1 ,L2 ,L3 L4).

1 ,T2 ,T3 ,T4 ,- tyrystory główne; T1k T2k ,T3k T4k- tyrystory komutacyjne

C1, C2 ,L1, L2 L3 L4- elementy obwodu komutacyjnego

A1,prąd wejściowy V1- napięcie wejściowe, A2, prąd wyjściowy V2- napięcie wyjściowe, Z-odbiornik ( rezystancja , rezystancyjno- indukcyjny , silnik).

3. Przebieg ćwiczenia

Badania przeprowadzamy dla układu przedstawionego na rysunku 1.

3.1 Do wyjścia falownika naleŜy podłączyć odbiornik rezystancyjny R1. Zarejestruj za pomocą oscyloskopu przebieg napięcia na odbiorniku U2 i na wejściu falownika U1.

Narysuj przebieg napięcia na wejściu falownika U1(t) i na odbiorniku U2(t), dla minimalnej i maksymalnej wartości częstotliwości oraz dla minimalnej i maksymalnej wartości R1, zmierz

czasy przełączeń, częstotliwość, amplitudy napięć. Wartości zapisz w tabeli 1 i 2. W

przebiegu wyjściowym napięcia wpisz stany pracy poszczególnych tyrystorów głównych i 2

komutacyjnych. Porównaj pulsacje napięcia wejściowego falownika z przebiegiem napięcia wyjściowego.

Czas t1 - czas przerwy beznapięciowej na odbiorniku przed wystąpieniem napięcia

dodatniego na odbiorniku,

Czas t2 - czas wystąpienia napięcia ( dodatniego) na odbiorniku

Czas t3 - czas przerwy beznapięciowej na odbiorniku przed wystąpieniem napięcia ujemnego

na odbiorniku,

Czas t4 - czas wystąpienia napięcia ( ujemnego) na odbiorniku

T- czas trwania przebiegu T= t1+ t2+ t3+ t4

α1= (t1/T )*3600; α2= (t2/T )*3600; itd

α=α1+α2+α3+α4

Tabela 1

f=1/T α1

α2

α3

α4

fmin

fmax

Tabela 2

U1- amplituda napięcia dodatniego (przyjąć wartość uśrednioną )

U2- amplituda napięcia ujemnego (przyjąć wartość uśrednioną)

Uweśr- napięcie wejściowe (przyjąć wartość średnią). Wartości średnie zmierz za pomocą

oscyloskopu. Wartości („oblicz.”) oblicz za pomocą definicji „wartość średnia, wartość

skuteczna. Podstaw dane zmierzone (α1, α2, α3 α4, Uweśr)

Uwy

śr

wysk

wyśr

wysk

pomiar pomiar oblicz. oblicz.

fmin

fmax

3.2 Dla dwóch rezystancji obciąŜenia (min i max) i dla fmin i fmax narysuj przebieg napięcia wejściowego przetwornicy i napięcia na odbiorniku-( zwróć uwagę na składową zmienną napięcia wejściowego, zmierz amplitudę, częstotliwość. Wyjaśnij i uzasadnij zaobserwowane przebiegi. Porównaj pulsacje napięcia wejściowego falownika z przebiegiem napięcia wyjściowego (wykorzystaj pomiary z 3.1).

3.3. Do wyjścia falownika podłączyć odbiornik rezystancyjno-indukcyjny i ustawić

częstotliwość pracy falownika na minimalną i maksymalną wartość. Narysuj przebieg

napięcia i prądu odbiornika dla następujących przypadków obciąŜenia (RminLmax; RminLmin ).

Dla kaŜdego przypadku opisz przez jakie elementy energoelektroniczne płynie prąd

obciąŜenia , uzasadnij kształt napięcia wyjściowego,

Rysunek 1 Schemat układu przetwornicy DC/AC do zasilania obwodów pomocniczych w pojazdach trakcyjnych

4 ohm

A 1

V 1

L 1

A 2

10A

T 1k T

V 2

10A

C 1

T 2k T

odb.

D 2