Akademia Górniczo-Hutnicza W Krakowie ZAKŁAD ELEKTROTECHNIKI				Zespół: Jacek Paluch Maciej Paśniewski Marcin Łobos Tomasz Pękala Tomasz Piotrowicz Anna Perschke Wiktoria Różak
LABORATORIUM ENERGOELEKTRONIKI
Wydział: EAIiE	Rok akademicki: 2003/2004			Rok studiów: III	Kierunek: Elektrotechnika		Grupa: A
Temat ćwiczenia: 3-fazowy tranzystorowy falownik napięcia z modulacją impulsową.
Data wykonania: 06.11.2003			Data zaliczenia:			Ocena:

W ćwiczeniu zajmowaliśmy się badaniem falownika napięciowego, zasada działania falownika polega na odpowiednim załączaniu faz odbiornika zasilanych napięciem stałym.

Podstawy schemat falownika:

jak widać z powyższego schematu falowniki używane są przy zamianie energii przesyłanej prądem stałym na energię 3fazową ma to zastosowanie przy ograniczaniu strat przesyłowych oraz umożliwia sprzęganie różnych systemów energetycznych pracujących na innych parametrach bowiem na wyjściu falownika możemy uzyskać pożądane przez nas napięcie i częstotliwość.

Schemat budowy falownika trójfazowego.

Za przełączenie są odpowiedzialne tranzystory (IGBT, BIT, MOSFET) lub tyrystory (tyrystor wyłączany prądem bramki, nie stosuje się tyrystorów SCR).

Na wyjściu falownika powstaje fala prostokątna o dużej zwartości wyższych harmonicznych. Jest to największa wada omawianych urządzeń, dlatego stosuje się sposoby eliminacji tego niepożądanego efektu np. poprzez odpowiednią modulacje -modulacja impulsowa.

2. Zasada działania falownika

Jak widać na schemacie każdy z wyłączników jest połączony przeciwrównolegle z diodą, cykliczne przełączanie łączników Ł₁ Ł₂ i Ł₃ Ł₄ powoduje uzyskanie napięcia przemiennego na odbiorniku. Diody zwrotne zapewniają oddanie energii zgromadzonej w polu elektrycznym odbiornika podczas wyłączania jednej z par przewodzących co zapobiega przepięciom łączeniowym.

przebiegi napięć na fazach falownika:

Napięcie U_AB = U_AN-U_BN.

Rozwinięcie przebiegu „square wave” w szereg Fouriera i obliczenie pierwszej harmonicznej

Ponieważ funkcja jest nieparzysta współczynnik a_n = 0

U_d=400V

Pierwsza harmoniczna
=

Badanie silnika indukcyjnego połączonego z przetwornicą częstotliwości Danfoss VLT 5011

Schemat układu:

Przetwornica Danfoss VLT 5011 zasila silnik asynchroniczny. Do pierwszej fazy podłączono urządzenie do pomiaru prądu LEM LA 25NP. Między pierwszą a drugą fazę podłączono oscyloskop poprzez separator dzielący napięcie w stosunku 1:100. Przetwornica ma możliwość wprowadzania danych silnika z jakim będzie współpracować lub może dobrać je automatycznie dokonując pomiaru wielkości schematu zastępczego maszyny, umożliwia ustawienie częstotliwości pracy.

Przebiegi zarejestrowane na oscyloskopie podczas współpracy przetwornicy z silnikiem.

1. Falownik z układem HEF4752- STEROWANIE FALĄ PROSTOKĄTNĄ

1. U=15V

f=90Hz

sterowanie dodatnimi impulsami napięciowymi.

2. U=8V

f=90Hz

sterowanie dwubiegunowymi impulsami napięcia. Sztuczny punkt zerowy

3. U=14V

f=90Hz

Napięcie międzyprzewodowe. Generowanie prądu poprzez dodatnie zerowe i ujemne impulsy napięciowe, przez połowę okresu prąd jest wymuszany przez napięcie dodatnie co wywołuje jego szybki skok następnie napięcie spada do zera, prąd zaczyna wtedy maleć zaś po załączaniu ujemnego napięcia maleje gwałtowniej i zaczyna szybko narastać w przeciwną stronę.

d. U=10V

f=90Hz

Napięcie w fazie odbiornika połączonego w gwiazdę. Wymuszenie napięciem zmiennym(schodkowym) w celu wyeliminowania harmonicznych-przebieg prądu na wyjściu jest bardziej zbliżony do sinusoidalnego.

5. U=10V

f=90Hz

Widzimy tutaj przebieg napięcia „schodkowego” po przecałkowaniu go przez kondensator 1F. Ładowanie i rozładowywanie kondensatora powoduje wygładzenie przebiegu napięciowego.

6. U=6V

f=90Hz

Zwiększenie pojemności kondensatora do 4,7mF spowodowało uzyskanie przebiegu napięciowego bliskiego sinusoidalnemu.

FALOWNIK Z UKŁADEM HEF4752 I MODULACJĄ

1. U=15V

f=70Hz

Na przebiegu obserwujemy napięcie modulowane spolaryzowane dodatnio.

2. U=8V

f=70Hz

Sztuczny punkt zerowy. Modulacja dodatnimi i ujemnymi impulsami napięciowymi.

3. U=15V

f=70Hz

Napięcie międzyprzewodowe. Wymuszenie modulowaną falą prostokątną, z przerwą rzędu 0,5ms miedzy dwoma półokresami w której napięcie jest zerowa.

4. U=10V

f=70Hz

Napięcie na fazie odbiornika połączonego w gwiazdę. W pełni zmodulowana fala napięciowa, schodki fali zmieniają się w przybliżonym stopniu jak sinusoida.

5. U=10V

f=70Hz

Zmodulowana fala po przecałkowaniu pojemnością 1F, schodkowy przebieg uległ złagodzeniu.

6. U=8V

f=70Hz

Zwiększenie pojemności spowodowało do wygładzenia przebiegu napięcia, które teraz przybrało sinusoidalny kształt.

PRZETWORNICA CZĘSTOTLIWOŚCI DANFOS VLT 5011

1. U=500V

I=13,6A

f=30Hz

Silna modulacja zapewnia gładkość przebiegu napięciowego i mniejszą zawartość harmonicznych.

2. U=600V

I=12A

f=100Hz

Zmniejszenie modulacji, środek przebiegu prądowego ma napięcie o stałej wartości, co owocuje bardziej postrzępionym przebiegiem napięciowym.

3. U=500V

I=12A

f=60Hz

Dalsze zmniejszenie modulacji, obszar o stałej wartości napięcia rozszerzył się.

4. U=500V

I=26A

f=60Hz

Autor zastrzega sobie możliwość wystąpienia błędów w powyżej podanych wartościach na skutek błędów odczytu i niedokładności kserografu.

WNIOSKI

Falowniki są urządzeniami mającymi szerokie zastosowanie w przemyśle, całkowicie wyparły z rynku sterowanie tradycyjnymi metodami, umożliwiają regulacje prędkości przy stałym momencie co ma duże znaczenie w sterowaniu napędami pracującymi przy dużym momencie rozruchowym a chcemy uniknąć dużych prądów jakie podczas takiego rozruchu by niechybnie wystąpiły. Mają również zastosowanie do łączenia różnych systemów energetycznych o różnych parametrach prądowo napięciowych. Wadą falowników jest to iż napięcie jakie uzyskujemy na odbiorniku jest w znacznym stopniu zanieczyszczone przez wyższe harmoniczne walczy się z tym poprzez odpowiednią modulacje napięcia tak by przebieg prądu na odbiorze był jak najbardziej zbliżony do fali sinusoidalnej i tym samym zawierał jak najmniej harmonicznych. Stosuję się metodę sinusoidalnej modulacji szerokości impulsów, metodę bezpośredniego kształtowania prądu w układach nadążnych, metodę eliminacji harmonicznych.

U_AN

U_A0

U_BN

U_CN

U_AS

U_AB

τ₁

τ₂

τ₄

τ₃

τ₅

τ₅

τ₆

U_d

U_d/2

-U_d/2

t

t

t

t

t

t

U_d

2U_d/3

U_d/3

_T/2

T

U_d

-U_d

π 2π

U

ωt

---