Zakład Napędów Wieloźródłowych

Instytut Maszyn Roboczych Ciężkich PW

Laboratorium Elektrotechniki i Elektroniki

Ćwiczenie E1 – sprawozdanie

Prostowniki sterowane

Data wykonania ćwiczenia: 11.01.2013r

Zespół nr 3:

1. Witkowski Przemysław

2. Zawistowski Rafał

3. Wiąckiewicz Michał

4. Wojtasiak Przemysław

5. Wielgolaska Magdalena

6. Van Dessel Kamil

Wydział SiMR PW

Rok ak. 2012/2013

Semestr III

Grupa 2.8

1. Skalowanie przesuwnika fazowego generujÄ…cego impulsy wyzwalajÄ…ce tyrystory

Korzystając z oscyloskopowego odczytu położenia (na sinusoidzie wzorcowej) impulsu wyzwalającego, wyznaczyliśmy zależność kąta przewodzenia tyrystorów od działek przesuwnika, co przedstawia poniższa tabela i wykres zależności φ=f(n).

N	Działki	5	5,5	6	6,5	7	7,5	8	8,5
Ï•	[Ëš]	90	99	108	117	126	135	144	153

N	Działki	5	5,5	6	6,5	7	7,5	8	8,5
Ï•	[Ëš]	90	99	108	117	126	135	144	153
T1 Â	U [V]	4	4	8	12	18	28	43	70
	I [A]	3,5	3,5	6,5	11	17,5	27	43,5	57
T1+T2 Â	U [V]	6	7	10,5	20	30	42	55	75
	I [A]	5	6	9	18	29	48	68	106

Prostownik jednopołówkowy

Najprostszym prostownikiem jest pojedyncza dioda prostownicza wpięta w układ napięcia przemiennego. Pomimo prostoty takiego układu jest on bardzo rzadko stosowany z uwagi na występowanie dużego tętnienia napięcia wyjściowego. Dodatkowo, energia dostarczana przez źródło wykorzystywana jest tylko przez pół okresu - podczas drugiej połowy okresu napięcie jest po prostu blokowane i prąd w układzie nie płynie. Wprowadza to niesymetrię obciążenia układu prądu przemiennego, co jest niekorzystne dla sieci prądu przemiennego. Z powyższych powodów rozwiązanie stosowane tylko w układach niewielkiej mocy. Rozwiązanie to jest powszechnie stosowane w zasilaczach impulsowych małych mocy.

Na rys 1 przedstawiony jest najprostszy układ prostownika. U_g jest źródłem napięcia przemiennego, a R_L jest rezystancją reprezentującą obciążenie prostownika. W tym przypadku (rys. 2) źródłem napięcia wejściowego U_g jest napięcie zmienne takie jak na przykład w sieci 220V 50Hz, które jest obniżane na transformatorze sieciowym i podawane na diodę D. Tak, więc dla wejściowego napięcia sinusoidalnego o amplitudzie zdecydowanie większej od napięcia przewodzenia diody (0.6V) napięcie na obciążeniu U_L wygląda tak jak na rys. 2 (przebieg czerwony). Jak widać przez diodę przedostają się tylko dodatnie połówki sinusoidy, gdyż wówczas na anodzie diody jest wyższy potencjał niż na katodzie i dioda jest spolaryzowana w kierunku przewodzenia (oczywiście wtedy gdy U_g>0.6V). Można, więc powiedzieć, że jest to prostownik jednopołówkowy. Napięcie U_L występuje, więc jedynie przez połowę okresu napięcia wejściowego U_g.

rys. 1

rys. 2

Prostownik dwupołówkowy

Prostowniki dwupołówkowe umożliwiają wykorzystanie mocy źródła napięcia przemiennego przez cały okres. Napięcie wyjściowe takiego prostownika charakteryzuje się mniejszymi tętnieniami niż w przypadku prostowników jednopołówkowych. Jedyną wadą jest to, że układ elektryczny jest nieznacznie bardziej skomplikowany. Układ mostkowy, tzw. mostek Graetza, wykorzystuje cztery diody prostownicze, i pozwala na prostowanie napięcia z dowolnego źródła przemiennego. Istnieje również konstrukcja oparta na dwóch diodach, jednak wymaga ona specjalnego zasilania - uzwojenie wtórne transformatora musi być podzielone na dwie jednakowe części. Obecnie układy takie stosuje się niezwykle rzadko, ponieważ koszt dzielonego uzwojenia jest znacznie większy niż koszt diod użytych w układzie mostkowym.

Na rys. 3 przedstawiony jest układ prostownika. Jest to dwupołówkowy układ mostkowy. Tak zwany mostek złożony jest z diod D1, D2, D3, D4. Przebiegi napięcia wejściowego U_g i wyjściowego U_L przedstawione są na rys. 4. Dla dodatniej połówki sinusoidy sygnału wejściowego prąd (strzałki czerwone) popłynie przez diodę D1 do obciążenia R_L, dalej poprzez diodę D3 do źródła U_g. Następnie dla połówki ujemnej prąd (strzałki niebieskie) popłynie poprzez diodę D2 do obciążenia R_L jak widać zachowując ten sam kierunek przepływu prądu przez obciążenie jak dla połówki dodatniej, a następnie poprzez diodę D4 z powrotem do źródła U_g. W efekcie na wyjściu układu otrzymamy napięcie wyprostowane dwupołówkowo, co widać na przebiegu z rys. 4 (przebieg czerwony). Poziome odcinki pomiędzy połówkami sinusoidy są spowodowane spadkami napięć na przewodzących diodach. Warto zauważyć, że w układzie mostkowym dla obu kierunków sygnału wejściowego, z wejściem są połączone szeregowo dwie diody. Dlatego aby prąd zaczął płynąć do obciążenia napięcie U_g musi być większe od podwojonego napięcia przewodzenia diody (U_g>2·0.6V). Warto o tym pamiętać szczególnie przy projektowaniu zasilaczy.

Rys. 3

rys. 4

Prostowanie jednopołówkowe WNIOSKI:
Zmieniając przesuwnikiem działki, co za tym idzie - kąt przewodzenia tyrystora, można regulować napięcie i prąd wyprostowany na prostowniku jedno połówkowym. Zmniejszanie kąta przewodzenia sprawia że przebieg napięcia (przedstawiony na szkicach) jest zniekształconą sinusoidą. Moment w którym następuje skok napięcia jest momentem w którym tyrystor otrzymał na bramce sygnał i zaczął przewodzić prąd. Z wykresu zależności napięcia i natężenia od kąta przewodzenia wynika, że wzrost kąta otwarcia, zwiększa oba parametry. Gdy kąt φ będzie równy 180° to napięcie i natężenie będzie maksymalne - tyrystor będzie działał jak zwykła dioda. Obie krzywe powstałe z opcji "linia trendu - trend wielomianowy/kolejność 3" przypominają części sinusoid.

Prostownanie dwupołówkowe WNIOSKI:
Tak jak w przypadku prostownika jedno połówkowego, zmieniając działki na przesuwaczu można regulować wartości prądu i napięcia wyprostowanego na prostowniku dwu połówkowym. Widać również że w układzie występuje znikoma indukcyjność gdyż odcinki gdzie napięcie powinno być poziome, jest lekko nachylone. Z wykresów zależności napięcia i natężenia od kąta przewodzenia, można wysunąć podobne wnioski jak przy prostowaniu jedno połówkowym: wzrost kąta otwarcia, zwiększa prąd i napięcie. Porównując wyniki tabeli przy prostowaniu jedno połówkowym i dwu połówkowym widać, że w przypadku prostowania dwu połówkowego wartości prądu i natężenia są większe, jednak nie da się zauważyć dwukrotnego wzrostu tych wartości, ponieważ nie ma maksymalnego kąta otwarcia. Wartości te różnią się na tyle wyraźnie, by można było zauważyć różnicę przy prostowaniu jedno- i dwu- połówkowym. Gdy kąt φ będzie równy 180° to napięcie i natężenie będzie maksymalne - tyrystor będzie działał jak zwykła dioda. Obie krzywe powstałe z opcji "linia trendu - trend wielomianowy/kolejność 3" przypominają części sinusoid.