Měření na paralelním rezonančním střídači

Výkonová elektronika 2

Měření na paralelním rezonančním střídači

Měřící skupina: Tomáš Hrabovský, Michal Procházka, Petr Tesař, Petr Vrána

Zadání:

1)Zapojte paralelní rezonanční střídač podle schématu a uveďte ho do činnosti.

2)Změřte osciloskopem průběhy I_Z,U_Z,U_V,U_L,U_C,U_R

3)Urči nadrezonanční a podrezonanční režim a udělat v nich

měření

Schéma měření:

Použité přístroje:

Tyristorový můstek MTT-63-12

Generátor řídících pulsů

Kapacitní kaskáda C_Z

Induktivní část zátěže L_Z = 150 mH, 30A

Odpor zátěže R_Z – v sérii zapojené proměnné odpory 3,6Ω;25A a 14Ω;12A

Vodní pojistka P

Vypínač S

Ochranný odpor R_ochr = 39Ω;4A 

Tlumivka L = 182 mH

Voltmetr V a ampérmetr A

Zdroj ss napětí 48 V

Teoretický rozbor:

Paralelní rezonanční střídač je napájen z proudového zdroje, což má zabezpečit tlumivka L.Při sepnutí ventilů V1 a V2 se kondenzátor přebíjí proudem vnuceným zdrojem na takovou polaritu, že plus má na levé straně.Poté se čeká na řídící pulsy tyristorů V3 a V.Jakmile tyto ventily sepnou, vybíjecí proud kondenzátoru působí proti proudu zdroje procházejícím ventily V1,V2 a to způsobí, že výsledný proud těmito ventily klesne pod minimální přídržný proud a tím tyristory vypnou.V tomto okamžiku dochází tedy ke komutaci proudu mezi ventily V1,V2 a V3,V4.Kondenzátor se opět přebije a cyklus se opakuje.

Z funkce je zřejmé, že vlastní kmitočet RLC obvodu, který je dán vztahem

nemůže být větší, než jaká má být frekvence napětí a proudu zátěží.Kdyby tomu tak nebylo, kondenzátor by se vlivem kmitů rezonančního obvodu přebil dříve, než by přišli řídící pulsy na zatím nevodivou dvojici tyristorů.

Průběhy napětí a proudu při vhodně zvolené zátěži RLC jsou znázorněny na obrázku.

Odpor R_ochr je zde připojen z důvodu odstranění přepětí na vypínači S při jeho rozpínání.

! !!!!!

Při vypínání střídače je důležité, aby se nejprve vypnul obvod vypínačem S a až poté se mohou zablokovat řídící pulsy tyristorů.Při opačném pořadí postupu vypínání vznikne na tyristorech přepětí (viz. závěr) a dojde k jejich zničení, jak se to povedlo nám. 

Naměřené průběhy

Díky zmatkům a chybám popsaných v závěru jsme odměřily požadované průběhy (až na průběh I_Z, protože za proudem zátěží jsme považovali proud protékající sériovou kombinací RL ) jen pro dvě nastavení hodnot RLC obvodu.

R_Z = 15,8 Ω

C_Z = 64 μF => f_rez = 50,7 Hz

L_Z = 150 mH

R_Z = 4,8 Ω

C_Z = 32 μF => f_rez = 72,5 Hz

L_Z = 150 mH

Chybějící průběh I_Z je dán součtem proudů I_C a I_R.

Závěr

Průběhy v obou případech se liší od teoretického předpokladu, což bylo asi způsobeno malou indukčností L_Z.

Pro první případ nastavení zátěže, kdy f_rez ≈ f_zátěže ,by podle teoretických předpoklad měla být funkce střídače bezchybná a to se nám i měřením potvrdilo.

U druhého nastavení zátěže, kdy f_rez > f_zátěže ,by však střídač neměl fungovat.Vypadá to, že náboj, který zbyl na kondenzátoru v přibližně půlce doby přebíjejícího kmitu RLC obvodu, stačil na vytvoření dostatečně silného proudového impulsu na vypnutí dvojice ventilů.V případě, že by tento proud byl nedostačující, došlo by k prohoření střídače a k rozpojení obvodu vodní pojistkou.

Případ pro zátěž, kdy je f_rez < f_zátěže, jsme nestačili zrealizovat pro nedostatek času.

Nejvíce času nám sebralo oživení střídače.Nejprve se nám stále přepalovaly vodní pojistky. Celkem dlouho nám trvalo, než jsme přišli na to, že máme zapojenou malou indukčnost tlumivky L (91 mH),a že tedy není schopná omezit velikost nabíjejícího proudu kondenzátoru C_Z.

Po odstranění toho nedostatku nám střídač pár minut fungoval, dokud se nám nepodařilo při jeho vypínání zazmatkovat.Nejprve jsme zablokovali řídící pulsy tyristoru a až poté vypnuli vypínač.Vzniklé přepětí dané vztahem,

U - velikost vzniklého přepětí

I - velikost proudu v době počátku vypnutí obvodu

C_celk - součet kapacity C_Z se všemi parazitními kapacitami zátěže a ventilů

nám zničilo tyristory.

To, že jsou ventily prohořelé nám došlo až po několikáté výměně pojistek ve zdroji napětí, které vždy zaúčinkovaly dříve, než vodní pojistky.Po výměně tyristorů nám již vše fungovalo, ale zbylo nám asi 20 min. do konce cvičení.