WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

Wydział Mechatroniki i Lotnictwa

ENERGOELEKTRONIKA

Badanie jednofazowego prostownika sterowanego

Prowadzący: dr inż. Wojciech Para

Wykonał:

st. szer. pchor. Paweł Kłosowski

st. szer. pchor. Arkadiusz Bańka

Grupa: A3E1S1

1. Wstęp teoretyczny

Tyrystorowy prostownik jednofazowy umożliwia regulację średniej wartości napięcia wyprostowanego U_dα0 poprzez zmianę kąta wysterowania α. Największą wartość napięcia wyprostowanego U_dα0 uzyskuje się, gdy α=0; prostownik sterowany pracuje wtedy tak samo, jak niesterowany. Średnią wartość napięcia wyjściowego prostownika U_dα, przy kącie wysterowania α, określa zależność:

$$U_{d} = \frac{\sqrt{2} \bullet U_{V0}}{\pi}\left( 1 + \cos\alpha \right)$$

Przebieg prądu wyjściowego i_d­ prostownika zależy od indukcyjności obwodu wejściowego L_T oraz dławika wygładzającego L_w. Na rysunku 3.7e pokazano przebieg prądu wyprostowanego gdy L_w=0 i L_T=0; na rysunku 3.7d widać, że zastosowanie dławika L_w powoduje zmniejszenie wartości szczytowej i przedłużenie czasu przepływu prądu w obwodzie wyjściowym prostownika.

1. Przebieg ćwiczenia

W celu wykonania badania podłączyliśmy moduł ST270 zgodnie ze schematem

Schemat przedstawia podłączenie układu aby zbadać prostownik tyrystorowy jednofazowy jednopołówkowy.

Schemat przedstawia podłączenie układu aby zbadać prostownik tyrystorowy jednofazowy dwupołówkowy.

1. POMIARY I WYNIKI OBLICZEŃ

Z obliczonych danych uzupełniliśmy danymi obliczonymi wykorzystując następujące wzory:

V_rms = 0, 707 • V_max

E_m = 1, 414 • V_rms

$$T = \frac{\alpha \bullet 10ms}{180}$$

$$V_{\text{dc}} = \frac{E_{m}\left( 1 + \cos\alpha \right)}{2\pi}$$

$$I_{\text{dc}} = \frac{V_{\text{dc}}}{R_{L}}$$

P_dc = I_dc • V_dc

Prostownik tyrystorowy jednofazowy jednopołówkowy

Wejściowy napięcie zmienne	Kąt wysterowania	Średnie napięcie na wyjściu na obciążeniu
In(Vrms)	In (Vm)	In [ ° ]
10,9	15,4	0
		36
		72
		90
		144
		162

Średnie prąd na obciążeniu	Średnia moc na wyjściu
Zmierzony (Io) [mA]	Obliczony (Idc) [mA]
0,53	0,40
0,51	0,38
0,39	0,25
0,31	0,21
0,04	0,02
0,01	0,00

tab 1. Tabela zbiorcza wykonanych pomiarów oraz wyników obliczeń.

rys 1. Wykres napięcia podawanego przez zasilanie.

Rys 2. Wykres napięcia podawanego przez prostownik przy kącie przesterowania 0 st.

rys 3. Wykres napięcia wyprostowanego przy kącie przesterowania 90 st.

Prostownik tyrystorowy jednofazowy dwupołówkowy

Wejściowy napięcie zmienne	Kąt wysterowania	Średnie napięcie na wyjścu na obciążeniu
In(Vrms)	In (Vm)	In [ ° ]
14,4	20,4	0
		36
		72
		126
		162

Średnie prąd na obicążeniu	Średnia moc na wyjściu
Zmierzony (Io) [mA]	Obliczony (Idc) [mA]
1,44	1,11
1,35	1,02
1,09	0,74
0,28	0,21
0,02	0,01

tab 2. Tabela zbiorcza wyników pomiarów oraz obliczonych matematycznie.

Rys 4. Wykres podawanego napięcia na wejście układu.

Rys 5. Wykres napięci przy przesterowaniu 0 st.

Rys 6. Wykres przedstawiający napięcie przy przesterowaniu 72 st.

W celu sprawdzenia pomiarów i wyników stworzony został model prostownika tyrystorowego jednofazowego jednopołówkowego w pakiecie Simulink programu MATLAB.

Rys. 7 Schemat wykorzystywany w pakiecie Simulink

Wyniki zebrane są przy kącie przesterowania 30 st.

Rys. 8. Wykresu pochodzące ze Scope przedstawiające różne przebiegi

Rys. 9 Wykres napięcia przesterowanego o kąt 30 st.

Rys 10. Wykresy przedstawiające przebiegi przy przesterowaniu 170 st.

Rys. 11. Wykres napięcia zebrany przy kącie 170 st. i rezystancji tyrystora 0.001 Ohms.

Rys. 12. Wykres napięcia zebrany przy kącie 170 st. i rezystancji tyrystora 70 Ohms.

1. Wnioski

Na podstawie przeprowadzonych badań, pomiarów i obliczeń stwierdziliśmy, że podczas dodatniej półfali tyrystor przewodzi. Podczas ujemnej półfali tyrystor jest blokowany. Dodatkowo, kształt prądu tyrystora powtarza kształt napięcia na obciążeniu.

Porównując wyniki obliczeń zmierzonych oraz obliczonych zachodzi pewna rozbieżność. Może ona wynikać z niedoskonałości pomiarów oraz elementów przewodzących.

W prostowniku jednopołówkowym jest wykorzystany jeden tyrystor zatem tylko dodatnia część podawanego napięcia sinusoidalnego została przesterowana. Wraz ze zmianą kąta przesterowania, co wykonywane było za pomocą zapalania tyrystora.

Z pomiarów wynika, tak jak z teoretycznymi danymi , że największe napięcie prądu jest gdy kąt wysterowania wynosi 0 st. Skutkiem tego jest, że im większy jest kąt wysterowania tym mniejsze napięcie jest przewodzone aż osiągnie 0. Wraz ze spadkiem napięcia na wyjściu obciążenia spada prąd oraz średnia moc wyjściowa. Te parametry są od siebie uzależnione matematycznie (wg. wzorów powyżej). Napięcie zmierzone na obciążeniu jest zależne od napięcia podawanego na wejście oraz parametrów tyrystora.

Z parametrami tyrystora wiąże się również pewna zależność zauważalna na wykresach wykonanych za pomocą pakietu Simulink. Na rysunku 11 i 12 można zauważyć pewna różnicę przy części dolnej wykresu. Przy rezystancji własnej tyrystora wynoszącej 0.001 Ohm wykres u podstawy jest prawie prostoliniowy zaś przy rezystancji 70 Ohm podstawa jest płynąca, nie prostoliniowa. Ponadto, zachodzi zmiana napięcia przewodzącego.

W prostowniku tyrystorowym jednofazowym dwupołówkowym wykorzystane zostają dwa tyrystory, co powoduje pojawienie się dwóch dodatnich połówek sinusoid. Zależność przy przewodzeniu jest podobna co do prostownika jednopołówkego. Wraz ze wzrostem kąta wysterowania napięcie spada dążąc do prostoliniowego przebiegu.