Politechnika Białostocka
Katedra Energoelektroniki i Napędu Elektrycznego
BADANIE PROSTOWNIKA REWERSYJNEGO Z BLOKAD
PR
DÓW
WYRÓWNAWCZYCH
Białystok 2009
Zastrzeżenia
Materiały zawarte w instrukcji przeznaczone są wyłącznie do użytku wewnętrznego
w KEiNE PB. Ich rozpowszechniane w jakiejkolwiek postaci na zewnątrz KEiNE PB stanowi
naruszenie praw własności oraz praw autorskich i jako takie jest karalne. Schematy i opra-
cowania zawarte w instrukcji przeznaczone są wyłącznie do celów edukacyjnych w KEiNE
PB. Wszelkie inne ich wykorzystanie wymaga zgody ich twórców. Żadna częśd jak i całośd
materiałów zawartych w instrukcji nie może byd powielana i rozpowszechniania lub dalej
rozpowszechniana w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób (w tym także elektro-
niczny lub mechaniczny lub inny albo na wszelkich polach eksploatacji) włącznie z kopio-
waniem, szeroko pojętą cyfryzacją lub kopiowaniem, w tym także zamieszczaniem w In-
ternecie bez pisemnej zgody ich twórców.
Ogólne zasady bezpieczeństwa
q� Przed przystąpieniem do zajęć należy zapoznać się z instrukcją dydaktyczną do stano-
wiska laboratoryjnego.
q� Dokonać oględzin urządzeń i przyrządów używanych w ćwiczeniu, a o zauważonych
nieprawidłowościach bezzwłocznie powiadomić prowadzącego.
q� Zabrania się samodzielnego załączania stanowiska bez zgody prowadzącego.
q� Zmian nastaw parametrów lub konfiguracji, możliwych przy użyciu dostępnych manipula-
torów (potencjometrów, przełączników), należy dokonywać po przeanalizowaniu skut-
ków takich działań.
q� Zmian konfiguracji obwodów elektrycznych, możliwych jedynie poprzez zmiany połączeń
przewodów, należy dokonywać za zgodą prowadzącego po uprzednim wyłączeniu zasi-
lania stanowiska.
q� Po załączeniu stanowiska wykonywanie przełączeń (np. wymiana przyrządu) w układzie
znajdującym się pod napięciem jest niedozwolone.
q� W w/w stanowisku dostępne są części czynne obwodu elektrycznego o napięciu prze-
kraczającym napięcie bezpieczne, dlatego przed uruchomieniem należy zachować od-
powiednie oddalenie od tych części czynnych w celu uniknięcia porażenia prądem elek-
trycznym.
q� Stosowanie sposobów sterowania, ustawień lub procedur innych niż opisane w instrukcji
może spowodować nieprzewidziane zachowanie obiektu sterowanego a nawet uszko-
dzenie stanowiska.
q� Nie należy podłączać urządzeń nie przeznaczonych do współpracy z tym stanowiskiem
laboratoryjnym.
q� Przekroczenie dopuszczalnych parametrów prądów, napięć sygnałów sterujących może
doprowadzić do przegrzania się niektórych podzespołów, pożaru lub porażenia prądem.
q� W przypadku pojawienia się symptomów nieprawidłowego działania (np. swąd spaleni-
zny) natychmiast należy wyłączyć stanowisko i odłączyć przewód zasilający.
q� Demontaż osłon stanowiska oraz wszelkie naprawy i czynności serwisowe, oprócz opi-
sanych w instrukcji, powinny być wykonywane przez wykwalifikowany personel po wyłą-
czeniu stanowiska.
q� Należy stosować tylko bezpieczniki o parametrach nominalnych podanych w instrukcji
lub na obudowie urządzenia.
q� Urządzenie powinno być czyszczone przy użyciu suchej i miękkiej szmatki. Nie należy
stosować do tych celów rozpuszczalników.
2
q� Podczas korzystania z aparatury laboratoryjnej (oscyloskopy, generatory, zasilacze itp.)
należy przestrzegać ogólnych zasad bezpieczeństwa tj.:
- Do zasilania przyrządu należy stosować tylko kable zalecane do danego wyrobu.
- Nie należy podłączać lub odłączać sond i przewodów pomiarowych, gdy są one dołą-
czone do z
ródła napięcia.
- Przyrząd powinien być połączony z uziemieniem przez przewód ochronny w kablu za-
silającym. Aby uniknąć porażenia przewód ten powinien być podłączony do przewodu
ochronnego sieci.
- Przewód uziemiający sondy należy podłączać tylko do uziemienia ochronnego. Nie na-
leży podłączać go do punktów o wyższym potencjale.
- Aby uniknąć porażenia prądem podczas używania sondy, należy trzymać palce nad
pierścieniem zabezpieczającym. Nie wolno dotykać metalowych części grotu, gdy son-
da jest podłączona do z
ródła napięcia
Nie dotykać końcówek przewodów łączeniowych w trakcie wykonywania pomiarów.
Uwagi szczególne odnośnie pracy przy stanowisku
Stanowisko laboratoryjne zasilane jest z zasilacza o zakresie napięć bezpiecznych.
Nie stwarza więc bezpośredniego zagrożenia zdrowia lub życia osób je obsługujących.
Pomimo to, uruchomienie układu może być dokonane tylko i wyłącznie na wyraz
ne pole-
cenie prowadzącego zajęcia.
Niedopuszczalne jest wykonywanie czynności łączeniowych przy załączonym którymkol-
wiek z elementów stanowiska laboratoryjnego. Mimo, że wszystkie napięcia na łączach
mają wartości niższe od 24V, to w wyniku przełączeń  pod napięciem może nastąpić
uszkodzenie podzespołów stanowiska.
Podczas pomiarów oscyloskopem wielokanałowym należy zwrócić uwagę na
właściwe przyłączenie masy sond oscyloskopowych by nie spowodować zwarcia w
badanych układach.
Niedopuszczalne jest kasowanie, kopiowanie lub wprowadzanie własnych programów
komputerowych nie związanych bezpośrednio z wykonywanym ćwiczeniem, bez zgody
prowadzącego zajęcia. Zakończenie ćwiczenia należy zgłosić prowadzącemu ćwiczenia.
Po sprawdzeniu przez prowadzącego należy dokonać czynności porządkowych na
stanowisku laboratoryjnym, a uszkodzone w trakcie ćwiczenia przewody - naprawić
3
1. Podstawy teoretyczne
1.1 Prostowniki rewersyjne
Prostownik sterowany generuje napięcie wyjściowe, którego wartość średnia
w przypadku ciągłego prądu odbiornika może być wyznaczona z następującej zależno-
ści :
q p�
UO =� sin UM cosa� (1)
p� q
gdzie :
a� - kąt opóz
nienia wysterowania, a���(0,p�),
q - liczba pulsów napięcia wyjściowego w okresie napięcia wejściowego,
UM - wartość maksymalna napięcia, z którego kształtowane jest napięcie wyj-
ściowe prostownika (jest nim napięcie fazowe w przypadku prostownika
trójpulsowego i napięcie międzyfazowe w przypadku prostownika trójfa-
zowego mostkowego).
W pełnym zakresie kątów wysterowania wartość średnia napięcia wyjściowego
zmienia się w zakresie od +UOM do -UOM, gdzie:
q p�
UOM =� sin UM . (2)
p� q
Prąd wyjściowy prostownika może być tylko jednokierunkowy, gdyż tyrystory
mogą przewodzić prąd w jednym kierunku. Istnieją odbiorniki, które wymagają zasi-
lania nie tylko dwukierunkowym napięciem, ale też wymagają dwukierunkowego
przepływu prądu zasilającego. Przykładem takiego odbiornika mogą być maszyny
prądu stałego. Gdy wirnik maszyny wiruje w określonym kierunku, to w celu jego za-
hamowania należy przejść od pracy silnikowej do prądnicowej. Przy stałym wzbudze-
niu oznacza to zmianę kierunku przepływu prądu twornika. Zasilacz takiego silnika
powinien umożliwiać praktycznie bezprzerwową zmianę kierunku przepływu energii.
Można go zbudować przez przeciwsobne połączenie dwóch prostowników A i B, dzię-
ki czemu możliwe jest uzyskanie obu polaryzacji wielkości wyjściowych ( +UO i
+IO ). Taki przekształtnik jest czterokwadrantowym z
ródłem napięcia. Typowym jego
zastosowaniem jest napęd nawrotny prądu stałego. Uproszczony schemat ideowy pro-
stownika rewersyjnego w wersji trój- i sześciopulsowej pokazano na rysunku. 1. Prze-
kształtniki pojedyncze wchodzące w skład przekształtnika rewersyjnego mogą być
sterowane symetrycznie, dzięki czemu wartości średnie napięcia generowanego ( jeśli
pominięte zostaną niewielkie spadki napięcia na tyrystorach ) przez oba przekształtniki
składowe A i B powinny być sobie równe. Możliwe to jest w sytuacji, gdy jednocze-
śnie jeden przekształtnik np. A wysterowany jest do pracy prostownikowej a drugi, np.
B - do pracy falownikowej. Przebiegi czasowe napięć wyjściowych przekształtników
składowych przekształtnika rewersyjnego pokazano na rysunku 2. Ponieważ punkty
komutacji naturalnej prostownika A leżą w punktach M, a prostownika B w punktach
N, to przy takich samych kątach wysterowania liczonych od punktów komutacji natu-
4
ralnej prostowniki generują napięcia o przeciwnych znakach. Spełnienie warunku
równości wartości średnich napięć wyjściowych obu przekształtników wymaga speł-
nienia następującej zależności:
q p� q p�
sin UM cosa�A =� -� sin UM cosa�B (3)
p� q p� q
cosa�A =� -�cosa�B (4)
stąd:
cosa�A =� cos(�p� -�a�B )���a�A =� p� -�a�B (5)
W celu uzyskania zwartości zapisu zamiast kąta opóz
nienia wysterowania a� wprowa-
dza się kąt wyprzedzenia wysterowania b� =� p� -�a� i wówczas warunek sterowania sy-
metrycznego wyraża się zależnością:
b�B =� a�A (6)
Z powyższej równości wnika, że kąt opóz
nienia wysterowania przekształtnika A - a�A i
kąt wyprzedzenia wysterowania przekształtnika B - b�B są jednakowe.
Rys. 1. Uproszczony schemat ideowy prostowników rewersyjnych z blokadą prądów wyrów-
nawczych w wersji trójpulsowej (a) i sześciopulsowej (b)
Na rysunku 2. pokazano przebiegi czasowe napięć generowanych przez oba
prostowniki składowe. W celu utrzymania równości wartości średnich napięć wyj-
ściowych prostowników składowych przekształtnik A jest sterowany jest z kątem
opóz
nienia wysterowania a�A, natomiast przekształtnik B - b�B. Oba kąty muszą mieć
5
jednakowe wartości, a sposób ich określania, przy liniowym napięciu taktującym, po-
kazano na rysunku 2a. Taki sposób sterowania prostownika wymaga dwóch odmien-
nych typów sterowników, gdyż w sterowniku prostownika A napięcie taktujące jest
malejące, a w sterowniku prostownika B napięcie taktujące jest narastające. Istnieje
możliwość stosowania jednego typu sterownika (np. z liniowym napięciem maleją-
cym) do sterowania prostownika rewersyjnego, ale wymaga podania na wejście ste-
rownika prostownika B napięcia sterującego o odwrotnej polaryzacji w stosunku do
napięcia sterującego prostownika A. Taki sposób kształtowania napięcia prostowników
składowych ilustruje rysunku 2b.
Rys. 2. Przebiegi czasowe napięć wyjściowych przekształtników składowych trójpulsowego
przekształtnika rewersyjnego w przypadku stertowania symetrycznego
Statyczne charakterystyki sterowania przekształtnika rewersyjnego (Uo=f(a�))
sterowanego symetrycznie (sterowniki z liniowym napięciem taktującym, przewodze-
nie ciągłe) przedstawiono na rysunku 3.
6
Rys. 3. Charakterystyki sterowania przekształtnika rewersyjnego.
Bliższa analiza kształtu napięć wyjściowych prostownika rewersyjnego pokaza-
nych na rysunku 2 wskazuje, że wprawdzie wartości średnie napięć prostowników
składowych są jednakowe, to wartości chwilowe mogą różnić się znacznie. Bezpo-
średnie połączenie zacisków wyjściowych prostowników spowodowałoby przepływ
znacznych prądów wyrównawczych prowadzących do zwarcia (zwarcie międzyfazo-
we poprzez wysterowane zawory obu grup prostownikowych). Ograniczenie prądów,
które mogłyby płynąć pomiędzy fazami z
ródła zasilającego z pominięciem obciążenia,
zwanych prądami wyrównawczymi można zrealizować dwoma sposobami. Pierwszy
polega na zastosowaniu są specjalnych dławików. Ten sposób nie będzie w tym ćwi-
czeniu realizowany, dlatego nie będzie dalej omawiany.
Drugi sposób ograniczenia prądów wyrównawczych polega na zastosowaniu zasa-
dy sterowania rozdzielnego poszczególnych prostowników składowych, określanej
mianem sterowania bez prądów wyrównawczych lub sterowaniem z blokadą prądów
wyrównawczych. Strategia sterowania przekształtnika z blokadą polega na tym, że gdy
przewodzą tyrystory prostownika A, to tyrystory prostownika B są w stanie blokowa-
nia (nie mogą być wysterowane) i odwrotnie. Przełączanie przewodzenia z jednego
prostownika na drugi odbywa się w stanie bezprądowym. Oznacza to, że zmiany kąta
wysterowania prostownika przewodzącego odbywają się tak, aby prąd zmalał do zera.
Po odzyskaniu przez tyrystory właściwości zaporowych (konieczna zwłoka czasowa
tZ) można odblokować drugi prostownik. Umożliwi to przepływ prądu odbiornika w
przeciwnym kierunku.
Jednym z częstszych zastosowań prostownika rewersyjnego jest dwukierunko-
wy napęd prądu stałego. W tej aplikacji różnica pomiędzy napięciem wyjściowym
prostownika, a siłą elektromotoryczną silnika jest niewielka, co może być przyczyną
znacznych skoków prądu nawet przy niewielkich zmianach napięcia sterującego uS
(kąta wysterowania a�). Korzystnie jest więc prostownik rewersyjny objąć pętlą ujem-
nego, prądowego sprzężenia zwrotnego w sposób przedstawiony na rysunku 4.
7
W prezentowanym układzie regulator prądu tak zmienia napięcie sterujące układy wy-
zwalające tyrystorów uS, ażeby prąd odbiornika iO możliwie najmniej różnił się od
prądu zadanego iZ.
Rys. 4. Schemat blokowy zamkniętego układu regulacji prostownika rewersyjnego z blokadą
prądów wyrównawczych
Zasada działania prostownika rewersyjnego z blokadą polega na blokowaniu grupy
zaworowej, która w danej chwili nie bierze udziału w przewodzeniu prądu odbiornika,
przez odcięcie impulsów wyzwalających tyrystory. Informacja o konieczności zablo-
kowania lub odblokowania danej grupy zaworowej generowana jest w specjalnym
układzie logicznym zwanym blokadą. Blokada musi spełniać następujące funkcje:
�� gdy jeden z dwóch układów zaworowych przewodzi prąd, wówczas drugi (prze-
ciwny) nie może być wysterowany,
�� przy zmianie znaku sygnału wielkości zadanej, powinno następować przełączanie
obwodu przewodzenia z jednego układu prostownikowego na drugi,
�� zablokowanie impulsów wyzwalających tyrystory falownika nie może nastąpić
zanim prąd odbiornika nie zmaleje do zera.
W praktyce spotykamy kilka sposobów realizacji układu blokady różniących się
rodzajem sygnałów wejściowych:
�� blokada reagująca na obecność prądu obu grup zaworowych i znak prądu zadanego
b=f(iA*, iB*, iZ*),
�� blokada reagująca na obecność prądu obciążenia oraz korelację pomiędzy znakiem
prądu zadającego, a aktualnym stanem blokady b(t+1) = f(i0*, iZ*, b(t)),
�� blokada reagująca tylko na obecność prądu w obu grupach prostownikowych
b(t)=f(iA*, iB*, tZ).
8
W opisie działania różnych typów blokad przyjęto następujące oznaczenia:
b=1 - oznacza stan blokowania danej grupy zaworowej,
b=0 - oznacza stan wysterowania danej grupy zaworowej,
iZ*=1 - zadany zwrot prądu iZ odpowiadający przewodzeniu prostownika A,
iZ*=0 - zadany zwrot prądu iZ odpowiadający przewodzeniu prostownika B,
iO*=1 - płynie prąd obciążenia,
iO*=0 - nie płynie prąd obciążenia,
iA*=1 - prąd obciążenia płynie przez prostownik A,
iB*=1 - prąd obciążenia płynie przez prostownik B.
Pierwsza blokada jest układem kombinacyjnym, którego sygnałami wejścio-
wymi są : kierunek prądu zadanego iZ* i informacja o tym, która grupa zaworowa aktu-
alnie przewodzi prąd. Jeżeli płynie prąd w grupie A, to blokowana jest grupa B i od-
wrotnie. W przypadku, gdy w obu grupach prąd nie płynie (start układu lub stan prze-
wodzenia nieciągłego) blokada zmienia swój stan na taki, który odpowiada kierunkowi
prądu zadanego iZ*. Trzy wejściowe sygnały binarne mogą wytworzyć osiem możli-
wych stanów wejść, którym przyporządkowano stany wyjść według wcześniej poda-
nych zasad, zgodnie z tablicą 1.
Tablica 1.
iZ* iA* iB* bA bB
1 0 0 0 1
1 0 1 1 0
1 1 0 0 1
1 1 1
0 0 0 1 0
0 0 1 1 0
0 1 0 0 1
0 1 1
Stan iA*= iB*= 1 oznacza zwarcie (przewodzą oba prostowniki składowe jednocześnie).
W czasie normalnej pracy stan ten nigdy nie może wystąpić.
Nie można odblokować impulsów wyzwalających tyrystory danego prostowni-
ka, zanim nie zmniejszy się do zera prąd poprzedniej grupy, a tyrystory nie odzyskają
właściwości zaworowych. Praktyczne stwierdzenie tego jest bardzo trudne, gdyż wy-
maga bardzo czułego układu pomiarowego, odpornego na wszechobecne zakłócenia
generowane przez obwód siłowy. Pewność działania blokady można zwiększyć stosu-
jąc na wyjściu blokady układy opóz
niające, które blokują impulsy sterujące tyrystory
natychmiast, a odblokowują dopiero po czasie tZ. Czas tZ jest nieco większy od czasu
trwania jednego pulsu prostownika. Ponieważ prąd bliski zeru jest tylko w czasie
przewodzenia impulsowego (w tym stanie pracy prostownika czas trwania impulsu
prądu jest krótszy od czasu jednego pulsu napięcia wyjściowego), dlatego załączenie
impulsów dopiero po czasie tZ gwarantuje pewność, że nawet wtedy, gdy czujniki nie
wykryły prądu w tyrystorach, prąd odbiornika w czasie tZ zmaleje do zera i nastąpi
przełączenie prostownika bez zwarcia.
9
Rys. 5. Schemat ideowy blokady i przebiegi napięć i prądów prostownika rewersyjnego z
blokadą reagującą na kierunek prądu zadanego i obecność prądów poszczególnych
grup zaworowych b=f(iA*, iB*, iZ*)
Kolejny typ blokady to blokada reagująca na obecność prądu obciążenia oraz
korelację pomiędzy znakiem prądu sterującego, a aktualnym stanem blokady
b(t+1) = f(i0*, iZ*, b(t)). Blokada nie zamienia stanu, gdy prąd obciążenia jest różny od
zera. Przy zerowym prądzie obciążenia blokada zmienia stan, jeżeli nie jest on wła-
ściwy do znaku aktualnego znaku prądu zadanego. Ten typ blokady, w przeciwień-
stwie do poprzedniego musi zawierać element pamięci i wymaga pomiaru tylko jedne-
go prądu. Na rysunku 6 przestawiono przebiegi napięć i prądów ilustrujących zasadę
działania blokady, schemat ideowy i tablicę przejść.
10
Rys. 6a. Przebiegi napięć i prądów prostownika rewersyjnego z blokadą reagującą
obecność prądu obciążenia oraz korelację pomiędzy znakiem prądu zadające-
go i aktualnym stanem blokady b(t+1) = f(i0*, iZ*, b(t))
iZ* iO* b(t) b(t+1)
a 1 1 0 0
b 0 1 0 0
Rys. 6b. Tablica przejść blokady prostownika
rewersyjnego reagującej na obecność
c 0 0 0 1
prądu obciążenia oraz korelację pomię-
d 0 0 1 1
dzy znakiem prądu zadającego
e 0 1 1 1
i aktualnym stanem blokady
f 1 1 1 1
b(t+1) = f(i0*, iZ*, b(t))
g 1 0 1 0
h 1 0 0 0
a 1 1 0 0
11
Rys. 6c. Schemat ideowy blokady prostownika rewersyjnego reagującej na obecność prądu
obciążenia oraz korelację pomiędzy znakiem prądu zadającego i aktualnym stanem
blokady b(t+1) = f(i0*, iZ*, b(t))
Trzeci typ blokady, tzw.  blokada szukająca , reaguje tylko na obecność prądu w obu
grupach prostownikowych b(t)=f(iA*, iB*, tZ). Zasadę działania blokady pokazano na
rysunku 7.
Rys. 7a. Przebiegi napięć i prądów prostownika rewersyjnego z blokadą, która reaguje tylko
na obecność prądu w obu grupach prostownikowych b(t)=f(iA*, iB*, tZ)
Rys. 7b. Schemat ideowy blokady prostownika rewersyjnego reagującej tylko na obecność
prądu w obu grupach prostownikowych b(t)=f(iA*, iB*, tZ)
W stanie bezprądowym iA*=iB*= 0 blokada zmienia swój stan co czas tZ, umożliwiając
rozpoczęcie przewodzenia każdemu z prostowników składowych. Pracę rozpocznie
ten, który będzie miał spełnione są warunki przewodzenia w aktualnym punkcie pracy.
W celu łatwiejszego zobrazowania zasady działania blokady sztucznie wydłużono
czas, po którym zaczyna przewodzić kolejna grupa. Przebiegi napięć i prądów pro-
stownika rewersyjnego współpracującego z odbiornikiem R, L i E w układzie prak-
tycznym przedstawione są na rysunku 8.
Rys. 8. Przebiegi czasowe napięć i prądów prostownika rewersyjnego z odbiornikiem R, L i E
w czasie dynamicznego rewersu (siła elektromotoryczna odbiornika w czasie rewersu
zmienia się liniowo)
13
Są one analogiczne do przebiegów w poprzednich układach. Cechą charakterystyczną
tej blokady jest to, że do poprawnej pracy niezbędne są tylko informacje o tym czy
dana grupa zaworów przewodzi prąd. Dzięki temu można tę blokadę stosować w ukła-
dach z prostownikami rewersyjnymi pracującymi bez zamkniętej pętli prądowego
sprzężenia zwrotnego.
Zauważmy, że w przekształtnikach z blokadą prądów wyrównawczych zmiana
kierunku przepływu prądu odbiornika na przeciwny poprzedzana jest przerwą bezprą-
dową trwającą tZ. W czasie tej przerwy napięcie wyjściowe prostownika wynosi zero
(odbiornik typu R oraz R i L) lub E (odbiornik typu R, L i E). Są to cechy charaktery-
styczne pozwalające jednoznacznie odróżnić ten typ prostownika od innych.
Na kolejnych rysunkach pokazano charakterystyczne kształty napięć w po-
szczególnych kwadrantach płaszczyzny UO-IO. Przekształtnik rewersyjny może gene-
rować dwa typy fal napięcia:
�� falę typu pozytywnego - napięcie wstępującego wycinka sinusoidy ma początkową
wartość chwilową większą niż końcowa wartość chwilowa napięcia wycinka ustę-
pującego
�� falę typu negatywnego - napięcie wstępującego wycinka sinusoidy ma początkową
wartość chwilową mniejszą niż końcowa wartość chwilowa napięcia wycinka ustę-
pującego
Rys. 9. Przebiegi wartości chwilowych napięcia i prądu wyjściowego prostownika w czterech
kwadrantach płaszczyzny UO-IO.
14
Rys. 10. Wizualizacja poszczególnych stanów pracy prostownika rewersyjnego na płaszczyz
-
nie UO-IO.
15
2. Opis stanowiska
Na rysunku 11 pokazano widok płyty czołowej stanowiska laboratoryjnego.
Po prawej stronie u dołu umieszczono główny przycisk załączający oznaczony jako Z.
Po naciśnięciu przycisku Z załącza się obwód sterowania i zostanie przygotowany do
uruchomienia obwód główny, który można załączyć i wyłączyć odpowiednio przyci-
skami ZL i WL. Przycisk W służy do wyłączenia stanowiska laboratoryjnego po
uprzednim zmniejszeniu prądu wyjściowego do zera. Wyłącznie stanowiska przy nie-
zerowym prądzie wyjściowym prostownika może prowadzić do przepięć mogących
uszkodzić tyrystory. Po lewej stronie przycisków sterujących umieszczono pole zawie-
rające potencjometr PZ i dwa przełączniki. Potencjometr PZ przeznaczony jest do regu-
lacji napięcia sterującego układy wyzwalania tyrystorów. Przełącznikiem znajdującym
się po lewej stronie potencjometru PZ wybierane jest z
ródło napięcia sterującego. Mo-
że nim wewnętrzne z
ródło napięcia stałego sygnowane jako DC lub zewnętrzny gene-
rator, który należy dołączyć do gniazda oznaczonego jako EXT. Generator zewnętrzny
służy jedynie do badania zachowania prostownika rewersyjnego w stanach dynamicz-
nych. Przełącznikiem znajdującym się po prawej stronie potencjometru PZ należy wy-
brać sposób sterowania. W prostownikach z blokadą prądów wyrównawczych możli-
we jest to tylko sterowanie symetrycznie (przy zerowym napięciu sterującym kąt wy-
sterowania a�=p�/2). Sterowanie asymetrycznie (przy zerowym napięciu sterującym kąt
wysterowania a�=a�MAX) jest używane jedynie przy badaniu prostowników z prądami
wyrównawczymi. Lewą część płyty czołowej zajmuje układ sterowania prostownika.
Jest to typowa struktura wielokanałowa (każdy tyrystor ma oddzielny układ wyzwala-
nia). Impulsy wyzwalające powstają w chwili zrównania odpowiednich napięć taktują-
cych związanych z poszczególnymi tyrystorami i napięcia sterującego. Pomiędzy ste-
rownikami tyrystorów umieszczono blokadę, która stanowi specjalny układ logiczny
służący do blokowania grupy zaworowej, która w danej chwili nie bierze udziału w
przewodzeniu prądu odbiornika, przez odcięcie impulsów wyzwalających tyrystory. W
prostowniku z blokadą prądów wyrównawczych obie grupy prostownikowe przewo-
dzą prąd obciążenia alternatywnie, więc blokadę należy załączyć wyłącznikiem
umieszczonym obok niej. W układzie sterowania przekształtnika zastosowano  bloka-
dę szukającą , gdyż ten typ blokady wymaga tylko informacji o tym czy płynie prąd
obciążenia. Wszystkie inne typy blokad wymagają dodatkowo informacji o kierunku
prądu zadanego, a ten sygnał dostępny jest tylko w układach z przekształtnikiem obję-
tym sprzężeniem prądowym. Sprzężenie zwrotne znacznie utrudniłoby badanie prze-
kształtnika rewersyjnego w stanach statycznych. Stan blokady i stan prostownika ob-
razują diody świecące. Świecenie diody oznaczonej jako iA oznacza przepływ prądu
dodatniego, a diody oznaczonej jako iB -odpowiednio prądu ujemnego. Diody umiesz-
czone na wyjściu blokady sygnalizują stan odblokowania impulsów wyzwalających
tyrystory danej grupy. W czasie poprawnej pracy świecą diody umieszczone w jednym
rzędzie.
Pod sterownikami znajduje się synchroniczna pętla fazowa. Jej zadaniem jest wytwo-
rzenie liczby proporcjonalnej do fazy napięcia sieci. Liczba ta podawana jest na wej-
ście pamięci RAM, w której zapisane są w postaci binarnej napięcia taktujące po-
szczególnych tyrystorów (patrz rys.2). Rodzaj tego napięcia (liniowe czy kosinuso-
idalne) wybierany jest przełącznikiem umieszczonym powyżej RAM.
16
Rys. 11. Widok płyty czołowej stanowiska
Synchroniczna pętla fazowa ma wyprowadzone dwa sygnały: us i MSB. Natychmiast
po załączeniu oba te sygnały na ekranie oscyloskopu zsynchronizowanego z siecią,
17
o
Z
W
I
7
8
9
10
11
12
T
T
T
T
T
T
ZL
o
WL
o
L
R
w
w
w
w
strA
strB
L
L
L
L
U
U
o
U
SYM.
ASYM.
str
U
1
2
3
4
5
6
T
T
T
T
T
T
PROSTOWNIKI STEROWANE
z
P
str
U
SL
N
L1
L2
L3
EXT
DC
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
12
32
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
T
U
U
C
A
impulsów
impulsów
impulsów
impulsów
Rozdzielacz
Rozdzielacz
Rozdzielacz
Rozdzielacz
RAM
MSB
LIN
COS
Licznik
VCO
BLOKADA
13
21
32
31
12
23
31
12
23
13
21
32
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
R
R
T
K
A
B
i
i
strA
strB
U
U
S
U
DF
mają być nieruchome względem siebie. Niespełnienie tego warunku powoduje niepo-
żądaną modulację kąta wysterowania, której efektem są znaczne zmiany prądu obcią-
żenia, mimo że napięcie sterujące jest stałe. Jest to stan awaryjny, który należy zgłosić
prowadzącemu zajęcia.
Omawiane dotychczas bloki stanowiska laboratoryjnego są wewnętrznie skoja-
rzone i nie wymagają jakichkolwiek połączeń, w przeciwieństwie do prostowników,
które są na centralnym polu, po prawej stronie płyty czołowej stanowiska. Umieszczo-
no tu cztery prostowniki trójpulsowe (układy generujące impulsy sterujące bramki ty-
rystorów są podłączone wewnętrznie), cztery dławiki wyrównawcze LW (są one nie-
zbędne w prostowniku z prądami wyrównawczymi, natomiast w prostowniku z bloka-
dą prądów wyrównawczych mogą być wyjątkowo użyte jako dodatkowy dławik wy-
gładzający) i odbiornik typu R, L (zwarcie rezystora tego odbiornika przy dużych na-
pięciach wyjściowych grozi awarią).
Tyrystory prostowników są wewnętrznie podłączone do układów wyzwalania i
zasilone są z transformatora poprzez stycznik SL. Załączenie stycznika SL sygnalizują
jest diody świecące. Wyjścia prostowników mogą być kojarzone tak, aby można
otrzymać prostowniki rewersyjne z blokadą prądów wyrównawczych, których sche-
maty pokazano na rys. 12.
T7 T8 T9
T1 T2 T3
SL
Lo
L1
L2
Ro
L3
N
T7 T8 T9
T1 T2 T3
SL
L1
Lo
L2
L3
T10 T11 T12
Ro
T4 T5 T6
N
Rys. 12. Schemat połączeń części siłowej prostownika rewersyjnego z blokadą prądów wy-
równawczych: a) układ trójpulsowy; b) układ sześciopulsowy.
18
Wewnętrzne rezystancyjno-indukcyjne obciążenie prostownika należy dołączać
do zacisków wyjściowych prostownika. Dzięki temu zostaną dołączone do prostowni-
ka mierniki umieszczone u góry, po prawej stronie płyty czołowej. Dwukierunkowe
mierniki oznaczone Uo i Io wskazują wartość średnią napięcia i prądu wyjściowego
prostownika. Trzeci miernik, oznaczony jako USTR wskazuje wartość średnią napięcia
sterującego. Wskazania mierników są poprawne tylko przy stałym napięciu sterują-
cym. Wszystkie obserwacje przebiegów napięć i prądów mogą być dokonywane za
pomocą oscyloskopu. W celu dokonania rewersu dynamicznego należy podać na wej-
ście układów wyzwalających napięcie prostokątne przez przełączenie przełącznika
rodzaju napięcia sterującego w pozycję EXT (rysunek 11). W ten sposób zostanie
podane na wejście układu wyzwalającego napięcie z zewnętrznego generatora. Za jego
pomocą należy ustawić wartość maksymalną napięcia wyjściowego prostownika re-
wersyjnego i częstotliwość rewersów.
19
3. Program ćwiczenia
1. Połączyć według schematu przedstawionego na rysunku 12 układ trójpulsowego
przekształtnika rewersyjnego z blokadą prądów wyrównawczych.
2. Zarejestrować przebiegi napięcia i prądu wyjściowego prostownika z odbiorni-
kiem R, L dla prądu odbiornika ciągłego i impulsowego we wszystkich możli-
wych stanach pracy.
3. Zarejestrować i zinterpretować przebiegi prądów i napięć w czasie dynamiczne-
go rewersu napięcia sterującego.
4. Powtórzyć powyższe czynności po zmianie prostownika trójpulsowego na sze-
ściopulsowy.
5. Wyznaczyć charakterystyki sterowania obu układów Uo = f(Us) przy linowym i
kosinusoidalnym napięciu taktującym.
4. Pytania kontrolne.
1. Narysuj schemat prostownika rewersyjnego.
2. Narysuj przebiegi napięcia i prądu wyjściowego prostownika z odbiornikiem R,
L i E przy przewodzeniu ciągłym i impulsowym we wszystkich możliwych sta-
nach pracy prostownika z blokadą prądów wyrównawczych.
3. Przedstaw funkcje blokady.
4. Omów zasadę działania poszczególnych typów blokad.
5. Wyjaśnij dlaczego w przekształtnikach z blokadą prądów wyrównawczych nie-
zbędna jest przerwa bezprądowa
6. Przedstaw mechanizm powstawania napięcia wyrównawczego.
7. Narysuj przebieg napięcia i prądu wyjściowego prostownika rewersyjnego z
blokadą prądów wyrównawczych obciążonego odbiornikiem rezystancyj-
no-indukcyjnym w czasie skokowej zmiany wartości średniej napięcia wyj-
ściowego na przeciwną.
LITERATURA
1. R.Barlik, M.Nowak: Poradnik inżyniera energoelektronika . WNT 1998.
2. R.Barlik, M.Nowak: Technika tyrystorowa . WNT 1997.
3. T.Citko: Analiza układów energoelektroniki. Skrypt PB Białystok, 1992.
4. H.Tunia, R.Barlik :Teoria przekształtników. Wyd. Politechniki Warszawskiej
1992.
5. H.Tunia, B.Winiarski: Energoelektronika. WNT 1994.
6. H.Tunia, B.Winiarski: Podstawy energoelektroniki. WNT 1987.
Instrukcję opracował dr inż. Antoni Bogdan
20
 21
 22
 20,1,2,19,18,3,4,17,16,5,6,15,14,7,8,13,12,9,10,11
23