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 służące do zasilania układów pomocniczych jest przetwornica DC/AC.

2.Przetwornica DC/AC

Przetwornica DC/AC jest to przekształtnik służący 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 można 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, że napięcie na odbiorniku wynosi Ud, natomiast przewodzenie tyrystorów T3 i

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

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

przedziale czasu gdy żaden 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 chociaż żaden z tyrystorów nie przewodzi. Dla odbiornika rezystancyjnego prąd odbiornika ma kształt taki jaki wynika bezpośrednio z napięcia na odbiorniku. Ze względu na to, że 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).

T

,

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 należy 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

t1

t2

t3

t4

T

f=1/T α1

α2

α3

α4

α

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)

f

U1

U2

Uwy

U

U

U

śr

wysk

wyśr

wysk

pomiar pomiar oblicz. oblicz.

fmin

fmax

3.2 Dla dwóch rezystancji obciążenia (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 obciążenia (RminLmax; RminLmin ).

Dla każdego przypadku opisz przez jakie elementy energoelektroniczne płynie prąd

obciążenia , uzasadnij kształt napięcia wyjściowego,

3

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

4 ohm

A 1

V 1

L 1

D

D

L

1

3

3

A 2

10A

T 1k T

T

T

1

3

3k

Z

V 2

10A

C

C 1

2

T 2k T

T

T

2

4

4k

odb.

D 2

D

4

L2

L

4