27.11.2012r.

Politechnika Śląska Wydział Elektryczny

Laboratorium z Energoelektroniki

„Tyrystorowy regulator napięcia przemiennego”

Grupa dziekańska 1

Sekcja 4:

Marek Kaleta

Bartłomiej Klama

Piotr Raczek

Mateusz Słota

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z:

• budową, zasadą działania oraz podstawowymi właściwościami tyrystorowych regulatorów napięcia przemiennego z komutacją sieciową

• przebiegami czasowymi odpowiednich napięć i prądów,

• podstawowymi pojęciami.

Wprowadzenie

Regulator napięcia przemiennego jest urządzeniem energoelektronicznym, w którym zachodzi przekształcanie energii elektrycznej źródła napięcia przemiennego sieci zasilającej na energię elektryczną napięcia przemiennego o tej samej wartości częstotliwości i ilości faz , ale o regulowanej wartości skutecznej napięcia .Regulacja wartości skutecznej napięcia wyjściowego jest realizowana poprzez sterowanie fazowe lub impulsowe tyrystorów urządzenia.

Układ pomiarowy

1 2 3

Graf nr 1 obowiązuje gdy zostanie podany impuls załączający dla tyrystora nr 1 tzn. gdy ωt zrówna się z zadaną wartością kąta załączania α_z

Graf nr 2 obowiązuje w pierwszej fazie pracy układu gdy nie płynie prąd a całe napięcie odkłada się na tyrystorach.

Graf nr 3 jest dla przypadku gdy zaniknie prąd tyrystora nr przewodzi tyrystor nr 2 – w ujemnej półfali napięcia zasilania.

Tabele pomiarowe

a) Obciążenie RL

α	U	I	P	S	λ
°	V	A	W	VA	-
175	2,2	0	0,02	0	0
163	16,4	0,065	0,16	1,066	0,150094
155	19,9	0,17	0,64	3,383	0,189181
140	38,3	0,51	5,4	19,533	0,276455
120	68,1	1,3	27	88,53	0,304981
110	82,8	1,79	51	148,212	0,344102
90	107,4	2,83	112	303,942	0,368491
80	127,3	3,83	180	487,559	0,369186
60	134,3	4,35	210	584,205	0,359463
0	134,4	4,35	210	584,64	0,359195

b) Obciążenie R

α	U	I	P	S	λ
°	V	A	W	VA	-
175	0,5	0	0,07	0	0
150	15,2	1,1	18,3	16,72	1,094498
135	31,2	2,3	56	71,76	0,780379
115	58,4	4,3	111	251,12	0,44202
95	83,7	6,3	212	527,31	0,402041
85	94,6	7,1	250	671,66	0,372212
40	127,6	9,7	420	1237,72	0,339334
20	132	10	456	1320	0,345455
0	132,3	10	461	1323	0,34845

S=U*I λ=P/S

Charakterystyki napięcia, prądu obciążenia, mocy czynnej i pozornej, współczynnika mocy w zależności od kąta załączenia tyrystorów

Dla obciążenia RL wartość napięcia na odbiorniku jest stała do 60°, następnie maleje. Dla obciążenia R napięcie maleje wraz ze zmianą kąta załączenia.

Dla obciążenia RL wartość prądu na odbiorniku jest stała do 60°, następnie maleje. Dla obciążenia R prąd maleje wraz ze zmianą kąta załączenia.

Pomiar mocy czynnej P pobieranej przez obciążenie, odczytywany z wyświetlacza oscyloskopu, mierzony za pomocą funkcji MATH(mnożenie).Moc zmierzona jest iloczynem wartości średniej okresu (T).

Pomiary mocy są wynikiem błędnej nastawy oscyloskopu(przebieg nie mieścił się na ekranie oscyloskopu) co spowodowało błędny pomiar mocy, wiąże się to z niewłaściwym obliczeniem współczynnika mocy.

Przebiegi z oscyloskopu dla różnych kątów załączenia tyrystorów i różnego obciążenia odbiornika

Przebiegi napięcia, prądu, mocy na odbiorniku przy kącie załączenia 60° i obciążeniu RL

Przebieg napięcia jest przesunięty w fazie względem przebiegu prądu, jest to spowodowane obecnością indukcyjności w obciążeniu. Przebieg mocy ma dwukrotnie większą częstotliwość niż pozostałe przebiegi. Do kąta załączenia 60° przebiegi nie ulegają zmianie co oznacza że jest to kąt krytyczny.

Przebiegi napięcia, prądu, mocy na odbiorniku przy kącie załączenia 163° i obciążeniu RL (Samoczynne wyłączenie tyrystora)

Przebiegi napięcia, prądu, mocy na odbiorniku przy kącie załączenia 40° i obciążeniu R

Moc dla obciążenia R przyjmuje dodatnie wartości. Jest to spowodowane tym, że prąd i napięcie są ze sobą w fazie.

Przebiegi napięcia, prądu, mocy na odbiorniku przy kącie załączenia 150° i obciążeniu R

Przebiegi z oscyloskopu dla różnych kątów załączenia tyrystorów i obciążenia odbiornika

Zrzut z oscyloskopu obrazujący samoczynne wyłączenie tyrystorów powodując przy tym przepięcia

Porównanie przebiegów z oscyloskopu przy różnych obciążeniach odbiornika i tym samym kącie załączenia 120°

Przebiegi napięcia na tyrystorach, prądu i mocy na odbiorniku przy kącie załączenia 120° i obciążeniu RL

Przebiegi napięcia na tyrystorach, prądu i mocy na odbiorniku przy kącie załączenia 120° i obciążeniu R

Widoczna jest różnica w przebiegu napięcia ze względu na indukcyjność obciążenia.

Przebiegi napięcia i prądu na tyrystorach przy tym samym kącie załączenia tyrystorów a różnym obciążeniu odbiornika

Przebiegi napięcia na tyrystorach i prądu na tyrystorze T₂ przy kącie załączenia 120° i obciążeniu RL

Przebiegi napięcia na tyrystorach i prądu na tyrystorze T₂ przy kącie załączenia 120° i obciążeniu R

Przebiegi napięcia i prądu na tyrystorze T₂ przy kącie załączenia 30° i obciążeniu RL

Przebiegi napięcia i prądu na tyrystorze T₂ przy kącie załączenia 30° i obciążeniu R

Przy obciążeniu RL występuje niewielkie napięcie na tyrystorze poniżej kąta krytycznego.

Wnioski

Analizując charakterystyki w funkcji kąta załączenia α_z możemy stwierdzić, że:

• Wartość napięcia na odbiorniku maleje wraz ze wzrostem kąta załączenia tyrystorów

• Podobnie prąd na odbiorniku maleje lecz wartość prądu zależy od impedancji odbiornika

• Ponieważ moc czynna została zmierzona nie właściwie przez błędną nastawę oscyloskopu ( przebieg nie mieścił się na ekranie oscyloskopu) nie jesteśmy w stanie poprawnie wywnioskować jak zachowuje się moc w stosunku do kąta załączania, możemy jedynie stwierdzić że moc czynna maleje bo maleje zarówno napięcie i prąd wraz ze wzrostem kąta załączania

Analizując zrzuty przebiegów z oscyloskopu można stwierdzić, że:

• Na podstawie zrzutu z przepięć występujących na tyrystorze, możemy powiedzieć że w momencie gdy prąd płynący przez tyrystor spadnie poniżej wartości prądu jego podtrzymania, tyrystor samoczynnie się wyłącza co powoduje przepięcie na nim

• Wartość mocy przy obciążeniu R jest dodatnia ponieważ napięcie i prąd na odbiorniku są ze sobą w fazie

• Różnice w przebiegach napięcia na różnych obciążeniach wynikają z indukcyjności odbiornika

• Przebiegi dla obciążenia RL poniżej kąta załączenia 60° nie ulegają zmianie co znaczy że jest to kąt krytyczny

• Wraz ze wzrostem kąta załączenia skraca się czas przepływu prądu przez obciążenie

• Poniżej kąta krytycznego układ zachowuje się jakby nie było tyrystorów, napięcie na nich wynosi 0, natomiast prąd płynie nie przerwanie, ponieważ impuls prądu bramki tyrystorów posiada odpowiednio dobraną szerokość