Akademia Górniczo-Hutnicza		LABORATORIUM ENERGOELEKTRONIKI
				PRZEDMIOT: ENERGOELEKTRONIKA
Temat ćwiczenia: 3-fazowy tranzystorowy falownik napięcia z modulacją impulsową				wykonał : Maciej Sokulski
Wydział EAIiE	Rok III 2007/2008		Grupa: A5
Data wykonania ćwiczenia: 05.06.08r.			Data zaliczenia:	Ocena:	Uwagi:

1. Cel

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z działaniem i możliwościami regulacyjnymi 3- fazowego tranzystorowego falownika napięcia z modulacją impulsową.

2. Wstęp

Falowniki napięcia są urządzeniami do zmiany napięcia stałego na przemienne. Częstotliwość zmienionego napięcia jest dostosowana do odbiornika energii. Zasada działania falowników opiera się na okresowym dołączaniu i odłączaniu obciążenia do źródła napięcia stałego, którym są zasilane.

Za przełączenie mogą być odpowiedzialne:

• tranzystory

• tyrystory

Nie stosuje się już praktycznie tyrystorów SCR z powodu braku pełnej kontroli nad elementami tego typu.

Falowniki wytwarzają napięcie wyjściowe o regulowanej częstotliwości, umożliwiają regulację wartości napięcia wyjściowego jako wartość skuteczna podstawowej harmonicznej tego napięcia oraz umożliwiają redukcję zawartości wyższych harmonicznych w napięciu wyjściowym (głównie wyższych harmonicznych niskich rzędów w przypadku zasilania silników asynchronicznych).

Układy te znalazły zastosowanie min. przy regulacji obrotów oraz momentu silników asynchronicznych. W celu ograniczenia strat w silniku, podczas ww. zmian ich parametrów, istnieje potrzeba utrzymania stosunku napięcia do częstotliwości na stałym poziomie dlatego też stosuję się falowniki.

3. Zasada działania falownika

Schemat 1-fazowego tranzystorowego falownika napięcia

Tranzystory są załączane parami Ł1 z Ł4 oraz Ł3 z Ł2. Falownik próbuje szybko pobrać energię ze źródła w tym celu w obwodzie pośredniczącym jest kondensator o dużej pojemności.

Jak wynika ze schematu każdy wyłącznik jest zmostkowany diodą w układzie odwrotnie równoległym. Cykliczne przełączanie par łączników Ł₁-Ł₄ i Ł₂-Ł₃, pozwala na osiągnięcie przebiegów napięcia i prądu widocznych na poniższych przebiegach.

W układzie tym zastosowane diody, działają podczas wyłączania par łączników, służą do rozładowania energii jaka została zgromadzona w elementach indukcyjnych. W przeciwnym wypadku przy otwartych łącznikach byłoby napięcie określone wzorem
, co z pewnością spowodowałoby uszkodzenie tych elementów. Straty na nich mają niewielki wpływ z ekonomicznego punktu widzenia w porównaniu ze stratami związanymi ze zniszczeniem naszych łączników.

Najczęściej wykorzystywany układ trójfazowego falownika napięcia, składa się z trzech gałęzi, po jednej dla każdej fazy. W falowniku 3-fazowym przebiegi napięcia dla każdej fazy są przesunięte o 120˚.

Schemat 3-fazowego tranzystorowego falownika napięcia z odbiornikiem połączonym w gwiazdę

4. Rola modulacji czasowej

Modulacje czasową stosuję się w momencie kiedy chcemy uzyskać napięcie i prąd wyjściowy o znacznie mniejszej zawartości wyższych harmonicznych. Polega ona na wielokrotnym przełączania amplitudy napięcia wyjściowego w każdym półokresie. Wyróżnić można trzy sposoby modulacji ze względu na sposób sterowania falownika:

• metoda modulacji z pomocniczym przebiegiem o stałej lub przestrajanej częstotliwości nośnej

• metoda bezpośredniego kształtowania prądu w układach nadążnych

• metoda eliminacji harmonicznych

5. Przebiegi pobrane z oscylogramu podczas badania falownika

- Falownik z układem HEF4752 i sterowaniem square wave

Napięcie fazowe zarejestrowane między punktami AM.

Wyjściowe napięcie fazowe falownika, czyli napięcie zarejestrowane miedzy punktami AS.

Wyjściowe napięcie międzyfazowe falownika zarejestrowane między punktami AB.

Napięcie zarejestrowane między punktem A i punktem gwiazdowym odbiornika G.

Napięcie zarejestrowane między punktami AG scałkowane przez dołączony kondensator do odbiornika w fazie A.

Napięcie między punktami AG scałkowane przez kondensator o pojemności prawie 5-krotnie większej. Przebieg zbliżony do sinusoidy, mniejsza amplituda napięcia.

- Falownik z układem HEF4752 i modulacją

Napięcie fazowe zarejestrowane miedzy punktami AM.

Wyjściowe napięcie zarejestrowane miedzy punktami AS.

Wyjściowe napięcie międzyfazowe zarejestrowane między punktami AB.

Napięcie zarejestrowane między punktem A i punktem gwiazdowym odbiornika G.

Napięcie zarejestrowane między punktami AG scałkowane przez dołączony kondensator do odbiornika w fazie A.

Napięcie między punktami AG scałkowane przez kondensator o pojemności prawie 5-krotnie większej.

6. Regulacja obrotów silnika indukcyjnego połączonego z przetwornicą częstotliwości Danfoss VLT 5011 poprzez zmianę f i U

Schemat 3 - schemat pomiarowy układu silnika połączonego z przetwornicą częstotliwości z wyjściem na oscyloskop

Parametry znamionowe silnika:

P_N = 5,5kW

U_N = 380V

I_N = 12,1A

f = 50Hz

n_N = 1455 obr/min

Przetwornica częstotliwości to układ składający się z falownika, prostownika diodowego, tranzystorowego bądź tyrystorowego oraz obwód pośredniczący. Służy ona do regulacji częstotliwości oraz napięcia

Otrzymane przebiegi:

f= 1/33ms=30Hz

f=1/20ms=50 Hz

f=1/16ms=63Hz

f=1/16,5ms=60 Hz

7. Wnioski

Do regulacji prędkości obrotowej silników elektrycznych prądu przemiennego służą głownie falowniki. Obecnie mają bardzo szerokie zastosowanie w budowie maszyn, pozwalając m.in. na łagodny rozruch ciężkich maszyn lub na dostosowywanie wydajności maszyn do pozostałych urządzeń właśnie poprzez zmianę ich parametrów. Wadą tych układów jest niewątpliwie powstawanie wyższych harmonicznych na wyjściu, które można eliminować poprzez stosowanie modulacji.

---