Temat: Energoelektroniczne łączniki prądu stałego, przekształtniki pośrednie i

Bezpośrednie.

Przekształtniki prądu stałego są stosowane najczęściej jako sprzęgi między układami prądu stałego o różnych poziomach napięciowych. Napięciem wejściowym jest zazwyczaj nieregulowane napięcie wyprostowane, którego tętnienie jest ograniczone przez filtr pojemnościowy. Następnie w przekształtniku po­ziom tego napięcia jest dopasowywany do wymaganej wartości, regulowanej w żądanym zakresie. Rozróżnia się przekształtniki prądu stałego bezpośrednie (nie zawierające pośredniego obwodu prądu przemiennego) i pośrednie (zawiera­jące taki obwód).

Energoelektroniczne łączniki prądu stałego.

Do łączenia obwodu obciążenia ze źródłem napięcia stałego są używane tyrystory konwencjonalne zawierające układ komutacji wewnętrznej (rys.).

Rys. liczniki prądu stałego: a) tyrystorowy o komutacji pojemnościowej; b) tranzystorowy.

Bardziej korzystnym rozwiązaniem jest zastosowanie tranzystorów mocy lub tyrystorów wyłączalnych GTO, gdyż eliminuje się wówczas układ komutacji. Łącznik prądu stałego z półprzewodnikowymi przyrządami mocy może odgrywać rolę stycznika lub przerywacza okresowego, służącego do cyklicznego (z określoną częstotliwo­ścią) załączania, i wyłączania obwodu obciążenia, co umożliwia przetwarzanie napięcia i prądu źródła na inne wartości napięcia i prądu obciążenia.

Typowym sposobem wyłączania tyrystora konwencjonalnego w obwodzie za­silania napięciem stałym jest komutacja wymuszona, realizowana za pomocą wstępnie naładowanego kondensatora komutacyjnego C (rys.powyżej). Kon­densator ten w odpowiedniej chwili zostaje włączony do obwodu w taki sposób, że anoda tyrystora przewodzącego jest ujemnie spolaryzowana w stosunku do katody. Tyrystor Ty1 przechodzi w stan blokowania po czasie t_d > t_q . Po rozładowaniu kondensatora, na tyrystorze Ty1 pojawi się napięcie dodatnie, ale tyrystor pozosta­nie w stanie blokowania. Do jego ponownego załączenia jest potrzebny impuls bramkowy. Tyrystory Ty1 i Ty2 wyłączają się wzajemnie. Kondensator C jest stale naładowany, a więc przygotowany do komutacji. Czas takiego stanu może trwać dowolnie długo, aż do chwili, gdy tyrystor Tył będzie załączony sygnałem stero­wania.

Łączniki tyrystorowe mogą być również stosowane jako szybkie wyłączniki prądu zwarciowego, ograniczające wartość prądu zanim osiągnie ona wartość zadaną. Elektroniczny układ sterujący łącznik jest sprzężony z czujnikiem prądu. Gdy na skutek zwarcia prąd przewodzony przez łącznik przekroczy nastawioną wartość, wówczas powstaje impuls powodujący załączenie tyrystora pomocnicze­go i wyłączenie tyrystora głównego.

Bezpośrednie przekształtniki prądu stałego.

Bezpośredni przekształtnik prądu stałego, zwany również przerywaczem prądu stałego lub czoperem (ang. chopper), nie zawiera obwodu pośredniego prądu przemiennego.

Rozróżnia się dwa podstawowe rodzaje bezpośrednich przekształtników prądu stałego (rys.):

1. Przekształtniki zmniejszające regulowane napięcie stałe.

2. Przekształtniki zwiększające regulowane napięcie stałe.

Rys. przedstawia bezpośrednie przekształtniki prądu stałego;

1. przerywacz obniżający regulowane napięcie stałe,

3. przerywacz zwiekszający regulowane napięcie stałe.

Rys. Zastosowanie tranzystorów bipolar­nych z diodami jako łączników w przerywaczu prądu stałego z możliwością przepływu energii w obu kierunkach przy odpowiednim wysterowaniu baz tranzystorów.

Na tym rysunku przedstawiono przykład zastosowania tranzystorów bipolarnych z diodami w przerywaczu prądu stałego. Spełniają one funkcje łączników. Przery­wacz ten, umożliwia przepływ energii w obu kierunkach przy odpowiednim wysterowaniu baz tranzystorów. Jest to czasami wymagane np. przy hamowaniu silnika ze zwrotem energii do źródła zasilania.

Pośrednie przekształtniki prądu stałego.

Pośredni przekształtnik prądu stałego zawiera obwód prądu przemiennego. Pośred­nie przekształtniki prądu stałego o podwójnym przetwarzaniu pracują zwykle przy zwiększonych częstotliwościach (powyżej 20 kHz), co wpływa na zmniejszenie poziomu hałasu i umożliwia zastosowanie transformatorów pośredniczących o wielokrotnie mniejszych wymiarach. Następną zaletą tych przekształtników jest możliwość elektrycznego odizolowania dwóch układów prądu stałego.

Uproszczony schemat strukturalny przekształtnika prądu stałego, w skład któ­rego wchodzi falownik, podano na rys. poniżej. Rozwiązanie to stosuje się w przeksz­tałtnikach spawalniczych zasilanych z sieci prądu stałego. W kopalniach głębino­wych często są prowadzone prace spawalnicze wymagające bezpiecznego niskiego napięcia (50 - 60 V). Należy wówczas zastosować przekształtnik o podwójnym przetwarzaniu. W układzie takim energia jest przekształcana dwukrotnie: w pier­wszym stopniu na energię prądu przemiennego, a w drugim stopniu — ponownie na energię prądu stałego o innej (mniejszej) wartości napięcia.

Rys. Pośredni przekształtnik prądu stałego o podwójnym przetwarzaniu,

1 — falownik, 2 — transformator o zwiększonej częstotliwości, 3 — prostownik

Pośrednie przekształtniki prądu stałego są także stosowane w taborze trakcji elektrycznej prądu stałego. Ich przeznaczeniem jest galwaniczne odseparowanie obwodów wysokiego napięcia stałego od obwodów niskiego napięcia w różnych stabilizowanych i niestabilizowanych zasilaczach prądu stałego. Przekształtniki te mogą również spełniać podobną funkcję w urządzeniach telekomunikacyjnych.

Zastosowanie łączników i przekształtników prądu stałego.

Przekształtniki prądu stałego najczęściej stosuje się w napędach trakcyjnych z sil­nikami szeregowymi i z układami rozruchu i hamowania, oraz w układach zasila­nia obwodów pomocniczych pojazdów trakcji prądu stałego.

Przekształtniki te mogą również spełniać funkcje kompensatorów napięcia w stacjach zasilających central telefonicznych, oraz łączników prądu stałego prze­znaczonych do załączania i wyłączania odbiorników zasilanych ze źródeł napięcia stałego.

Tyrystorowe łączniki prądu stałego charakteryzują się krótkimi czasami wyłą­czania — porównywalnymi z czasami wyłączania użytych półprzewodnikowych przyrządów mocy. Jednak działanie łączników tranzystorowych jest znacznie szyb­sze. Dzięki temu znajdują one zastosowanie w układach, w których jest wymagana duża częstotliwość łączeń.

Energoelektroniczne łączniki półprzewodnikowe prądu stałego nie zapewniają przerwy galwanicznej w obwodzie wyłączanym, dlatego też ze względów bezpie­czeństwa często stosuje się zwykły łącznik mechaniczny, połączony szeregowo z łącznikiem energolektronicznym.

---