1. Narysować charakterystykę statyczną diody mocy. Podać typową wartość napięcia przewodzenia diody przy prądzie znamionowym oraz wartość prądu wstecznego przy maksymalnym powtarzalnym napięciu wstecznym (
).

Typowa wartość napięcia przewodzenia przy prądzie przewodzenia U_F(I_N) wynosi 1-1,6 V max 2V.

Wartość prądu wstecznego I_RM (U_RRM ) wynosi dla diody wysokonapięciowej 1-10mA

2. Co to jest TRIAK? Narysować symbol, nazwać elektrody i podać zastosowania. Zaznaczyć obwód sterujący i główny oraz możliwe kierunki prądów w tych obwodach.

TRIAK jest półprzewodnikowym elementem energoelektronicznym zaliczanym do grupy elementów nie w pełni sterowalnych. Zbudowany jest ze struktury 5 warstwowej tworzącej jak gdyby dwa tyrystory SCR połączone odwrotnie równolegle jednak posiada tylko jedna elektrodę sterującą .

TRIAK posiada 3 elektrody A₁ A₂ - tworzące obwód główny oraz elektrody G - tworzącej obwód sterujący. TRIAK może przewodzić w obydwu kierunkach , a załączenie jest spowodowanie podobnie jak w tyrystorze przez doprowadzenie impulsu prądowego do bramki. Może być sterowany ( - ) oraz ( + ) w obwodzie złożonym z elektrody GA₁ lub GA₂.

Najczęściej są produkowane traki które są przełączane w stan przewodzenia w jednym kierunku prądem o polaryzacji dodatniej, a w drugim kierunku - prądem o polaryzacji ujemnej.

Ponadto TRIAK można załączyć przekraczając napięcie przebicia między anodą1 a anodą2.

Zastosowania:

1. Łączniki dwukierunkowe.

2. Przekaźniki oraz regulatory mocy ze sterowaniem fazowym.

3. Regulatory oświetlenia

4. Regulatory zasilania nagrzewnic

Uwaga: Triaki pracują zwykle w układach o obciążeniu R.

Symbol triaka	Charakterystyka napięciowo prądowo triaka

3. Podać symbol graficzny tyrystora (SCR), nazwać jego elektrody, oznaczyć obwody: główny i sterujący oraz kierunek prądu w tych obwodach przy przewodzeniu.

Tyrystor SCR jest podstawowym elementem energoelektronicznym stosowanym powszechnie w przekształtnikach zaliczanym do elementów nie w pełni sterowalnych , o strukturze 4 warstwowej p.n.p.n. Posiada 3 elektrody : A-anoda , K- katoda , G- bramka. Załączenie tyrystora jest realizowane przez podanie impulsu prądowego do obwodu bramki , który jest jedynym dopuszczalnym i stosowanym sposobem załączania tyrystora.

Obwód główny : A-K

Obwód sterowniczy G-K

4. Wymienić podstawowe parametry statyczne tyrystorów podawane w katalogach wytwórców.

Do podstawowych parametrów statycznych tyrystorów zaliczamy :

• Napięcie blokowania U_D

• Napięcie przewodzenia U_T0

• Prąd przewodzenia I_T

• Powtarzalne szczytowe napięcie wsteczne U_RRM

• Niepowtarzalne szczytowe napięcie wsteczne U_RSM

• Powtarzalne szczytowe napięcie blokowania U_DRM

• Niepowtarzalne szczytowe napięcie blokowania U_DSM

• Napięcie przebicia tyrystora U_BR

• Napięcie przełączenia U_BO (bez prądu bramki)

5. Co to jest prąd podtrzymania i prąd załączania tyrystora? Wymienić sposoby załączania tyrystora (SCR).

Prąd podtrzymania I_H tyrystora jest to taka wielkość prądu płynącego w obwodzie głównym tyrystora, poniżej której tyrystor przechodzi ze stanu przewodzenia do stanu blokowania.

Prąd załączania I_L tyrystora jest to taka minimalna wielkość prądu płynącego w obwodzie głównym tyrystora, która wobec istnienia impulsu bramkowego powoduje przejście tyrystora ze stanu blokowania do stanu przewodzenia.

Istnieją dwa sposoby załączania tyrystora:

a. Gdy anoda jest dodatnio spolaryzowana względem katody i wystąpi impuls prądu bramki przez okres na tyle długi by prąd główny tyrystora przekroczył wartość prądu załączenia I_L.

b. Gdy napięcie blokowania przekroczy wartość U_DSM (niepowtarzalne szczytowe napięcie blokowania). Jest to przypadek awaryjny mogący doprowadzić do zniszczenia tyrystora.

6. Podać sposoby wyłączania prądu w tyrystorze. Wymienić trzy możliwe obszary (stany) pracy tyrystora.

Wyłączanie tyrystora - nazywamy proces przejścia ze stanu przewodzenia do stanu zaporowego, na czas dostateczny do odzyskania prze tyrystor zdolności blokowania dodatniego napięcia anodowego. W praktyce dzieje się to poprzez krótkotrwałą polaryzację tyrystora napięciem wstecznym.

Sposoby wyłączania prądu w tyrystorze:

Aby tyrystor wyłączyć ( wprowadzić do stanu blokowania napięcia dodatniego ) trzeba przerwać prąd płynący przez obwód główny - nie przez obwód sterowniczy

1. Gdy wartość prądu w obwodzie głównym tyrystora SCR zmaleje do wartości mniejszej niż I_H ( I_H - prąd podtrzymania) na czas wyłączania t>t_rr (t_rr - czas odzyskiwania zdolności zaworowej) w celu utworzenia odpowiedniej bariery potencjału na złączu.

2. b. ujemnym prądem bramki w przypadku tyrystorów GTO

Do możliwych stanów pracy tyrystorów zaliczamy:

• stan zaworowy - istnieje przy polaryzacji wstecznej tyrystora ( ujemnej względem katody ). Charakteryzuje małym prądem wstecznym ( 10 mA - zależy od temperatury oraz prądu sterującego bramki IG>0. ) Napięcie na tyrystorze może osiągać do 2U_sk lub
  

• 
  

• stan blokowania - istnieje przy polaryzacji przewodzenia ( dodatnia wzgleem katody ) przy braku prądu bramki I_G=0. Przez tyrystor nie płynie prad w obwodzie głównym.

• 
  

• stan przewodzenia- istnieje przy dodatniej polaryzacji względem katody , tyrystor traci swoje właściwości zaworowe i przez strukturę przepływa prąd o dużej wartości, natomiast napięcie na tyrystorze jest niewielkie ( 2 V ) , załączenie następuje po przekroczeniu napięcia przełączenia U_B0 lub po podaniu dodatniego impulsu prądu na bramkę G

• 
  

7. Narysować kompletną charakterystykę statyczną tyrystora. Podać typową wartość (rząd) prądu wstecznego średniego tyrystora (20-100A), przy maksymalnym powtarzalnym napięciu wstecznym (U_RRM).

8. Narysować schematy układów pomiarowych charakterystyk przewodzenia i zaporowych (blokowania) tyrystorów i diod. Wyjaśnić zasadę włączania przyrządów pomiarowych (dokładny pomiar napięcia lub prądu).

Układ poprawnie mierzonego napięcia + jest stosowany przy badaniu charakterystyk w stanie przewodzenia ze względu na znikomo małą rezystancję tych elementów w stanie przewodzenia.

Układ z poprawnie mierzonym napięciem

Prąd za zasilaniu nie może przekroczyć prądu znamionowego badanego Elementu

Napięcie na zasilaczu nastawimy większe od napięcia przewodzenia : 3 - 4 V

Regulujemy prąd I_F od wartości największej do zera i odczytujemy dU_T

Układ poprawnie mierzonego prądu został zastosowany do pomiaru charakterystyk diody i tyrystora w stanie zaporowym oraz tyrystora w stanie blokowania ze względu na dużą rezystancję tych elementów w stanie zaporowym [blokowania].

Układ z poprawnie mierzonym prądem

Regulujemy wartość napięcia zaporowego U_R od wartości największej do zera i odczytujemy wartość prądu I_R

11. Dla układów prostownika 1-fazowego półokresowego z obciążeniem: a) R, b) RL, narysować przebiegi prądu i napięcia obciążenia
. To samo zadanie wykonać dla wszystkich typów obciążenia z diodą zerową.

Rys.1 i_d u_d - obciążenie R

Rys.2 i_d u_d - obciążenie R + dioda zerowa ( bez zmian )

Rys.3 i_d u_d - obciążenie RL

Rys.3 i_d u_d - obciążenie RL + dioda zerowa

12. Zadanie 11 wykonać dla przypadku prostownika sterowanego 1-pulsowego dla kąta opóźnienia wysterowania: a) = 30, b) = 60 , c) = 90 , d) = 150

Rys.4 i_d u_d - obciążenie R - kąt opóźnienia =0

Rys.5 i_d u_d - obciążenie RL - kąt opóźnienia =0

Rys.6 i_d u_d - obciążenie RLD - kąt opóźnienia =0

Rys.7 i_d u_d - obciążenie R - kąt opóźnienia =30

Rys.8 i_d u_d - obciążenie RL - kąt opóźnienia =30

Rys.9 i_d u_d - obciążenie RLD - kąt opóźnienia =30

Rys.10 i_d u_d - obciążenie R - kąt opóźnienia =60

Rys.11 i_d u_d - obciążenie RL - kąt opóźnienia =60

Rys.12 i_d u_d - obciążenie RLD - kąt opóźnienia =60

Rys.13 i_d u_d - obciążenie R - kąt opóźnienia =90

Rys.14 i_d u_d - obciążenie RL - kąt opóźnienia =90

Rys.15 i_d u_d - obciążenie RLD - kąt opóźnienia =90

Rys.16 i_d u_d - obciążenie R - kąt opóźnienia =150

Rys.17 i_d u_d - obciążenie RL - kąt opóźnienia =150

Rys.18 i_d u_d - obciążenie RLD - kąt opóźnienia =150

15. Podać definicję wartości średniej przebiegu okresowego. Zastosować wzór całkowy dla napięcia u prostownika: a) niesterowanego 1-pulsowego, obc. R

c) niesterowanego 1-pulsowego z obciążeniem RL+D

e) niesterowanego 6-pulsowego

(nie wymagane rozwiązanie).

Wartością średnią przebiegu okresowego nazywa się średnią arytmetyczną wartości bezwzględnych tego przebiegu w ciągu jednego okresu lub mówiąc inaczej- średnią arytmetyczną tylko jednej połówki przebiegu.

Wartość średnia przebiegu okresowego W_AV (average value ) nazywamy całkę za okres z przebiegu okresowego

wartość średnia całookresowa

wartość średnia okresowa

Ad a)

Ad c)

Ad h)

Gdzie:

_w - kąt wyłączenia

_z - kąt załączenia

ά - kąt opóźnienia

Wartość średnia służy do scharakteryzowania napięcia wyprostowanego prostownika .

Wartość średnia dla idealnego sygnału sinusoidalnego wynosi 0

16. Podać definicję wartości skutecznej przebiegu okresowego. Zastosować ją do przebiegów napięć i prądów dla prostownika;

a) niesterowanego 1-pulsowego, obc. R

c) niesterowanego 1-pulsowego z obciążeniem RL+D

e) niesterowanego 6-pulsowego

(nie wymagane rozwiązanie).

• Wartość skuteczna napięcia okresowo zmiennego u(t) jest równa wartości napięcia stałego, które doprowadzone do zacisków niezmiennej rezystancji R spowoduje wydzielenie w czasie T takiej samej ilości ciepła Q jak dane napięcie zmienne:

Na podstawie powyższego wartość skuteczna napięcia wynosi:

Wartość skuteczna jest to wartość średniokwadratowa z sygnału okresowego

A: a

B:

C:

18. Podać definicję współczynnika kształtu napięcia k przebiegów okresowych.

Dla którego z prostowników jednofazowych (pół- lub całookresowego) współczynniki te są większe

Zawartość tętnień w napięciu wyprostowanym może być scharakteryzowana przez współczynnik kształtu k , który jest zdefiniowany jako stosunek wartości skutecznej napięcia wyprostowanego do wartości średniej napięcia wyprostowanego.

Prostownik	pulsy		Ku	ku	pu		Ki	ki	pi	zwiększanie 
1 - fazowy	1		1,57	1,57	1,21		1,57	1,57	1,21	wsp. rosną
1 - fazowy mostkowy	2		0,78	1,11	0,48		0,78	1,11	0,48	wsp. rosną
2 - fazowy	2		0,78	1,11	0,48		0,78	1,11	0,48	wsp. rosną
3 - fazowy	3		0,30	1,01	0,18		0,30	1,01	0,18	wsp. rosną
3 - fazowy mostkowy	6		0,07	1,00	0,04		0,07	1,00	0,04	wsp. rosną

Zawartość tętnień w napięciu wyprostowanym może być scharakteryzowana przez współczynnik tętnień K_U , który jest zdefiniowany jako stosunek wartości napięcia międzyszczytowego do podwojonej wartości średniej napięcia wyprostowanego

Współczynnik zawartości harmonicznych p również może służyć do określenia zawartości tętnień w napięciu wyprostowanym . Jest on definiowany jako stosunek wartości skutecznej k-tej harmonicznej do wartości średniej .

21. Narysować typowy przebieg charakterystyki bramkowej tyrystora. Podać i wyjaśnić różnicę pomiędzy tą charakterystyką a typową charakterystyką diody półprzewodnikowej.

Tyrystor jest elementem półprzewodnikowym o strukturze 4 warstwowej p.n.p.n. tworzącej trzy złącza p-n wewnątrz jednego elementu.

Złącza zewnętrzne „ p” i „ n „ zawierają silne domieszkowanie nośników jednego typu dzięki czemu posiadają bardzo małą rezystywność, która pozwala na dostarczanie dużej ilości ładunków do warstw środkowych .

Ze względu na znaczne domieszkowanie złącze to nie wykazuje wyraźnych cech zaworowych

Złącze bramka - katoda ma na ogół słabe właściwości prostujące (rys. 5). Charakteryzuje się ono również stosunkowo małym napięciem przebicia lawinowego przy polaryzacji wstecznej.

Ponieważ charakterystyki bramkowe wskazują stosunkowo duży rozrzut technologiczny, katalogowe charakterystyki napięciowo-prądowe bramki tyrystora przedstawione są zawsze w postaci dwóch krzywych granicznych między którymi powinna leżeć charakterystyka dowolnie wybranego egzemplarza tyrystora danego typu.

22. Narysować obszar występowania charakterystyk bramki tyrystora, zaznaczyć na nim obszary: niepewnych i pewnych załączeń, oraz parametry dopuszczalne.

gdzie :		-	Maksymalna wartość prądu bramki
		-	Maksymalna wartość napięcia bramki
		-	Dopuszczalne starty mocy w bramce

I_fgm- max. Prąd przewodzenia bramki

I_GT- przełączający prąd bramki

I_GD- nieprzełączający prąd bramki

U_GD- nieprzełączające napięcie bramki

U_GT- przełączające napięcie bramki

U_fgm- szczytowe napięcie przewodzenia bramki

A - zakres pewnych załączeń

B- zakres możliwych załączeń

1 - obszar nieprzełączania tyrystora: obejmuje takie wartości napiec i prądów

bramkowych , przy których żaden tyrystor

danego typu nie zostanie załączony.

2 - obszar możliwych przełączeń: tylko niektóre tyrystory danego typu mogą zostać

załączone, zależy od temperatury struktury

złączowej T_j

3 - obszar pewnych załączeń tyrystora: obejmuje takie wartości napięć i prądów bramki

Przy których jest zagwarantowana załączenie

każdego tyrystora danego typu.

23. Wymienić znane łączniki energoelektroniczne, podać sposób sterowania (rodzaje sygnałów sterujących) oraz przedziały parametrów statycznych (prądów i napięć) produkowanych współcześnie elementów.

Łączniki energoelektroniczne to elementy mocy służące do pracy dwustanowej - przełączającej. Cechują sie parametrami zbliżonymi do łącznika idealnego : napięcie przewodzenia bliskie zeru, nieznaczny prąd w stanie wyłączonym, wysokie napięcie przebicia , niewielkie starty mocy oraz krótki czasy przełączania.

Do elementów tych zaliczamy elementy elektroniczne o mocy znamionowej od 1 W i prądzie znamionowym 1 A .

Przyrządy pόłprzewodnikowe mogą załączać napięcia do kilku kilowatόw oraz przewodzą prądy do kilku kiloamperόw. Wśrόd pόłprzewodnikowych elementόw energoelektronicznych można wymienić diodę złączowa, tranzystor bipolarny, tranzystor MOS, tranzystor IGBT, tyrystor triodowy, tyrystor wyłączalny GTO.

Tranzystor bipolarny złączowy BJT

Posiada korzystnie niskie (1.5 - 2.0V) napięcie w stanie przewodzenia, dzięki czemu ma niskie straty przewodzenia. W celu utrzymania go w stanie przewodzenia konieczny jest ciągły przepływ prądu w obwodzie sterującym (baza-emiter). Wymaga to dość złożonych układów sterujących. Tranzystory te znajdują zastosowanie w układach przełączających pracujących z małą i średnią częst. (kilka kHz) przy znacznych, przekraczających 1kA prądach i napięciach powyżej 1kV

I_C - powyżej 1 kA

U_BR - powyżej 1 kV Sterowanie prądowe przepływ prądu w obwodzie sterującym

Polowe tranzystory mocy (MOSFET)

Są one sterowane napięciowo, prąd obwodu głównego „dren-żródło” jest regulowany napięciem „bramka-żródło” o wartości kilku do kilkunastu woltów. Napięcie przewodzenia tranzystorów wysokonapięciowych osiąga wartość kilkunastu woltów.

I _D - powyżej 1 kA

U_DSS - powyżej 1 kV Sterowanie napięciowe

Tranzystory bipolarne z izolowaną bramką (IGBT)

• Obecnie produkowane sa tranzystory o bardzo szerokim zakresie pradów (pojedyncze ampery do tysiąca amperów) i napięć (do1200V). Kolejna trzecia generacja tych tranzystorów umożliwia ich przełączanie z częst. do 80kHz a ich napięcie przewodzenia obniżono do 2.5-3V. Przemienniki częstotliwości i falowniki do regulacji silników prądu przemiennego przeznaczone do napędów trakcyjnych i przemysłowych;

• Przekształtniki impulsowe (czopery) stosowane zwłaszcza w napędach prądu stałego w elektrycznej trakcji kolejowej i miejskiej;

• Źródła bezprzerwowego zasilania.

I _C - powyżej 1 kA

U_BR - powyżej 1 kV Sterowanie napięciowe

Tyrystor MCT

Proces wyłączania przeprowadza się w nich przez załączenie tranzystora FET zwierającego zlącze baza-emiter.Zdolnosc wyłączania- 120A przy temp. złącza do 150 `C. W tyrystorze P-MCT tranzystor załączający z kanałem P załączany jest ujemnym napięćiem w celu wprowadzenia ładunku w obszar bazy dolnego tranzystora co powoduje zatrzaśnięcie tyrystora.

Półprzewodnikowa dioda mocy : I_F(AV) - to rząd kilka tysięcy Amperów

U_RRM - to rząd kilku tysięcy woltów - niesterowana

Tyrystor SCR trójelektrodowy : I_DN- kilka amperów do kilka tysięcy amperów

U_RRM =U_DRM- to rząd od kilkunastu do kilku tysięcy woltów sterowanie prądowe ( 20 mA - 50 mA )

Tyrystor symetryczny TRIAK: parametry zbilzone do tyrystora SCR

24. Dla prostownika sterowanego 6-pulsowego z obciążeniem: I) R, II) RL narysować przebiegi czasowe: ( 3 fazowy , 6 pulsowy = mostek )

a) prądu i napięcia na obciążeniu

b) prądu jednej z faz transformatora (po stronie pierwotnej i wtórnej),

Rys.1 i_d u_d - obciążenie R - kąt opóźnienia =30

Rys.2 obciążenie R - kąt opóźnienia =30 - napięcia na transformatorze

Rys.3 i_d u_d - obciążenie RL - kąt opóźnienia =30

Rys.4 obciążenie RL - kąt opóźnienia =30 - napięcia na transformatorze

25. Podać definicje: Kąt załączenia _z, kata opóźnienia wysterowania , kąta przewodzenia . w układach prostowniczych.

Kąt załączenia _z : jest to kat pomiędzy początkiem półfali prostowanego napięcia a początkiem

Przewodzenia prądu prze tyrystor.

Kąt opóźnienia wysterowania zapłonu  : jest to kat pomiędzy punktem komutacji naturalnej a początkiem

przewodzenia prądu przez Tyrystor

Kąt przewodzenia  jest to kat pomiędzy początkiem a końcem przewodzenia prądu prze tyrystor

26. Na przykładzie prostownika 3-pulsowego niesterowanego objaśnić zjawisko komutacji.

Zjawisko komutacji występuje we wszystkich układach przekształtnikowych w których występuje ciągły przepływ prądu obciążenia . Komutacja nazywamy zjawisko przejmowania przewodzenia prądu odbiornika I_D jednego zaworu przez drugi. W procesie mogą uczestniczyć zawory podłączone do dwóch lub większej liczby kolejnych faz. W przypadku gdy komutacja obejmuję zawory z dwóch kolejnych faz mamy do czynienia z komutacją prostą. Jeżeli obejmuje ona zawory trzech lub większej ilości kolejnych faz nazywa się ją komutacją złożoną.

Kiedy dioda zaczyna przewodzić prąd przepływający przez nią nie może zmienić swojej wartości skokowo z zera do wartości I_d , a prąd w diodzie przewodzącej poprzednio nie może się skokowo zmniejszyć z wartości I_d do zera. ( warunek ciągłości przepływu prądu w uzwojeniach transformatora i obwodzie zasilającym - indukcyjności ) .

W trakcie komutacji prostej przewodzą jednocześnie 2 diody ( jedna kończy - druga zaczyna ) .

Komutacja prosta występuje w prostowniku zawsze w czasie normalnej pracy ( nawet w 6 pulsowym ) . komutacja złożona może występować w stanach awaryjnych lub dużych prądach fazowych .

Równoczesne przewodzenie dwóch diod powoduje spadek średniej wartości wyprostowanego napięcia .

Czas w którym występuje równoczesny przepływ prądu przez diody D₁ D₂ nazywamy okresem komutacji.

Czas po którym wartość prądu I₁ spada do zera nazywamy kątem komutacji 

Rysunek przedstawia komutację w prostowniku 3 pulsowym.

1. kiedy dioda D1 przewodzi sama i_w1 równe jest I_d

2. przy ωt=π/2 +π/q napięcie u2 staje się większe od u1 i dioda D2 zaczyna przewodzić. Czas w którym występuje równoczesny przepływ prądu przez diody D1 i D2 nazywamy okresem komutacji . W czasie komutacji napięcie w obwodzie składającym się z dwóch faz powoduje zwiększenie prądu i2 i zmniejszenie pradu i1.

3. Przejmowanie prądu Id z fazy 1 przez fazę drugą kończy się dla ωt=π/2 +π/q+μ gdy prąd i1 spada do zera. Kąt ten nazywamy kątem komutacji.

27. Wymienić parametry obwodu prostowniczego mające wpływ ( , ) na wartość kąta komutacji w układach prostowniczych. Jakie są skutki zjawiska komutacji dla wartości prądu i napięcia obciążenia prostownika. Jaka jest wartość napięcia obciążenia w czasie komutacji prostej?

Komutacja jest to proces ( .DEF. jak w poprzednim pytaniu )

Kąt komutacji jest odzwierciedleniem czasu komutacji ( czas od początku komutacji do czasu kiedy prąd na zaworze spadnie do zera )

Wartość kąta komutacji zależy ( normalna praca kilkanaście stopni elektrycznych) :

1. wprost proporcjonalnie od indukcyjności komutacyjnych ( indukcyjność uzwojeń transformatora , obwodu zasilającego i obwodu odbiornika )

2. prądu obciążenia

3. Kąta załączenia tyrystora _z

W czasie komutacji następuje spadek średniej wartości napięcia wyprostowanego U_d(AV) oraz prądu ??? wyprostowanego I_d(AV)

W czasie komutacji napięcie na odbiorniku wynosi

30. Wymienić parametry dynamiczne tyrystora:

Do podstawowych parametrów dynamicznych procesu załączania należą :

- czas opóźnienia : czas opóźnienia pomiędzy czołem impulsu wyzwalania bramki a czasem , w którym napięcie na tyrystorze zmaleje do wartości 0,9
. Czas ten jest związany z ograniczeniem rozprzestrzeniania się ładunku w strukturze p złącza środkowego.

- czas narastania : czas w którym napięcie na tyrystorze maleje od wartości 0,9
do wartości 0,1
( gdzie
) jest to wartość napięcia blokowania przed rozpoczęciem procesu załączania.

Czas narastania jest ściśle związany z procesem narastania prądu na tyrystorze w obwodzie głównym.

- czas załączania tyrystora : jest to suma czasu
.

- stromość narastania prądu przewodzenia : dopuszczalna wartość narastania prądu w danej jednostce czasu.

Wartość narastania musi być mniejsza od wartości krytycznej podanej w katalogu ze względu na możliwość miejscowego przegrzania i zniszczenia struktury bramki, która związana jest z niejednorodnym rozprzestrzenianiem się ładunków po całej powierzchni złącza ( największe skupianie ładunku występuje w okolicy bramki).

.

Do podstawowych parametrów dynamicznych procesu wyłączania należą:

- wartość szczytowa wstecznego prądu przejściowego : prąd który pojawia się na skutek nasycenia obszaru złącza anodowego duża liczba ładunków, które przed powstaniem warstwy zaporowej muszą zostać odprowadzone lub zrekombinowane .

- ładunek przejściowy: wartość ładunku odprowadzanego ze złącza anodowego w czasie

- czas odzyskania zdolności zerowej : suma czasu magazynowania nośników i czasu

rekombinacji ładunku nadmiarowego.

- czas wyłączenia : całkowity czas jaki musi upłynąć między przejściem prądu
przez zero, a pojawieniem się dodatniego napięcia blokowania
( gdzie
wartość prądu przewodzenia , który płynął prze rozpoczęciem wyłączania).

Czas wyłączania
jest podawany dla danego prądu
, określonej wartości temperatury pracy struktury oraz wartości napięcia wstecznego

31. Podać i objaśnić definicję:

a) krytycznej stromości narastania napięcia blokowania,

- stromość narastania napięcia blokowania : dopuszczalna wartość narastania napięcia blokowania w danej jednostce czasu, przekroczenie której spowoduje niekontrolowane załączenie tyrystora czyli przejście w stan przewodzenia .

b) ładunku przejściowego,

- ładunek przejściowy: wartość ładunku odprowadzanego ze złącza anodowego w czasie

c) krytycznej stromości narastania prądu przewodzenia, ( przewodzenie )

- stromość narastania prądu przewodzenia : dopuszczalna wartość narastania prądu w danej jednostce czasu.

parametr ten związany jest z nierównomierną gęstością prądu w strukturze tyrystora w czasie załączania. Przewodzenie prądu rozpoczyna się w pobliżu doprowadzenia bramki i rozprzestrzenia się z pewną prędkością na cała powierzchnię struktury. Przekroczenie krytycznej stromości prądu przy załączeniu może uszkodzić tyrystor

Wartość narastania musi być mniejsza od wartości krytycznej podanej w katalogu ze względu na możliwość miejscowego przegrzania i zniszczenia struktury bramki, która związana jest z niejednorodnym rozprzestrzenianiem się ładunków po całej powierzchni złącza ( największe skupianie ładunku występuje w okolicy bramki).

d) czasu załączania,

- czas załączania tyrystora : jest to suma czasu
. Czyli czas, który upływa od momentu pojawienia się impulsu bramkowego(lub osiągnięcia przez ten impuls 10% wartości maksymalnej) do momentu obniżenia się napięcia głównego(anodowego) do wartości 10% napięcia początkowego.

e) czasu wyłączania,

- czas wyłączenia : całkowity czas jaki musi upłynąć między przejściem prądu
przez zero, a pojawieniem się dodatniego napięcia blokowania
( gdzie
wartość prądu przewodzenia , który płynął prze rozpoczęciem wyłączania).

definiuje się jako minimalny czas, który upływa w każdych warunkach, dla danego typu tyrystora, od momentu zmiany kierunku prądu na wsteczny , do czasu odzyskania własności blokowania. Czas ten pozwala ocenić przydatność tyrystora do pracy w układach o wysokiej częstotliwości przełączania

f) czasu odzyskiwania własności zaworowych.

- czas odzyskania zdolności zerowej : suma czasu magazynowania nośników i czasu rekombinacji ładunku nadmiarowego.

35. Wymienić zastosowania jednofazowych i trójfazowych sterowników mocy,

Sterowniki mocy są to układy energoelektroniczne służące do regulacji mocy elektrycznej przesyłanej do odbiorników prądu przemiennego.

Wytwarzane są jako jedno lub trójfazowe.

Sterowniki mocy jednofazowe: - zakres stosowania to moc rzędu kilka watów do kilku kilowatów

a-Regulacja prędkości obrotowej silników komutatorowych

b- regulacja oświetlenia

c- część wykonawcza układów sterowania lub automatycznej regulacji temperatury

Sterowniki mocy trójfazowe : - zakres stosowania to moc rzędu powyżej kilka kilowatów

1. Człony wykonawcze układów miękkiego startu silników indukcyjnych

( zastępują przełączniki gwiazda - trójkąt )

38. Narysować przebiegi napięcia i prądu wyjściowego jednofazowego sterownika mocy zasilającego obciążenie: R, RL, L przy zadanym kącie opóźnienia zapłonu .

Najpopularniejszy układ jednofazowego sterownika mocy to układ dwóch tyrystorów połączonych odwrotnie równolegle.

Rys obciążenie R.

Impulsy bramkowe są przesunięte względem siebie o kąt 180⁰ el .

Kąt załączenia tyrystorów j jest liczony od punktów zerowych sinusoidy napięcia zasilania i może być zmieniany w zakresie

W czasie przewodzenia każdego tyrystora napięcie i prąd na odbiorniku jest równe

W czasie kiedy tyrystor nie przewodzi napięcie na odbiorniku jest równe 0.

Przy kącie załączania _z = 0 do odbiornika rezystancyjnego jest doprowadzana całkowita wartość napięcia

Przez zmianę kąta załączania tyrystorów regulujemy wartość średnią i skuteczną liczoną za półokres napięcia i prądu na obciążeniu oraz regulujemy moc dostarczaną do odbiornika.

1. wykresy dla obciążenia RL

Rys. Obciążenie RL

Impulsy bramkowe są przesunięte względem siebie o kąt 180⁰ el .

Kąt załączenia tyrystorów j jest liczony od punktów zerowych sinusoidy napięcia zasilania i może być zmieniany w zakresie
gdzie
- kat fazowy odbiornika

Przy kącie załączania _z =  do odbiornika rezystancyjno-indukcyjnego płynie prąd sinusoidalny ciągły przesunięty względem napięcia zasilającego o kat fazowy 

Dla kąta opóźnienia mniejszego od kąta fazowego przy krótkich impulsach prądu bramki występuje przewodzenie tylko jednokierunkowe z uwagi na niemożliwość wyzwolenia tyrystora w czasie kiedy kończy przewodzić tyrystor aktywny ale jeszcze płynie prąd zgromadzony w cewce .

Dla małych kątów załączania tyrystora kąt wyłączenia spełnia warunek

Przez zmianę kąta załączania tyrystorów regulujemy wartość średnią i skuteczną liczoną za półokres napięcia i prądu na obciążeniu oraz regulujemy moc dostarczaną do odbiornika.

2. wykresy dla obciążenia L

Rys. Obciążenie L

Impulsy bramkowe są przesunięte względem siebie o kąt 180⁰ el .

Kąt załączenia tyrystorów j jest liczony od punktów zerowych sinusoidy napięcia zasilania i może być zmieniany w zakresie

Prąd na odbiorniku jest maksymalny wtedy gdy napięcie jest 0

Dla kąta opóźnienia mniejszego od kąta
przy krótkich impulsach prądu bramki występuje przewodzenie tylko jednokierunkowe z uwagi na niemożliwość wyzwolenia tyrystora w czasie kiedy kończy przewodzić tyrystor aktywny ale jeszcze płynie prąd zgromadzony w cewce .

Przy kącie załączania
do odbiornika indukcyjnego płynie prąd sinusoidalny ciągły przesunięty względem napięcia zasilającego o kat fazowy 

Kąt wybaczenia spełnia następującą zależność

Przez zmianę kąta załączania tyrystorów regulujemy wartość średnią i skuteczną liczoną za półokres napięcia i prądu na obciążeniu oraz regulujemy moc dostarczaną do odbiornika.

39. Przedstawić sposoby realizacji układu tyrystorowego sterownika mocy.

Sterownik jednofazowy składa się z elektronicznego układu wyzwolenia bramkowego i łącznika tyrystorowego(rodzaje pokazane wyżej)

Schemat blokowy jednofazowego sterownika mocy

41. Dla układu mostka trójfazowego sześciu-tyrystorowego narysować przebiegi napięcia i prądu na obciążeniu przy obciążeniu: R, RL dla zadanego kąta opóźnienia zapłonu (30, 60, 90 .

Rys 1. Obciążenie R - kat opóźnienia  = 30 Rys 2. Obciążenie RL - kat opóźnienia  = 30

Rys 3. Obciążenie R - kat opóźnienia  = 60 Rys 4. Obciążenie RL - kat opóźnienia  = 60

Rys 5. Obciążenie R - kat opóźnienia  = 90 Rys 6. Obciążenie RL - kat opóźnienia  = 90

Maksymalny kąt opóźnienia zapłonu wynosi 120 stopni

44. Narysować schemat mostka prostowniczego trójfazowego, zaznaczyć grupę anodową i katodową tyrystorów. Narysować przebieg prądu uzwojenia transformatora przy kącie =30.

Rys 1. Napięcie na tranfo- Obciążenie R - kat opóźnienia  = 0 Rys 2. Napięcie na trafo - Obciążenie R - kat opóźnienia  = 30

Rys 1. Napięcie na tranfo- Obciążenie RL - kat opóźnienia  =30 Rys 2. Napięcie na trafo - Obciążenie R - kat opóźnienia  = 60

45. Narysować impulsy wyzwalające kolejnych tyrystorów mostka prostowniczego trójfazowego na tle przebiegu trójfazowego dla kąta =60.

46. Narysować możliwe schematy połączeń obciążenia trójfazowego sterownika mocy.

19

---