Prostowniki sterowane jednofazowe

I Teoria:

Wszystkie urządzenia elektryczne muszą być zasilane. Najdogodniejsze jest zasilanie wprost z sieci energoelektrycznej, bezpośrednio lub za pośrednictwem transformatora. Znaczna część urządzeń wymaga jednak zasilania napięciem stałym. Używa się wtedy zasilaczy napięcia (bądź prądu) stałego. Zasilacz taki składa się zazwyczaj z transformatora sieciowego, prostownika i filtru. Na tych zajęciach laboratoryjnych z energoelektroniki skupiliśmy się na jednej z tych grup urządzeń, a mianowicie na prostownikach, a w szczególności na prostownikach sterowalnych tyrystorowych.

W wielu układach regulacji automatycznej lub sterowania urządzeń przemysłowych, głównie dużej mocy, istnieje konieczność ciągłego nastawiania wartości wyjściowego napięcia bądź prądu. W poprzednim ćwiczeniu zmienić te wartości mogliśmy tylko poprzez zmianę przekładni transformatora lub poprzez dołączanie dodatkowych rezystorów łączonych szeregowo z obciążeniem. Najdogodniejszą metodą zmiany tych parametrów wyjściowych jest zastosowanie elementów sterowanych np. tyrystorów.

Prostowniki tyrystorowe budowane są w tych samych konfiguracjach co prostowniki diodowe, ale z tą różnicą, że te oparte na tyrystorach można sterować i zmieniając chwilę załączenia tyrystora, regulować można wartość średnią napięcia wyprostowanego. Dodatkowo do zasilania odbiorników o charakterze rezystancyjno-indukcyjnym lub indukcyjnym stosowane są często prostowniki z diodą zerową. Dioda zerowa włączana jest równolegle do obciążenia, tak, aby była spolaryzowana w kierunku zaporowym.

II Układ pomiarowy:

III Wyniki:

Obciążenie R

Lp.	P1	V1[d]	A1[d]	A2[d]	A3[ŚR]	A4(d]	A5[ŚR]	V2(ŚR]	V3(d]	P2
1 2 3 4 5 6	440 420 300 140 50 20	220	4.3 4 3.2 2.2 1.5 1.1	4.7 4.5 3.8 2.5 1.2 0	2.8 2.4 1.6 0.8 0.1 0	4.9 4.5 3.8 2.5 1 0	2.9 2.7 1.85 1 0.35 0	21 20 17 12 5 0	52 47 33 17 6 0	380 340 240 100 40 0

Obciążenie RL

Lp.	W1	V1~	A1~	A2~	A3 -	A4~	A5 -	V2-	V3~	W2
1 2 3 4	300 220 100 20	220	3.5 3 2 1.5	3.7 3.2 1.9 0.7	2 1.8 0.8 0.2	3.5 3.1 1.9 1.1	2.25 1.8 0.9 0.1	21 19 14 7	40 33 17 7	200 180 40 0

Obciążenie RL+D

Lp.	W1	V1~	A1~	A2~	A3 -	A4~	A5 -	V2-	V3~	W2
1 2 3 4 5	380 320 200 100 40	220	3.7 3.6 2.7 1.9 1.3	4 3.8 2.9 1.9 0.6	2.4 2.2 1.4 0.6 0.1	4.1 3.9 3 1.9 0.6	2.9 2.7 1.9 1.1 0.35	21 21 18 13 5	52 49 34 20 6	280 260 160 60 0

Współczynnik mocy:

Gdzie P - moc czynna, S - moc pozorna liczona

Współczynnik tętnień jest charakteryzowany poprzez współczynnik kształtu napięcia i jest to stosunek wartości skutecznej do średniej napięcia wyprostowanego.

Obliczenia:

Moc czynna P	Moc pozorna S	Wsp. Mocy zasilania ψ	Wsp. Kształtu ku	Wsp. Kształtu ki
R
380 340 240 100 40	102.9 90 64.6 30 5	3.7 3.77 3.7 3.33 8	2.48 2.35 1.94 1.42 1.2	1.68 1.66 2.05 2.5 2.8
RL
200 180 40	73.5 58.9 26.6	2.72 3.05 1.50	1.90 1.73 1.21	1.4 1.72 2.1
RL+D
280 260 160 60	86.1 81.9 54 24.7	3.25 3.17 2.96 2.42	2.48 2.33 1.88 1.53	1.41 1.44 1.57 1.72

Wzór na obliczanie wartości średniej napięcia

Wzór na obliczanie wartości skutecznej napięcia

U w obliczeniach jest równe U_zas/4.

dany	Mierzone		Liczone
0	21	52	38,89087	24,77126
	20	47	37,93427	22,40813
	17	33	32,3931	16,2205
	12	17	21,5362	8,569517
	5	6	8,558907	2,374728
	0	0	0	0

Wnioski

Porównując wyniki uzyskane w poszczególnych układach można zauważyć, że napięcia skuteczne wyprostowane wypunktowane od największych wartości występują kolejno w układzie RL+D, R i RL, napięcia średnie w kolejności RL, RL+D, R. Największe moce wydzielały się na układzie z obciążeniem R, później RL+D i RL. Współczynniki kształtu prądu przebiegają dokładnie odwrotnie do współczynników kształtu napięcia. Kolejne uzyskane wartości dla R, RL i RL+D przebiegają coraz mniej stromo. Wartości napięć skutecznych i średnich mierzonych oraz obliczonych nieznacznie odbiegają od siebie. Jak widać na wykresach, wartości co prawda nie pokrywają się, ale przebiegają w niewielkiej odległości. Wprowadzenie diody w obwód prostownika znacznie poprawia jego przebieg, oraz powoduje „bezpieczniejszą” i bardziej stabilną pracę układu. Układ z obciążeniem rezystancyjnym mógł pracować w większym zakresie kąta wysterowania niż pozostałe układy.

---