WSPÓŁCZYNNIK MOCY TYRYSTOROWYCH UKŁADÓW PROSTOWNIKOWYCH

- Dla przebiegów idealnych
mocy czynnej pobieranej z sieci

=


to
=
gdzie
=


;

- Dla przebiegów odkształconych wzór definiujemy

Dopuszczalne odkształcenie napięcia 3%, przebiegi napięcia i prądu mogą być jak w układach z przebiegami sin., z tym ze każda harmoniczna wytwarza „swoja” moc

;

Pojawiła się nowa składowa mocy - moc deformacji
nie występująca przy przebiegach sinusoidalnych. Wynika ona w wypełnienia harmonicznych napięcia i prądu o numerach sobie nierównych

Wobec czego wzór na moc pozorna ma postać:

A współczynnik mocy:

przy założeniu o sinusoidalnym przebiegu napięcia sieci
wzór przyjmuje postać:
gdzie

Współczynnik mocy jest, zatem iloczynem współczynnika odkształcenia prądu sieci
i współczynnika przesuniecie
podstawowej harmonicznej prądu względem napięcia sieci

- współczynnik przesunięcia -wsp. wykorzystania mocy.

Jest funkcja kata załączenia tyrystorów
kata komutacji
i prądu magnesowania transformatora sieciowego.

Zależność
jest rożna od obu

grup układu prostownikowych (bez

odcięcia i odcięcia zaworów) i

nieznacznie korygowana pulsacja

prądu. Komutacja zawsze zwiększa
dla liniowej aproksymacji prądu komutacji zależnej przyjmuje postać:

- dla układów bez odcięcia zerowego :

- dla układu o odcięciu zerowym:

Zwiększenie prądu magnesowania zmniejsza
- efekt do pominięcia

- współczynnik odkształcenia prądu
zależy od układu połączeń i liczby p - pulsów, kata komutacji
i kota załączenia

- wartość
zwiększa się ze wzrostem liczby pulsów i nieznacznie ze wzrostem
, wpływ
na
do pominięcia dla p
6

- współczynnik
układu z przekształceniami półprzewodnika o komutacji sieciowej zależy głównie od współrzędnych przesunięcia
,
wprowadza tylko korektę wartości
.

ZASADA I SCHEMAT UKŁADU REGULACJI DWUSTANOWEJ NAPIĘCIA W STEROWNIKACH IMPULSOWYCH NAPIĘCIA STAŁEGO

Regulacja przy której zmianie ulega zarówno czas przewodzenia jak i częstotliwość. Stany przewodzenia i blokowania tranzystora uzależnione są wówczas bezpośredniao od wartości prądu obciążenia. Istotę takiej regulacji przedstawia rys. Sprowadza się do regulacji dwustanowej prądu, wielkościa zadaną jest średnio wartość prądu Id*. Róznica miedzy ta wartością a wartością bieżąca prądu obciążenia decyduje o załaczeniu, bądź wyłaczeniu tranzystora:

- gdy
- następuje wyłaczenie tranzystora

- gdy
- następuje załaczenie tranzystora

Schematy

Rozwiązanie graficzne Δi odpowiada ustalonej pętli histerezy komparatora.Jeżli zadane są wartości i₁- min oraz i₂ -max prądu obciążenia to można wyznaczyć zależnośc częstotliwości f₀ łaczeń od przyjętej pulsacji Δi oraz (rezystancji) napięcia na odbiorniku E. W praktyce wykładnik prądu narastania i opadania można przybliżyć odcinkami prostej dzięki czemu upraszcza się opis matematyczny przebiegu.

> 0 - I ćwiartka

Można wykazać że przy zadanej pulsacji prądu obliczona częstotliwośc jest odwrotnie proporcjonalna do pulsacji i zależy od względnej wartości
.

Częstotliwośc maksymalna wystepuje przy
=0,5. Jeżeli znana jest maksymalna częstotliwość prądu to można wyznaczyć minimalną wartośc pulsacje prądu

TYRYSTOROWY UKŁAD PROSTOWNIKOWY MOSTKOWY (2T-2T) OBCIĄŻONY RLE - PRZEWODZENIE CIĄGŁE

- Równanie napięciowe przy zasilaniu U_z = U_zmsin(ωt+αz)=±E+R_z+ωL

Przy czym +E praca prostownikowa a -E praca falownikowa

- Wartość średnia napięcia wyprostowanego U_d=
wzór definicyjny

- Wartość skakania prądu Wzór definicyjny

- Wartość skuteczna napięcia i prądu obliczone są zgodnie ze wzorami definicyjnymi
U={
}
U={
}
I={
}

- Charakterystyka regulacyjna wyraża zależność

gdzie U_do - maksymalna
wartość sredniego napięcia przy pełnym wysterowaniu

=0

- W pracy prostownikowej kąt załączania tyrystorów zawiera się w granicach 0<
<

Wartość średnia napięcia wyprostowanego jest dodatnia U_d>0 energia przepływa z sieci do odbiornika. Praca falownikowa odbywa się przy odwrotnej

- Biegunowości E i kącie załączanego tyrystora powiększonym do
<
<
przy którym wartość średnia napięcia jest ujemna U_d<0 energia jest przekazywana przy zmienionym kierunku przepływa prądu od maszyny - odbiornika do sieci. Zatem maszyna pracuje jako generator.
W pracy prostownikowej kąt α_z może przyjmować wartość 0 (odp. to prostownikowi diodowemu) w [racy falownikowej kąt wyprzedzania wysterowania tyrystorów β_z miał być większy od 0 β_min =sin?? kąta komutacji. Kąt odp czasowi wyłączenia tyrystora.

TRANZYSTOR IGBT - DZIAŁANIE I PODSTAWOWE CHARAKTER.

Tranzystor bipolarny z izolowaną bramką jest sterowany napięciowo tranzystorem MOS. Ma dużą szybkość przełączania i mała rezystancję baz-emiter.

Współczesny tranzystor IGBT zawiera kilka tysięcy elementarnych struktur tranzystorowych, połączonych równolegle na jednym podłożu.

Działanie:

Stan przewodzenia IGBT opisują statyczne charakterystyki wyjściowe. Są one podobne do charakterystyk tranzystora BJT. Prąd kolektora jest funkcją ciągłą napięcia kolektor - emiter U_CE oraz napięcia bramka - emiter U_GE.

Charakterystyczne parametry stanu przewodzenie są: - prąd ciągły stały (DC) kolektora I_C, -powtarzalny szczytowy prąd kolektora I_CRM, średni prąd kolektora I_C(AV)M, -napięcie przewodzenia kolektor-emiter U_CEsat.

Stany przełączania są ilustrowane przebiegami napięć i prądów. Mamy 2 fazy zaniku prądu kolektora i_C. W pierwszej fazie następuje szybki spadek i_C (czas opadania t_f) do wartości ok. 0,1I_C , w drugiej stromość opadania prądu jest zdecydowanie mniejsza (czas t_Z), faza ta stanowi tzw. „ogon prąd wyłaczanego”.

Czas wyłączania IGBT bywa definiowany w dwojaki sposób, jako:

-czas t_off , liczony od chwili zaniku napięcia bramki do chwili osiągnięcia przez prąd kolektora wartości 0,1I_C

-lub czas (t_off+t_Z), liczony do chwili osiągnięcia przez prąd kolektora wartości 0,01I_C, jest on istotny dla wysokich częstotliwości pracy.

Czas t_off jest sumą 2 czasów: magazynowania t_s (od chwili zaniku napięcia bramki do rozpoczęcia procesu opadania prądu kolektora) oraz czas t_f opadania prądu kolektora.

Czas załączania t_on składa się z czasów: opóźnienia t_d i narastania prądu t_r.

Czas t_d , liczony od podania dodatniego napięcia na bramkę do rozpoczęcia narastania prądu kolektora.

Do prawidłowej pracy IGBT w przekształtniku wymagana jest zazwyczaj szybka dioda prostownicza, bocznikująca zaciski kolektor-emiter. W tym celu wykonywane są moduły elektroizolowane, zawierające oba elementy w jednej obudowie

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

CHARAKTER. GŁÓWNA NAPIĘCIOWO PRĄDOWA TYRYSTORA SYMETR (TRIAKA)

UDRM - powtarzalne szczytowe napięcie blokowania

UDSM - niepowtarzalne napięcie blokowania

UB0 - napięcie przełączania

IL - prąd załączenia tyrystora , Ih - prąd wyłączania

PARAMERY DYNAMICZNE 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 wyłaczenium Q_rr

CHARAKTER. 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.

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

---