BUDAPESTI MÛSZAKI FÕISKOLA KANDÓ KÁLMÁN VILLAMOSMÉNÖKI FÕISKOLAI KA AUTOMATIKA INTÉZET Távokttá Bdconyi Ferenc TELJESÍTMÉNYELEKTONIKA Váltkozóármú zggtók BUDAPEST, 00.
4. VÁLTAKOZÓÁAMÚ SZAGGATÓK 4.1. BEVEZETÉS A váltkozóármú zggtó kpcoláok célj zinuzo hálózti frekvenciá fezültég zggtáávl változtthtó effektív értékû váltkozófezültég létrehozá, zz váltkozóármú teljeítményzályozá. Egyfáziú váltkozóármú zggtá zokáo elvi lehetõégeit ohmo terhelénél 4.1. árán láthtjuk. Ezen elvi lehetõégek termézeteen tö fázir é nem ck ohmo terhelére lklmzhtók. () u uki Fázizög vezérlé K u u ki Impulzu vezérlé u u ki (c) () (d) u ki u Impulzucomg vezérlé 4.1. ár. Egyfáziú váltkozóármú zggtá elvi lehetõégei: () elvi kpcolái rjz, () fázizög (vgy fázihítáo-)-, (c) impulzu-, (d) impulzucomg vezérlé A 4.1 árán láthtó fázizög vezérléû váltkozóármú zggtókn hgyományon ellenpárhuzmon kpcolt tiriztorokt, vgy trik-okt lklmznk. Ezen elemek vezetéét é nnk megzûnéét lpvetõen emeneti fezültég irányváltái, terhelé jellege é gyújtái idõpontok htározzák meg. A megoldá fõ hátrány kimeneti árm ngy felhrmoniku trtm, illetve ngy 4-1
meddõ árm özetevõ. Szemmel láthtólg még ohmo terhelé eetén i z lphrmoniku árm fázikéée özemérhetõ z gyújtákéleltetéel. A 4.1c árán láthtó impulzu vezérlé olyn elemekkel hozhtó létre, melyek vezérléel ki- é ekpcolhtók. Az elõnye z, hogy kimeneti árm ck kpcolái frekvenciá é feletti rendzámú felhrmonikuokt trtlmz. Az lphrmoniku árm fázikééét terhelé htározz meg, ohmo terhelénél null. Ez kpcolá kiviteléen okkl onyolult é drágá megoldá máik kettõhöz képet. Az 4.1d árán láthtó impulzucomg vezérlé ngy idõállndójú rendzerek pl. fûté zályozár lklmzhtó. A zokáon lklmzott kpcolóelem tiriztorpár vgy trik. A továikn ck fázizög vezérléû váltkozóármú zggtókt vizgáljuk. Ezen zggtókt úgy kell kilkítni, hogy kpcolóezközökön fázionként váltkozóárm folyhon át é mind két ármirányt zimmetrikun leheen vezérelni. Ehhez fázionként két tiriztort kell ellenpárhuzmon kpcolni, vgy honló eredmény érhetõ el egyetlen trik lklmzáávl i. A trtlmi korlátok mitt nem tárgyljuk z ellenpárhuzmo tiriztor-diód párokt trtlmzó féligvezérelt kpcoláokt, melyek zintén ipri jelentõéggel írnk. A váltkozóármú zggtókt továikn hálózti kommutáció ármirányítókhoz honló feltételekkel é elhnygoláokkl vizgáljuk. 4.. EGYFÁZISÚ VÁLTAKOZÓÁAMÚ SZAGGATÓK A 4.. árán láthtó egyfáziú váltkozóármú zggtó terheléén kkor folyik legngyo árm, h tiriztorok z árm kilkuláát nem korlátozzák, tehát z ármiránynk megfelelõen folymton vezetnek. A T 1 tiriztor vezeti pozitív, illetve T negtív irányú ármözetevõket. T 1 i ki u T u ki Terhelé 4.. ár. Egyfáziú váltkozóármú zggtó kpcolái rjz A terhelé ármánk effektív értékét úgy lehet cökkenteni, h felváltv vezetõ tiriztorok vezetéi idejét korlátozzuk. A megoldá z, hogyh tápfezültég irányváltá következtéen z egyik tiriztor árm zérur cökken, máik tiriztort ck kéleltetve gyújtjuk e. 4 -
Az ellenpárhuzmon kpcolt tiriztorpár mitt mindig igz, hogy u = u. (4.1) T1 T Nullától eltérõ kimeneti árm eetén vezetõ tiriztoron legfelje néhány volt ngyágú fezültégeé mérhetõ, illetve z ellenpárhuzmon kpcolt tiriztoron ugynez fezültég záróirányn jelenik meg. Amennyien kimeneti árm null, vgy oro +L terhelé eetén u = T1 = ut u, (4.) tehát T 1 tiriztor egyújthtó, h fázifezültég pillntértéke pozitív, illetve T -re mindez ellentéte polritál igz. Ennek megfelelõen T 1 tiriztor gyújtákéleltetéét z u tápfezültég pozitív-, míg T -ét negtív null átmenettõl mérjük. 4..1. Ohmo terhelé A 4.3. árán egy ohmo terheléû egyfáziú váltkozóármú zggtó kpcolái rjzát é idõfüggvényeit láthtjuk. H u pozitív irányú, T 1 tiriztor vezethet, h z ùt=á pillntn vezérlõjelet dunk rá. A T 1 egyújtáát követõen u ki megegyezik u -el. Az ohmo terhelé mitt u ki = i ki, tehát u ki é i ki rányok. Az u oron következõ null átmenetéen k = π kilvái zögnél i ki null lez, é z ddig vezetõ tiriztor árm megzkd. H u negtív irányú, T tiriztor vezethet, h z ùt=á+π pillntn vezérlõjelet dunk rá. A T tiriztor egyújtáát követõen, máodik félperiódun, kimenetre kpcolódó u fezültég é ezáltl z i ki árm u ki T 1 i ki u i T1 π iki -i T u () T u ki = i ki u T1 () 4.3. ár. Ohmo terheléû egyfáziú váltkozóármú zggtó: () kpcolái rjz, () idõfüggvényei 4-3
lkj i z elõzõ félperiódu mínuz egyzeree. A kimeneti árm ck z =0 ló htárnál folymto, minden má eeten zggtott. A gyújtákélelteté felõ htár =π. A zármzttott mennyiégek 4.3. ár idõfüggvényei lpján zámíthtók ki. Az effektív értékek: U kims π 1 = π 1 1 in [ ( )] ( ) U in d = U π + π 1, (4.3) hol U zinuzo tápfezültég effektív értéke. Ohmo terhelénél értelemzerûen: U kims I kims =, (4.4) melyõl tiriztorokr: I I kims TMS =. (4.5) A tiriztor ármok I T középértéke: I T ( ) π = 1 in 1 co 1 co ω 0.45 π U U + U + d t = π, (4.6) A fenti mennyiégek ngyág folymton változtthtó z = 0-hoz trtozó mximumtól z = π -hez trtozó null zintig. 4... Soro +L terhelé A 4.4. árán egy oro +L terheléû egyfáziú váltkozóármú zggtó kpcolái rjzát é idõfüggvényeit láthtjuk. Mivel ármelyik tiriztor vezetée eetén u ki megegyezik u -el, z induktivitá fezültége mint z u L = u ki - u metzék olvhtó le. Amint látni fogjuk, zggtott é folymto kimeneti ármú üzemmód egyránt elérhetõ z gyújtázög é terhelé ϕ fázizögének vizonyától é z < ϕ vezérléi trtományn gyújtójel zéleégétõl függõen. Mivel itt T 1 é T tiriztorok idõen eltolv, tápfezültég ellentéte lkú zkzit kpcolják kimenetre, oro + L terhelé zinuzo tápfezültégre történõ ekpcolái trnzieneinek kimeneti jelei i egymá mínuz egyzereei leznek két félperiódun. Ezt figyeleme véve, egy-egy kpcolái trnzienre érvényeek z egyfáziú hálózti kommutáció ármirányítóknál leírtk. Ennek megfelelõen z k kilvái zög meghtározáár 3. fejezeten imertetett iteráció formul vgy kilvái jelleggörék lklmzhtók. A váltkozóármú trnzienek elmélete zerint zggtott kimeneti árm feltétele ϕ< gyújtázög, mivel ekkor egy ármhullám rövide, mint π, tehát megzkd máik tiriz- 4-4
tor gyújtá elõtt (4.4 ár). A folymto kimeneti árm feltétele z = ϕ gyújtázög, vgy zéle gyújtójel (vgy impulzu orozt) eetén z ϕ gyújtázög i, mivel ezeken z eeteken tiriztorpár rövidzárként zolgálj ki zinuzo árm termézete irányváltáit (4.4c ár). Utói eeten z árm ϕ fázizögnek megfelelõ termézete null átmenete elõtt gyújtá még htátln, mivel máik tiriztor vezetée ki értékû, de negtív fezültéget kényzerít nem vezetõ tiriztorr. A zéle gyújtóimpulzu ck n pillntn válik htáoá, mikor z árm korán vezetõ tiriztoron fezültég null átmenet után ϕ fázizöggel megzkd, tehát itt i látzólgon = ϕ gyújtázögnek megfelelõ jelekkel kell zámolni. T 1 iki ul u T u ki L u () ϕ< u GT1 <ϕ =ϕ u GT1 u u ki u L u ki u L u GT u GT u u k k i ki i T1 iki i T1 -i T -i T u T1 u T1 () (c) 4.4. ár. Soro +L terheléû egyfáziú váltkozóármú zggtó: () kpcolái rjz, é idõfüggvényei: () zggtott, (c) folymto vezeté eetén 4-5
A zármzttott mennyiégek közül kimeneti fezültég effektív értéke, illetve tiriztor ármok középértéke normál váltkozóármú mûködé eetén 4.4. ár lpján: U kims k 1 = π 1 1 in [ ( )] ( ) in ( k ) U in d = U + π k 1. (4.7) Egy tiriztor ármánk középértéke felhználv, hogy u L középértéke állndóult állpotn null é tiriztorok vezetée ltt u = u - u L : I T ( ) k k 1 u 1 U in ul U co cok = d d 0.45 π = π (4.8) Folymto vezeténél zályo zinuzo kimeneti fezültég effektív értéke megegyezik tápfezültég effektív értékével: U kims = U, (4.9) melyõl kimeneti árm, illetve egy tiriztor ármánk effektív értéke: U IkiMS = Z, I kims 1 U ITMS = =, (4.10) Z hol Z terhelé váltkozóármú impednciáj. Egy tiriztor ármánk középértéke folymto vezeténél, mikor pl. T 1 tiriztor árm egy olyn zályo zinuzo félhullám, melynek pozitív null átmenete ùt=ϕ-nél vn: I T ϕ+ π 1 = π ϕ U in Z ( ϕ) d = U π Z U 0.45 Z (4.11) ϕ< u GT1 u GT u GT1 uki htátln gyújtá! u u = i ki = i T u L k 4.5. ár. Soro +L terheléû egyfáziú váltkozóármú zggtó idõfüggvényei, < ϕ é kekeny gyújtójelnél, h ck T 1 üzemel 4-6
A zggtó kieik normál váltkozóármú üzemmódól, h kekeny gyújtójelnél z < ϕ -trtomány vezéreljük. Een z eeten z elõként egyújtott tiriztoron π-nél zélee ármimpulzlkul ki é mivel fezültégeée záróirányn jut máik tiriztorr, nnk egyújtáát megkdályozz. Amenynyien ck egyetlen tiriztor üzemel, kpcolá egyenirányítóként vielkedik. A vontkozó idõfüggvényeket 4.5. ár muttj T kieée eetén. 4..3. Belõ fezültéget trtlmzó terhelé Amennyien z vgy oro +L terhelé mellé tápfezültéggel zono frekvenciájú zinuzo u elõ fezültégforrá i kpcolódik, z ármkör nlíziét vizvezethetjük z egyzerû, illetve oro + L terhelére, h két forrát z oro eredõjével helyetteítjük (4.6. ár). u e =u - u (4.1) u T 1 T Terhelé i ki u ki u L L u () ù U U e ø U O () u T1 i ki u L u e T L u (c) 4.6. ár. Egyfáziú váltkozóármú zggtó: () kpcolái rjz oro +L+u terhelé el, () forráfezültégek vektoráráj, (c) helyetteítõ kpcolá u e eredõ fezültégforrá l H fezültégforráok idõfüggvényei: u ( ) u = U in ω t, ( ω +ψ) = U in t, (4.13) z eredõ fezültégforrá idõfüggvénye 4.6 vektorár lpján: u e ( ω φ) = U in t, (4.14) e 4-7
hol U ( U U co( ψ) ) + ( U in ( ψ) ) e =, φ = rctg U U U in ( ψ) co( ψ). (4.15) Az egyzerû, illetve oro + L terheléû váltkozóármú zggtóként végrehjtott nlízihez termézeteen át kell térni helyetteítõ u e forrához vizonyított * gyújtá- é z k * kilvái zögekre, hol * = φ é k * = k φ. (4.16) A vontkozó idõfüggvényeket 4.7. árán láthtjuk, hol helyetteítõ kpcolá idõfüggvényei (ló árák) értelemzerûen nlóg módon értelmezhetõk 4.3. é 4.4. árák jeleivel. A kimeneti ármml rányo u = i ki göre muttj z ármvezeté idõzkit. Az ármvezeté idõtrtmin pzív, illetve oro + L elemekre z u e =u - u helyetteítõ forráfezültég, illetve z árm megzkdá eetén null fezültég jut. Az u elõ fezültégforrát i trtlmzó telje terhelére z ármvezeté idõtrtmin 4.6 ár kpcolái rjz lpján u ki = u, illetve null kimeneti ármnál u ki = u fezültég kpcolódik. u u u ki u ki u u ψ φ ψ φ k k u e =u -u u = i ki u e =u -u u +u L u = i ki k k () () 4.7. ár. Egyfáziú váltkozóármú zggtó idõfüggvényei: () oro + u terheléel, () oro + L + u terheléel 4-8
4.3. HÁOMFÁZISÚ VÁLTAKOZÓÁAMÚ SZAGGATÓK Ngyo teljeítményigénynél vgy, h mg felhználá változtthtó effektív értékû háromfáziú váltkozó fezültéget igényel, háromfáziú váltkozóármú zggtót lklmznk. Ilyen felhználá pl. háromfáziú zinkron motorok lágy indítá. A terhelé é vezérlé tönyire mind három fázin zimmetriku. A vizgált háromfáziú kpcolát 4.8. árán láthtjuk. A cillgpontokt özekötõ zggtott vonlll jelölt nullvezetõ lklmzá, vgy elhgyá zerint kétféle kpcolát különöztetünk meg. A elõ fezültéget i trtlmzó terhelét nem tárgyljuk, de lklmzáánál z egyfáziú eethez honlón vonhtók öze egy-egy fázin fezültégforráok. u u c T 1 T 3 T 5 c T 4 T 6 T 1 3 u ki1 i o u ki1 u ki u ki3 i ki1 i ki i ki3 Terhelé 4.8. ár. Háromfáziú váltkozóármú zggtó kpcolái rjz A kpcolá é vezérlé háromfáziú zimmetriáj eetén z egye fáziok jelei között π/3 ngyágú fázieltolá vn. A háromfáziú zimmetriku vezérlé zerint z egye fáziok zono irányn vezetõ tiriztorink gyújtái között π/3 ngyágú fázieltolá, illetve z ellenpárhuzmo tiriztorpárok elemei között π fázieltolá lklmzndó. Ennek megfelelõen kpcolái rjzon láthtó orzámok zerint π/3 zögenként követik egymát T 1, T, T 3,.. tiriztorok gyújtái. A tiriztorok gyújtákéleltetéét kpcolódó fázifezültégek pozitív, illetve negtív null átmeneteitõl mérjük. 4.3.1. Háromfáziú váltkozóármú zggtó nullvezetõvel Egy háromfáziú váltkozóármú zggtó nullvezetõvel kiegézítve három független egyfáziú zggtóként tárgylhtó, figyeleme véve z egye fáziok jelei közötti π/3 ngyágú fázieltolát. Ennek megfelelõen fázionként oro + L terhelé é zggtott vezeté eetén fáziok jelei nlóg módon rjzolhtók fel z egyfáziú váltkozóármú zggtó 4.4 árán láthtó göréivel. Ennek megfelelõ, z fázihoz trtozó árm é fezültég idõfüggvények 4.9. ár felõ rézén 4-9
láthtók. A középõ árrézleten, figyeleme véve fázieltoláokt, együtt láthtó mind három fáziárm (ejelölve z öze tiriztor árm i). A legló árrézleten láthtó nullvezetõ árm, comóponti törvény lpján három fáziárm i o = i ki1 + i ki + i ki3 özegekén képezhetõ. A nullvezetõn fezültégforráok frekvenciájához képet háromzoro lphrmoniku frekvenciájú árm folyik, lezámítv fáziok folymto ármvezetéének eetét, mikor i o = 0. Levezeté nélkül, zimmetriku ellenállá terhelé é például = π/ gyújtázög mellett nullvezetõ ármánk effektív értéke éppen kkor, mint legngyo fáziárm effektív értéke. E hátrányo tuljdonági mitt nullvezetõ lklmzáát áltlán kerülik. u ki1 i ki1 ω t i T5 i T1 i T3 ω t -i T6 -i T -i T4 i o 4.9. ár. Nullvezetõ háromfáziú, váltkozó ármú zggtó idõfüggvényei, oro + L terhelé 4.3.. Háromfáziú váltkozóármú zggtó, nullvezetõ nélkül Ez leggykrn lklmzott háromfáziú, váltkozóármú zggtó kpcolá. Telje kivezérlékor (tehát h legngyo z árm) z egye tiriztorpárokon fázifezültég é terhelé impednciájánk hánydoávl meghtározott ngyágú zinuzo árm folyik. Mivel nullvezetõ ninc, z ármvezetéhez leglá két fázi együtte vezetée zükége. Nullvezetõ nélkül, terhelé cillgpontjánk fezültége Millmnn tétel zerint zámíthtó ki. Ennek értéke zimmetriku háromfáziú, L vgy oro +L terhelé eetén vezetõ fáziok forrá fezültégeinek zámtni közepe forráok cillgpontjához képet. A terhelé cillgpontjánk é forráok fezültégeinek imeretéen közvetlenül felírhtók terheléek fázifezültégei vgy tiriztorfezültégek. H minden fázi vezet, vgy nem vezet egy fázi em (een z eeten zimmetriku tiriztorokt feltételezve), terhelé é tápforráok cillgpontjink potenciálj zono. 4-10
A zggtó zámár egyenértékû cillg- vgy delt- kpcoláú terheléek villmoágtn zályi zerint zámíthtók át. Pzív zimmetriku háromfáziú terheléek eetén fázi impednciák kpcolt: Z fy = 3Z f. (4.17) Az átzámíthtóág mitt ck cillg kpcoláú terhelét vizgáljuk. 4.3..1. Ohmo terhelé A 4.10. árán láthtó ohmo terheléû, nullvezetõ nélküli, háromfáziú váltkozóármú zggtónál három jellemzõ vezérléi trtomány különöztethetõ meg, ttól függõen, hogy milyen vezetéi állpotok lkulhtnk ki z ármkören. u u c T 1 T 3 T 5 c u ki1 = i ki1 T 4 T 6 T 1 u 3 ki1 u ki u ki3 i ki1 i ki i ki3 4.10. ár. Y terheléû, nullvezetõ nélküli, háromfáziú váltkozóármú zggtó kpcolái rjz 0 π/3 trtomány: Az elõ vezérléi trtományhoz trtozó idõfüggvények hozzájuk trtozó vezetéi émávl 4.11. árán láthtók. Itt minden gyújtát követõen elõzör mind három fázi vezet, tehát z öze ellenállár ját fáziánk tápfezültége jut (pl. u ki1 = ). Mivel fáziármok é fezültégek rányok, legközelei fázifezültég null átmeneten lezár z dott fázi ármát vezetõ tiriztor é ck két fázi vezet tová következõ tiriztor gyújtááig. Ekkor vezetõ fáziok zono értékû ellenálláir kpcolódó vonli fezültég fele jut. Pl. z é fáziok vezetée eetén (h T 1 é T 6 vgy T 4 é T 3 vezetnek) u ki1 = /, illetve z é c fáziok vezetée eetén (h T 1 é T vgy T 4 é T 5 vezetnek) u ki1 = c /. A terhelé u ki1 vonli fezültége u ki1 =, h vezetnek z é fáziok, függetlenül c fázi vezetéétõl. H ck z é c fáziok vezetnek u ki1 = u ki1 = c /, mivel u ki = 0. H ck é c fáziok vezetnek u ki1 = - u ki = u c /, mivel u ki1 = 0. Utói eeten terhelé cillgpontjánk po- 4-11
tenciálj tápforráok cillgpontjához képet Millmnn tétel zerint (u + u c )/ = - /. Mivel ez potenciál jelenik meg T 1 któdján i é ugynkkor T 1 nódjár z kpcolódik, T 1 tiriztor fezültége u T1 = 1.5. u ki1 0 π/3 π/3 π/3 c ω t u ki1 u c c ω t 1.5 u T1 ω t π c T 6 T 1 T 4 T 3 T T 5 4.11. ár. Y terheléû, nullvezetõ nélküli, háromfáziú váltkozóármú zggtó idõfüggvényei é tiriztorok vezetéi émái 0 π/3 trtományn A terhelé fázi- é vonli-, illetve tiriztorok fezültégeinek z dott vezetéi állpothoz trtozó, fentieken meghtározott özefüggéei áltláno érvényûek zimmetriku háromfáziú, L vgy oro +L terheléeknél. Özefogllv: - H nem vezet egy fázi em: u ki1 = 0; u ki1 = 0; u T1 = - H minden fázi vezet: u ki1 = ; u ki1 = ; u T1 = 0 - H z é vezet: u ki1 = /; u ki1 = ; u T1 = 0 - H z é c vezet: u ki1 = c /; u ki1 = c /; u T1 = 0 - H z é c vezet: u ki1 = 0; u ki1 = u c /; u T1 = 1.5 (4.18) 4-1
A töi fázir é tiriztorr nlóg módon írhtók fel z özefüggéek. A tálázt zt vezetéi állpotot i trtlmzz, mikor nem vezet egy fázi em. Ekkor egy tiriztorr ját fáziánk tápfezültége, vgy nnk mínuz egyzeree jut. A 4.11. ár idõfüggvényei lpján terhelé fázifezültége (é árm) gyújtát követõen zinuzo jeltõl zono területû zkzokkl tér el pozitív é negtív irányn. Ennek megfelelõen egy tiriztor ármánk középértéke: π ( ) U 1+ co( ) 1 u U 1+ co IT = ω = 0.45 π d t. (4.19) π hol u U in ( ) = é ezen elül U fázifezültég effektív értéke. A kimeneti fázifezültég effektív értéke z u ki1 göre zkzonkénti integráljánk képzéével: U π 3 π 3 π + π 3 + = u u d t + u d t + u d t+ d t + 1 ω ω ω ω π + π 3 + π 3 π 3 π π 3 uc ki 1 MS 3 hol u = 3 U in ( + π 6), u = 3 U in ( π 6). Elvégezve z integráláokt végeredmény: c 1/ d, (4.0) 3 3 U 1 1 in ( ) ki MS = U +. (4.1) π 4π π/3 π/ trtomány: A máodik vezérléi trtományhoz trtozó idõfüggvények hozzájuk trtozó vezetéi émávl 4.1. árán láthtók. Itt egy-egy tiriztor egyújtáánk következtéen egy máik fázihoz trtozó é elõzõleg vezetõ tiriztoron megzûnik z árm. A vezetéi émáól i láthtón gyújtától-gyújtáig, π/3 trtományonként váltkozv kettõ-kettõ fázi vezet, tehát u ki1 vezetéi állpottól függõen (4.18) zerinti fél vonli vgy null fezültéggel egyezik meg. A tiriztorok lezáráánk mgyráztához tételezzük fel, hogy egy tiriztor egyújtáát követõen pillntzerûen mind három fázi vezet. Ekkor Millmnn tétel zerint z öze ellenállár ját fáziánk tápfezültége jut. Megállpíthtó, hogy tápfezültégek pillntértéke zerint een vezérléi trtományn egyújtott tiriztorrl korán zono irányn vezetõ tiriztor árm irányt váltn, tehát ez tiriztor lezár. Ennek megfelelõen egy tiriztor ekpcoláát követõen π/3 trtományn vezet ármot, özhngn 4.1. árán láthtó vezetéi émávl. Az u ki1 vonli- é z u T1 tiriztorfezültég zintén (4.18) zerint htározhtó meg vezetéi állpot függvényéen. 4-13
u ki1 π/3 π/ π/3 π/3 c u ki1 u c c u T1 1.5 π/3 c T 6 T 1 T 4 T 3 T T 5 4.1. ár. Y terheléû, nullvezetõ nélküli, háromfáziú váltkozóármú zggtó idõfüggvényei é tiriztorok vezetéi émái π/3 π/ trtományn A 4.1. ár idõfüggvényei lpján egy tiriztor ármánk középértéke: + π 3 u 6U π IT = d = in +, (4.) π π 3 illetve kimeneti fázifezültég effektív értéke z u ki1 göre integráláávl: U + π 3 u ki 1 MS = π melyõl z integrálá elvégzéével végeredmény: d, (4.3) 1 3 3 π U ki1ms = U + in +. (4.4) 4π 6 Mind két zámítánál figyeleme vettük z imétlõdõ lkú impulzuokt. 4-14
π/ 5π/6 trtomány: A hrmdik vezérléi trtományhoz trtozó idõfüggvények hozzájuk trtozó vezetéi émávl 4.13. árán láthtók. π/3-nál rövide kétfáziú vezetéi- é ármmente zkzok váltogtják egymát. Az öze tiriztor két egymát követõ zkzn vezet perióduonként. Mivel tiriztorok gyújtá elõtt ármmente kpcolá, egyzerre két tiriztort kell egyújtni, hogy kilkuljon zárt ármkör. Ehhez háromfáziú hídkpcolá zggtott kimeneti ármú üzemmódjához honlón, z öze tiriztor gyújtáát π/3 zöggel kéõ, - együtt oron következõ tiriztor elõ gyújtáávl -, meg kell imételni (vgy π/3-nál zélee gyújtójelet kell lklmzni). Mivel gyújtáokt követõen kimenetre kpcolódó vonli fezültéggel rányo kimeneti- é vezetõ tiriztorok árm, nnk null átmeneteien kilznk vezetõ tiriztorok. Az u ki1 vezetéi állpottól függõen (4.18) zerinti fél vonli vgy null fezültég. A töi vizgált fezültég i (4.18) özefüggéek zerint htározhtó meg. c π/ 5π/6 π/3 u ki1 u c c u ki1 1.5 u T1 c 5π/6 T 4 T 6 T 5 T 5 π/3 T 1 T 1 T 4 T 4 T 6 T 3 T 3 T T T 5 4.13. ár. Y terheléû, nullvezetõ nélküli, háromfáziú váltkozóármú zggtó idõfüggvényei é tiriztorok vezetéi émái π/ 5π/6 trtományn 4-15
A 4.13. ár idõfüggvényei lpján egy tiriztor ármánk középértéke: 5π 6 u 6U π IT = d = 1 + co + π π, (4.5) 6 illetve kimeneti fázifezültég effektív értéke z u ki1 göre integráláávl: U 5π 6 u ki 1 MS = π melyõl z integrálá elvégzéével végeredmény: d, (4.6) 5 3 3 π U ki1ms = U + in +. (4.7) 4 π 4π 3 Itt i mind két zámítánál figyeleme vettük z imétlõdõ lkú impulzuokt. Az elõzõek lpján láthttuk, hogy kimeneti fázi- é vonli fezültégek effektív értéke 0 5π/6 vezérléi trtományn mximumtól nulláig változtthtó. 4.3... Induktív terhelé A 4.14. árán láthtó nullvezetõ nélküli háromfáziú, váltkozóármú zggtó fázionként tizt induktív terheléénél két jellemzõ gyújtái trtomány különöztethetõ meg, ttól függõen, hogy milyen vezetéi állpotok lkulhtnk ki z ármkören. u u c T 1 T3 T5 c u ki1 T 4 T 6 T 1 u 3 ki1 L L u ki u ki3 i ki1 i ki i ki3 L 4.14. ár. L Y terheléû, nullvezetõ nélküli, háromfáziú váltkozóármú zggtó kpcolái rjz 4-16
π/ π/3 trtomány: Az elõ vezérléi trtományhoz trtozó idõfüggvények hozzájuk trtozó vezetéi émávl 4.15. árán láthtók. Itt minden tiriztor π/3 trtománynál hoz ideig vezet, idõen zimmetrikun hozzá kpcolódó fázifezültég oron következõ null átmenetére. Een vezérléi trtományn z dott fázihoz trtozó induktivitá fezültége ezen null átmenetekre nézve pártln, illetve z árm páro idõfüggvény. A fáziármok z induktivitáokr jutó fezültég integráláávl állíthtók elõ, figyeleme véve z 1/L rányoági tényezõt. A vezetéi émáól láthtón három é kétfáziú vezetéi zkzok váltogtják egymát, melynek megfelelõen vezetõ fáziok induktivitáir fázi-, illetve fél vonli fezültég zkzok jutnk (4.18) özefüggéeknek megfelelõen. u ki1 c π/ π/3 i ki1 π/3 π/3 u ki1 u c c 1.5 u T1 ω t c T 5 π π T 6 T 1 T 4 T T 3 4.15. ár. L Y terheléû, nullvezetõ nélküli, háromfáziú váltkozóármú zggtó idõfüggvényei é tiriztorok vezetéi émái π/ π/3 trtományn 4-17
Az = π/ gyújtázögnél z ellenpárhuzmo tiriztorpárok rövidzárként vielkednek, mivel z egye tiriztorok hozzájuk trtozó zinuzo fáziárm termézete irányváltáánk pillntán kpják gyújtójelet. H gyújtázög kie mint π/, de gyújtóimpulzu zéle, z ármkör állndóult állpotn úgy vielkedik, minth = π/-nél gyújtottunk voln! π/3 5π/6 trtomány: A máodik vezérléi trtományhoz trtozó idõfüggvények hozzájuk trtozó vezetéi émávl 4.16. árán láthtók. Itt z öze tiriztor kétzer, de π/3 trtománynál rövide ideig vezet perióduonként. Een vezérléi trtományn i z dott fázihoz trtozó induktivitá fezültége fázifezültég null átmenetekre π/3 5π/6 c u ki1 π/3 i ki1 u c c u ki1 u T1 1.5 c T 4 T 3 T 4 10π/6 5π6 T 5 T 5 T 1 T 1 T 4 T 4 T 6 T 6 T 3 T 3 π/3 T T T 5 4.16. ár. L Y terheléû, nullvezetõ nélküli, háromfáziú váltkozóármú zggtó idõfüggvényei é tiriztorok vezetéi émái π/3 5π/6 trtományn 4-18
nézve pártln, illetve z árm páro idõfüggvény. A vezetéi émáól i láthtón π/3-nál rövide kétfáziú vezetéi é ármmente trtományok váltogtják egymát, melynek megfelelõen vezetõ fáziok induktivitáir fél vonli é null fezültég zkzok jutnk (4.18) özefüggéeknek megfelelõen. Egy-egy ármimpulzu idõen zimmetrik fázi kimenetre kpcolódó fél vonli fezültég null átmenetére. Az ohmo terhelé utoló vezérléi trtományához honlón, itt i meg kell imételni rövid idejû gyújtóimpulzut, mikor oron következõ tiriztor vezérlõjelet kp, vgy π/3-nál zélee gyújtójelet kell lklmzni. A fáziárm é fezültég közötti kpcolt z elõzõ zkz zerinti. Az árák lpján kimeneti fázi- é vonli fezültégek effektív értéke π/ 5π/6 vezérléi trtományn mximumtól nulláig változtthtó. 4.3..3. Soro (+L) Y terhelé A 4.17. árán láthtó nullvezetõ nélküli háromfáziú, váltkozóármú zggtó fázionként oro +L terheléénél zintén két jellemzõ gyújtái trtomány különöztethetõ meg, ttól függõen, hogy milyen vezetéi állpotok lkulhtnk ki z ármkören. A két gyújtái trtomány H htár π/ é π/3 zögek közé eik. A kimeneti fázi- é vonli fezültégek effektív értéke ϕ 5π/6 vezérléi trtományn mximumtól nulláig változtthtó. A ϕ terhelé dott frekvenciához trtozó fázizöge. A kimeneti fázifezültég imeretéen terhelé ármely rézfezültége vgy z árm oro +L terhelére vontkozó differenciálegyenlet lpján minõégileg felrjzolhtó. u u c T 1 T3 T 5 c u ki1 ul1 T 4 T 6 T 1 u 3 ki1 L L L i ki1 uki uki3 u 1 4.17. ár. Soro ( + L) Y terheléû, nullvezetõ nélküli, háromfáziú váltkozóármú zggtó kpcolái rjz Az = ϕ gyújtázögnél z ellenpárhuzmo tiriztorpárok rövidzárként vielkednek, mivel z egye tiriztorok hozzájuk trtozó zinuzo fáziárm termézete irányváltáánk pillntán kpják gyújtójelet. H gyújtázög kie 4-19
mint ϕ, de gyújtóimpulzu zéle, z ármkör állndóult állpotn úgy vielkedik, minth = ϕ -nél gyújtottunk voln. ϕ H trtomány: Az elõ vezérléi trtományhoz trtozó idõfüggvények hozzájuk trtozó vezetéi émávl 4.18. árán láthtók. Itt minden tiriztor π/3-nél ngyo, de tizt induktív terheléhez képet rövide trtományn vezet. A vezetéi émáól láthtón három é kétfáziú vezetéi zkzok váltogtják egymát, melynek megfelelõen vezetõ fáziok terheléeire (4.18) özefüggéeknek megfelelõ fázi-, illetve fél vonli fezültég zkzok jutnk. Az k kilvái zög gykorltilg ck zimulációvl htározhtó meg. u ki1 c ϕ u 1 π/3 π/3 u c u ki1 c c π k T 1 T 4 T 6 T 3 T T 5 4.18. ár. Soro ( + L) Y terheléû, nullvezetõ nélküli, háromfáziú váltkozóármú zggtó idõfüggvényei é tiriztorok vezetéi émái ϕ H trtományn H 5π/6 trtomány: A máodik vezérléi trtományhoz trtozó idõfüggvények hozzájuk trtozó vezetéi émávl 4.19. árán láthtók. A vezetéi émáól i láthtón π/3-nál rövide kétfáziú vezetéi é ármmente trtományok váltogtják egymát, melynek megfelelõen fáziok terheléeire fél vonli é null fezültég zkzok jutnk 4-0
(4.18) özefüggéeknek megfelelõen. Az öze tiriztornk két egymát követõ zkzn kell vezetnie, tehát meg kell imételni rövid idejû gyújtóimpulzut, mikor oron következõ tiriztor vezérlõjelet kp (vgy π/3-nál zélee gyújtójelet kell lklmzni). Mivel z árm impulzuokt ck egy-egy fél vonli fezültég zkz hozz létre, z k kilvái zög meghtározáár 3. fejezeten imertetett iteráció formul vgy kilvái jelleggörék lklmzhtók. Itt figyelemmel kell lenni rr, hogy 4.19 árán láthtón, fél vonli fezültég zkzok = + π/6 fázizögnél kpcolódnk terhelére. h 5π/6 c u ki1 π/3 u 1 u c c u ki1 c T 4 k 5π6 T 5 T 5 T 1 T 1 T 4 T 4 T 6 T 6 T 3 T 3 π/3 T T T 5 4.19. ár. Soro ( + L) Y terheléû, nullvezetõ nélküli, háromfáziú váltkozóármú zggtó idõfüggvényei é tiriztorok vezetéi émái z H 5π/6 trtományn A két gyújtái trtomány = H htárán π/3 trtományonként váltkozv kettõ-kettõ fázi vezet. Itt egy tiriztor egymát követõen kétzer π/3, tehát özeen π/3 trtományn vezet. Een htárhelyzeten 4.19. ár értelmezée zerint k - = k - H = π/3. (4.8) A fenti özefüggé figyeleme vételével kilvái jelleggöre egítégével H meghtározhtó. 4-1
Trtlomjegyzék 4. Váltkozóármú zggtók 4 1 4.1. Bevezeté 4 1 4.. Egyfáziú váltkozóármú zggtók 4 4..1. Ohmo terhelé 4 3 4... Soro +L terhelé 4 4 4..3. Belõ fezültéget trtlmzó terhelé 4 7 4.3. Háromfáziú váltkozóármú zggtók 4 9 4.3.1. Háromfáziú váltkozóármú zggtó nullvezetõvel 4 9 4.3.. Háromfáziú váltkozóármú zggtó nullvezetõ nélkül 4 10 4.3..1. Ohmo terhelé 4 11 4.3... Induktív terhelé 4 16 4.3..3. Soro (+L) Y terhelé 4 19 4 -