POLITECHNIKA POZNAŃSKA INSTYTUT ELEKTROTECHNIKI I ELEKTRONIKI PRZEMYSŁOWEJ Zakład Energoelektroniki i Sterowania
Laboratorium Elektroniki i Energoelektroniki Temat nr 2: 1 - fazowe regulatory tyrystorowe napięcia przemiennego.
Wydział Elektryczny Studia stacjonarne Kierunek Elektrotechnika Nr grupy : E1-2 Grupa ćwiczeniowa: 1
Uwagi :

1. Schemat pomiarowy.

Rysunek .Schemat pomiarowy 1-fazowego regulatora tyrystorowego napięcia przemiennego.

2. Tabela pomiarowa.

Tabela . Tabela pomiarowa dla 1-fazowego regulatora tyrystorowego napięcia przemiennego przy obciążeniu R.

L.p	Rodzaj obciążenia	αZ	U1	Ppl	Pp	I	U	λ	η
-	-	[º]	[V]	[W]	[W]	[A]	[V]	-	-
1	R	0	222	840	830	3,8	220	0,996	0,988
2		20		820	815	3,7	220	0,998	0,994
3		40		780	770	3,6	215	0,976	0,987
4		60		680	670	3,4	200	0,901	0,985
5		80		550	540	3,0	175	0,826	0,982
6		100		400	380	2,6	150	0,693	0,950
7		120		220	215	1,9	110	0,522	0,977
8		140		80	70	1,0	60	0,360	0,875
9		160		20	20	0,3	18	0,300	1,000
10		180		5	-	-	-	-	-

Tabela . Tabela pomiarowa dla 1-fazowego regulatora tyrystorowego napięcia przemiennego przy obciążeniu RL.

L.p	Rodzaj obciążenia	αZ	U1	Ppl	Pp	I	U	λ	η
-	-	[º]	[V]	[W]	[W]	[A]	[V]	-	-
1	RL	0	222	620	610	3,2	220	0,873	0,984
2		20		620	610	3,2	220	0,873	0,984
3		40		590	580	3,2	215	0,831	0,983
4		50		540	535	3,0	210	0,811	0,991
5		65		460	450	2,7	200	0,767	0,978
6		80		360	350	2,4	185	0,676	0,972
7		95		260	250	2,0	165	0,586	0,962
8		110		170	160	1,6	140	0,479	0,941
9		125		80	80	1,15	110	0,313	1,000
10		140		35	27,5	0,6	70	0,263	0,786
11		155		10	2,5	0,25	34	0,180	0,250

Gdzie: α_Z - kąt załącznaia

U₁ – napięcie na wejściu układu

P_pl – moc pobierana z sieci

P_p – moc czynna odbiornika

I – prąd odbiornika

U – napięcie odbiornika

λ – współczynnik mocy

η – sprawność układy regulatora

3. Wzory i przykładowe obliczenia.

• Obliczenie współczynnika mocy:

$$\lambda = \frac{P_{\text{pl}}}{P_{\text{sl}}}$$

Gdzie:

P_sl – moc pozornie pobierana z sieci

P_sl = U₁ • I

• Obliczenie sprawności układu regulatora:

$$\eta = \frac{P_{p}}{P_{\text{pl}}}$$

Przykładowe obliczenia:

• Dla układu z obciążeniem R dla kąta załączania α_Z=60º

$$\lambda = \frac{P_{\text{pl}}}{P_{\text{sl}}} = \frac{P_{\text{pl}}}{U_{1} \bullet I} = \frac{680}{222 \bullet 3,4} = 0,901\ $$

$$\eta = \frac{P_{p}}{P_{\text{pl}}} = \frac{670}{680} = 0,985$$

• Dla układu z obciążeniem RL dla kąta załączania α_Z=80º

$$\lambda = \frac{P_{\text{pl}}}{P_{\text{sl}}} = \frac{P_{\text{pl}}}{U_{1} \bullet I} = \frac{360}{222 \bullet 2,4} = 0,676\ $$

$$\eta = \frac{P_{p}}{P_{\text{pl}}} = \frac{350}{360} = 0,972$$

4. Charakterystyki.

• Charakterystyka napięcia odbiornika od kąta załączania:

• Charakterystyka prądu odbiornika od kąta załączania:

• Mocy czynnej odbiornika od kąta załączania:

• Współczynnika mocy od kąta załączania:

• Sprawności układu regulacji od kąta załączania:

5. Interpretacja zdjęć przebiegów.

Podczas pomiarów wykonywaliśmy zdjęcia jako rejestracje otrzymywanych na ekranie oscyloskopu przebiegów napięcia i prądu na odbiorniku.

• 1-fazowy regulator tyrystorowy napięcia przemiennego przy obciążeniu R i kącie załączania α_Z=0º

Odbiornik jest czysto rezystancyjny czyli nie ma przesunięcia fazowego pomiędzy napięcie i prądem (w chwili załączenia tyrystora faza napięcia i prądu jest identyczna). Kąt załączenia wynosi α_Z=0º i jest identyczny dla obu tyrystorów, kąt wyłączenia tyrystorów α_W=π. Wynika z tego, że przewodzenie regulatora jest ciągłe.

• 1-fazowy regulator tyrystorowy napięcia przemiennego przy obciążeniu R i kącie załączania α_Z=100º

Na drugim zdjęciu odbiornik jest również czysto rezystancyjny czyli nie ma przesunięcia fazowego pomiędzy napięcie i prądem (w chwili załączenia tyrystora faza napięcia i prądu jest identyczna). Kąt załączenia wynosi α_Z=100º i jest identyczny dla obu tyrystorów, kąt wyłączenia tyrystorów α_W=π. Wynika z tego, że każdy z tyrystorów regulatora przewodzi przez α_P= α_W - α_Z = =180º -100º=80º.

• 1-fazowy regulator tyrystorowy napięcia przemiennego przy obciążeniu R i kącie załączania α_Z=160º

Zdjęcie to jest ostatnim przebiegiem dla przypadku odbiornik rezystancyjnego. Kąt załączenia wynosi α_Z=160º i jest identyczny dla obu tyrystorów, kąt wyłączenia tyrystorów α_W=π. Wynika z tego, że każdy z tyrystorów regulatora przewodzi przez α_P= α_W - α_Z = 180º -160º=20º.

• 1-fazowy regulator tyrystorowy napięcia przemiennego przy obciążeniu RL i kącie załączania α_Z=40º

Odbiornik jest rezystancyjno-indukcyjny czyli przewodzenie po zmianie znaku napięcia na nim przejmuje cewka. Dlatego aby regulator działał poprawnie kąt załączania musi większy niż kąt krytyczny. W naszym przypadku kat krytyczny wynosi około 30º. Dla tego przypadku kąt załączenia wynosi α_Z=40º i jest identyczny dla obu tyrystorów.

• 1-fazowy regulator tyrystorowy napięcia przemiennego przy obciążeniu RL i kącie załączania α_Z=80º

W tym przypadku mamy również odbiornik RL. Kąt przewodzenia wynosi α_Z=80º. Na przebiegu napięcia, po wyłączeniu tyrystora widać oscylacje. Są one związane z pojemnością przewodów i sondy pomiarowej.

• 1-fazowy regulator tyrystorowy napięcia przemiennego przy obciążeniu RL i kącie załączania α_Z=140º

Także i w ostatnim przypadku mamy odbiornik RL. Kąt przewodzenia wynosi α_Z=140º. Na przebiegu napięcia, po wyłączeniu tyrystora widać oscylacje. Są one związane z pojemnością przewodów i sondy pomiarowej.

6. Wnioski.

W przeprowadzonym przez nas ćwiczeniu badaliśmy jednofazowy regulator tyrystorowy napięcia przemiennego. Przeprowadziliśmy badania dla dwóch rodzajów odbiornika: rezystancyjnego i rezystancyjno-indukcyjnego.

Z otrzymanych charakterystyk zauważamy, że napięcie na odbiorniku maleje wraz ze wzrostem kąta załączania. Dodatkowo zauważamy że charakter odbiornika nie wpływa znacząco na wartość napięcia na odbiorniku.

Prąd na odbiorniku również maleje wraz ze wzrostem kąta załączania, lecz w tym przypadku charakter odbiornika ma wpływ na wartości prądu i dla odbiornika RL wartości są mniejsze niż dla R. jednak dla odbiornika RL, na przebiegach zarejestrowanych na oscyloskopie, zauważamy iż prąd jest przewodzony przez dłuższy czas niż przy odbiorniku R. Spowodowane jest to z przejęciem przewodzenia przez cewkę, w której podczas przewodzenia przez tyrystor gromadzi się energia.

Charakterystyka mocy odbiornika jest podobna do charakterystyki prądu. Wynika to z tego, że moc jest iloczynem napięcia i prądu.

Na następnej charakterystyce przedstawiony jest współczynnik mocy który wraz ze zwiększaniem kąta załączania maleje jego wartość i dla odbiornika RL jest on niższy niż dla odbiornika R.

Sprawność układu regulacji dla obu przypadków jest taka sama. Przy większych kątach załączania zauważyć można błędy pomiarowe. Spowodowane były one problemami z odczytaniem małych wartości prądu i napięcia.

Z zdjęć na których przedstawione są przebiegi z oscyloskopu dla kilku przypadków można zauważyć jak wyglądają przebiegi napięcia i prądu na odbiorniku. Dla odbiornika R czyli czysto rezystancyjnego nie ma przesunięcia między napięciem i prądem. W tym przypadku jest możliwe przewodzenie dla kąta równego 0º. W przypadku takiego obciążenia regulator przewodzi tylko do czasu gdy napięcie na tyrystorze, który akurat przewodzi zmieni znak. Dla przypadku odbiornika RL przewodzenie jest dłuższe o czas w jakim energie zgromadzona w cewce rozładowuje się. Dla takiego obciążenia prąd jest mniejszy niż dla odbiornika R, ale czas przewodzenia jest większy. W przypadku odbiornika RL zauważamy również w momencie wyłączenia oscylacje na przebiegu napięcia. Jest ono związane z pojemnościami przewodów i sondy pomiarowej.

Dla odbiornika RL należy również zaznaczyć, że kąt załączenia musi być większy niż kąt krytyczny. W przypadku gdy ten warunek nie będzie spełniony istnieje ryzyko, że przewodził będzie tylko jeden tyrystor w regulatorze, ponieważ pierwszy tyrystor będzie jeszcze przewodził, dzięki cewce, w czasie gdy wystąpi impuls załączający drugi tyrystor. Jeżeli jednak impuls załączający będzie odpowiednio długi to załączenie drugiego tyrystora może wystąpić.