Zakład Energoelektroniki, Robotyki i Automatyzacji LABORATORIUM ENERGOELEKTRONIKI

Ćwiczenie nr 5 :

STEROWNIK JEDNOFAZOWY (ST)

(Badanie jednofazowego sterownika napięcia przemiennego) Częstochowa 2005

LABORATORIUM ENERGOELEKTRONIKI

1. WPROW AD ZENIE

1A. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z układem sterownika 1-fazowego napięcia przemiennego, zasadami jego sterowania oraz kształtem przebiegów napięć i prądu dla różnych kątów zapłonu α.

1B. Sterownik jednofazowy

Sterowniki napięcia przemiennego służą do regulacji mocy energii elektrycznej przesyłanej do odbiornika prądu przemiennego. Sterowniki są wytwarzane jako jedno-i trójfazowe. Sterownik składa się z elektronicznego układu wyzwalania bramkowego i łącznika tyrystorowego, w którym mogą być stosowane: triaki, bloki elektroizolowane zawierające dwa tyrystory połączone przeciwnie równolegle, mostki diodowe zwarte na przekątnej tyrystorem lub dwa szeregowo połączone układy przeciwrównolegle połączonych diod i tyrystorów.

a)

b)

c)

d)

Rys. 1. Podstawowe układy połączeń obwodów głównych jednofazowych sterowników (łączników) tyrystorowych i tyrystorowo-diodowych prądu przemiennego.

Sterowniki p.p. mogą być sterowane fazowo, impulsowo, a także mogą pracować jako łączniki statyczne w trybie załącz / wyłącz.

Sterowanie fazowe jest najbardziej rozpowszechnionym sposobem sterowania łączników tyrystorowych i polega na wysterowaniu tyrystora impulsem przesuniętym o kąt wysterowania α w stosunku do miejsca zerowego sinusoidy napięcia zasilającego, poprzedzającego chwilę załączenia. Impuls załączający jest generowany w każdej półfali napięcia zasilającego, a jego przerwanie oznacza wyłączenie odbiornika podczas najbliższego przejścia prądu przez zero.

Sterowanie impulsowe polega na cyklicznym przepływie określonej liczby pełnych

„półfali” prądu sinusoidalnego w czasie cyklu pracy tp, po czym następuje cykl przerwy t0, trwający również określoną liczbę pełnych półfali prądu.

aktual. 29 listopad 2006

Sterownik jednofazowy ST

str.2/6

opr. Marian Kępiński

LABORATORIUM ENERGOELEKTRONIKI

Schemat układu z tyrystorami:

Zasadę działania przedstawia poglądowo powyższy schemat. Impulsy bramkowe tyrystorów przesunięte są w fazie o 180° elektrycznych. Tyrystor "górny"

załączany jest podczas dodatniej połówki napięcia zasilającego, natomiast "dolny"

przy ujemnej, w czasie gdy jest on spolaryzowany w kierunku przewodzenia. Przy obciążeniu rezystancyjnym wyłączenie tyrystora następuje w chwili zmiany polaryzacji napięcia zasilającego. W przypadku obciążenia RL tyrystor wyłącza się w momencie przejścia prądu przez zero.

Dwa tyrystory połączone przeciwnie równolegle można w przypadku obciążeń rezystancyjnych zastąpić tyrystorem dwukierunkowym tzw. triakiem, który może przewodzić prąd w obu kierunkach.

Regulacja napięcia polega na załączania odpowiedniego tyrystora w określonym punkcie (od 0° do 180° elektrycznych). Przy zał ączeniu "górnego" tyrystora w 0°

i "dolnego" w 180° (licz ąc od początku układu współrzędnych) na odbiorze wystąpi pełne napięcie zasilające.

Gdy załączymy o np: 30° pó źniej otrzymamy na odbiorniku taki przebieg: aktual. 29 listopad 2006

Sterownik jednofazowy ST

str.3/6

opr. Marian Kępiński

LABORATORIUM ENERGOELEKTRONIKI

Kiedy nie wysterujemy żadnego z tyrystorów (lub wysterujemy kątem 180°) napięcie na odbiorniku jest równe zeru.

W praktyce bardzo często odbiorniki mają charakter rezystancyjno – indukcyjny: Gdy kąt załączania tyrystorów zmaleje do wartości równej kątowi fazowemu odbiornika:

ϑ Z = ϕ

wówczas prąd odbiornika jest ciągły, sinusoidalnie zmienny, przesunięty o kąt φ.

Zmniejszenie wartości kąta załączenia poniżej kąta fazowego nie powoduje zmian wartości napięcia i prądu ale pod warunkiem długich impulsów bramkowych (inaczej drugi tyrystor nie załączy się).

Sterować można w zakresie od kąta przesunięcia fazowego odbiornika do 180oel.: ϕ ≤ ϑ Z ≤ π

aktual. 29 listopad 2006

Sterownik jednofazowy ST

str.4/6

opr. Marian Kępiński

LABORATORIUM ENERGOELEKTRONIKI

Przykładowy przebieg dla obciążenia RL:

Wartość średnia za półokres napięcia odbiornika wynosi:

2 2 U 

cosϑ

ϑ

Z + cos



U AV =

 1+

W 

π 

2



ϑ

ϑ

Z - ką t załą czenia

-

W

ką t wyłą czenia

Wartość skuteczna napięcia wynosi:

ϑ W

1

U

( 2 sin ω 2

)

ω

RMS =

∫

U

t

d t

π

ϑ Z

aktual. 29 listopad 2006

Sterownik jednofazowy ST

str.5/6

opr. Marian Kępiński

LABORATORIUM ENERGOELEKTRONIKI

2. PROGRAM ĆWICZENIA

1. Narysować schemat części silnoprądowej badanego układu sterownika (układ sterowania przedstawić jako blok) oraz blokowy schemat układu pomiarowego z uwzględnieniem przetworników pomiarowych LEM oraz komputera z kartą pomiarową.

2. Przeprowadzić komputerowe pomiary napięcia i prądu triaka dla kątów wyzwalania α = αmin, 60o, 75o, 90o, 105o, 120o, 150o i αmax .

Otrzymane wartości i przebiegi czasowe zamieścić w protokole.

3. Określić zakresy regulacji kątów zapłonu triaka (tzn. wyznaczyć wartości kątów αmin oraz αmax i wpisać je do protokołu).

4. Na podstawie pomiarów z pktu 1. wykreślić charakterystykę sterowania sterownika UWY = f(α)

3. SPRAWOZDANIE

1. Omówić działanie badanego układu na podstawie uzyskanych przebiegów oraz schematów.

2. Narysować charakterystykę sterowania na podstawie uzyskanych pomiarów i porównać z charakterystyką dostępną w literaturze.

3. WNIOSKI:

Omówić zasadę działania sterownika i wpływ kształtu przebiegów wyjściowych na działanie odbiorników i parametry sieci zasilającej.

aktual. 29 listopad 2006

Sterownik jednofazowy ST

str.6/6

opr. Marian Kępiński