TYRYSTOROWY UKŁAD PROSTOWNICZY 3T OBCIĄŻONY RLE - PRZEWODZENIE CIĄGŁE

schemat ideowy układu

schemat zastępczy dla przewodzenia pojedynczego tyrystora.

*Przebieg napięcia „u” oraz prądu „i” odbiornika

Dla obciążenia RLE równanie napięciowe obwodu zastępczego w ustalonym stanie ma postać:

Przy czym „+E” praca prostownika „-E” praca falownika

*rozwiązaniem tego równania ma postać:

* prąd ma 2 składowe: sinusoidalna i składową operatorowa tłumienia:

* wartość napięcia wyprostowanego wyraża zależność -wartości średnia

wzoru definicyjny:

gdzie: alfa z- kat opóźnienia wysterowania tyrystorów

- kat załączania tyrystora

=
-(
);
-(
)

-
=
-

Wartość średnia prądu odbiornika:

Wzoru definicyjny:
I
=

- wartość skuteczna napięcia i prądu obliczone sa zgodnie z wzorami definicyjnymi:

- Zakres sterowalności tyrystora
przy czym:

Oraz Ud>0 praca prostownikowa

Wartość Ud<0 praca falownikowa;
to Ud=0

- kat wyprzedzenia wysterowania tyrystorów

Minimalny kat wyprzedzenia w pracy falownikowej zabezpieczający przed przewrotem falownika musi spełnić równanie

Gdzie
-kat komutacji;
- kat odpowiadający czasowi wyłączania tyrystora

Nie spełnienie tego warunku uniemożliwia wyłączenie, odzyskanie przez przewodzący tyrystor właściwości blokowania przed punktem komutacji roboczej w pracy falownikowej, tyrystor będzie przewodzili nadal, ale pracował pod wpływem napiec Ud+E

Dla pracy prostownikowej prąd płynie, gdy

Charakterystyka regulacyjna opisująca zależność

-maxymalna wartość średnia napięcia (przy pełnym wysterowaniu
=0)

TYRYSTOROWY UKŁAD PROSTOWNICZY 3T OBCIĄŻONY RLE - PRZEWODZENIE PRZERYWANE

Schemat taki sam jak poprzednio, ale

_{w =
p} +
_z

_w f(
_w,tgφ,e^w)

jeśli
_z rośnie
_w rośnie.

U_zmsin (ωt +
_z) =E
Ri + ωL

,przy czym”+E”praca prostownicza,

„-E”praca falownika

Wartość srednia napiecia wyprostowanego

U_d=

-wzór definicyjny

wartoś srednia prądu

I_d=

-wzór definicyjny

Wartośc skuteczna prądu i napiecia obliczone są ze wzoru

I=
; U=

W obliczeniach przybliżonych tgφ=1, impuls prądu można aproksymowac dodatnim półokresem

Sinusoidy o wartości maksymalnej i_max i czasie trwania α_p

I=
- -
(minus pomiędzy nawiasem a pierwiastkiem

TYRYSTOROWY UKŁAD PROSTOWNICZY 3T OBCIĄŻONY RL - PRZEWODZENIE CIĄGŁE

Przebiegi napięcia:

Przebiegi prądu:

Równanie napięciowe:

Wartość średnia napięcia wyprostowanego definiujemy z :

gdzie:
-kąt opóźnienia wysterowania tyrystorów

-kat załączania tyrystorów

Wartość średnia prądu: wzór definicyjny

, dla 3T:
Wartości skuteczne napięcia i prądu liczymy ze wzorów:

Charakterystyka regulacyjna:

Układ może pracować w charakterze prostownika z
>0 w przedziale 0<
<

Układ może pracować w charakterze falownika z
<0 w przedziale
<
<

Charakterystykę regulacyjną opisuje zależność:

TYRYSTOROWY UKŁAD PROSTOWNIKOWY ST OBCIĄŻONY RL - PRZEWODZENIE PRZERYWANE

Równanie napięciowe obwodu w ustalonym stanie pracy ma postać:

Wartość średnia napięcia na odbiorniku:

gdzie:

α _z - kąt opóźnienia wysterowania tyrystorów

- kąt załączenia tyrystorów

wartość średnia prądu

wartość skuteczna prądu i napięcia obliczana jest ze wzorów

;

W obliczeniach przybliżonych dla tgφ
1 impuls prądu moża aproksymować dodatnią półfalą sinusoidy opisywaną wzorem:

KOMUTACJA W TYRYSTOROWYCH UKŁADACH PROSTOWNICZYCH

W skutek występowania indukcyjności w obwodach prądowych fazowych przejmowanie obciążenia od zaworu kończącego przewodzenie przez zawór rozpoczynający przewodzenie nie może odbywać się skokowo. Występuje przedział czasu, w którym jednocześnie przewodzą dwa zawory, zawierające źródło zasilania. W przedziale tym następuje oddawanie energii pola rozproszenia z obwodu zaworu kończącego przewodzenie i gromadzenie energii w obwodzie zaworu występującego do pracy.

Proces ten nazywa się komutacja (przetłaczanie się zaworów (diód). Gdy jednocześnie przewodzą zawory 2 faz ma miejsce komutacja prosta zwana pojedyncza. Jeżeli w procesie uczestniczą zawory 3 lub więcej faz ma miejsce komutacja złożona. Czas trwania komutacji, czyli czas, gdy prąd płynie przez dwie fazy nazywamy katem komutacji.

L_S- indukcyjność rozproszenia

R_O- rezystancja obciążenia

(rysunek z końca)

Dla układu prostego (2 fazowego można ułożyć następującego równania:

L_K - indukcyjność komutacyjna - indukcyjność równoważna układu po stronie prądu przemiennego złożona z indukcyjności rozproszenia transformatora, sieci zasilającej , połączeń i dławików anodowych. Pominięto rezystancje komutacyjna oraz przyjęto zawory idealne.

Układ komutacji prostej może być zastąpiony układem równoważnym, w którym napięcie źródła jest równe średniej arytmetycznej napiec komutacyjnych faz a indukcyjności L_K są połączone równolegle.

Wartość chwilowa napięcia wyprostowanego w czasie komutacji:

Dla uproszczenia zależności opisujących proces komutacji przyjmuje się założenie, że indukcyjność obciążenia
oraz
, wtedy:

po uwzględnieniu iż dla
oraz

Przebiegi prądów fazowych:

Po uwzględnieniu w ostatnim wzorze ze dla
i

Kat komutacji zależy od parametrów układu prostowniczego (
) i jest funkcją zmiennych obciążenia (
). Zwiększa się przy zwiększaniu (
).

Komutacja zmienia przebiegi a tym samym powoduje:

- Obniżenie wartości średniej napięcia wyprostowanego

- Wzrost współczynnika kształtu napięcia wyprostowanego

- Wydłużenie czasu przewodzenia prądu przez zawór

- Zmniejsza wartość skuteczna prądu uzwojenia

- Zmniejszenie sztywności zewnętrznej prostownika

TRANZYSTOR IGBT - DZIAŁANIE I PODSTAWOWE CHARAKTER.

Tranzystor bipolarny z izolowaną bramką jest sterowany napięciowo tranzystorem MOS. Ma dużą szybkość przełączania i mała rezystancję baz-emiter.

Współczesny tranzystor IGBT zawiera kilka tysięcy elementarnych struktur tranzystorowych, połączonych równolegle na jednym podłożu.

Działanie:

Stan przewodzenia IGBT opisują statyczne charakterystyki wyjściowe. Są one podobne do charakterystyk tranzystora BJT. Prąd kolektora jest funkcją ciągłą napięcia kolektor - emiter U_CE oraz napięcia bramka - emiter U_GE.

Charakterystyczne parametry stanu przewodzenie są: - prąd ciągły stały (DC) kolektora I_C, -powtarzalny szczytowy prąd kolektora I_CRM, średni prąd kolektora I_C(AV)M, -napięcie przewodzenia kolektor-emiter U_CEsat.

Stany przełączania są ilustrowane przebiegami napięć i prądów. Mamy 2 fazy zaniku prądu kolektora i_C. W pierwszej fazie następuje szybki spadek i_C (czas opadania t_f) do wartości ok. 0,1I_C , w drugiej stromość opadania prądu jest zdecydowanie mniejsza (czas t_Z), faza ta stanowi tzw. „ogon prąd wyłaczanego”.

Czas wyłączania IGBT bywa definiowany w dwojaki sposób, jako:

-czas t_off , liczony od chwili zaniku napięcia bramki do chwili osiągnięcia przez prąd kolektora wartości 0,1I_C

-lub czas (t_off+t_Z), liczony do chwili osiągnięcia przez prąd kolektora wartości 0,01I_C, jest on istotny dla wysokich częstotliwości pracy.

Czas t_off jest sumą 2 czasów: magazynowania t_s (od chwili zaniku napięcia bramki do rozpoczęcia procesu opadania prądu kolektora) oraz czas t_f opadania prądu kolektora.

Czas załączania t_on składa się z czasów: opóźnienia t_d i narastania prądu t_r.

Czas t_d , liczony od podania dodatniego napięcia na bramkę do rozpoczęcia narastania prądu kolektora.

Do prawidłowej pracy IGBT w przekształtniku wymagana jest zazwyczaj szybka dioda prostownicza, bocznikująca zaciski kolektor-emiter. W tym celu wykonywane są moduły elektroizolowane, zawierające oba elementy w jednej obudowie

---