Image204 (3)

Podstawy

Energoelektronika od podstaw

Przekształtniki energoelektroniczne - falowniki

CZCŚĆ 3

W poniższym artykule zajmiemy się ostatnio poznanymi układami przekształtników pełniących tym razem rolę falowników a nie prostowników. Ponadto zapoznamy się l zagadnieniem falowników niezależnych i zjawiskiem komutacji. Jak już wspomniano, praca falownikow a polega na przekazywaniu energii z obwodu napięcia stałego do obwodu napięcia przemiennego. Praca falownikowa jest możliwa tylko i wyłącznie w przekształtnikach, których zaworami są elementy w pełni sterowalne tj. tyrystory lub tranzystory mocy.

Zatem z naszych dzisiejszych rozważań możemy wykluczyć ostatnio poznane przekształtniki niesterowalne (diodowe) oraz przekształtniki zawierające diodę zerową. Skupimy się na prostowniku 1-pulsowym sterowany, prostowniku 3-pulsowym sterowany oraz układzie mostkowym 6-pulsowym.

Prostownik 1-pulsowy

Jako pierwszemu przyjrzyjmy się pokazanemu na rysunku l prostownikowi l-pubowemu. Prostownik taki pracuje jako falownik .ylko wtedy, gdy jego obciążenie ma charakter RLE ponadto biegunowość napięcia E zawartego w odbiorniku, musi być zgodna z kierunkiem prądu obciążenia. Wtedy następuje oddawanie energii zgromadzonej w odbiorniku do sieci energetycznej.

Praca falownika jest możliwa tylko wtedy, gdy kąt załączenia u* jest większy od tt/2. Dla takiej wartości kąta załączenia tyrystora uzyskujemy ujemną wartość średnią napięcia wyprostowanego układu. Jeśli prąd płynący przez odbiornik ma mieć wartość dodatnią konieczne jest, aby wartość różnicy napięcia F. oraz napięcia wyprostowanego była większa od zera. Istotnym faktem jest zapewnienie bezpiecznej pracy falownikowej tzn. nie dopuszczenie do powstania zwarcia w obwodzie na skutek niewłaściwego wyzwalania tyrystora. Aby nie dopuścić do takiej sytuacji należy pamiętać o spełnieniu następującej zasady;

u,+ ctp+ Uzi + t_w< 2tc

gdzie u jest „kątowym" czasem wyłączenia tyrystora (często podawany w parametrach katalogowych tyrystora jako cot_q).

Niespełnienie powyższego warunku prowadzi do sytuacji, że prąd tyrystora nie zostanie obniżony do zera przed kolejnym jego załączeniem, czyli tyrystor będzie dalej przewodzi/ podczas dodatniej półfali napięcia u2,

co doprowadzi do zwarcia układu Taki stan nazywa się przewrotem falownika. W celu zapewnienia bezpiecznej pracy falownikowej i wyeliminowania możliwości powstania przewrotu określa się tzw. minimalny kąt wyprzedzenia wysterowania w pracy falownikowej i oznacza się go symbolem p_nin. Na podstawie przebiegów przedstawionych na rys i. można zauważyć, że w pracy falownikowej (podobnie zresztą jak i w pracy prostownikowej) prąd płynący w układzie jest zawsze prądem impulsowym, czyli przerywanym. Poza tym można zauważyć, że maksymalna wartość napięcia wstecznego na tyrystorze jest równa amplitudzie napięcia u2.

Prostownik 3-pulsowy sterowany

Kolejnym układem, który może pracować jako falownik jest układ 3-pulsowy sterowany. Jego schemat oraz przebiegi dla pracy falownikowej przedstawia rysunek 2. Warunek pracy falownikowej jest identyczny jak w przypadku mostka l-pulsowego tzn. napięcie E odbiornika musi być skierowane zgodnie z kierunkiem przewodzenia tyrystorów oraz a^n/2. Warunkiem bezpiecznej pracy falownikowej (tzn. uniemożliwiającej przewrót falownika) jest zapewnienie wartości kąta wyprzedzania zgodnie z poniższą zależnością:

Pmin ⁼ 7t - (X/nm> — P ^ G)tq (p - kąt komutacji, o którym jeszcze będziemy mówić).

W przypadku układu 3-pulsowego podczas pracy falownikowej może dojść do sytuacji, gdy któryś z tyrystorów nie przejmie prądu od tyrystora aktualnie przewodzącego (np. tyrystor T3 nie przejmie prądu od tyrystora Tl). Wtedy nastąpi przewrót falownika co przedstawia rys.2. Po przewrocie falownika można powrócić jeszcze do poprawnej pracy falownikowej jednak wymaga to znacznego zwiększenia kąta Pnin, co wiąże się też ze znacznym wzrostem prądu płynącego przez tyrystor, który nie potrafił przejąć przewodzenia (w naszym przypadku T3).

Na wykresie z rysunku 2b kolorem szarym zaznaczono napięcie wymuszające przepływ prądu obciążenia.

Układ mostka 6-pulsowego również może pracować jako falownik. Oczywiście jest to możliwe tylko wtedy, gdy dołączony do mostka odbiornik ma charakter RLE. Praca falownikowa mostka 6-pulsowego jest możliwa dla zakresu kąta 90° < ct_z< 180° - p_min. Przejście z pracy prostownikowej do falownikowej może odbyć się w czasie jednego okresu napięcia zasilania. Wymaga to jednak szybkiego przesterowania tyrystorów do zakresu a_z > 7t/2 i jednoczesnej zmiany biegunowości źródła napięcia E odbiornika. Warunek bezpiecznej pracy falownikowej jest identyczny jak dla falownika 3-pulsowego.

Na przebiegach z rysunku 2 pojawił się jak dotąd „tajemniczy” kąt komutacji. Tajemniczy

Rys. 1 Falownik 1-pulsowy

Elektronika dla Wszystkich Sierpień 2006 27