W2. PRZEKSZTAŁTNIKI SIECIOWE 1 ( AC/DC; AC/AC)

Transkrypt

1 W. PRZEKSZTAŁTNIKI SIECIOWE 1 ( AC/DC; AC/AC) Ta wielka grupa swą nazwę wywzi z teg, że łączne bezpśreni sieci lub systemu energetyczneg napięciu przemiennym 50/60 Hz i w minującej liczbie przypaków służy pbierania energii z teg systemu na ptrzeby jeneg lub grupy birów. W niektórych przypakach jest knieczne zwracanie energii z birników sieci i pwienie rzaje przekształtników ają takie mżliwści. Przestuiwanie charakterystycznych ukłaów współpracujących z siecią a kazję pznania zaganień związanych z tą grupą. Następujące reprezentatywne przekształtniki w wersji 1 i 3 fazwej bęą mówine na wykłaach W i W3: prstwniki iwe niesterwane sterwniki napięcia przemienneg prstwniki tyrystrwe sterwane fazw Nat bęą rzpatrzne następujące zaganienia: prces kmutacji i jeg wpływ na właściwści przekształtnika ziaływanie przekształtników na sieć - współczynnik mcy mc pzrna mc instalwana PROSTOWNIKI DIODOWE (NIESTEROWANE) [6: str ] Prstwnik 1- fazwy Analizwane są ukłay jak na rys..1. Praca przy birniku E(R 0) pwiaa typwym warunkm pracy np. zasilacza z użym knensatrem filtrującym. Rys..1. Schematy jenfazwych wupulswych prstwników a) ukła z pwójnym (wufazwym*) źrółem b) ukła mstkwy Pytanie: Jak zrealizwać źrół wufazwe za pmcą transfrmatra wieluzwjeniweg Mieczysław Nwak ISEP-PW mnwak@ee.pw.eu.pl luty/marzec 005

2 Rys... Przebiegi napięcia i prąu birnika w ukłazie wg. rys 1.a w warunkach impulsweg prąu a) Praca przy E (R 0) Przy impulswym prązie birnika bwiązują następujące równania 1 ( t) i t i ( t) 1 sin ωt ( t) E m (cs α ω m ωt) E ( ωt ω α) W stanie ustalnym napięcie śrenie na inukcyjnści jest równe 0 t 3 i( t3) 1/ u ( ) t t i 0 t1 i ( t1) Wartść śrenia prąu birnika jest związana z wartścią napięcia wewnętrzneg birnika zależnścią I ( AV ) m π ω E m (1 csλ) E Najmniejsza wartśc napięcia E w tym trybie jest równa wartści sreniej przy prstwaniu pełnkreswym (granica impulsweg i ciągłeg prąu birnika) T T / 0 l1m sin ωtt l1( RMS ) 0, 9 π λ m l1( RMS) Mieczysław Nwak ISEP-PW mnwak@ee.pw.eu.pl luty/marzec 005

3 b) Praca przy C (filtr wyjściwy - najczęstsze zastswanie prstwnika jak zasilacza DC ) Rzwiązanie równań: u r i + + u... Rys..3. Prstwnik jenfazwy z knensatrem filtrującym i t Pstać macierzwa zmiennych stanu: x Ax + by Rzwiazanie przy pmcy integratrów i u 1 1 C t 0 t 0 ( u ( i r i u R u i C + t ) t u ) t rzwiązywane la i >0. Przykławe rzwiązanie la wybranych parametrów pan na rys..4. u R Mieczysław Nwak ISEP-PW mnwak@ee.pw.eu.pl luty/marzec 005

4 Rys..4. Przykławe przebiegi wyznaczne la bwu na rys. 4 Przy pmcy symulatra la paneg przykłau zstał wyznaczne spektrum harmnicznych prąu wejściweg (prąu linii zasilającej). Zaprezentwan je na rys.. 5 Rys..5. Wykres spektralny przebiegu prąu liniweg z przykłau la rys..4. Przykławe wyliczenie parametrów Amlitua 1 harmnicznej prąu la anych z rys..4 i.5 I 1m 3,05 A. Wartść skuteczna tej harmnicznej I 1RSM I 1m /,15A. Wartśc skuteczna całkwiteg prąu I RSM.95A. Na pstawie wzru z W1 wyznaczn wartść THD la przykławeg przebiegu prąu THD,95,15,15 100% 93,9% Pytania: Dlaczeg przewzenie impulswe w birniku jest puszczalna tylk przy niewielkiej jeg mcy D jakiej wartści ząża napięcie śrenie na wyjściu filtru pjemnściweg jeżeli wartść śrenia prąu ąży zera. Mieczysław Nwak ISEP-PW mnwak@ee.pw.eu.pl luty/marzec 005

5 c) Praca z użą inukcyjnścią i ciągłym prąem birnika. W ukłaach wielkiej mcy przekształtnik iwy nie pwinien pracwać przy impulswym prązie birnika aby zapewnić akceptwalne wartści współczynnika THD i mniejsze wartści mcy pzrnej (zainstalwanej) przekształtnika. Wymaga t zwiększenia inukcyjnści w bwzie birnika przez anie ławika Przebieg prąu linii w przypaku granicznym gy ma frmę symetrycznej fali prstkątnej. Amplitua pstawwej harmnicznej la teg przypaku wyznaczna zgnie z wzrami na skłaniki Furiera ma wartść (4/π) I a wartść skuteczna ( /π)i Wartść skuteczna la iealnej prstkątnej symetrycznej fali prąu jest równa I. Wartść THD la teg iealneg przypaku: THD I I π I 100% 48,43% π jest wukrtnie lepsza niż w pprzenim przykłazie Prblem Skława zerwa - w przewzie zerwym systemu 4-przewweg prąach każej fazy jak w przypaku z rys..4 i.5. Które harmniczne płyną przez przewó neutralny Prstwnik 3 fazwy mstkwy W ukłaach mcy pwyżej 1 kw stsuje się z zasay prstwniki trójfazwe. Pstawwy schemat pan na rys..6. Rys..6. Schemat trójfazweg prstwnika iweg Pytanie: Jak są uszeregwane przeziały przewzenia la pszczególnych i mstka? Czy pany spsób numeracji jest uzasaniny la mstków trójfazwych Mieczysław Nwak ISEP-PW mnwak@ee.pw.eu.pl luty/marzec 005

6 Rys..7. Prąy i napięcia raz spektrum harmnicznych la przypaku małej inukcyjnści Rys...8. Prąy i napięcia raz spektrum harmnicznych la przypaku użej inukcyjnści Przebiegi prąów i napięć la impulsweg ( małe) i ciągłeg wygłazneg ( uże) prąu wyjściweg z 3-fazweg mstka przestawin na rysunku.7 i.8. Na tych samych rysunkach przestawin pwienie wykresy spektrum. Wartść śrenia napięcia wyjściweg w trójfazwym prstwniku iwym przy załżeniu ciągłeg prąu wyjściweg ( AV ) T 6 T T /1 / 1 3 l1 csω tt 3 π 3 1 Mieczysław Nwak ISEP-PW mnwak@ee.pw.eu.pl luty/marzec 005

7 W przypaku gy z uwagi na niewielką inukcyjnść w bwzie prą ma charakter impulswy napięcie mże być niec większe. ( wartśc max: 6 lrms ) Przykława yskusja parametrów prąu sieci: a) Niewielka inukcyjnść - przewzenie impulswe Ten przypaek jest zbrazwany na rys.. 7. W przykłazie wyznaczn:: Amlitua 1 harmnicznej prąu I 1m 1,59A Wartść skuteczna 1 harmnicznej (I 1RSM I 1m / 8,9A). Wartśc skuteczna prąu całkwiteg I RSM Wartść THD la przykławeg przebiegu prąu z rys.. 7 THD 1,44 8,9 8,9 100% 97,6% b) Duża inukcyjnść - przewzenie ciągłe. Dla przypaku graniczneg gy ąży wartść skuteczna prąy w linii (prąu wejściweg) i wartść skuteczna pierwszej harmnicznej prąu przy prązie iealnie wygłaznym są kreślane wzrami; I ( RMS ) I 0. I... Dla teg przypaku iealneg wygłazenia prąu THD 30,8% 6 I1 ( RMS) I 0. 78I π Prblem: Czy w prstwniku małej inukcyjnści przewizianym pracy przy prązie impulswym funkcję ławika mże spełniać inukcyjnść bwu zasilająceg (linii, transfrmatra) Mieczysław Nwak ISEP-PW mnwak@ee.pw.eu.pl luty/marzec 005

8 STEROWNIKI NAPIĘCIA PRZEMIENNEGO (AC/AC): [: str 88-16], [4: str ] Sterwniki jenfazwe: Sterwniki teg rzaju są stswane nastawiania mcy czynnej birników typu rezystancyjneg stswanych głwnie grzania. Mżliwe jest sterwanie fazwe kąta załączenia tyrystrów w każym półkresie napięcia a także załączanie bciążenia na wybraną część pełnych półfal w kreślnym cyklu pracy ( tzw. sterwanie pakietwe). Inne zastswania tyczy sterwania prąu inukcyjneg w kmpensatrach mcy biernej. Wtey birnik ma charakter czyst inukcyjny. Pstawwy ukła przy birniku R przestawin na rys..9. Przebiegi prąu i napięcia przy różnych katach ϑ z przestawin na rys.. 10 Rys.. 9. Schemat 1-fazweg sterwnika napięcia Pytanie: Czy i jak przy pmcy 1 tyrystra i i zrealizwać łącznik sterwnika napięcia i prąu przemienneg Pytanie: Jakie zalety ma sterwanie pakietwe w prównaniu z fazwym Pstawwe równanie: i Ri( t) + m sin( ω t + ϑz ) t ma rzwiązanie w pstaci gólnej: i( t) R m + ( ω) (sin( ωt ϕ) sin( ϑ z ϕ) e gzie : ϑz - kąt późnienia załączenia tyrystrów, ϕ arctg(ω/r) ωt + ϑ tgϕ z ) Mieczysław Nwak ISEP-PW mnwak@ee.pw.eu.pl luty/marzec 005

9 Rys..10 Przebiegi prąu birnika przy różnych kątach załączania tyrystrów la przypaku bciążenia rezystancyjneg (a) i inukcyjneg (b) A Przypaek bciążenia rezystancyjneg Pstawwe wielkści wymagające wyznaczenia: - Śreni prą tyrystra: IT ( AV ) (1 csϑz ) πr - Wartść skuteczna napięcia birnika: ϑz sin ϑ z O( RMS) RMS 1 + π π Pytanie: Jak wygląają charakterystyki sterwania wartści śreniej prąu w tyrystrach i wartści skutecznej napięcia birnika - wyznaczyć w spsób przybliżny lub kłanie. D czeg takie charakterystyki są użyteczne. B Przypaek bciążenia inukcyjneg - sterwnik prąu bierneg - stswany w kmpensatrach. i ωt 1 m ( t) m sin ωtωt (csϑz csωt) ω ω Prą śreni tyrystra w tym przypaku : I ϑ z πω (csϑ ( ϑ ϑ ) + sin ϑ m T ( AV ) z w z z ) Mieczysław Nwak ISEP-PW mnwak@ee.pw.eu.pl luty/marzec 005

10 Pytanie: Jaki zakres sterwania kątem załączenia jest niezbęny la birnika typu R kącie mcy ϕ Prblem. Dlaczeg przy sterwaniu mcą w birnikach grzewczych chętniej stsuje się sterwanie pakietwe sterwania fazweg. Sterwniki 3-fazwe: Sterwniki trójfazwe są stswane gównie jak ukłay kntrli i graniczenia prąu rzruchweg maszyn inukcyjnych ( tzw. miękki rzruch - sft-start ) i z teg wzglęu mel ich bciążenia t trójfazwy symetryczny bwó RE. W uprszcznej analizie psłużyć mże bwó R. jak na schemacie z rys..11. Rys..11. Schemat trójfazweg sterwnika Przy wyznaczaniu napięć i prąów birnika w przypaku ukłau bez przewu neutralneg należy uwzglęnić fakt, że przewzą łączniki bąź w bąź w 3 fazach. Oznacz t że na impeancji 1 fazy birnika pjawiają się napięcia fazwe lub ½ napięcia przewweg. Pytanie: Czy przy birniku trójfazwym symetrycznym przy sterwaniu fazwym przez przewó neutralny bęzie płyną prą. C się stanie jeżeli takieg przewu nie bęzie. Mieczysław Nwak ISEP-PW mnwak@ee.pw.eu.pl luty/marzec 005