ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΙΣΧΥΟΣ ΑΣΚΗΣΗ 3 ΙΠΑΛΜΙΚΟΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑΣ ΜΕ Μ/Σ ΜΕΣΑΙΑΣ ΛΗΨΗΣ
ΤΕΙ ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΙΣΧΥΟΣ ρ. Ιωάννης Χ. ερµεντζόγλου ΑΣΚΗΣΗ 3 ΙΠΑΛΜΙΚΟΣ ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΟΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΑΣ ΜΕΣΑΙΑΣ ΛΗΨΕΩΣ 3.1 ΘΕΩΡΙΑ.3 3.2 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΣΥΣΚΕΥΗΣ..7 3.3 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΣΜΟΣ...8 3.4 ΕΡΓΑΣΙΑ ΣΤΟ ΣΠΙΤΙ 9 2
3.1 Θεωρία Λέξεις Κλειδιά: Ανορθωτής πλήρους κύµατος, Μ/Σ µε µεσαία λήψη, γωνία έναυσης θυρίστορ, ρεύµα διατήρησης θυρίστορ, τάση συγχρονισµού θυρίστορ, τάση πόλωσης θυρίστορ, αφή (άναµµα) θυρίστορ, σβέση θυρίστορ. Α ΓΕΝΙΚΕΣ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ Ερωτ. 1 : Τι κάνει ο διπαλµικός µετατροπέας µεσαίας λήψης? Μετατρέπει τη µονοφασική εναλλασσόµενη τάση σε συνεχή (πλήρες κύµα). Ερωτ. 2 : Τι είναι ο Μ/Σ µεσαίας λήψης? Ενας Μ/Σ µε λόγο σπειρών 1. Στο δευτερεύον τύλιγµα υπάρχει µία λήψη στο µέσον η οποία χωρίζει την αρχική τάση (του πρωτεύοντος) σε δύο ίσες τάσεις µε διαφορά φάσης 180 0. Ερωτ. 3 : Τι είναι η τάση πόλωσης θυρίστορ? Η τάση που εφαρµόζεται µεταξύ της ανόδου και της καθόδου ενός Θυρίστορ από µία πηγή τροφοδοσίας. Ερωτ. 4 : Τι είναι η τάση συγχρονισµού σε ένα κύκλωµα µε θυρίστορ? Η τάση πόλωσης του θυρίστορ λέγεται και τάση συγχρονισµού γιατί αυτή την τάση «παρακολουθεί» και επεξεργάζεται το κύκλωµα υπολογισµού της γωνίας έναυσης. Ερωτ. 5 : Τι είναι η γωνία έναυσης ενός θυρίστορ? Είναι η χρονική καθυστέρηση µε την οποία δίνουµε εντολή (δηλ. παλµό στην πύλη) στο θυρίστορ από τη στιγµή που η τάση στα άκρα του αυξάνει (γίνεται θετική). Ερωτ. 6 : Πώς ένα θυρίστορ πάει σε κατάσταση αγωγής? Όταν είναι πολωµένο θετικά (δηλ. θετική τάση µεταξύ ανόδου και καθόδου), δοθεί παλµός ρεύµατος στην πύλη, και το ρεύµα που διαρρέει το θυρίστορ ξεπεράσει ένα ελάχιστο ρεύµα το οποίο λέγεται ρεύµα µανδάλωσης (=0.5% του ονοµαστικού ρεύµατος θυρίστορ). Μόλις το 3
ρεύµα µέσα από το θυρίστορ αυξηθεί πάνω από το ρεύµα µανδάλωσης αφαιρείται ο παλµός από την πύλη. Ερωτ. 7 : Πώς σβήνει ένα θυρίστορ? Όταν η τάση στα άκρα του (πόλωσης) γίνει µηδέν ή αρνητική και το ρεύµα µέσα από το θυρίστορ πέσει κάτω από το ελάχιστο όριο που λέγεται ρεύµα διατήρησης (=0.5% του ονοµαστικού ρεύµατος θυρίστορ). Σχ. 3.1 Βασικό κύκλωµα 4
Σχ. 3.2 Βασικές κυµατοµορφές του µετατροπέα για καθαρά ωµικό φορτίο και α=0 0 (i: αρχική τάση, ii: τάσεις πόλωσης των θυρίστορ, iii: τάση φορτίου, iv:ρεύµα φορτίου, v:τάση στα όρια του θυρίστορ 1, vi: ρεύµα θυρίστορ 1). 5
Σχ. 3.3 Βασικές κυµατοµορφές του µετατροπέα για καθαρά ωµικό φορτίο και α=90 0 (i: αρχική τάση, ii: τάσεις πόλωσης των θυρίστορ, iii: τάση φορτίου, iv:ρεύµα φορτίου, v:τάση στα όρια του θυρίστορ 1, vi: ρεύµα θυρίστορ 1). 6
Σχ. 3.4 Βασικές κυµατοµορφές του µετατροπέα για ωµικό-επαγωγικό φορτίο (10Ω, 0.0159 Η) και α=0 0 (i: αρχική τάση, ii: τάσεις πόλωσης των θυρίστορ, iii: τάση φορτίου, iv:ρεύµα φορτίου). Β ΕΙ ΙΚΕΣ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ (Να απαντηθούν από τους σπουδαστές σε συνεργασία µε τον διδάσκοντα) Ερωτ. 1: Γιατί σε έναν µετατροπέα µε θυρίστορ ακόµη και στην περίπτωση που αυτός τροφοδοτεί ένα καθαρά ωµικό φορτίο έχω κατανάλωση αέργου ισχύος? Ερωτ. 2: Πως µπορώ να περιορίσω την κατανάλωση αέργου ισχύος? 7
3.2 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΣΥΣΚΕΥΗΣ Σχ. 3.5 ιπαλµικός Μετατροπέας µε Μ/Σ µεσαίας λήψης Πορτοκαλί χρώµα: Κύκλωµα ισχύος (Μετατροπέας). Οποιαδήποτε µέτρηση σε αυτό το κύκλωµα θα έχει ως κόµβο αναφοράς το σηµείο του αρνητικού πόλου του φορτίου. Κίτρινο χρήµα: Κύκλωµα ελέγχου (Παλµοδότηση των θυρίστορ). Οποιαδήποτε µέτρηση σε αυτό το κύκλωµα θα έχει ως κόµβο αναφοράς το σηµείο Β6. 3.3 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΣΜΟΣ 1) Αντιστοίχιση της τάσης ελέγχου (0-10 V) µε τη γωνία έναυσης (180 0-0 0 ). Συνδέστε ένα φορτίο 100 Ω στην έξοδο του µετατροπέα. Παρεµβάλλετε ένα Βαττόµετρο για να µετράτε την ενεργό και άεργο ισχύ του φορτίου και ένα αµπερόµετρο για να µετράτε το ρεύµα φορτίου. Με ένα βολτόµετρο θα µετράτε την τάση ελέγχου (0-10 V) και µε ένα άλλο βολτόµετρο την τάση εξόδου. Το πρώτο κανάλι του παλµογράφου να δείχνει την τάση συγχρονισµού, το δεύτερο κανάλι τους παλµούς στο θυρίστορ 1 και το τρίτο κανάλι τους παλµούς στο θυρίστορ. Αυξάνοντας την τάση ελέγχου από 0-10 συσχετίστε τη µε τη γωνία έναυσης. Πως θα το πετύχετε αυτό? 8
0 0 30 0 60 0 90 0 120 0 150 0 180 0 2) Καταγραφή των κυµατοµορφών. Η έξοδος του καναλιού 1 του παλµογράφου θα δείχνει την τάση συγχρονισµού (εισόδου), η έξοδος του καναλιού 2 του παλµογράφου θα δείχνει την τάση φορτίου και η έξοδος του καναλιού 3 του παλµογράφου θα δείχνει το ρεύµα φορτίου. Καταγράψτε τις παραπάνω κυµατοµορφές για τις παρακάτω γωνίες έναυσης: 0 0 30 0 60 0 90 0 120 0 150 0 180 0 3) Καταγραφή των µεγεθών α 0 0 30 0 60 0 90 0 120 0 150 0 180 0 V(φορτίου) Ι (φορτίου) P(W) Q(VAR) 3.4 ΕΡΓΑΣΙΑ ΣΤΟ ΣΠΙΤΙ 1. Να περιγράψετε τη λειτουργία του διπαλµικού µετατροπέα µεσαίας λήψης. 2. Να σχεδιάσετε τις χαρακτηριστικές καµπύλες V(φορτίου)=f(α), Ι (φορτίου)=f(α), P(W)=f(α) και Q(VAR)=f(α). 9