SPRAWOZDANIE

	POLITECHNIKA LUBELSKA W LUBLINIE
		Wydział: ELEKTROTECHNIKI I INFORMATYKI
		Laboratorium Energoelektroniki
		Skład zespołu: 1. Paweł Tylus 2. Piotr Szwaczkiewicz 3. Bartosz Śledź	Rok akademicki: 2009/2010		Grupa: ED.5.5
				Data wykonania: 01.03.2010
Temat ćwiczenia: PROSTOWNIKI STEROWANE TRÓJPULSOWE		Ćwiczenie nr. 3	Ocena:

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zobrazowanie na ekranie oscyloskopu wymienionych w skrypcie pojęć, definicji i właściwości podstawowej jednostki komutacyjnej. Ponadto celem było ugruntowanie wiadomości nabytych w trakcie wykładu jak również samodzielnego studiowania literatury z zakresu konwersji mocy prądu przemiennego na obwód prądu stałego o regulowanej wartości średniej napięcia DC, z możliwością zmiany znaku tego napięcia.

WYKONANIE ĆWICZENIA

Podczas ćwiczenia laboratoryjnego nie udało się przeprowadzić wszystkich planowanych pomiarów. Przeprowadzono tylko po kilka pomiarów charakterystyk obciążenia oraz charakterystyk sterowania. Wszystkie obserwacje i pomiary były przeprowadzone w układzie jak poniżej, na rysunku numer 1.

Rys.1 Schemat układu połączeń do badania przekształtnika tyrystorowego.

1. Wyznaczenie charakterystyki sterowania prostownika trójpulsowego.

W tym punkcie dokonano pomiarów wskazań mierników dla różnych wartości kąta opóźnienia wysterowania tyrystorów α.

Tabela 1 Wyniki pomiarów charakterystyki sterowania.

V1	α	V2	V3	A1	A2	A3	A4
V	^o	V	V	A	A	A	A
42	0	49	49	0,16	0,2	4	4
42	30	48	49	0,14	0,12	4	4
42	60	47	48	0,14	0,12	4	4
42	90	35	41	0,14	0,1	2	2
42	120	15	22	0,1	0	0,5	0,01
42	150	5	9	0,04	0	0	0

OZNACZENIA:

A1, A3, V2 - mierniki magnetoelektryczne.

A2, A4, V1, V3 - mierniki elektromagnetyczne.

W - wyłącznik obciążenia prostownika.

Charakterystyka sterowania zostanie narysowana jako zależność
gdzie
- jest to wartość skuteczna napięcia wyprostowanego pomierzona woltomierzem V3.

Rys.2 Charakterystyka sterowania prostownika trójpulsowego.

2. Wyznaczanie charakterystyki obciążenia dla charakteru odbiornika typu RL.

Pomiary przeprowadzone zostały w układzie połączeń jak na rysunku 1, poprzez pomiar wartości prądów i napięć jak w poprzednim punkcie utrzymując stałą wartość kąta α, i regulując wartość obciążenia które miało charakter RL.

Tabela 2 wyniki pomiarów do wyznaczenia charakterystyk obciążenia dla różnych wartości α.

V1	α	V2	V3	A1	A2	A3	A4
V	^o	V	V	A	A	A	A
42	0	48	47	0,3	0,7	1,1	1,2
42			47,5	47	0,5	0,75	1,5	1,5
42			47	47	0,7	1,15	1,7	1,7
42			47	47	1,2	1,2	3,1	3,15
42		30	49	42	0,52	0,46	0,2	0,2
42			49	42	0,52	0,9	0,6	0,35
42			48,5	42	2,05	2,05	0,8	0,52
42			48	42	3,2	3,1	1,2	0,75
42			48	42	3,3	3,9	1,8	1,15
42		60	40	43	0,29	0,4	0,8	0,8
42			39	43	0,36	0,6	1,1	1,1
42			38	43	0,41	0,7	1,2	1,2
42			37	43	0,47	0,9	1,4	1,45
42			37	43	0,5	1,1	1,6	1,7
42			37	43	0,7	1,7	2,8	2,5
42			37	43	0,95	1,75	2,9	2,8
42		90	36	42	0,01	0,05	0,1	0,1
42			35	42	0,14	0,25	0,2	0,25
42			34	42	0,16	0,45	0,5	0,5
42			34	42	0,26	0,55	0,8	0,7
42			34	42	0,34	0,6	1,3	1,4

Na podstawie otrzymanych wyników pomiarów sporządzamy charakterystyki obciążenia, a więc zależność
, gdzie
- to wartość pomierzona woltomierzem V2, natomiast
- to wartość odczytywana z amperomierza A2.

Rys.3 Wykresy charakterystyk obciążenia otrzymane z uzyskanych pomiarów.

Z powodu zbyt skąpych pomiarów, a więc i otrzymanych na ich podstawie charakterystyk trudno jest wyciągnąć jakiekolwiek sensowne wnioski. Tym bardziej, że pomiary nie były zbyt dokładne o czym świadczą otrzymane wykresy, które raczej w niezbyt dużym stopniu zgadzają się z teoretycznymi zależnościami. W związku z tym osiągnięcie postawionego celu ćwiczenia opierając się o otrzymane dane jest raczej nie wskazane gdyż można by wysunąć błędne wnioski. Dlatego postaram się w dalszej części sprawozdania naświetlić badane zagadnienia komutacji korzystając z dostępnej literatury.

Proces komutacji

Komutacją w układach tyrystorowych nazywa się zjawisko przejmowania przewodzenia prądu odbiornika od jego zaworu przez zawór drugi. W zależności od tego czy w procesie komutacji uczestniczą tyrystory dwóch czy też większej ilości kolejnych faz rozróżnia się komutację prostą, pojedynczą oraz komutację złożoną, wielokrotną.

Komutacja złożona występuje tylko w stanach zwarcia przekształtników. Wartości prądu odbiornika jest wtedy wielokrotnie większa niż wartości prądu znamionowego. Komutacja prądu odbywa się pod wpływem napięcia komutacyjnego będącego różnicą chwilowych wartości napięć źródłowych dwóch komutujących faz. Przewodzenie prądu przejmuje wtedy tyrystor o wyższym napięciu anodowym. Proces komutacji nie przebiega w sposób natychmiastowy. Dzieje się tak, ponieważ w obwodach komutujących ze sobą występuje indukcyjności. Są one nazywane indukcyjnościami komutacyjnymi L_k . W ich skład wchodzą przede wszystkim indukcyjności rozproszenia transformatora przekształtnikowego linii zasilającej. Na indukcyjnościach tych indukują się siły samoindukcji przeciwstawiające się napięciom anodowym tyrystorów. Powodują one obniżenie wartości napięcia komutacyjnego oraz średniej wartości napięcia wyprostowanego przekształtnika.

Rys.6 Proces komutacji (Odbiornik RL).

Komutacja prądu między tyrystorami przebiega dzięki temu, że w obwodzie tyrystora rozpoczynającego przewodzenie napięcie wymuszające przepływ prądu jest większe niż w obwodzie z tyrystorem kończącym pracę. Zanik jakiegokolwiek impulsu bramkowego podczas pracy falownikowej doprowadza do awarii układu.

Obwody biorące udział w komutacji prostej przedstawić można tak jak zostało to zrobione na poniższym rysunku.

Rys.4 Proces komutacji w prostowniku sterowanym trójpulsowym.

W przedstawionym obwodzie występuje narastanie prądu w gałęzi z tyrystorem T₂ i zanik prądu w ramieniu z tyrystorem T₁ . Przy założeniu że indukcyjności komutacyjne L_k w obydwu gałęziach mają takie same wartości, napięcie chwilowe na odbiorniku wynosi:

Czas trwania komutacji i odpowiadający mu kąt komutacji μ zmienia się w zależności od kąta opóźnienia załączenia tyrystorów α. . Dzieje się tak dlatego iż różnym wartością kąta α odpowiadają różne wartości napięcia komutacyjnego. Z przebiegów czasowych napięć i prądów przedstawionych na powyższych przebiegach zaobserwować można iż napięcie komutacji przybiera największą wartość dla α=90^o . Największa wartość kąta komutacji występuje natomiast przy maksymalnym wysterowaniu przekształtnika, czyli dla kąta α równego 0^o . Kat komutacji dla α=90^o nazywany jest początkowym kątem komutacji. Jest on oznaczony symbolem μ₀ .

Na poniższym rysunku przedstawiona została zależność kąta komutacji μ od kąta opóźnienia wysterowania tyrystorów:

Rys.5 Charakterystyka zależności kąta komutacji w funkcji kąta opóźnienia wysterowania.

Kąt komutacji zależy proporcjonalnie od wartości indukcyjności komutacyjnej L_k oraz od wartości komutowanego prądu I_d . Wraz z ich wzrostem wzrasta również kąt komutacji. Kąt komutacji nie przekracza w praktyce wartości 30^o .

Z przyczyn opisanych wcześniej, na skutek procesów komutacyjnych maleje wartość średnia napięcia wyprostowanego. Wartość średnią spadku napięcia wyprostowanego wyznaczyć można za pomocą wzoru:

Δ

gdzie: g jest to liczba równolegle połączonych jednostek komutacyjnych, pomiędzy które rozkłada się prąd I_d.

W wyniku procesów komutacyjnych przebieg czasowy napięcia wyjściowego przekształtnika u_d zwiera składowe komutacyjne. Wpływają one na spektrum wyższych harmonicznych napięcia wyjściowego.

Wartość kąta komutacji uwzględnić należy również przy wyznaczaniu maksymalnego kąta załączenia tyrystorów podczas pracy falownikowej. Warunek poprawnej pracy falownikowej można sformułować następująco:

α_min = π - μ - δ

lub

β_min = μ + δ

Charakterystyka sterowania

Rys.7 Charakterystyka sterowania - przejście od pracy prostownikowej do falownikowej.

WNIOSKI

Prostownikami są nazywane układy energoelektroniczne, służące do przekształcania napięć przemiennych w napięcia stałe (jednokierunkowe). Z reguły są zasilane napięciami sinusoidalnymi jedno- lub trójfazowymi. Przebieg czasowy napięcia wyjściowego jednokierunkowego, zwanego napięciem wyprostowanym składa się z odpowiednich wycinków napięć sinusoidalnych zasilających prostownik.

W prostownikach sterowanych zasilające napięcia przemienne są doprowadzane w ściśle określonych przedziałach czasu, do odbiornika prądu stałego, poprzez tyrystory. Sterując fazowo tyrystory uzyskuje się bezstopniową regulację napięcia i prądu wyprostowanego. W zależności od wartości kąta załączania tyrystorów oraz od rodzaju odbiornika prostowniki sterowane mogą przekazywać energię w kierunku od linii zasilającej do odbiornika (stan pracy prostownikowej), lub w kierunku przeciwnym (stan pracy falownikowej).

Pomimo swych zalet prostowniki sterowane mają również swe wady. Główną wadą jest negatywne oddziaływanie na sieć zasilającą, poprzez pobieranie mocy biernej i generację wyższych harmonicznych prądu.

7

---