Katedra elektrotechniky a mechatroniky FEI-TU v Košiciach NÁVODY NA MERACIE CVIČENIA Z VÝKONOVEJ ELEKTRONIKY Jaroslav Dudrik Košice, február 05
SPÍNACIE VLASTNOSTI TRANZISTORA IGBT a MOSFET Úlohy: A) Spínacie vlastnosti IGBT.) Pri zvolenom prúde kolektora I C (napr. A) zistite veľkosť zapínacieho času a jeho zložiek. Zakreslite priebeh u GE a i C..) Sledujte vypínací proces tranzistora. Odčítajte veľkosť vypínacieho času a jeho zložiek. Zakreslite priebeh u GE a i C. 3.) Sledujte vplyv zmeny odporov v obvode hradla (pomocou zmeny odporu v kolektore koncového stupňa generátora) na veľkosť zapínacích a vypínacích časov. 4.) Porovnajte výsledky medzi IGBT a MOSFET a vyslovte závery o ich spínacích vlastnostiach. Schéma zapojenia (Úloha A): A GI U CC R G R Z L Z VD OSC. T T R G R G3 R G4 G u GE + C E VT u CE + U Osc. -U CC i G - R EG R EC i C -
B) Spínacie vlastnosti MOSFET.) Pri zvolenom prúde kolektora I D (max. 5 A) a rezistore R on zmerajte veľkosť zapínacieho času t on a jeho zložiek t d(on) a t r..) Zistite vplyv veľkosti rezistora R on na zapínací čas tranzistora. 3.) Sledujte vypínací proces MOSFET (priebehy napätí u GS a u DS ), pri nastavenom prúde kolektora I D a rezistore R off. Odčítajte veľkosť vypínacieho času t off a jeho zložiek t d(off) a t f. 4.) Zistite vplyv veľkosti rezistora R off na vypínací čas tranzistora. 5.) Zistite tvar prúdu hradla i G a určte jeho maximálnu hodnotu pri zapínaní a vypínaní pre minimálne hodnoty rezistora R on a R off. Schéma zapojenia (Úloha B): A + U CC R Z T R on[] R on[] L Z VD Generátor impulzov GI T R on[n] R off[] R off[] G u GS + D S u DS + VT U R off[n] Osc. i G - R SG R SD i D - Literatúra: Dudrik, J.: Prednášky z Výkonovej elektroniky. Timko, J., Dudrik, J.: Elektrické pohony a výkonová elektronika, TU Košice, 99.
JEDNOFÁZOVÝ JEDNOIMPULZOVÝ RIADENÝ USMERŇOVAČ S R-L ZÁŤAŽOU, BEZ A S NULOVOU DIÓDOU Úloha: Jednofázový jednoimpulzový riadený usmerňovač s R-L záťažou, bez a s nulovou diódou.) Zapojte a uveďte do činnosti univerzálne zapojenie -fázového jednoimpulzového riadeného usmerňovača podľa schémy..) Na jednofázovom jednoimpulzovom riadenom usmerňovači bez nulovej diódy s R záťažou osciloskopicky presledujte záťažné veličiny u d a i d. Porovnajte tvary týchto veličín pri rôznych uhloch riadenia α. 3.) Nastavte α = 45º. Pridávajte postupne čoraz väčšiu induktívnu zložku do záťaže a pozorujte ako sa časový priebeh prúdu stále viac odchyľuje od priebehu napätia. Všímajte si, ako v priebehu napätia u d pribúda čoraz väčší úsek zo zápornej periódy. Pri dostatočnej časovej konštante záťaže skúmajte vplyv uhla riadenia na tvar prúdu i d a na veľkosť uhla vypnutia α. Analyticky vysvetlite, prečo sa priebehy napätia na tyristore u v a napätia na záťaži u d navzájom musia dopĺňať do sínusovky. 4.) Nastavte nasledujúce parametre: U v = 50 V, α = 45º, R = 7 Ω, L = 600 mh. Zmerajte strednú a efektívnu hodnotu napätia a prúdu na záťaži a odčítajte pomocou osciloskopu príslušný uhol vypnutia α. Vypočítajte činiteľ tvaru napätia a prúdu záťaže. Vysvetlite rozdiel. 5.) Zmerajte ako sa zmení činiteľ tvaru napätia a prúdu záťaže, keď sa pri rovnakých parametroch ako v predchádzajúcom bode 4.) pripojí nulová dióda. 6.) Presledujte, aký vplyv na pozorované priebehy má zmena uhla riadenia usmerňovača. 7.) Zmenou časovej konštanty záťaže prejdite z OPP do ONP, resp. opačne. Presvedčte sa, že pri ohmickej záťaži sa nulová dióda neuplatní.
Schéma zapojenia: GHI 0V 50Hz T 50V V A de u d + A d L V de V d R ND N R V R d i V - Osc i d + R ND i ND - Literatúra: Oetter, J.: Výkonová elektronika, Návody na cvičenia, Alfa, Košice, 98. Dudrik, J.: Prednášky z Výkonovej elektroniky. Timko, J., Dudrik, J.: Elektrické pohony a výkonová elektronika, TU Košice, 99.
JEDNOFÁZOVÝ JEDNOIMPULZOVÝ RIADENÝ USMERŇOVAČ S R-L ZÁŤAŽOU, BEZ A S NULOVOU DIÓDOU SIMULÁCIA Úloha: Jednofázový jednoimpulzový riadený usmerňovač s R-L záťažou, bez a s nulovou diódou simulácia.) Zistite priebehy u d, i d a napätia na tyristore u VT pri R záťaži. Sledujte uvedené priebehy pri rôznych uhloch fázového riadenia α..) Nastavte uhol α na hodnotu 45º a pridajte do záťaže malú indukčnosť (L = 50 mh). Sledujte vplyv indukčnosti na priebehy daných veličín. Zvýšte hodnotu indukčnosti a sledujte zmeny. 3.) Nastavte nasledujúce parametre: U S = 50 V, α = 45º, R = 7 Ω, L = 600 mh. Zistite stredné hodnoty U d, I d, efektívne hodnoty U de, I de, a uhol vypnutia α. Porovnajte tieto výsledky s nameranými na reálnom usmerňovači. 4.) Do zapojenia pridajte nulovú diódu. Sledujte priebehy získané simuláciou na usmerňovači a porovnajte ich s teoretickými. 5.) Prejdite do oblasti prerušovaných prúdov znížením indukčnosti v záťaži a sledujte u d, i d. Sledované porovnajte s teoretickými priebehmi. 6.) Pridajte rozptylovú indukčnosť L σ = mh do série s napájacím zdrojom. Sledujte komutáciu medzi tyristorom a nulovou diódou. Zistite veľkosť komutačného uhla. 7.) Porovnajte priebehy získané pri reálnom a simulačnom zapojení usmerňovača a zanalyzujte rozdiely. Simulačná schéma zapojenia: CS9- PARAMETERS: Lsig p Us VT VOFF = 0 VAMPL = 70.7 FREQ = 50 Rghi 360 GHI V = 0 V = 5 TR = 0n TF = 0n PER = 0m PW = m TD = {0m*(ALFA/360)} ND BYV7-00 Rz {R} Lz {L} Rf ilt 5k R = 0 L = p ALFA = 0 0
JEDNOFÁZOVÝ STRIEDAVÝ MENIČ NAPÄTIA Úloha: Jednofázový striedavý menič napätia.) Zapojte striedavý menič podľa schémy. Uveďte menič do činnosti pri čisto ohmickej záťaži a osciloskopicky sledujte súčasne priebeh záťažného prúdu i z a napätia na záťaži u z. Preskúmajte tvary týchto veličín pri riadení meniča v plnom rozsahu α..) Nastavte uhol riadenia medzi 45º až 90º a pridávajte do obvodu záťaže čoraz väčšiu indukčnosť. Pozorujte, aké zmeny nastanú v priebehu napätia u z a ako sa priebeh prúdu i z čoraz viac odlišuje od priebehu u z. Pre dva zvolené parametre α, R, L zmerajte U ze, I ze, α a zapíšte ich. 3.) Pri dostatočne veľkej časovej konštante v záťaži presledujte tvary napätia a prúdu v záťaži pri zmenách uhla riadenia α. Overte si, že je rozsah riadenia pri R L záťaži meniča zdola obmedzený hodnotou ϕ. Pozorujte ako sa tvar prúdu pri zmenšovaní α až na hodnotu α min stáva sínusovkou posunutou voči napätiu o uhol ϕ. Zmerajte osciloskopicky uhol α min = ϕ a udajte číselnú hodnotu pomeru X L /R i časovej konštanty. 4.) Pri ohmickej záťaži pre α = 0º nastavte efektívnu hodnotu prúdu I ze0 = A. Súčasne zmerajte efektívnu hodnotu napätia U ze0. Potom pomocou osciloskopu nastavujte uhol riadenia α od 0º až do 80º, skokovite po 8º. Pri každom nastavenom uhle riadenia zmerajte efektívnu hodnotu záťažného prúdu I zeα. 5.) Vypočítajte veličinu a nam = (I zeα /I ze0 ) potrebnú pre zostrojenie riadiacej charakteristiky striedavého meniča napätia. Nameranú riadiacu charakteristiku (závislosť a nam = f(α ) ) vykreslite vo forme grafu. 6.) Do toho istého grafu vykreslite iným druhom čiary riadiacu charakteristiku získanú výpočtom podľa vzťahu pre a vyp = f(α ), ktorý je uvedený v závere.
Schéma zapojenia: GHI 0V 50Hz T 50V VT u z + A ze VT L V ze R N R z Osc i z + Užitočné vzorce:. R U I ze0 = ze0 R tg. L =. α min ; τ = L ω R, kde U ze0, I ze0 sú hodnoty pri α = 0º 3. Meraním sa parameter a určí nasledovne: 4. Výpočtom sa parameter a určí nasledovne: a nam a vyp I zeα =, I = ze0 a α sin. α + π. π I zeα nam = I ze0 Literatúra: Oetter, J.: Výkonová elektronika, Návody na cvičenia, Alfa, Košice, 98. Dudrik, J.: Prednášky z Výkonovej elektroniky. Timko, J., Dudrik, J.: Elektrické pohony a výkonová elektronika, TU Košice, 99.
JEDNOSMERNÝ ZNIŽOVACÍ IMPULZOVÝ MENIČ Úloha: Jednosmerný znižovací impulzový menič.) Zapojte znižovací jednosmerný impulzový menič podľa schémy..) Na znižovacom impulzovom meniči s R záťažou osciloskopicky presledujte záťažné veličiny u Z a i Z. 3.) Nastavte pomerný čas zapnutia striedu z = 0,5. Do záťaže pridávajte postupne čoraz väčšiu induktívnu zložku a pozorujte, ako sa časový priebeh prúdu i Z stále viac odchyľuje od priebehu napätia u Z. Sledujte prechod prúdu i Z do ONP. Zistite pri tom veľkosť ohmického odporu a indukčnosti v záťaži, a vypočítajte časovú konštantu τ = L/R. Analyticky vysvetlite, prečo sa priebehy u T (napätie na tranzistore) a u Z navzájom musia dopĺňať. 4.) Zistite, ako sa v ONP mení zvlnenie prúdu záťaže, v závislosti od: a) striedy z b) indukčnosti záťaže c) frekvencie 5.) Zistite vplyv činiteľov podľa bodu 4.) a); b); c) na prechod prúdu i Z z OPP do ONP a opačne. 6.) Do obvodu záťaže zapojte zdroj U i, ako zdroj protinapätia (U i > 0 V, t.j. v smere prúdu i Z ). O správnej polarite U i sa presvedčte pomocou voltmetra V i. Kotvu jednosmerného stroja JS pritom poháňajte pomocou indukčného motora AM. Veľkosť U i nastavujte zmenou uhlovej rýchlosti ω indukčného motora napájaného pomocou externého frekvenčného meniča. Sledujte výstupný prúd i Z a napätie u Z v ONP a v OPP. Sledujte vplyv zmeny veľkosti protinapätia U i na výstupný prúd i Z. 7.) Pri konštantnej striede z v rozsahu od 0 do, zmerajte pri zmene veľkosti protinapätia U i hodnoty prúdu I Z a napätia U Z, a zapíšte ich do tabuľky. Z nameraných hodnôt vykreslite zaťažovaciu charakteristiku meniča. V zaťažovacej charakteristike zakreslite hranicu medzi OPP a ONP.
Schéma zapojenia: u z + T A Z L U + = GRI ND i ND - R ND R T V Z R Z V i R U i JS i b U b ω = var. i T - Osc i Z + AM Literatúra: Dudrik, J.: Prednášky z Výkonovej elektroniky. Timko, J., Dudrik, J.: Elektrické pohony a výkonová elektronika, TU Košice, 99.