| Numer ćw.: | Nazwa wydziału: | Ocena: |
|---|---|---|
| 1 | Wydział Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej | |
| Grupa stud. / grupa lab. | ||
| 31e | Nazwa przedmiotu: | |
| Data wykonania ćw.: | Elektroenergetyka | |
| 16.11.2010 | Temat ćw: | Podpis: |
| Data oddania: | Badanie falowników | |
| Skład zespołu (podkreślić osobę odpowiedzialna za wykonanie sprawozdania) | ||
Chyc Bartłomiej Kulma Kamil Filipek Piotr Krawiec Wojciech Leśniak Piotr |
1.Wstęp teoretyczny:
Falownik napięcia jest urządzeniem przetwarzającym stałe napięcie (z którego jest zasilany) na napięcie przemienne którego częstotliwość wyjściowa a także wartość skuteczna jest regulowana. Podstawowym zastosowaniem falowników jest regulacja prędkości obrotów w elektrycznych silnikach prądu zmiennego. Falowniki bardzo dobrze sprawdzają się podczas rozruchu tychże silników. Zastosowanie falownika zapewnia jednocześnie szereg funkcji dodatkowych miedzy innymi: zabezpieczenie przeciw przeciążeniu oraz zwarciom w obwodach silnika.Ze względu na ilość faz napięcia wyjściowego, falowniki dzielimy na:
1. falowniki jednofazowe
2. falowniki trójfazowe
3. wielofazowe o dowolnej ilości faz(specjalnego przeznaczenia)
Falowniki napięciowe są obecnie najczęśniej stosowanymi układami elektroenergetycznymi. Źródłem energii wejściowej w tego typu falownikach jest naładowany kondensator.
We współczesnych falownikach stosowana jest metoda modulacji szerokości impulsów, dzięki której możemy kształtować przebieg sygnały wyjściowego
2. Schemat budowy falownika jednofazowego:
3. Zasada działania falownika jednofazowego:
W badanym falowniku tranzystory przewodzą parami(T1 z T4 oraz T2 z T3). Na wyjściu generowane jest napięcie o przebiegu prostokątnym. Analizując wykres oscyloskopu widzimy że w pierwszym przedziale czasowym, napięcie i prąd mają wartości ujemna a więc przewodzi para tranzystorów T2 i T3. Po tym czasie tranzystory T2 i T3 zostają wyłączone. Następnie napięcie zmienia się skokowo z wartości ujemnej na dodatnią. W przedziale czasowym T2 płynie ujemny prąd obciążenia zamykający się przez diody D1 i D4 który zmierza do zera. W następnej fazie zaczynają przewodzić tranzystory T1 i T4. Wartość prądu oraz napięcia odbiornika są dodatnie. Po upływie czasu T3 następuje wyłączenie tranzystorów T1 i T4. Wartość napięcia zmienia się skokowo z dodatniego na ujemny. W przedziale czasowym T4 prąd odbiornika zamyka się przez diody D2 i D3 i posiada wartość dodatnią. Gdy prąd obciążenia osiągnie wartość zero, zaczyna przewodzić para tranzystorów T2 i T3. Badane napięcie i prąd będą miały wartości ujemne. Cykl pracy falownika rozpoczyna się na nowo.
4. Schemat budowy falownika trójfazowego:
Falownik trójfazowy stosowany jest przede wszystkim do sterowania prędkością obrotową silników trójfazowych asynchronicznych. Sterowanie to wymaga zmiany napięcia i częstotliwości wyjściowej falownika. Aby utrzymać stałą wartość momentu silnika wymagane jest utrzymanie stałej wartości U/f na wyjściu falownika. Aby falownik generował napięcie o kształcie prostokątnym to tranzystory muszą być wysterowane do przewodzenia przez pół okresu pracy sterownika. Załączanie każdego tranzystora znajdującego się równoległej gałęzi na tym samym poziomie opóźnione jest o kąt 120 stopni np. załączenie tranzystora T3 opóźnione jest o 120 stopni a tranzystora T5 o 240 stopni w stosunku do tranzystora T1.
5. Analiza przebiegu prądu i napięcia wyjściowego falownika z modulacją szerokości impulsów PWM
Modulacja szerokości impulsu polega na zmianie szerokości impulsu napięcia wyjściowego, jednocześnie nie zmieniając jego amplitudy. Napięcie wyjściowe jest ciągiem impulsów o stałej amplitudzie i zmiennej szerokości. Szerokość każdego kolejnego impulsu jest uzależniona od punktu przecięcia sygnału piłokształtnego z sygnałem sterującym sinusoidalnym. W przedziale czasowym, w którym wartość sygnału sterującego jest dodatnia(T1) w naszym przypadku przewodzą tylko tranzystory T1 i T4. W momencie kiedy tranzystory T1 i T4 przestają przewodzić, wartość napięcia wyjściowego zmienia się na ujemną, wtedy prąd odbiornika w niewielkim stopniu zmniejsza się zamykając się w obwodzi poprzez diody D2, D3 i kondensator. W przedziale czasowym w którym wartość sygnału sterującego przechodzi na wartość ujemną zaczynają w układzie przewodzić Tranzystory T2,T3 na przemian z diodami D2, D3. Poprzez regulację wartości amplitudy sygnału sterującego mamy możliwość płynnej regulacji wartości skutecznej napięcia wyjściowego. Częstotliwość sygnału piłokształtnego powinna być przynajmniej kilka naście razy większa od częstotliwości przebiegu sterującego.
Wnioski:
Falowniki posiadające modulację szerokości impulsu nie muszą być zasilane przez prostowniki sterowane w calu zmiany wartości skutecznej napięcia wyjściowego. Uzyskane w ten sposób napięcie wyjściowe charakteryzuje się dużo mniejszą zawartością harmonicznych niż w falowniku bez modulacji.