Komutacja nazywa się zjawisko przejmowania przewodzenia prądu odbiornika od jednego zaworu przez drugi zawór. W procesie komutacji mogą uczestniczyć zawory dwóch lub większej liczby kolejnych faz. W przypadku, gdy komutacja obejmuje zawory dwóch faz, wówczas nazywa się KOMUTACJA PROSTA lub POJEDYŃCZA . Natomiast jeśli w procesie komutacji uczestniczą jednocześnie zawory trzech lub większej liczby faz, to komutację nazywa się ZŁOŻONĄ lub WIELOKROTNĄ.

KOMUTACJA WYMUSZONA.W układach tyrystorowych , zasilanych prądem stałym , wyłączenie prądu obciążenia lub przełączenie obwodu obciążenia z jednej gałęzi tyrystorowej na drugą wymaga wymuszonego wyłączenia tyrystorów. Dokonywane jest to zwykle przez wprowadzenie do gałęzi tyrystorowej dodatkowego napięcia , przeciwdziałającego prądowi tyrystora. Istnieją różne metody wytwarzania tego napięcia. Można np. w szereg z tyrystorem lub też równolegle do niego włączyć uprzednio naładowany kondensator lub wprowadzićnapięcie do obwodu tyrystora za pośrednictwem transformatora zasilanego z oddzielnego źródła.

W większości przypadków wyłączenie tyrystora następuje w wyniku przejęcia prądu obciążenia przez obwód pomocniczy (obwód komutacyjny) i zmniejszenie dzięki temu prądu tyrystora do wartości mniejszej niżprąd podtrzymania przewodzenia. Obwód komutacyjny może być włączony drugim tyrystorem głównym , dodatkowym lub innym łącznikiem (tranzystorem , łącznikiem stykowym).

Największe znaczenie praktyczne mają kondensatorowe układy komutacyjne, Ze względu na charakter przebiegów komutacyjnych można wyróżnić trzy rodzaje obwodów komutacyjnych różniące się konfigóracją elementów pasywnych:

-układy z indukcyjnością w obwodzie zasilającym (w obwodzie obciążenia)

-układy z indukcyjnością w obwodzie kondensatora komutacyjnego (poza obwodem obciążenia)

-układy zawierające porównywalne indukcyjności w obwodzie obciążenia i w obwodzie tyrystora komutacyjnego.

Układ komutacyjny z dławikiem w obwodzie tyrystora głównego.

Do wyłączenia tyrystora wykorzystywany jest obwód komutacyjny , składający się z kondensatora C_k , łącznika W , którym zwykle jest dodatkowy tyrystor oraz indukcyjności L_k , włączonej w szereg z tyrystorem głównym T₁ . Przed zamknięciem obwodu komutacyjnego łącznikiem W kondensator musi być uprzednio naładowany do napięcia U_C0 o kierunku oznaczonym na schemacie. Zamknięcie obwodu komutacyjnego powoduje rozładowanie kondensatora C_k przez indukcyjność rozproszenia tego obwodu. Wraz ze wzrostem prądu rozładowania kondensatora i_C maleje prąd tyrystora i_t1 , przy czym suma tych prądów jest równa.

3Zagadnienia komutacji naturalnej

na przykładzie grupy 3-pulsowej,

strata napięcia, zmienność przedziału komutacji w funkcji kąta ∝:Komutacja - proces wyłączenia pracującego łącznika. W komutacji naturalnej ustępującyący zawór zostaje wyłączony w wyniku załączenia wstępującego zaworu o większej chwilowej wartości napięcia doprowadzonego z wielofazowego żródła zasilania.

W warunkach rzeczywistych występują w każdej fazie indukcyjności, czyli prąd w tej fazie nie może wzrosnąć skokowo.Przejęcie prądu obc. z fazy A do B .

Początek komutacji: i_a=I_d i_b=0

Koniec komutacji: i_a=0 i_b=I_d

W okres komutacji: i_a+ i_b=I_d I_d-nie ulega zmianie w czasie komutacji

Komutacja dla sieci to zwarcie, ale to taki stan gdy prąd zwarcia nie przekroczy wartości I_d. i_k-prąd komutacyjny-jego przepływ wymusza różnica napięć u_b-u_a,ogranicza go induk. sieci.Jeśli L=const

Założenie: idealny transformator o przekładni υ=1

po scałkowaniu otrzymujemy:

stała całkowania -A

Dla ωt=0 i_b=0

Założenia: ωt=α i_b=0 to wyrażenie na prąd w okresie komutacji:

Założenia: ωt=α+ν i_b=I_d

ν-kąt komutacji

α=0 ν=ν₀ indeks 0 oznacza,że dla α=0

α=π/2

Prąd i napięcie komutacji: i_k=i_b=I_d-i_a

u_k=u_b-u_a

Pole komutacji -obszar zawarty w zakresie kąta komutacjimiędzy napięciem fazy przejmującej obciążenie a napięciem wyprostowanym(WYJ).

Pole komutacji:

zmiana granic całkowania:

ωt=α i_b=0

ωt=α+ν_d i_b=I_d

Spadek napięcia na komutacji:

Przy wzroście obciążenia prostownika więc zmniejsza się spadek napięcia.

3Zagadnienia komutacji naturalnej

na przykładzie grupy 3-pulsowej,

strata napięcia, zmienność przedziału komutacji w funkcji kąta ∝:Komutacja - proces wyłączenia pracującego łącznika. W komutacji naturalnej ustępującyący zawór zostaje wyłączony w wyniku załączenia wstępującego zaworu o większej chwilowej wartości napięcia doprowadzonego z wielofazowego żródła zasilania.

W warunkach rzeczywistych występują w każdej fazie indukcyjności, czyli prąd w tej fazie nie może wzrosnąć skokowo.Przejęcie prądu obc. z fazy A do B .

Początek komutacji: i_a=I_d i_b=0

Koniec komutacji: i_a=0 i_b=I_d

W okres komutacji: i_a+ i_b=I_d I_d-nie ulega zmianie w czasie komutacji

Komutacja dla sieci to zwarcie, ale to taki stan gdy prąd zwarcia nie przekroczy wartości I_d. i_k-prąd komutacyjny-jego przepływ wymusza różnica napięć u_b-u_a,ogranicza go induk. sieci.Jeśli L=const

Założenie: idealny transformator o przekładni υ=1

po scałkowaniu otrzymujemy:

stała całkowania -A

Dla ωt=0 i_b=0

Założenia: ωt=α i_b=0 to wyrażenie na prąd w okresie komutacji:

Założenia: ωt=α+ν i_b=I_d

ν-kąt komutacji

α=0 ν=ν₀ indeks 0 oznacza,że dla α=0

α=π/2

Prąd i napięcie komutacji: i_k=i_b=I_d-i_a

u_k=u_b-u_a

Pole komutacji -obszar zawarty w zakresie kąta komutacjimiędzy napięciem fazy przejmującej obciążenie a napięciem wyprostowanym(WYJ).

Pole komutacji:

zmiana granic całkowania:

ωt=α i_b=0

ωt=α+ν_d i_b=I_d

Spadek napięcia na komutacji:

Przy wzroście obciążenia prostownika więc zmniejsza się spadek napięcia.

1.TYRYSTOR

Prąd nominalny

Zasada działania

Na podstawie modelu zastępczego złożonego z 2 tranz n₁-p₂-n₂ , p₁-n₁-p₂ .rozpatrując kolejne warstwy począwszy od A można uważać że złącza 3(p₁-n₁) i 1(p₂-n₂) spolar w kier przew działają jak emitery natomiast złącze 2(n₁-p­₂) spolar wkier zaporowym działa jak kolektor. I_c tranz n₁-p₂-n₂ jest I_b tranz p₁-n₁-p₂ natomiast I_c tranz p₁-n₁-p₂ wpływa do bazy n₁-p₂-n₂. Uk zastępczy przedstawia więc połączenie 2 tranz pracujących w obw z + sprzężeniem zwrotnym. W tranz p₁-n₁-p₂ płynie I dziurowy od E w kier C i B. Część tego prądu α₁I osiąga C i wpływa do B tranz n₁-p₂-n₂. Przez złącze n₁-p₂ tranz n₁-p₂-n₂ płunie I elektronowy, którego część α₂I osiąga C tranz n₁-p₂-n₂ i wpływa do B tranz p₁-n₁-p_2. Ponadto przez spolar zaporowo złącze n₁-p₂ przepływa I generacji cieplnej I_co. W stanie równowagi I płynące przez warstwę wewn. n­₁ spełniają r-nie α₁I+α₂I+I_co=I. Przy czym I_co=I_co1+I_co2 I_co1,I_co2 są I nasycenia (generacji cieplnej) złącz kolektorowych tranz przy otwartym E (I_e=0) a α₁ i α₂ są wspólczyn. Wzmocnienia I tranzyst w uk WB.Więc I=I_co/1-(α₁ + α₂). Jeżeli do B tranz n₁-p₂-n₂ doprowadzimy I_bto I=α₂I_B+I_co/1-(α₁ + α₂).

Parametry dynamiczne

Q_RR- ładunek przejściowy ,który usuwany jest ze struktury tyrystora w wyniku prądu wstecznego. Wartość Q_RR

zależy od stromości prądu w stanie przewodzenia (d_i/d_t)-im szybciej maleje prąd przewodzenia tym mniejsza część ładunku Q_p=τ_p.*I_T zanika wskutek rekombinacji nośników. Przy bardzo dużej wartości(d_i/d_t) Q_RR może mieć wart zbliżoną do Q_p. Ładunek Q_RR składa się z ładunku opóźnienia Q_s i ładunku resztkowego Q_f.

T_q-czas odzyskiwania zdolności zaworowych przy przełączaniu tyrystora ze stanu przewodzenia do stanu blokowania. Związany z rozpraszaniem nośników mniejszościowych . Proces ten przebiega bardzo powoli i dopiero po czasie t_q>>t_rr tyrystor znajduje się w stanie blokowania. Jest on przyjmowany jako czas wyłączani. Tyrystora.

I_rrm- wartość szczytowa prądu wstecznego, zależy od warrt6ości ładunku opóźnienia i stromości zwiększania się prądu wsteczego, która jest zbliżona do stromości zmniejszania się prądu w kier przewodzenia.

Parametry statyczne

PARAMETRY DYNAM

t_d-czas opóźniania, od pojawienia się impulsu do rozpoczęcia malenia U(wynika z rozprzestrzeniania się ładunku w warstwie p.)

t_R-czas narastania(prądu) , spadek U od 0,9 do 0,1U_DO

Efekt di/dt tyrystora

stromość narastania I przewodzenia, jest ona związana z efektem stromości prądowej, który polega na nierównomiernym rozkładzie gęstości prądu w poprzecznym przekroju struktury tyrystora i występuje w początkowej fazie załączania .Stromość narastania I przewodzenia nie może przekroczyćwartości krytycznej, określonej przez producenta gdyż prowadzi to do uszkodzenia przyrządu.

Wyznaczanie strat mocy

P_(T)=u_T*i_T- w st przewodzenia

ΔP_T=1/2Π*∫^Θw_Θz*u_T*i_Td(ωt)=u_TO*I_T(AV)+r_T*I²_T(RMS)= =u_TO*I_T(AV)+ r_T*k²* I²_T(AV)

k-wsp kształtu u_t=u_to+i_T*r_T

Parametry graniczne

U_RRM-szczyt wart powtarzalnego U wstecznego

U_RSM-j.w niepowtarzalne

U_DRM-j.w U blokowania

U_DRM-j.w niepowtarzalne

I_T(AV)M.-wart średnia gran I przewodzenia

I_T(RMS)-j.w skuteczna

I_TAVM-prąd graniczny obciążenia określany jakomax wartość średnia prądu tyrystora o kształcie półfali sinusoidy o f=50 Hz w określonych war chłodzenia

I_TRM-max wart powtarzalnego I przewodzenia

I_TSM-j.w pojedynczego

U_BR-U przebicia (wart kryt)

I_RM-szczytowy I wsteczny

U_B0-U przełączania (wart krtyt)

U_T0-U progowe

9.FALOWNIK

Są to urządzenia energoel. Służące do przekształcania U- na U∼. Budowane są z wyj 1fazowym lub 3fazowym.

Falownik prądu

Jest to grupa urz przekształtnikowych na wej których doprowadza sięI- a na wyj powstaje I∼.Są one zasilane ze źródła prądowego realizowanego zwykle w ten sposób, że między wej falownika a źródłem U- jest włączony dławik o dużej L. Mówimy wtedy o prądowym obwodzie pośredniczącym falownika. Na wyj falownika powstaje prostokątna fala prądu ,ciągła lub wypełniona impulsami o regulowanym czasie trwania Przebieg U=f(t) zależy od właściwościobw wyj. Istotnym elementem falownika prądu są pojemności włączone na wyj równolegle do obw obciążenia.

Falownik prądowy 1fazowy.

Przebiegi napięć i prądów

Charakterystyki zewnętrzne

R_z-rezyst obw zasilania

Prąd wyj płynący w obw pośredniczącym jest rozdzielany na obw wyj przez przyrządy półprzewodnikowe mocy (ppm) falownika (łączniki lub zawory). W falow 1faz przełączanie łączników kształtuje 2biegunową falę prądu wyj (wyj I∼), a w falow 3faz prąd jest rozdzielany na 3 wyjścia fazowe. Każdy łącznik przewodzi w tym przypadku przez równy 1/3 okresu i w każdej chwili włączony jest 1 łączznik grupy anodowej i 1 katodowej. Częstotliwość I wyj może być regulowana przez zmianę częstotliwości przełączania łączników , ajego wartość (prąd obciążenia przez zmianę Uzasilania obwodu pośredniczącego, a więc przez zmianę wartości I_s w tm obwodzie.

W celu zmniejszenia zawartości harmonicznych w I_OBC stosuje się czasem w falownikach 3faz modulację szerokości impulsów-wypełnienie całej lub części fali prądu wyj przez impulsy o regulowanym czasie trwania. W większości falowników prądu , zwłaszcza dużej mocy, są stosowane tyrystory o sterowanym właczaniu i z wewn komutacją.

Falowniki napięcia

Są zasilane ze źródła U o małej impedancji wej (akumulatory, przekształtniki I∼ na I-na których wyj przyłączone są C o dużej pojemności). Obwód pośredniczący między falownikiem a źródłem jest obw napięciowym. U_wyj falownika ma postać fali prostokątnej ciągłej lub wypełnionej impulsami 1lub2 biegunowymi o modulowanej szerokości, a prąd odbiornika zależy od jego parametrów(R,L,C). W falownikach U , U- jest przekształcane na U∼ w wyniku przełączeń łączników w gałęziach falownika. Łącznikami tymi mogą być tyrystory klasyczne lub też ppm w pełni sterowalne. Równolegle do tyrystorów falownika są przyłączone diody mocy ,tzw.diody zwrotne o kier przewodzenia odwrotnym niż tyrystory. częstotliwość fali napięcia wyj zależy od częstotliwości przełączania łączników. Przełączanie ich na początku i na końcu każdego półokresu Uwyj tworzy falę U o kształcie prostokątnym.

Charakterystyki zewnętrzne

Falowniki rezonansowe

W fal rezonans obw tyrystorów głównych mają właściwości obw rezonans, w których funkcję tę pełni czasem sam obwód obciążenia. Włączenie każdego kolejnego tyrystora falownika inicjuje nowy proces rezonansowy. W zależności od częstotliwości przełączeń tyrystorów w porównaniu z częstotliwością rezonansową, w każdym półokresie Uwyj wyłącza tyrystor w wyniku osiągnięcia przez jego prąd wart zerowej, podobnie jak w przekształtniku z samokomutacją, lub też zostaje wyłączony w sposób wymuszony wskutek wstecznej polaryzacji spowodowanej włączeniem następnego tyrystora głównego falownika. W zależności od rodzaju procesu rezonansowego i sposobu przyłączenia obwodu obciążenia rozróżnia się falowniki szeregowe, równoległe i szeregowo-równoległe.

SZEREGOWY

T1 i T2 są włączane na przemian w jednakowych odstępach czasu =połowie okresu T=2Π/ω U_WYJ. Po każdorazowym włączeniu T1 C jest doładowywany energią ze źródła zasilającego falownik.

SZEREGOWO-RÓWNOLEGŁY

Obwód obciążenia Z jest włączony równolegle do C. Kondensator ten w połączeniu z dławikami L1 iL2 tworzy układ rezonansu szeregowego.D1 i D2 zwane diodami zwrotnymi włączone przeciwrównolegle do tyrystorów umożliwiają przepływ prądu w obu kierunkach w każdej gałęzi falownika, co ogranicza max wartość U_C. Kolejny tyrystor może być włączony po całkowitym zaniku prądu w poprzednio przewodzącej gałęzi lub też w czasie przewodzenia diody zwrotnej tej gałęzi.

RÓWNOLEGŁY

W falowniku tego typu obw obciążenia jest przyłączony równolegle do C komutacyjnego, podobnie jak w falowniku szer-równo, ale odmienny jest sposób zasilania.Źródło zasilania ma właściwości źródła prądowego, co uzyskuje się zwykle przez włączenie w obw wej dławika o dużej L.

układ transformatorowy

układ mostkowy

Przewodzenie ciągle pradu obciażenia

1). 0<=α<= π

2). 0<=α<=π/2 -praca prostownikowa

3). π/2<=α<π

Carakterystyka sterowania jest niezalezna od ukladu pracy i jej kształt jest taki sam.

Kat wysterowania α liczony jest od punktu zrownania się napieć chwilowych fazowych.

Dla kąta α=π/2 wykres napiec chwilowych:

obciążenie rezystancyjne:

0<=α<=α_krt

U_dα=U_d0 cos α

α_krt=π/2 ((q-2)/q)

wzór ogólny

dla q=2

α_max=π ,α_krt=0

dla q=3

α_max=5/6 π ,α_krt=π/6

dla q=6

U_dα=U_d0[1+cos(π/3 +α)]

Carakterystyki sterowania dla obc. rezyst. dla q=2,3,6

Moce typowe transforma.

Układy połączeń:

a) b) c) d)

Prądy po stronie wtórnej:

a)

b) taki sam przebieg a)

c)

d)taki sam przebieg c)

Prądy po stronie pierwotnej:

a)

b)taki sam jak w a)

c)

d)

Typowe moce:

a)1.21Pd

b)1.21Pd

c)1.43Pd

d)1.55Pd

Układy mostkowe:

a) b) c) d)

Prąd po stronie wtór.=pier.

a)

b)tak samo jak w a)

c)

d)tak samo jak w c)

Typowe moce:

a) =b)=c)=d)=1.05Pd

Ogólne wzory:

W układzie trójfazowym mostkowym napięcie doprowadzone do zacisków odbiornika są napięciami międzyprzewodowymi , dlatego:

Wzory na napięcia fazowe dla różnych połączeń:

1.Gwiazdowy:

- q=3:

-q=6:

2. Mostkowy:

-q=6:

-q=12:

Wzory na U_d i I_m:

1. Trójfazowy mostkowy

2.Układ :

Zasilacz impulsowy:

a) uklad ST-RI obnizajacy napiecie k=1

b)uklad ST-RI obnizajaco-podwyzszajacy k=2

c)uklad RT-SI podwyzszajacy napiecie k=3

charakterystyka sterowania δ=t₂/T

a) U₀ = δ * U_w

b) U₀ = δ / (1-δ) * U_w

c) U₀ = 1/ (1-δ) * U_w

ST - SI

U₀ =

b) ST - RI

U₀ =

RT - SI

U₀ = U_w [1 + ]

1) Przewodzenie ciagle pradu dlawika i_L:

Przewodzenie impulsowe: I₁=0

---