AGH , Wydz. EAIiE KATEDRA AUTOMATYKI NAPĘDU I URZĄDZEŃ PRZEMYSŁOWYCH	Imię , nazwisko : MIROSŁAW STĘPIEŃ
LABORATORIUM ENERGOELEKTRONIKI		Rok studiów : I I I
Kierunek : ELEKTROTECHNIKA C		Semestr : ZIMOWY
Temat ćwiczenia: FALOWNIKI NAPIĘCIOWE		Grupa : C
Data wykonania ćwiczenia:	Data zaliczenia sprawozdania :

Cel ćwiczenia :

Zapoznanie się z budową i zasadą działania pośredniego przemiennika częstotliwości.

Teoria :

Przekształtnik energoelektroniczny jest układem przekazującym energię elektryczną pomiędzy dwoma obwodami różniącymi się częstotliwością oraz wartością napięć i prądów.

Ogólnie przekształtniki możemy podzielić ze względu na:

• rodzaj sygnału jaki jest podawany na wejście układu i jaki otrzymujemy na wyjściu :

Sygnał		wejściowy
				stały DC	zmienny AC
wyjściowy	stały DC	przerywacz (czoper)	prostownik
		zmienny AC	falownik	przemiennik częstotliwości (cyklokonwerter)

• rodzaj źródła zasilania i charakter źródła wyjściowego :

• prądowe

• napięciowe

• sposób przekształcania źródeł :

• pośrednie

• bezpośrednie

• budowę :

• złożone

• proste

• możliwość oddawania energii do źródła :

• nawrotne

• nienawrotne

Przekształcenie źródła napięcia w źródło prądu :

1. Źródło napięcia ze sprzężeniem prądowym :

W krótkich okresach czasu nie jest źródłem prądowym , ale w długich możemy je za takie uznać.




2. Źródło napięcia z szeregowym elementem indukcyjnym wymuszającym przebieg prądu :

Dla małych okresów czasu układ ten realizuje źródło prądowe.




3. Źródło napięcia ze sprzężeniem prądowym i szeregowym elementem indukcyjnym wymuszającym przebieg prądu :

Poniższy układ łączy zalety dwóch poprzednich układów.





















































Problem nawrotności :

Przekazywanie energii od odbiornika do źródła wiąże się z kierunkiem przepływu prądu i zwrotem napięcia. Jeśli pod uwagę weźmiemy charakterystykę obciążenia :































To łatwo można zauważyć , że oddawanie energii do źródła jest możliwe tylko w drugim i czwartym kwadrancie. W pierwszym kwadrancie pracuje np. prostownik jednopołówkowy , w pierwszym i trzecim układ prostownika mostkowego.

Budowa i zasada działania przemiennika częstotliwości :


Schemat układu :

W układzie przedstawionym powyżej teoretycznie napięcia na poszczególnych fazach mogą przyjmować wartości { 0,
,
,
} napięcia zasilającego. Jednak praktyczna realizacja
U_zas nie jest możliwa ponieważ wymagałoby to fizycznego odłączenia jednej fazy odbiornika od obwodu , a w powyższym układzie nawet przy zamknięciu obu zaworów sterujących jedną fazą obwód zamknie się przez diodę zabezpieczającą przed nieciągłością prądu.

Najczęściej napięcia fazowe , które powinny mieć przebiegi sinusoidalne przybliża się przebiegami sześcioschodkowymi korzystając z wartości realizowanych przez układ :
U_zas,
U_zas .

Przebiegi czasowe napięcia fazowego (sześcioschodkowego) oraz napięcia międzyprzewodowego mogą być wyrażone za pomocą szeregów Fouriera :







przy czym dla n ≥ 1 n = 6i±1 , gdzie i - liczba naturalna


Stany przewodzenia łączników oraz przebiegi czasowe napięć fazowych i napięcia międzyfazowego falownika :

Przybliżenie napięcia sinusoidalnego przebiegiem sześcioschodkowym powoduje , że w sygnale pojawiają się wyższe harmoniczne. Współczynnik udziału podstawowej harmonicznej wynosi :




Przebieg prądu i jego wartość średnia zależy od rodzaju obciążenia. Dla obciążenia czysto indukcyjnego jest ona równa zeru , a dla silnika pracującego w zakresie hamowania prądnicowego przyjmuje wartość ujemną , powoduje to przepływ energii od odbiornika do źródła zasilania (w naszym przypadku energia ta byłaby wytracana w rezystorze R gdyż prostownik mostkowy uniemożliwia zwrot prądu). W tym przypadku czas przewodzenia diod zwrotnych , przypadający na półokres, jest większy niż tranzystorów. Dla odbiornika czysto rezystancyjnego diody nie biorą udziału w przewodzeniu prądu odbiornika. Prąd wejściowy falownika wykazuje tętnienia o częstotliwości sześciokrotnie większej niż napięcie wyjściowe.

Sterowanie :


Sterowanie silnika odbywało się za pomocą zmian parametrów napięcia zasilającego. Ogólnie napięcie zasilające pojedynczą fazę silnika możemy opisać wzorem :




Zmianę amplitudy A możemy uzyskać poprzez zmianę napięcia wejściowego falownika lub przy stałej wartości U_zas poprzez sterowanie kątów przewodzenia łączników CAM (z ang. conduction angle modulation) ,bądź poprzez regulacje szerokości impulsów PWM (z ang. pulse width modulation). Jednak zmiana amplitudy napięć zasilających silnik nie powoduje zmiany prędkości obrotowej silnika , a jedynie zmianę momentu krytycznego. Regulację prędkości obrotowej silnika możemy uzyskać poprzez zmianę pulsacji. Regulacja częstotliwości pociąga za sobą nie tylko zmianę prędkości , ale także zmianę strumienia .W większości przypadków pożądane jest zachowanie stałej wartości strumienia (jeżeli moment obciążenia jest stały, wzrost częstotliwości powoduje zmniejszenie się strumienia, co pociąga za sobą wzrost prądu obciążenia), dlatego regulując częstotliwość zmieniamy zwykle tak wartość napięcia zasilania by
Zmiana kąta ϕ nie wpływa na pracę silnika.

W ćwiczeniu do regulacji prędkości silnika wykorzystano następujący układ otwarty :

















































1

1

R_o

R_o

I_s

R_s

Pomiar prądu

I₂

I

I

t

t

I

I

R_o

I

R_o

t

R_z

I

R_o

I₂

R_o

I_s

R_s

Pomiar prądu

I

U

W

V

U

W8

W7

B

T₀

R

C₂

D₀

C₁

T_c

DŁ₂

DŁ₁

PR

U_ster

μP BLOK STEROWANIA

UON

UOJ

Sterowanie T_c

Blok wzmacniaczy W1−W6

4

5

6

3

2

1

Ł3

Ł4

Ł5

Ł6

Ł2

Ł1

Ł1

Stan

1

2

3

4

5

6

1

ωt

ωt

Ł4

ωt

Ł2

ωt

Ł5

ωt

Ł6

ωt

Ł3

ωt

U_U







ωt

U_W

ωt

U_V

ωt

U_UV

U_zas

2π/3

π

2π




ω_zs

ω

U_zas

Sterownik

ω_z

A_z

ϕ_z

dowolne

P

T₁

T₂

T₃

T₄

T₅

T₆

T₇

ϕ_z

A_z

ω_z

SA

ω_s

---