PRZEKSZTAŁTNIKI SIECIOWE zadania zaliczeniowe

Transkrypt

1 PRZEKSZTAŁTNIKI SIECIOWE zadania zaliczeniowe 1. UWAGA: W podanych poniżej zadaniach w każdym przypadku odniesionym do określonego obwodu przekształtnikowego należy narysować kompletny schemat wraz zastrzałkowanymi i opisanymi wielkościami napięć i prądów. 2. Jeżeli nie zaznaczono inaczej w temacie przyrządy półprzewodnikowe należy traktować jako idealne. 1. Narysuj charakterystykę napięciowo- prądową diody i podaj sposób jej aproksymacji w modelu stosowanym np. w symulacjach 2. Narysuj charakterystykę napięciowo-prądową tyrystora i zinterpretuj na przykładzie prostownika 1-pulsowego zasadę sterowania fazowego tyrystora. 3. Z sieci o napięciu sinusoidalnym o amplitudzie Um poprzez prostownik tyrystorowy 1-pulsowy zasilany jest odbiornik typu RLE. Podaj zakres możliwych zmian kąta załączenia dla przypadku gdy E = + 0,5 Um oraz gdy E = - 0,5 Um. Przeprowadź dyskusję wpływu tgθ = ωl/r na kąt przewodzenia. 4. Narysuj podstawowe schematy 2-pulsowych jednofazowych prostowników diodowych - jedno i dwukierunkowego i porównaj ich właściwości użytkowe. 5. Prostownik jednofazowy mostkowy zasilany jest ze źródła napięcia sinusoidalnego o napięciu 230V RMS i o indukcyjności wewnętrznej 500 μh ma na wyjściu kondensator o wielkiej pojemności i obciążony jest rezystorem tak, że napięcie na wyjściu jest równe 290 V. Narysuj dla tego przypadku: a) schemat układu z zastrzałkowanymi napięciami i prądami b) przebiegi napięcia i prądu na wejściu i wyjściu mostka diodowego c) przebiegi prądu i napięcia wybranej diody prostowniczej 6. Układ ładowania akumulatora składa się z transformatora sieciowego i mostka diodowego). W szereg z akumulatorem o napięciu źródłowym E=6Vwłączono rezystor R=1Ω. Jednofazowe napięcie sinusoidalnie przemienne doprowadzone do prostownika mostkowego jest opisane wzorem u=16sin100πt. Spadek napięcia na każdej przewodzącej diodzie wynosi ΔU=1V. W rozważaniach pominąć spadki napięć na rezystancjach i indukcyjnościach połączeń. W ramach zadania a) narysuj wyskalowane przebiegi wartości chwilowych napięcia i prądu wyprostowanego, prądu uzwojenia wtórnego transformatora oraz prądu jednej z diod, b) oblicz wartość średnią prądu ładowania akumulatora. 7. Dla prostownika jak w p.5. ale przy założeniu że indukcyjność występuje nie w obwodzie źródła napiecia przemiennego a na wyjściu prostownika wykonać rysunki jak w p. 3. a, b, c

2 8..Dla obwodu jak w p.4 zapisz równania opisujące zmienne stanu prąd w dławiku i napięcie na kondensatorze i narysuj schemat obwodu z integratorami rozwiązującego te równania dla wyznaczenia impulsu prądu.. 9. Narysuj schemat prostownika diodowego 2-pulsowego 2 diodowego zasilanego ze źródła bezindukcyjnego AC w postaci transformatora wielouzwojeniowego. Na wyjściu prostownika włączona jest indukcyjność filtrująca. Narysuj przebiegi napięcia i prądu wyjściowego z prostownika w przypadku granicznym przejścia od prądu impulsowego do ciągłego w odbiorniku przy założeniu. Wyznacz dla tego przypadku napięcie średnie na wyjściu. Narysuj charakterystykę zewnętrzną dla prądu obciążenia większego i mniejszego od wartości odpowiadającej przypadkowi granicznemu. 10. Dławik na wyjściu prostownika w zadaniu 7 jest tak duży, że wartość prądu w okresie napięcia sieci nie zmienia się. Jaki napięcie AC jest konieczne na wejściu dla uzyskania napięcia wyjściowego 100V jeżeli: a) indukcyjność obwodu AC w relacji do prądu wyjściowego jest pomijalnie mała b) iloczyn indukcyjności w obwodzie AC i prądu wyjściowego LsId = 0,5 Vs (f= 50 Hz) c) Narysuj przebiegi napięcia na wyjściu prostownika i prądu uzwojeniach w obu przypadkach 11. Prostownik diodowy mostkowy jest zasilany z 3 fazowej sieci o indukcyjności w każdej z faz 0,5 mh. Do wyjścia prostownika dołączony jest kondensator filtrujący i odbiornik DC. a) Narysuj schemat z oznaczonymi numerami diodami ( D1..D6). b) Narysuj typowe przebiegi prądu wyjściowego i prądu w każdej z faz zasilających ( prąd impulsowy). c) Oznacz na wykresie przez które diody przepływają kolejne impulsy 12. Mostek diodowy, trójfazowy jest zasilany z trójfazowego źródła o pomijalnej impedancji wewnętrznej natomiast na wyjściu jest włączony dławik o bardzo dużej indukcyjności tak, że obwód ten ma charakter źródła prądu o natężeniu 100A. a) Narysuj przebiegi prądu w fazach zasilających i oznacz na nich przez które zawory przepływają 60 segmenty b) Wyznacz dla tego przypadku podstawową harmoniczna prądu, THD, wartość skuteczną prądu oraz współczynnik mocy c) napięcie zasilające ( wartość skuteczną sinusoidy ) jeżeli napięcie wyjściowe jest równe 100 V 13. W układzie jak z zad. 11 w obwodzie zasilania występują indukcyjności 0,5 mh. ( zadanie tematycznie związane z W2 - komutacja) a) Narysuj przebiegi napięcia na zaciskach wyjściowych mostka i prądu na wejściu mostka diodowego (w 3 przewodach zasilających) b) Oblicz jakie napięcie fazowe jest potrzebne w tym przypadku aby przy 100A uzyskać napięcie wyjściowe 100V. c) Narysuj schemat oczka obwodu komutacyjnego, napisz równanie opisujące przebieg prądu podczas komutacji i objaśnij jak obliczyć kąt komutacji

3 14. Objaśnij na czym polega pakietowe sterowanie energią w grzejnikach zasilanych napięciem przemiennym. Porównaj to sterowanie z sterowaniem fazowym biorąc pod uwagę : współczynnik mocy, zakłócenia, charakterystykę sterowania 15. Tyrystorowy dwupulsowy prostownik mostkowy zasilany z sieci napięciem 230V RMS jest obciążony odbiornikiem indukcyjno-rezystancyjnym o bardzo dużej indukcyjności (100mH ; 5Ω) tak, że prąd wyprostowany jest praktycznie pozbawiony tętnień. Kąt opóźnienia wysterowania tyrystorów α=π/6. Pomijając zjawisko komutacji oraz straty mocy w układzie wyznaczyć: a) przebiegi wartości chwilowych: napięcia i prądu wyprostowanego, napięcia i prądu wybranego tyrystora oraz prądu linii zasilającej, b) wartość średnią napięcia wyprostowanego, c) wartość skuteczną prądu linii zasilającej, d) wartość średnią i skuteczną prądu wybranego tyrystora, e) współczynnik mocy prostownika. 16. Tyrystorowy sterownik napięcia przemiennego z włączonym dławikiem szeregowym jest stosowany jako regulator mocy biernej w układzie kompensatora pojemnościowego na linii napięcia przemiennego 1500 V. Jaką indukcyjność tego dławika należy przyjąć, jeżeli moc bierna jaką powinien skompensować układ wynosi 30 kvar. Jaki w przybliżeniu kąt opóźnienia załączenia tyrystorów zostanie nastawiony przez układ sterowania w przypadku gdy kompensowana moc wynosi 15 kvar. Narysuj dla tego przypadku napięcia i prądy gałęzi regulatora 17. Narysuj możliwie dokładnie orientacyjne przebiegi napięć i prądów odbiornika a) dla prostownika 1-fazowego 3-pulsowego przy α = 150 i napięciu wewnętrznym odbiornika Eo/Um = ( minus) przy założeniu że rezystancja odbiornika jest bliska 0 (odbiornik LE) b) dla prostownika trójfazowego 3-pulsowego przy α = 120 i przy założeniu że kąt komutacji μ=10 el. 18. Tyrystorowy 2-pulsowy prostownik mostkowy jest obciążony rezystorem. Dane są następujące wartości: -amplituda napięcia AC U m =330V, częstotliwość f=50hz, - rezystancje wszystkich tyrystorów w stanach blokowania i zaworowych są jednakowe, kąt opóźnienia wysterowania tyrystorów α=π/2. Wyznacz wyskalowany (tzn. z podaniem jednostek na osi odciętych i rzędnych) przebieg wartości chwilowej napięcia na jednym z tyrystorów. 19. Tyrystorowy dwupulsowy prostownik mostkowy zasilany bezpośrednio z sieci napięciem 230V jest obciążony odbiornikiem o cechach źródła prądu o wartościi d =36A. Kąt opóźnienia wysterowania tyrystorów α=π/6.wyznacz współczynnik mocy prostownika jeśli wiadomo, że stosunek amplitudy podstawowej harmonicznej prądu linii zasilającej I m(1) do wartości skutecznej I RMS tego prądu jest równy 4/π. Pomiń zjawisko komutacji oraz spadki napięć na przewodzących tyrystorach.

4 20. Wartość skuteczna prądu pobieranego z linii zasilającej przez jednofazowy tyrystorowy prostownik mostkowy wynosi I RMS. Kąt opóźnienia wysterowania α=π/3. Z uwagi na dużą indukcyjność odbiornika tętnienia prądu wyprostowanego są pomijalnie małe. Wyznacz: dla wielkości ogólnych :przebieg wartości chwilowej prądu pobieranego z linii zasilającej,-wartość prądu wyprostowanego,-współczynnik mocy prostownika przy podanym kącie α.,pominąć zjawisko komutacji i straty mocy w prostowniku. Narysować schemat układu. 21. Dla przypadku jak w p1b) wyznacz wartość średnią napięcia odbiornika przy α = 0 i przy założeniu że U2 = 220 V a prąd obciążenia ma stałą i identyczna jak dla przypadku w p 1.b wartość 50 A. 22. Na przykładzie prostownika 1-fazowego, 2-pulsowego z dzielonym uzwojeniem wtórnym transformatora należy: a) Objaśnić na wykresach zjawisko komutacji i podać możliwie dokładne przebiegi napięć i prądów dla α = 0 el i 90 el.. b) Przyjąwszy, że napięcie strony wtórnej wynosi 115VRMS a prąd w czasie komutacji ma wartość 100 A określić wartość indukcyjności rozproszenia transformatora jeżeli kąt komutacji przy α =90 el wynosi 6 el ( 333μs) 23. Dla prostownika 3-fazowego mostkowego narysować przebiegi napięć i prądów odbiornika przy obciążeniu rezystancyjnym i α=60 el. Na wykresie uwzględnić impulsy bramkowe tyrystorów. 24. Narysować przebiegi napięcia odbiornika i prądu wejściowego dla 3-fazowego mostkowego prostownika przy α =30 el.obliczyć współczynnik mocy dla tego przypadku pomijając komutację i przyjmując, że prąd odbiornika jest idealnie wygładzony. 25. Prostownik tyrystorowy, trójfazowy 3-pulsowy zasilany z linii 3*230Vrms pracuje przy kącie α = 30 el i prądzie 10A praktycznie stałym co do wartości z uwagi na wielka indukcyjność odbiornika. Jaka jest w przybliżeniu indukcyjność komutacyjna jeżeli kat komutacji wynosi 5 el. Narysować przebiegi napięcia odbiornika i prądu w zaworach jeżeli kąt α wzrośnie do 90 el a prąd będzie równy 50 A. 26. Prostownik 3-pulsowy tyrystorowego zasilany bezpośrednio z trójfazowej sieci prądu przemiennego. a) Narysuj przebiegi wartości chwilowych napięcia i prądu wyprostowanego oraz prądu jednego z tyrystorów jeśli kąt załączania tyrystorów wynosi 30º el.(kąt opóźnienia wysterowania α jest wówczas równy zeru) a odbiornikiem jest rezystor. b) Wyznacz wartość średnią napięcia wyprostowanego jeśli wartość skuteczna napięcia fazowego zasilającego prostownik jest równa U.

5 27. Prostownik 3-pulsowy tyrystorowy zasilanego z sieci trójfazowej poprzez transformator obniżający o przekładni napięciowej 1:4.Uzwojenia pierwotne i wtórne transformatora połączone są gwiazdę. Dla takiego przekształtnika: a) Narysuj przebiegi wartości chwilowych napięcia i prądu wyprostowanego oraz prądów w uzwojeniu wtórnym i pierwotnym transformatora, jeśli kąt załączania tyrystorów jest równy 60º el. (kąt opóźnienia wysterowania α równy jest wówczas 30º el.) a odbiornikiem jest dławik o bardzo małej rezystancji. b) Pomijając zjawisko komutacji oraz prąd magnesujący transformatora oblicz wartość skuteczna prądu uzwojeń wtórnych transformatora oraz prądu linii zasilającej jeśli prąd stały odbiornika jest równy I d?. 28. Do ładowania dużej baterii akumulatorów o napięciu nominalnym 24 V przewiduje się jednofazowy, 2-pulsowy prostownik tyrystorowy w układzie z transformatorem o zdwojonym uzwojeniu wtórnym. Napięcie baterii może się zmieniać w zakresie ±20%. Maksymalny prąd ładowania wynosi 100 A. Dławik filtrujący na wyjściu prostownika ma indukcyjność tak dużą, że tętnienia prądu są pomijalne w całym zakresie. a) Określ jaką przekładnia napięciowa transformatora jest konieczna aby zapewnić pełny prąd ładowania przy maksymalnym napięciu baterii uwzględniając spadki komutacyjne. Indukcyjność obwodu zasilania należy przyjąć równą 1 mh b) Oblicz wartości średnie o skuteczne prądu w tyrystorach i uzwojeniach transformatora przy maksymalnym prądzie ( 100 A) c) Oblicz współczynnik mocy urządzenia dla przypadku gdy napięcie baterii jest minimalne i maksymalne 29. W urządzeniu o zastosowaniu i parametrach użytkowych identycznych jak w zadaniu 7. należy przewidzieć zastosowanie mostka prostowniczego w wersji półsterowanej. ( do wyboru jeden z dwóch wariantów) a) Narysuj przebiegi napięcia na wyjściu prostownika i prądy w zaworach i uzwojeniu transformatora przy. Określ jaką przekładnia napięciowa transformatora jest konieczna aby zapewnić pełny prąd ładowania przy maksymalnym napięciu baterii uwzględniając spadki komutacyjne. Indukcyjność obwodu zasilania należy przyjąć równą 1 mh b) Oblicz wartości średnie o skuteczne prądu w tyrystorach i uzwojeniach transformatora przy maksymalnym prądzie ( 100 A) c) Oblicz współczynnik mocy urządzenia dla przypadku gdy napięcie baterii jest minimalne i maksymalne 30. Do zasilania wzbudzenia generatora synchronicznego o rezystancji 20 Ω wymagana jest moc 2420 W. Wielka indukcyjność zapewnia w całym zakresie sterowania ciągły prąd odbiornika który może być regulowany pomiędzy (0,5.. 1,0) Imax. Zaproponuj racjonalny układ prostownika tyrystorowego umożliwiający zasilanie tego uzwojenia bezpośrednio z sieci trójfazowej o pomijalnie małej impedancji wewnętrznej i określ: a) Przy jakich wartościach kąta opóźnienia załączania a będzie pracował prostownik przy prądzie Imax i 0,5 Imax.

6 b) Jaka wartość średnia i skuteczna prądu będzie płynęła przez tyrystor przy maksymalnym prądzie c) Jaką średnia szybkość narastania i opadania prądu odbiornika można uzyskać przy 0,5 Imax i 0,9 Imax przyjmując że indukcyjność odbiornika wynosi 0,5 H a kąt α prostownika może być zmieniany w zakresie el. 31. Napięcie zasilające 1-fazowy prostownik tyrystorowy mostkowy ma kształt fali prostokątnej o wartości ±100V i częstotliwości 1000 Hz. a odbiornik ma charakter źródła prądu o wartości 100 A. a) Narysuj przebiegi napięcia na odbiorniku oraz prądu w źródle zasilającym przy kątach a = 0, 45, 90, 135 el przy założeniu że źródło zasilające jest idealne. b) Narysuj przebiegi jak w p a) przy założeniu, że w obwodzie źródła zasilającego występuje indukcyjność 100 μh c) Dla przedstawionego przykładu wyprowadź ogólną zależność na charakterystykę sterowania Uo f(a) i zależność na kąt komutacji oraz stratę napięcia wywołanego komutacją.. d) Oblicz napięcie wyjściowe prostownika przy a = 45 i 135 z uwzględnieniem podanych wartości napięcia i indukcyjności źródła oraz prądu odbiornika. 32. Prostownik tyrystorowy 3-fazowy, mostkowy zasilany z sieci NN (400V/50 Hz) pracuje przy stałym prądzie odbiornika (źródło prądu). Sumaryczna indukcyjność każdej z faz obwodu zasilania prostownika wynosi 1 mh. a) Narysuj przebiegi napięcia odbiornika i prądu linii dla przypadku gdy α = 30, 90, 150 el przyjmując, że w przypadku α = 90 kat komutacji μ=6. Oszacuj wartość prądu odbiornika dla tego przypadku. b) Pomijając zjawisko komutacji określ dla wskazanych przypadków współczynnik mocy urządzenia. 33. Prostownik tyrystorowy sześciopulsowy mostkowy jest zasilany poprzez transformator obniżający napięcie o przekładni napięciowej 1:4. Układ połączeń uzwojeń gwiazdagwiazda. Wartość średnia prądu odbiornika o bardzo dużej indukcyjności i pomijalnie małej rezystancji (tgφ ) wynosi I d a kąt opóźnienia wysterowania tyrystorów α=π/6. Pomijając zjawisko komutacji należy wyznaczyć: a) przebieg czasowy prądu jednego z tyrystorów, b) przebiegi czasowe prądów uzwojenia pierwotnego i wtórnego transformatora (pominąć prąd magnesowania transformatora), c) wartość średnią i skuteczną prądów tyrystorów, d) wartości skuteczne prądów uzwojeń pierwotnych i wtórnych transformatora (pominąć prąd magnesowania transformatora), e) współczynnik mocy przekształtnika jeśli wiadomo, że stosunek wartości skutecznej podstawowej harmonicznej prądu linii zasilającej do wartości skutecznej tego prądu wynosi 0,955.

7 34. Dany jest trójfazowy diodowy prostownik mostkowy zasilany z linii trójfazowej o znanym napięciu fazowym U RMS.Odbiornik prądu stałego ma charakter R-L o bardzo dużej indukcyjności tak, że prąd wyprostowany I d można uznać za stały. Pomijając zjawisko komutacji wyprowadź wzór określający wartość skuteczną podstawowej harmonicznej oraz wszystkich wyższych harmonicznych o rzędach mniejszych od 15 prądów pobieranych z linii jeśli znana jest wartość rezystancji odbiornika R i sprawność energetyczna η przekształtnika. 35. Niesterowany prostownik mostkowy jest zasilany bezpośrednio z sieci trójfazowej 3 400V. Prostownik ten zasila odbiornik, którego rezystancja wynosi R=10Ω a indukcyjność L=100mH. a) Wyznacz wartość średnią I d1 prądu odbiornika przy zasilaniu trójfazowym. b) Oblicz jaką wartość średnia Id2 przyjmie prądu odbiornika, jeśli z jakichś powodów ( np. w wyniku zadziałania zabezpieczenia przeciwzwarciowego) nastąpi przerwa w jednym z przewodów zasilających prostownik. c) Wyznacz stosunek I d2 /I d1.