INSTR1.DOC

6

PROSTOWNIK STEROWANY MOSTKOWY

Prostowniki sześciopulsowe  z przewodem neutralnym są stosowane wówczas, gdy wymagane jest niskie napięcie wyprostowane, nie przekraczające np. kilku woltów . Strata napięcia jest bowiem w tych prostownikach mała i równa tylko spadkowi napięcia na jednym przewodzącym zaworze.

     W układzie sześciopulsowym sześciofazowym prądy fazowe uzwojenia wtórnego transformatora i prądy tyrystorów płyną zaledwie przez 1/6 okresu napięcia zasilania. Wartość średnia prądu przewodzenia tyrystorów jest aż sześciokrotnie mniejsza niż wartość średnia prądu odbiornika. Ma to niekorzystny wpływ na stopień wykorzystania energetycznego tych elementów. Krótki przedział pracy poszczególnych uzwojeń fazowych, przypadający na okres napięcia linii zasilającej, zmusza do budowy transformatorów prostownikowych o mocy pozornej znacznie przewyższającej moc odbiornika prądu stałego.

     O wiele korzystniejszy pod tym względem jest układ sześciopulsowy mostkowy, przedstawiony na rys. 5.29. Prostownik sześciopulsowy mostkowy może być zasilany przez dławiki sieciowe z linii trójfazowej bez przewodu neutralnego bądź przez transformator trójfazowy, dopasowujący napięcie wyjściowe prostownika do wymaganego napięcia odbiornika. Transformator może mieć uzwojenia połączone w jeden z czterech układów: gwiazda-gwiazda, gwiazda-trójkąt, trójkąt-gwiazda lub trójkąt-trójkąt.

     W przeciwieństwie do prostowników zasilanych przez transformator z wyprowadzonym przewodem neutralnym prostowniki mostkowe przewodzą w czasie obu półfal każdego z napięć zasilania.

W przewodach zasilających prostownik mostkowy płynął prądy przemienne. Układ sześciopulsowy mostkowy można rozpatrywać jako połączenie szeregowe dwóch prostowników trójpulsowych, utworzonych przez tyrystory o połączonych katodach (T1, T2, T3) i tyrystory o połączonych anodach (T4, T5, T6). Tyrystory o połączonych katodach nazywa się często grupą katodową mostka, a tyrystory o połączonych anodach –grupą anodową .Podczas pracy prostownika mostkowego przy przewodzeniu ciągłym, w dowolnej chwili znajduje się w stanie przewodzenia zawsze jeden tyrystor grupy katodowej i jeden tyrystor grupy anodowej. Napięcie wyprostowane składa się więc z impulsów, będących wycinkami przebiegów napięć międzyprzewodowych zasilających mostek. Podobnie jak w prostownikach trójpulsowych, tyrystor grupy katodowej mostka przechodzą w stan przewodzenia przy dodatnich półfalach napięć fazowych zasilania, a tyrystory grupy anodowej – w czasie ujemnych półfal tych napięć. Impulsy bramkowe tyrystorów obydwu grup są przesunięte wzajemnie o kąt równy p. Niezależnie od rodzaju odbiornika co  p/3 następuje zmiana konfiguracji obwodu prądu wyprostowanego.

Na rysunku 5.30 przedstawiono przebiegi czasowe napięć i prądów oraz impulsów bramkowych w prostowniku sześciopulsowym mostkowym, zasilającym odbiornik czysto rezystancyjny. Przebieg czasowy napięcia ud odbiornika jest wynikiem sumowania  napięć wyprostowanych przez dwa prostowniki trójpulsowe, utworzone przez grupy anodową i katodową tyrystorów mostka. Kąty α opóźnienia wysterowania tyrystorów  są liczone od punktów komutacji naturalnej, wyznaczonych przez zrównanie są wartości chwilowych kolejnych napięć fazowych lub międzyprzewodowych zasilających mostek. Układ sterowania impulsów bramkowych tyrystorów mostka musi zapewnić przy pracy impulsowej-jednoczesne załączanie tyrystorów w grupie katodowej i anodowej. Na przykład podczas pracy prostownika przy kącie opóźnienia α=π/2 (5.30a) tyrystor T1 po otrzymaniu impulsu bramkowego w chwili  t1 przejdzie w stan przewodzenia pod warunkiem, że tyrystor T5 otrzyma również w tej samej chwili impuls bramkowy. Tyrystory T1 i T5 przewodzą prąd do chwili t2, w której napięcie międzyprzewodowe u2AB osiągnie wartość równą zeru. Następnie, w chwili t3, w stan przewodzenia przechodzi tyrystor T6, ale pod warunkiem, że do tyrystora T1 jest doprowadzony impuls bramkowy. Tyrystory T6 i T1 przewodzą prąd do chwili t4, w której zaczyna przewodzenie para tyrystorów T5 i T2. Z powyższego opisu wynika, że każdy z tyrystorów powinien otrzymywać impulsy bramkowe o szerokości większej niż odpowiadająca kątowi π/3, bądź też dwa impulsy przesunięte o π/3.

   W zakresie kątów  0 α π/3 przewodzenie prądu wyprostowanego, przy zasilaniu odbiornika czysto rezystancyjnego, ma charakter ciągły (rys. 5.30b). W takim stanie pracy każdy z tyrystorów przewodzi prąd przez czas równy jednej trzeciej okresu napięcia zasilania. Wartość szczytowa napięcia tyrystorów jest równa amplitudzie napięcia międzyprzewodowego zasilającego mostek.

   Wartość średnia napięcia wyprostowanego prostownika sześciopulsowego mostkowego, niezależnie od rodzaju odbiornika, przy przewodzeniu ciągłym wynosi

Ud=U2cos=Ud0cos

gdzie Ud0-wartość średnia napięcia wyprostowanego przy kącie=0 i przy braku obciążenia prostownika. Napięcie to jest w przybliżeniu równe

Ud02,34U2

Komutacja prosta

Analiza przebiegu czasowego napięcia wyjściowego i prądów wejściowych przy założeniu, że komutacja jest zewnętrzna (naturalna) oraz, że proces komutacji zachodzi pomiędzy dwoma fazami wejściowymi (komutacja prosta). Przebiegi czasowe napięcia wyjściowego i prądów wejściowych, w przypadku komutacji prostej, są zilustrowane na rys. 3.21b, c. W procesie komutacji faza wstępująca (załączana) ma bardziej dodatnie napięcie niż faza ustępująca (wyłączana) i dlatego przejmuje przewodzenie prądu z obwodu fazy ustępującej. Przedział kątowy  równoczesnego przewodzenia prądu przez dwie fazy jest nazywany kątem komutacji oznaczonym symbolem μ.

     Posługując się rysunkiem  3.21a zakładamy, że prąd odbiornika przewodzi tyrystor T1 w fazie1, a tyrystor T2 w fazie 2 włącza się z opóźnieniem ωit=α.

DUd=-dwit = -=-XKi1a          

(id=Id)

DUd=-XKId     

przy uwzględnieniu zjawiska komutacji napięcie wyjściowe średnie jest więc określone następująco:

Ud=Ud0cosa-XKId    

u1-u2=-2Umsinsin(wit)    

i1=Id-sin(cosa -sinwit)        

ponieważ (i1+i2)=Id ,więc prąd wtórny

i2=sin(cosa -sinwit) kąt komutacji

m=arc cos       

z tego równania wynika, że kąt komutacji osiąga maksimum, gdy a=0 lub a=p(m=u0), a minimum, gdy a==p/2

prąd zwarcia dwóch faz:

iK=(1-coswit)=IK(1-coswit)   

Rysunek 3.22 ilustruje przebieg czasowy prądu zwarcia iK oraz przebiegi czasowe prądów i1 i  i2 w zależności od kąta α, a ponadto zależność kąta komutacji od kąta α przy stałej wartości prądu Id.

Przebieg ćwiczenia

Schemat pomiarowy:

Wykaz przyrządów:

A1 --amperomierz magnetoelektryczny

A2 --amperomierz elektromagnetyczny

V1 --woltomierz magnetoelektryczny

V2 --woltomierz elektromagnetyczny

V3 --woltomierz lampowy

W oparciu o poniższą tabelę należy wykreślić dla prostownika obciążonego rezystancją, a następnie z obciążeniem RL następujące charakterystyki:

1.      Id= f(a)

2.      Ud= f(a)

3.      DUdk= f(Id)

4.      m= f(Id)