LABORATORIUM PODSTAW ELEKTRONIKI I ENERGOELEKTRONIKI
INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 4
Prostowniki niesterowane trójfazowe
KATEDRA ELEKTRONIKI
WYDZIAA ELEKTROTECHNIKI I INFORMATYKI
POLITECHNIKA LUBELSKA
Wprowadzenie:
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyk zewnętrznych prostowników niesterowanych
przy dwóch rodzajach obcią\enia pasywnego i aktywnego impulsowego. Ponadto zapoznanie się z
problemami związanymi z konwersją mocy typu AC/DC, z wykorzystaniem elementów
energoelektronicznych nie sterowanych, w dyskutowanym przypadku, diod mocy. Energetyczna sieć
prądu przemiennego, to ogólnie dostępna sieć niskich napięć fazowych 3x230V z przewodem
neutralnym; typowy przekształtnik energoelektroniczny nie sterowany typu AC/DC mo\e zawierać
transformator energetyczny mocy, zespół diod mocy, o pojedynczym wyjściu obwodu prądu stałego,
nazwanym obwodem DC.
W procesie konwersji mocy z sieci prądu przemiennego do obwodu prądu stałego wyró\niono
trzy problemy:
1. Problem transformatora. Jego charakterystykę mo\na podać korzystając z następujących
przybli\eń hasłowych: separacja galwaniczna; układ połączeń strony pierwotnej; faz
strony pierwotnej, moc typowa uzwojeń strony wtórnej, moc typowa transformatora, kształt
prądu linii zasilającej; kształt prądu płynącego w uzwojeniu strony wtórnej transformatora ,
kształt prądu linii zasilającej, kształt prądu płynącego w uzwojeniu strony wtórnej
transformatora. Najczęściej przyjmuje się liczbę faz strony pierwotnej : 1 dla układu
jednofazowego; 3 dla układów wielofazowych. W ćwiczeniu będą wykorzystane układy 3
fazowe.
2. Problem zespołu diod mocy. Wyró\nia się pojęcie podstawowej jednostki komutacyjnej.
Komutacją 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 kiedy, komutacja obejmuje zawory dwóch faz, wówczas nazywa
się ją komutacją prostą lub pojedynczą. Natomiast jeśli w procesie komutacji uczestniczą jednocześnie
zawory trzech lub większej liczby faz, to komutację nazywa się komutacją zło\oną lub wielokrotną,
Komutacja wielokrotna występuje w praktyce, kiedy prąd obcią\enia przekracza znacznie prąd
znamionowy. Proces komutacji nie przebiega skokowo, poniewa\ skokowym zmianom prądu
anodowego przeciwdziała indukcyjność obwodu anodowego, którą głównie stanowi indukcyjność
rozproszenia uzwojeń transformatora zasilającego przekształtnik.
Jednostka komutacyjna lub układ elementarny jest liczbą zaworów, które w okresie napięcia sieci
energetycznej komutują wyłącznie ze sobą.
Punkt komutacji naturalnej jest wyró\niony chwilą czasu wejścia w proces naturalnej komutacji
układu diodowego (nie sterowanego), o liczbie zaworów większej od jeden.
Przedział przewodzenia elementu mocy równy jest przedziałowi czasu zawartemu pomiędzy
kolejnymi wystąpieniami punktu komutacji (naturalnej dla układu nie sterowanego).
W oparciu o przedstawione wy\ej definicje , zespół diod mocy stanowi zbiór elementów mocy o
liczbie proporcjonalnej do ilości u\ytych jednostek komutacyjnych. Pojedyncza jednostka
komutacyjna tworzy układy jednokierunkowe , ich połączenie szeregowe układy dwukierunkowe,
nazywane mostkowymi. Dla sieci trójfazowej, układy jednokierunkowe tworzą grupę połączeń
nazywaną: układem gwiazdowym oraz układem sześciofazowym.
2
Połączenie szeregowe lub równoległe jednostek komutacyjnych jest poprawne wtedy, je\eli w
wyró\nionym module diodowym wystąpi symetryczne przesunięcie fazy, wyznaczone przez punkty
naturalnej komutacji występujących jednostek komutacyjnych. W przypadku u\ycia dwu jednostek
komutacyjnych , przesunięcie fazy dwu jednostek wynosi /2.
2.1 Problem diod mocy. Dane katalogowe, podstawowe definicje.
URRM powtarzalne szczytowe napięcie wsteczne; klasa napięciowa diody;
URSM niepowtarzalne szczytowe napięcie wsteczne;
U(BR) napięcie przebicia struktury;
IR - Prąd wsteczny diody; o max. Wartości przy URRM i TJ = 125oC
IF(AV) znamionowa wartość średnia prądu; maksymalny średni prąd przewodzenia; klasa prądowa
diody
IF (RMS) maksymalny dopuszczalny prąd wsteczny
IFSM niepowtarzalny szczytowy prąd przewodzenia dla 10 ms czasu trwania impulsu prądu.
Ih2*t - parametr przecią\eniowy ; dla całki wyznaczonej w półokresie napięcia sieci.
UF(TO) napięcie progowe, wyznaczone w punktach : 0,5 oraz 1,5 IF(AV):
RF zastępcza rezystancja dynamiczna.
Charakterystyka przecią\alności granicznej wartość prądu przecią\eniowego IF od czasu trwania
przecią\enia, bez obawy zniszczenia diody. Zale\y od szybkości opadania prądu diody dirr/dt oraz w
mniejszym stopniu od prądu diody przed wyłączeniem.
IRRM maksymalna wartość przejściowego prądu wstecznego; (di/dt;Ifw)
trr czas odzyskiwania właściwości zaworowych; określa właściwości diody przy wyłączaniu;
Strata mocy w pojedynczej diodzie; w zespole przekształtnika;
Kształt prądu dla pojedynczej diody.
Kształt prądu fazy uzwojenia wtórnego transformatora.
3. Właściwości wyjścia przekształtnika po stronie DC.
Mo\na wyró\nić następujące zagadnienia:
a) Kształt napięcia wyprostowanego, jest zale\ny od liczby faz strony wtórnej transformatora,
jednostki komutacyjnej, połączenia szeregowego lub równoległego tych jednostek;
b) Liczba pulsacji napięcia po stronie obwodu dc, w okresie napięcia zasilającego równa jest
liczbie u\ytych do konstrukcji przekształtnika diody mocy.
c) Kształt napięcia zale\y od liczby faz. Wyró\niony przebieg napięcia optymalny w obszarze
Pracy normalnej, oraz kształt napięcia wywołany awarią układu: brakiem jednej lub
większej liczby faz zasilania. Powy\sze przypadki awarii nale\y zweryfikować
eksperymentalnie.
d) Kształt napięcia z uwzględnieniem zjawiska , strata napięcia.
e) Model matematyczny procesu komutacji na przykładzie pojedynczej jednostki
komutacyjnej; przedział komutacji wyznaczony analitycznie ; graficznie; przedział
komutacji zaobserwowany na ekranie oscyloskopu; pole napięć w procesie komutacji,
f) Kształt prądu pojedynczej diody dla obcią\enia R, R-L.
g) Wartość średnia prądu diody. Definicja.
h) Wartość średnia napięcia przy prądzie ciągłym i przerywnym. Dlaczego są ró\nice ?
Najczęściej wykorzystywaną topologią niesterowanego układu prostownikowego jest układ 3-fazowy.
Najczęściej jest stosowany do zasilania odbiorników od małej poprzez średnią do du\ej mocy. Jest
zbudowany z dwóch jednokierunkowych trójpulsowych układów (gwiazd 3-fazowych) rys1.
3
Sposób połączenia uzwojeń transformatora sieciowego mo\e być dowolny i nie wpływa na pracę
układu. Działania mostka 3-fazowego obcią\onego rezystancją ilustruje rysunek 2.Ka\da dioda
przewodzi nieprzerwanie przez 1/3 okresu napięcia zasilającego, tj przez 2Ą/3 ,przez pozostałe 2/3
okresu jest polaryzowana wstecznie. Przy czym co Ą/3 zmienia się współpracująca z nią dioda z grupy
przeciwnej. Konfiguracja połączeń zaworów zmienia się zatem w okresie sześciokrotnie: układ jest
zatem układem sześciopulsowym.
Rys. 1 Interpretacja 3-fazowego niesterowanego mostka prostownikowego
a) napięcia schemat
b) przebiegi wyprostowanego
4
Rys. 2 Ilustracja działania 3-fazowego niesterowanego mostka prostownikowego
PRZEBIEG ĆWICZENIA
Rysunek 3 Widok płyty czołowej
5
Rysunek 4 Widok pulpitu sterowniczego
Pulpit sterowniczy
Zasada działania automatyki:
Przystępując do badań istnieje mo\liwość sprawdzenia poprawności działania automatyki bez podania
napięcia na układ. Mo\liwość tę zapewnia wyłącznik W1. Załączając go, podajemy napięcie na
transformator . Układ automatyki natomiast jest zasilany bezpośrednio z sieci.
6
Po załączeniu przycisku W1 układ jest gotowy do badań grupy trójpulsowej . Grupa ta bierze
cały czas udział w badaniach i nie jest wyłączana. Podczas pracy z tą grupą przełączniki W2, W3, W4
pozostają rozwarte.
Chcąc przystąpić do badań grupy 6-pulsowej musimy załączyć przycisk W3 Praca
równoległa oznaczony literą Z . W tym czasie pozostaje rozwarty przełącznik W2 oraz W4. Aby
przystąpić do badań z wykorzystaniem dławika wyrównawczego musimy go włączyć poprzez
przełączenie dzwigni przełącznika W2 opisanego Dławik i oznaczonego literą Z , w tym tylko
układzie mo\na zaobserwować napięcie dławika na wmontowanym w pulpit woltomierzu. Nadal
pozostaje rozwarty przełącznik W4 a przełącznik W3 zostaje zwarty. Układ blokuje wyłączenie pracy
równoległej podczas gdy badamy ją z wykorzystaniem dławika równoległego, tak samo jak blokuje
włączenie pracy mostkowej podczas badań pracy równoległej. By przystąpić do badań układu
mostkowego nale\y wyłączyć przełącznik W2, W3 a włączyć W4.
Przebieg pomiarów
Do stanowiska dołączony jest zespół obcią\enia impulsowego. Regulacja stopnia obcią\enia
widzianego od strony prostownika odbywa się na zasadzie regulacji PWM. Modulacja szerokości
impulsów odbywa się w zakresie od 12% do 88% wartości okresu.
Dla 3 przebiegów prądu nale\y przerysować zaobserwowane przebiegi.
Nale\y dokonać pomiarów napięć i prądów. Zaobserwowane wyniki nanieść w podanej tabeli.
Na płycie czołowej stanowiska został umieszczony punkt UD do pomiaru napięcia na jednej z diod
prostownika. Nale\y podpiąć się oscyloskopem w ten punkt w celu zaobserwowania kształtu
przebiegu napięcia.
Na płycie pulpitu sterowniczego obok woltomierza mierzącego napięcie na dławiku został
umieszczony punkt do obserwacji kształtu napięcia na dławiku. Nale\y podczas pomiarów
zaobserwować oscyloskopem kształt napięcia na dławiku.
1. Układ jednopołówkowy
7
Nale\y dokonać 6 10 pomiarów.
A_ rms amperomierz wartości skutecznej
A_ av - amperomierz wartości średniej
V_rms - woltomierz wartości skutecznej
V_ av woltomierz wartości średniej
2.Włączając przycisk W3 oznaczony Praca równoległa układ załącza się do pracy w tym
stanie. Na płycie czołowej jest umieszczona kontrolka sygnalizująca pracę tego bloku.
Pomiarów nale\y dokonać jak w punkcie poprzednim.
8
Nale\y dokonać 6 10 pomiarów.
A_ rms amperomierz wartości skutecznej
A_ av - amperomierz wartości średniej
V_ rms woltomierz wartości skutecznej
V_ av - woltomierz wartości średniej
3. Przełączając przełącznik W2 oznaczony Dławik wyrównawczy układ przechodzi do
pracy z dławikiem wyrównawczym. Dławik wykorzystywany jest tylko podczas pracy
równoległej. Wyniki pomiarów nale\y umieścić w tabeli. Nale\y dokonać pomiarów napięć
i prądów. Zaobserwowane wyniki nanieść w podanej tabeli.
Tabela nr 3
Lp. A_rms A_av V_rms V_av Vd_rms
A A V V V
1
2
Nale\y dokonać 6 10 pomiarów
9
A_rms amperomierz wartości skutecznej prądu strony wtórnej transformatora
A_av - amperomierz wartości średniej prądu strony wtórnej transformatora
V_rms woltomierz wartości skutecznej
V_av - woltomierz wartości średniej
Vd_rms napięcie na dławiku wyrównawczym.
4. Włączając przycisk W4 oznaczony jako Mostek układ przechodzi do pracy w układzie
mostka. Wyniki pomiarów umieścić w podanej tabeli.
Tabela nr 4
Lp. A_rms A_av V_rms V_av
A A V V
1
2
W oparciu o uzyskane dane, narysować charakterystyki zewnętrzne V_av = f(A_av). Napisać wnioski
i spostrze\enia.
10
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
AGH Sed 4 sed transport & deposition EN ver2 HANDOUTBlaupunkt CR5WH Alarm Clock Radio instrukcja EN i PLreadme enpgmplatz tast enen 48punto de cruz Cross Stitch precious moment puntotek Indios en canoaO cw4wil en aktual wydarzen 120Ćw4 Instrukcje CASE i IFManual Acer TravelMate 2430 US ENwięcej podobnych podstron