Laboratorium

Energoelektroniki

Prowadzący: mgr inż. Marcin Zygmanowski

Sekcja 2:

Legutko Piotr

Czudaj Adam

Mazurkiewicz Seweryn

Szymczak Marek

Matyja Norbert

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zasadą działania tranzystorowego falownika prądowego z równoległym obwodem rezonansowym, metodami sterowania mocy wyjściowej, charakterystykami sterowania mocy wyjściowej.

2. Przebieg ćwiczenia

R = 3.5 Ω

L = 260μH

C = 248nF

U [V]	f [kHz]	Iwy [A]	P [W]
7,6	7,48	0,5	3,8
14,8	13,44	0,5	7,4
25,1	15,24	0,5	12,55
35	16,23	0,5	17,5
45	16,89	0,5	22,5
55	17,61	0,5	27,5
57,2	18,65	0,5	28,6
54,7	18,93	0,5	27,35
50	19,08	0,5	25
44,1	19,51	0,5	22,05
38,5	19,92	0,5	19,25
31	20,16	0,5	15,5
25	20,83	0,5	12,5
19,9	21,45	0,5	9,95
15	22,02	0,5	7,5
10,5	23,36	0,5	5,25
5,5	26,17	0,5	2,75
2,5	37,31	0,5	1,25

Tabela pomiarowa dla R = 7 Ω

Współczynnik tłumienia:

α = R/2L = 13461,5

Pulsacja drgań nietłumionych:

Pulsacja drgań własnych:

Dobroć obwodu obciążenia:

Charakterystyka napięcia od częstotliwości U=f(f)

Charakterystyka mocy od częstotliwości P=f(f)

U [V]	f [kHz]	Iwy [A]	P [W]
5,1	4,93	0,5	2,55
9,9	5,85	0,5	4,95
15,1	14,93	0,5	7,55
20,1	15,53	0,5	10,05
25	15,92	0,5	12,5
35	16,56	0,5	17,5
45,2	17,13	0,5	22,6
50,1	17,24	0,5	25,05
60,2	17,36	0,5	30,1
69,9	17,6	0,5	34,95
77,5	17,73	0,5	38,75
82,1	17,86	0,5	41,05
89,8	17,99	0,5	44,9
95,1	18,11	0,5	47,55
100	18,38	0,5	50
95,9	18,79	0,5	47,95
90,1	19,08	0,5	45,05
84,1	19,18	0,5	42,05
76	19,3	0,5	38
70	19,46	0,5	35
65	19,7	0,5	32,5
60	19,78	0,5	30
55,1	19,84	0,5	27,55
50	20	0,5	25
46	20,08	0,5	23
40	20,32	0,5	20
35,1	20,41	0,5	17,55
27,5	20,75	0,5	13,75
20	21,36	0,5	10
10	22,72	0,5	5
5	25,9	0,5	2,5
2,5	34,72	0,5	1,25

Tabela pomiarowa dla R = 3.5 Ω

Współczynnik tłumienia:

α = R/2L = 6730,7

Pulsacja drgań nietłumionych:

Pulsacja drgań własnych:

Dobroć obwodu obciążenia:

Charakterystyka napięcia od częstotliwości U=f(f)

Charakterystyka mocy od częstotliwości P=f(f)

Zdjęcie 1. Napięcie na zasilaniu przy ½ częstotliwości rezonansowej.

Zdjęcie 2. Napięcie na zasilaniu przy częstotliwości rezonansowej.

Zdjęcie 3. Napięcie na zaworze przy częstotliwości rezonansowej.

Zdjęcie 4. Napięcie na zaworze przy ½ częstotliwości rezonansowej.

Zdjęcie 5. Napięcie na zaworze przy ½ częstotliwości rezonansowej.

Szeregowo równoległy obwód rezonansowy.

R = 3.5 Ω

L = 260μH

C = 248nF

Impedancja Z widziana z zacisków A-B:

Moduł impedancji Z widzianej z zacisków A-B:

Charakterystyka modułu impedancji Z w funkcji pulsacji ω.

3. WNIOSKI:

Na ćwiczeniu badaliśmy tranzystorowy falownik równoległy rezonansowy. Falownik taki zbudowany jest zazwyczaj z czterech tranzystorów wykonawczych (zaworów), czterech diod odcinających, i szeregowo-równoległego obwodu rezonansowego (składający się z odbiornika RL i równoległego kondensatora rezonansowego C). Obwód ten pełni ważną rolę. Przełączanie zaworów rozpoczyna się załączeniem nieprzewodzącej pary tranzystorów, na których panowało dodatnie napięcie. Powoduje to ujemną polaryzację diod odcinających w dotychczas przewodzących gałęziach i ich wyłączenie. Prąd zostaje przejęty przez gałęzie następujące. W praktyce załączanie tranzystorów odbywa się z dość dużymi stratami energii zależnymi m.in. od parametrów dynamicznych diod odcinających. Bramki tranzystorów sterowane są napięciem prostokątnym, więc napięcie wyjściowe ma kształt podobny do sinusoidalnego w zależności od częstotliwości przełączeń zaworów. Jeżeli taki przebieg podamy na gałąź szeregowo-równoległą RLC i częstotliwość pierwszej harmonicznej będzie taka jak częstotliwość rezonansowa (zawory przełączane, gdy napięcie U przechodzi przez zero) to prąd w tej gałęzi będzie miał kształt prostokątny. Napięcie i prąd będą w fazie. Przełączanie zaworów można uznać za najkorzystniejsze. Tranzystory MOSFET w falownikach pracują w dwóch stanach:

1 - załączony (rezystancja rzędu miliomów)

2 - wyłączony (rezystancja rzędu setek megaomów).

Straty mocy w tych statycznych punktach pracy są niewielkie. Największe straty pochodzą z momentów przełączania, ponieważ wtedy tranzystor wchodzi w liniowy obszar pracy (stosunkowo duży prąd i duże napięcie).

Poprzez zmianę częstotliwości możemy również regulować mocą wyjściową. Dzieje się tak, ponieważ zmieniając częstotliwość zmieniamy przesunięcie fazowe między prądem a napięciem a co za tym idzie, moc czynna. W pierwszym przypadku dla R=7Ω częstotliwość rezonansowa wyniosła 18,65 kHz. Moc czynna była wtedy maksymalna i wyniosła 28,6 W. Dobroć obwodu obciążenia przy pulsacji ω₀ wyniosła 4,63.

W drugim przypadku dla R=3,5Ω częstotliwość rezonansowa wyniosła 18,38 kHz. Moc czynna była wtedy maksymalna i wyniosła 50W. Dobroć obwodu obciążenia przy pulsacji ω₀ wyniosła 9,25. Można stwierdzić ze zmiana rezystancji w gałęzi obciążenia wpływa dość znacząco na dobroć gałęzi obciążenia. Im wyższa rezystancja tym dobroć obwodu jest mniejsza. Układ badaliśmy dla dwóch różnych wartości rezystancji. Dla mniejszej wartości rezystancji uzyskaliśmy uzyskaliśmy większą moc. Spowodowane było to większymi stratami statycznymi tranzystorów.

---