Tyrystorowy układ prostowniczy 3T obciążony RLE- przewodzenie ciągle

schemat ideowy układu

schemat zastępczy dla przewodzenia pojedynczego tyrystora.

Wartość napięcia wyprostowanego wyraża zależność -wartości średnia

gdzie: dz- kat opóźnienia wysterowania tyrystorów

- kat załączania tyrystora

Wartość średnia prądu odbiornika

wartość skuteczna napięcia i prądu obliczone sa zgodnie z wzorami definicyjnymi:
;

Zakres sterowalności tyrystora
przy czym

Oraz Ud>0 praca prostownikowa.

Wartość Ud<0 praca falownikowa;
to Ud=0

- kat wyprzedzenia wysterowania tyrystorów

Minimalny katwyprzedzenia w pracy falownikowej zabezpieczający przed przewrotem falownika musi spełnić równanie

Gdzie
-kat komutacji;
- kat odpowiadający czasowi wyłączania tyrystora

Nie spełnienie tego warunku uniemożliwia wyłączenie, odzyskanie przez przewodzący tyrystor właściwości blokowania przed punktem komutacji roboczej w pracy falownikowej, tyrystor będzie przewodzili nadal, ale pracował pod wpływem napiec Ud+E

Dla pracy prostownikowej prąd płynie, gdy

* charakterystyka regulacyjna opisująca zależność

Tyrystorowy układ prostownikowy 3T obciążony -RLE - przewodzenie przerywane

Schemat taki sam jak poprzednio

_{w =
p} +
_z

_w f(
_w,tgφ,e^w)

jeśli
_z rośnie
_w rośnie.

U_zmsin (ωt +
_z) =E
Ri + ωL

Wartość srednia napiecia wyprostowanego

U_d=

-wzór definicyjny

wartoś srednia prądu

I_d=

-wzór definicyjny

Wartośc skuteczna prądu i napiecia obliczone są ze wzoru

I=
; U=

W obliczeniach przybliżonych tgφ=1, impuls prądu można aproksymowac dodatnim półokresem

Sinusoidy o wartości maksymalnej i_max i czasie trwania α_p

I=
-

Tyrystorowy układ prostownikowy 3T obciążony RL - przewodzenie ciągłe.

Przebiegi napięcia:

Przebiegi prądu:

Równanie napięciowe:

Wartość średnia napięcia wyprostowanego definiujemy z :

Wartość średnia prądu: wzór definicyjny

Wartości skuteczne napięcia i prądu liczymy ze wzorów:

Charakterystykę regulacyjną opisuje zależność:

Tyrystorowy układ prostownikowy ST obciążony RL - przewodzenie przerywane

Równanie napięciowe obwodu w ustalonym stanie pracy ma postać:

Wartość średnia napięcia na odbiorniku:

gdzie:

α _z - kąt opóźnienia wysterowania tyrystorów

- kąt załączenia tyrystorów

wartość średnia prądu

wartość skuteczna prądu i napięcia obliczana jest ze wzorów

;

W obliczeniach przybliżonych dla tgφ
1 impuls prądu moża aproksymować dodatnią półfalą sinusoidy opisywaną wzorem:

Komutacja w tyrystorowych układach prostowniczych.

W skutek występowania indukcyjności w obwodach prądowych fazowych przejmowanie obciążenia od zaworu kończącego przewodzenie przez zawór rozpoczynający przewodzenie nie może odbywać się skokowo. Występuje przedział czasu, w którym jednocześnie przewodzą dwa zawory, zawierające źródło zasilania. W przedziale tym następuje oddawanie energii pola rozproszenia z obwodu zaworu kończącego przewodzenie i gromadzenie energii w obwodzie zaworu występującego do pracy.

Proces ten nazywa się komutacja (przetłaczanie się zaworów (diód). Gdy jednocześnie przewodzą zawory 2 faz ma miejsce komutacja prosta zwana pojedyncza. Jeżeli w procesie uczestniczą zawory 3 lub więcej faz ma miejsce komutacja złożona. Czas trwania komutacji, czyli czas, gdy prąd płynie przez dwie fazy nazywamy katem komutacji.

Dla układu prostego (2 fazowego można ułożyć następującego równania:

Układ komutacji prostej może być zastąpiony układem równoważnym, w którym napięcie źródła jest równe średniej arytmetycznej napiec komutacyjnych faz a indukcyjności L_K są połączone równolegle.

Wartość chwilowa napięcia wyprostowanego w czasie komutacji:

Dla uproszczenia zależności opisujących proces komutacji przyjmuje się założenie, że indukcyjność obciążenia
oraz
, wtedy:

Komutacja zmienia przebiegi a tym samym powoduje:

Obniżenie wartości średniej napięcia wyprostowanego

Wzrost współczynnika kształtu napięcia wyprostowanego

Wydłużenie czasu przewodzenia prądu przez zawór

Zmniejsza wartość skuteczna prądu uzwojenia

Zmniejszenie sztywności zewnętrznej prostownika

FALOWNIK NAPIECIA

Działanie falownika:

Tyrystory załączone sa parami T1-T3; T2-T4

Dla +Uz:T1,T4odblokowany, -Uz (rozładowanie energii D2 Uz,D3)

Dla drugiej pary:

+Uz: T2, obc T3, -Uz (rozładowanie D1,Uz,D4)

Układ zbudowany jest z 4 zaworów z pełni sterowalnych, cykliczne przełączenia T1-T4 oraz T2-T3 powoduje ze napięcie „u” na obciążniku ma przebieg prostokątny a przebieg prądu odbiornika zależy od charakterystyki obciążenia i przy obciążeniu RL ma on charakterystykę wykładniczą.

Falownik wymaga zasilania ze źródła napięcia stałego o stałej wartości Uz chcąc załączyć następną parę tyrystorów należy wyłączyć parę dotychczas przewodzących. Jest to, zatem typowa komutacja dwustopniowa. Przy obciążeniu, RL wymagane sa diody zwrotne 1-4.

Bocznikujące zawory- umożliwiają one wymianę energii ze źródłem zasilania.

Stabilizacji napięcia średniego dokonuje się za pomocą C

FALOWNIK PRADOWY

Falownik zbudowany jest z tyrystorów jednokrotnych, zasilanie układu ze źródła prądowego - dołączony dławik zapewnia wygładzanie prądu (ciągłość)

W wyniku cyklicznego przełączania par zaworów T1-T4,T2-T3 prąd odbiornika ma przebieg (prawie) prostokątny. Równolegle z obciążeniem wyłączony jest kondensator, który poza pełnieniem roli komutacyjnej dla tyrystorom stanowi źródło energii biernej dla odbiorników o dowolnym charakterze. Dlatego tez stosowane diod zwrotnych jest tutaj zbędne. Reaktancja pojemnościowa kondensatora musi być zawsze większa od reaktancji odbiornika, aby komutacja przebiegała prawidłowo- jest to, zatem komutacja jednostopniowa.

Napięcie wyjściowe takiego falownika silnie zależy od wartości charakteru obciążenia - wada tego układu

Tyrystorowy sterownik napiecia przemiennego sterowany fazowo symetrycznie obciążony RL

Strowniki nap przemiennego -przeznaczone są do płynnej bezstopniowej regulacji wartości wartości skutecznej napiecia czyli wartości skutecznej prądu i tym samym mocy czynnej odbiornika zwykle skaluje steruje się tyrystorami tak aby wartośc średnia napiecia wyjściowego była równa zero. Działanie sterowanych układów nap przemiennego jest takie same jak działanie sterowanych układów prostownikowych.

Układy -schematy obwodów głownych

Układ odwrotnie równoległy -oba tyrystory przewodza naprzemiennie a kazdy jest obciążony prądem o wartości róznej półokresowej wartości średniej prądu odbiornika

dzielonej przez 2 i wartości średniej
razy mniejszej od wartości skutecznej pradu odbiornika. Przy obciążeniu RL tyrystory wymagają ochrony przepięciowej

b),c) Sterowniki o układzie mostkowym -stosowane do odbioru małej mocy dla b)obiązenie płynie tyrystor w obu półokresach -obciażenie prądowe tyrystora jest 2razy większe w porównaniu z układem z odwrotnie równoległym

Tyrystor wyłacza się przy koncu każdego polokresu gdy jego prad przewodzenia zmniejsza się poniżej pradu podαtrzymywania. Zaletami b) jest prostszy układ, prostsze sterowanie , nie wystepowanie nap. Wstecznego -ochrona przepięciowa zbędna i lepsze wykorzystanie tyrystora (prąd )

Wadą jest zwiekszenie strat mocy . Dla c) obciążenie prądowe takie samo jak ukł a)

Wspolny potencjał katod upraszcza układ wyzwalania tyrystorów.

d) Sterownik symistorowy (???) -najprostszy obwód głowny jak i układ sterowania i najmniejszy. Maja one gorsze wartoscikrytyczne stromiosci narastania nap. Blokowania i prądu przewodzenia.

Zasada regulacji napięcia wyjściowego w tranzystorowych sterownikach impulsowych napięcia stałego.

(Dwa sposoby regulacji wartości średniej napięcia wyjściowego U_d -schemat zastępczy, przebiegi napięcia i pradu (uproszczone) przy obciążeniu RL).

Wartość średnia za jeden okres pracy:

jest proporcjonalna do wartości napięcia zasilania i względnego czasu przewodzenia prądu przez przerywacz w 1 cyklu.

Mamy 2 sposoby regulacji wartości średniej napięcia (Ud).

1)Tp = const , tp = regulowane ; regulacja przez zmianę czasu przewodzenia łącznika przy stałym okresie impulsów.

2) Tp = regulowane , tp = const ; regulacja przez zmianę okresu impulsowania

Stan przewodzenia tyrystora :1)

stała czasowa

Stan przewodzenia diody: 2)

Wartość końcowa prądu w przedziale1) jest wartością początkową w przedziale 2), po przekształceniach można policzyć i1 oraz i2, maksymalną i minimalną (w zależności od względnego czasu przewodzenia
, oraz stałej czasowej odbiornika)

Pulsacja prądu

nie zależy od wartości napięcia odbiornika. Pulsację można pomniejszyć albo przez zwiększenia indukcyjności obwodu obciążenia albo przez zwiększenie częstotliwości łączeń (zmniejszenie T), bo:

Sposoby sterowania tyrystorów w sterownikach tyrystorowych napięcia przemiennego.

1)Fazowe - w sterownikach do płynnej zmiany napięcia odbiornika- polega na zmianie fazy impulsów wyzwalających względem napięcia analogowego tyrystora

-symetryczne - gdy α_{z1 =} α_z2 składowa stała napiecia wyjściowego w okresie jest rowna 0 Ud=0 osiaga się to przez:

-Zmianę tylko kata załączania rys a przy obciążeniu R prąd obciążenia(1 armoniczna ) opóźnia się względem napięcia (1 harmonicznej) układ sterownik-odbiornik ma charakter indukcyjny

-zmiane tylko kata wyłączenia rys b przy obciążeniu prad sieci wyprzedza napięcie sieci, układ ma charakter pojemnościowy

-jednoczesna zmiana obu kątów t.j. dwustronne symetryczne obciążenie przy obciążeniu r prąd sieci jest w fazie z napieciem

Sterowanie symetryczne fazowe

jest stosowane głównie w elektrotermii do regulacji temperatury oporowych urządzeń grzejnych, w technice oświetlenia do regulacji nateżenia oświetlenia źródeł światła żarowych rtęciowych, oraz w napędzie elektrycznym do napedowej regulacji prędkości obrotowej silników indukcyjnych klatkowych i części pierścieniowych(jak kurwa można w indukcyjnych,skoro prędkość nie zalezy od napięcia, przynajmniej tak było na maszynach(!))

Niesymetryczne gdy α_z1
α_z2 Składowa stała napięcia wyjściowego jest w ogólnym przypadku rózna od 0.Szczególnym przypadkiem jest tzw odwrotnie symetryczne wg zależności

-odwrotnie symetryczne

2)Integracyjne (impulsowe)

3)Kluczowe - stosowane w układach łączników prądu przemiennego

Sterowniki takie stosuje się do urządzeń w których nie trzeba martwić się o wyższe harmoniczne, np. w oświetleniu i grzejnictwie.

Charakterystyka główna napięciowo prądowa tyrystora symetrycznego (triaka).

Ma jednakowe charakterystyki prądowo - napięciowe dla obu polaryzacji (ćwiartki II i III). Podobnie jak w konwencjonalnych tyrystorów jednokierunkowych (SCR - ang. Silicon Controlled Rectifier) może być załączany: bramkowo (prądowym sygnałem bramkowym - najczęściej stosowanym ), napięciowo i stromościowo.

Główną zaleta triakow jest możliwość przewodzenia prądu w obu kierunkach. Dodatkowo można je załączać przy dodatnim i ujemnym napięciu anoda-katoda.

Działanie:

Załączanie tyrystora , czyli przejście ze stanu blokowania w stan przewodzenia, jest możliwe po przekroczeniu określonej wartości napięcia i prądu anodowego.

Proces załączania najczęściej jest wyzwalany przepływem prądu bramki
(wyzwalanie bramkowe) Wyłączenie wymaga zmniejszenia prądu anodowego tyrystora do wartości prądu podtrzymania I_H.

Charakterystyka główna napięciowo-pradowa tyrystora SCR

Tyrystor triodowy blokujący wstecznie SCR jest to sterowany, 4-warstwowy, 3-elektrodowy, półprzewodnikowy przyrząd mocy, który przy ujemnym napięciu głównym (anoda-katoda) wykazuje własności zaworowe i które może być przyłączony sygnałem bramkowym ze stanu blokowania do stanu przewodzenia, gdy napięcie główne jest dodatnie.

W statycznych warunkach pracy (częstotliwość mniejsza od 400 Hz oraz nieduża stratność napięcia i prądu głównego) podstawowe właściwości tyrystora ilustruje charakterystyka główna. Jest to zależność prądu anodowego do napięcia anodowego przy określonej wartości bramki i określonej temp struktury.

Jest to zależność prądu analogowego przy określonej wartości prądu bramki i określonej temperaturze struktury

I) miedzy punktem „0” a punktem Bo współrzędna punktu przełączenia zależą od wartości prądu I_CT oraz w mniejszym stopniu od temperatury. Za wzrostem
wartość U_BO początkowo wzrasta osiągając max przy granicznej temperaturze struktury
po przekroczeniu, której U_BO szybko maleje. Rezystancja tyrystora w stanie blokowania jest bardzo duża 10^6-10^8
przez przyrząd płynie b. mały prąd blokowania. Podstawowe parametry tyrystora w tym stanie

II) STAN PRZEWODZENIA

Trzy powyżej punktu odpowiadającego prądowi załączania I_L. Charakterystyka jest w tedy podobna do charakterystyki zwartej diody.

Wartość prądu przewodzenia jest ograniczona tylko rezystancja odbiornika, pozostaje w stanie przewodzenia dopóki prąd przewodzenia J_T nie obniży się do wartości I_H- prąd wyłączenia, I_T<I_H ma czas niezbędny do wyłączenia. Jedyny sposób wyłączenia, w którym bramka nie uczestniczy

III)STAN ZAWOROWY

Jest zawarty miedzy punktem”0” a punktem przebicie BR. Przy zerowym prądzie bramki rezystancja tyrystora jest bardzo duża
. A przez tyrystor planie b.maly prąd I_R o wartości bliskiej odwróconemu prądowi blokowania I_D. Wywołany generacja cielna na złączach J1 J3.

IV STAN PRZEBICIA LAWINOWEGO

Występuje po przekroczeniu napięcia przebicia U_BR, w określonych warunkach przyrząd ulega uszkodzeniu.

Sposoby załączania i wyłączania tyrystora SCR:Tyrystor triodowy blokujący wstecznie SCR to sterowany, czterowarstwowy, trójelektrodowy, półprzewodnikowy przyrząd mocy, który przy ujemnym napięciu głównym (anoda - katoda) wykazuje właściwości zaworowe i który może być przełączany sygnałem bramkowym ze stanu blokowania do stanu przewodzenia, gdy napięcie główne jest dodatnie.

Impulsem bramkującym - podanie impulsu na bramkę, jedyny praktycznie wykorzystywany sposób załączania

Przez przekroczenie krytycznej prędkości narastania napięcia blokowania

Wyzwalanie napięciowe przez przyłożenie napięcia blokowania U większego od napięcia przełączania w danych warunkach

Wyzwalanie temperaturowe - przez przekroczenie dopuszczalnej temperatury złącza w danych warunkach.

Wyłączanie:

Wyłączyć go można w jeden sposób - obniżenie prądu przewodzenia poniżej prądu podtrzymywania przez czas potrzebny do wyłączenia.

I_T<I_M t>t_min

PARAMERY DYMANICZNE TYRYSTORA SCR

Stabilny stan przewodzeniea tyrystora jest poprzedzony dynamicznym procesem załączania

Paramertyy dynamiczne

*czas załączania tyrystora t_{gt -}czas jaki upływa od chwili w której prad bramki osiaga

0,1 Igm do chwili w której napiecie głowne tyrystora obniży się do 0,1 Ud

-czas właczenia tq -zwiazany z ładunkiem przejściowym przy wylaczeniu Q_kv

Przedzial czesci od chwili osiągnięcia 0 przez prad głowny do chwili osigniacia przez napiecie blokowanie wartości 0 tyrystor nie jest jeszcze zaczlaczony

*Krytyczna stromość narastania pradu przewodzenia
jest to najwieksza wartość stromości pradu które w okresowych warunkach zalczenia tyrystora nie powoduje jego uszkodzenia

*Krytyczna stromość narastania napiecia blokowania
-najwieksza wartość stromości napiecia blokowania która jeszcze nie powoduje pzrełaczenia tyrystora ze stanu blokowanie do stanu przewodzenia w określonych warunkach przy braku impulsu bramkowego

*ładunek przejściowy przy wyłaczeniu Q_rr

Charakterystyka i działanie GTO

Tyrystor wyłaczalny jest w pełni sterowalny .Może być zarówno załaczony jak i wyłaczony za pomoca bramki (odpowiednim impulsem dodatnim lub ujemnym) Zdolnośc wyłączania bramkowego jest cenną zaletą gdyz pozwala zrezygnować z dużych i kosztownych układów komutacji sztucznej.

.Może być zarówno załaczony jak i wyłaczony za pomoca bramki. Zdolnośc wyłączania bramkowego(tzw komutacja bramkowa) jest cenną zaletą gdyz pozwala zrezygnować z dużych i kosztownych układów komutacji sztucznej.

Waznym parametrem charakterystyki GTO jest współczynnik wzmocnienia progowego - wyrazający stosunek wyłaczonego prądu anodowego do prądu wyłaczającego bramki.Obecnie około 4-5 impulsy wyłączające o dużej wartości szczytowej i dużej mocy.

Wady tyrystorów GTO:

duże wymagania stawiane impulsom załaczającym (wartość szczytowa stromość narastania, czas trwania oraz impulsom wyłączającym)

koniecznośc przepływu określonego prądu bramki przez cały czas przewodzenia tyrystora

koniecznośc zapewnienia napięcia wstecznego na bramce w czasie blokowania napięcia

koniecznośc stosowania układów odciązających złożonych z odpowiednio dobranych rezystancji, kondensatorów i diod szybkich

duże straty mocy wyłączania wskutek prądu resztkowego

Charakterystyka Głowna prądowo napięciowa

---