Tweepulsige volledig bestuurbare éénfase brugmutator

Citation for published version (APA):

Bax, J. M. J. (1979). Tweepulsige volledig bestuurbare éénfase brugmutator. Technische Hogeschool Eindhoven.

Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1979

Document Version:

Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record

Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.

• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.

• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.

Link to publication

General rights

Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.

If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:

www.tue.nl/taverne

Take down policy

If you believe that this document breaches copyright please contact us at:

openaccess@tue.nl

providing details and we will investigate your claim.

door: J .I·l.J .Bax

r-",

.r':'._..':, " ; ;..\ \

~.0.~

in

opdracht van: Ir.C.J.Darnsteeg

Ir.vl.J.de Zeeuw

Leende,april

1979

2. Theoretische beschouwing van de verschillende types mutatoren

2.1 De eenfase mutator met een thyristor

2.2 De 6~nfase mutator met een thyristor

en een vrijloopdiode

2.3 De tweepulsige volledig stuurbare eenfase brugmutator

2.4 De tweepulsige halfgestuurde eenfase brugmutator

2.5 De tweepulsige tweefasen mutator

3.

Stuurschakeling van de mutator

4. De mutator in de praktijk 4.1 De opbouw van de schakeling

4.2 De mutator met een thyristor en een

3

14 20

35

42 44 48 smoorspoel

49

4.3 De eenfase mutator met een thyristor en een vrijloopdiode

4.4 De tweepulsige tweefasen mutator

4.5

De tweepulsige volledig gestuurde

eenf,ase brugmutator

5.

Samenvatting Literatuur

\

54

55

61

63

64

De doelstelling is een demonstratiemodel te ontwerpen van een volledig gestuurde eenfase brugmutator.

Dit model is bedoeld als begeleiding voor het college vermogens-elektronica. Met het model moet men ook kunnen demonstreren

dat men een eenfase volledig gestuurde brugmutator kan opbouwen uit twee tweepulsige tweefasen mutatoren.

De eigenschappen daarvan zijn namelijk gelijk.

Om een goed inzicht te krijgen in de werking en de voordelen

van de brugmuta~or t.o.v. andere mutatoren zal eerst een

theoretische beschouwing gegeven worden van de eenfase mutator met een thyristor en de eenfase mutator met een thyristor en een diode. Daarna worden de eigenschappen besproken van de volledig gestuurde eenfase brugmutator.

~a de theoretische beschouwing van deze mutator wordt

aange-toond dat de eigenschappen van de tweepulsige tweefasen muta-tor qua eigenschappen gelijk is aan de volledig gestuurde een-fase brugmutator.

In hoofdstuk 4 worden een aantal praktische situaties besproken. Bij deze metingen werd steeds een lange puIs gebruikt voor

2.1 De eenfase mutator met een thyristor.

De meest eenvoudige mutatorschakeling is de serieschakeling van een thyristor en een (begrenzings)weerstand tussen een

wisselspanning u1 =usinwt en een gelijkspanning U2 . (figuur 2.1)

~

R --- :+

1

~ ~+ _.. -+~ ) _+< U R ?>-u_ I U 1 U2

-=-::---

td---~f-fig. 2.1

De thyristor T kan slechts in de geleiding worden gebracht als

uT>O, dat wil z,e.ggen de stroom i kan vloeien als u₁>U

2

De weerstand R beperkt de stroom tot een acceptabele waarde.

Als de thyristor geleidt dan is de spanning over de thyristor

uT~O en u

1 =U2+i.R

Dus i= u_{1 -U2/R}

Als de thyristor niet geleidt dan is i=O en u_T=u1-U2

We onderscheiden nu 4 gevallen: A) U 2>111 B) O<U 2

<u,

C) -11(U 2<O D) U 2<-111 gelijkrichterbedrijf wisselrichterbedrijf

De situatie A en D hebben geen praktische betekenis.

Als U

2>u dan kan de thyristor nooit in de geleiding gebracht

worden. De spanning over de thyristor blijft altijd kleiner dan nul.

De stroom wordt in dit geval aIleen nog maar begrensd door de weerstand R.

B. o<u₂<a (figuur 2.2)

Ais uT>0 dan kan de thyristor in de geleiding worden gebracht

Dit is het geval als u>U₂

De ontsteekhoek kan vrij worden gekozen in het interval

(+k2rr<UJt<rr-C+k2rr k€ {O,1 ,2,3 .••..

J

Het doyen van de thyristor vindt plaats als wt= rr-(+k2 rr

De maximale vloeihoek

E

is afhankelijk van de grootte van U₂

De maximale vloeihoek is n-2 ( waarin ( = arcsin U 2

/li

c.

-6 <U₂-<0 (figuur 2.3)

We kunnen een periode van de spanning u₁ opdelen in vier

intervallen. Interval I:

·In dit interval kan de thyristor naar keuze in de geleiding worden gebracht. Er wordt vermogen geleverd door zowel wissel-spanningszijde als gelijkspanning. Dit vermogen wordt gedissi-peerd in de weerstand R.

De mutator werkt in dit gebied als dissipator. Interval II:

In dit gehele interval kan de thyristor weer ontstoken worden. Maar in dit geval wordt vermogen afgegeven door de gelijk-spanningszijde en opgenomen door de weerstand R en door de wisselspanningszijde u

1 Interval III:

Bier geldt dat uT<O, waaruit voIgt dat de thyristor niet ontstoken kan worden.

Interval IV:

Bier is ulJ..-?

o.

Dus de thyristor kan ont stoken worden.

Hct vermogen wordt weer afgegeven door de gelijkspannings-zijde en opgenomen door weerstand en wisselspanningsgelijkspannings-zijde.

111

1

OI--+----L-~.____---_'l__+-____1~---~ tv!"

.

L

1

ot---+---l---..L...-..L---FIG'UUR 22 _ _ Wt I

I

I :

:~

t---I-.J.-t---l.---:---,!,-1 r r -I I I - - ·,'t I I I....,... (.A/ _----~--t~""I~

__

~--*-')

o

U1~2

1

0 I I I .O!-I) 1 1 Ur

1

J I I I I I I I I 1 I 0 i

i

t:'.lr:r!! IrJ ')""}

Hierdoor gaat de mutator weer als dissipator werken •

.Na wt=31r gaat hij weer over op wisselrichterbedrijf.

De thyristor blijft geleiden tot 3n+/CI

Doordat de mutator bij wt=2n over gaat van

wisselrichter-bedrijf op dissipatorwisselrichter-bedrijf zal interval IV niet als ont-steekgebied gebruikt worden. AIleen interval II blijft dus over waarin wisselrichterbedrijf voorkomt zonder dat dissi-patorbedrijf optreedt.

Een nadeel dat deze mutator bezit is, dat in de weerstand R

energie verloren gaat. De weerstand heeft tot doel dat de stroom begrensd wordt na het ontsteken van de thyristor.

De smoorspoel heeft deze eigenschappen ook.

Voor een smoorspoel geldt namelijk i=i

JU

_L dt

Als we de weerstand van de spoel nul veronderstellen dan is het vermogensverlies gelijk aan nul.

Een tweede voordeel is dat de spoel energie op kan nemen en in het volgende tijdsinterval weer af kan geven.

We krijgen dan de situatie zoals getekend in figuur 2.4

<

Ret verloop van de spanningen en st~omen is weergegeven in

de figuren 2.5 en 2.6.

~

L )1 +0 ry--y--.. 0+ +( ) - +< _u L ) u 2

u,

u r - 0 0 0 0 -fig. 2.4

In stationaire toestand geldt dat de stroomtoename per periode gelijk is aan de stroomafname.

Rieruit voIgt dan dat de gemiddelde spanning over de smoorspoel nul is want:

ld+l-~i)=O

FIGUUR2.5 ___ wt I I o -t---¥---l-'-I A I BT"l

-i---+;

-

wt l--~--I

t

t

0 wt UT

t

0 I _ ' w t I U2 I I I I Ul I

t

I - 0 - - w t - -.. wt I

-t----

cl

: AL'B I -~._~= u)t r-- ---, I £; -l o- r - - - ¥ - - - - 2 l L L

t

. -U2 UT

t

₀ u_l

t

₀ FIGUUR 2& I

t

0

B = tijd dat i afneemt

Het gearceerde oppervlak in figuur 2.5 en figuur 2.6 dat boven

en onder U₂ ligt is daarom ook gelijk.

Gelijkrichterbedrijf.

dus U_2/Ci==0

(vaste netspanning)

(variabele gelijkspanning

De ontsteekhoek 0( kan niet kleiner genomen worden dan0<.=t: want

voor kleinere waarden van 0( is u

T < 0 .

Voor0< is Ctreedt de maximale vloeihoek op afhankelijk van de

grootte van U

2. In figuur 2.7 is een grafiek gegeven waarin

we kunnen opzoeken hoe groot de vloeihoek zal zijn bij een

ge-geven 0<.en U 2 Stel:u==220V2 U₂=150V 0( ==60 0

Dan volgt hieruit dat de vloeihoek

e

=.1560

Wisselrichterbedrijf.

Bij wisselrichterbedrijf is u >0 in het interval 2rr - , <LUkrr +~

'1'

In principe zou dus ook in dit interval de thyristor ontstoken

kunnen worden. Maar als de hoek~te klein 'gemaakt wordt dan

zal de stroom i nog niet nul geworden zijn in punt c.

Dit heeft tot gevolg dat de stroam na punt c weer toe gaat nemen Dit blijft zich verder herhalen want de thyristor zal niet meer doven. De stroom zal als er verder geen weerstand in het cir-cuit_bevindt oneindig groot worden.

De thyristor is niet meer te doven door vergroting van ~

De enige manier om de stroom uit te schake len is door een schakelaar te openen die zich in het circuit bevindt.

In figuur 2.7 is deze grens weergegeven als functie van ~ en U₂

Dit verschijnsel heet het kippen van wisselrichter vandaar dat de gestreepte lijn in figuur 2.7 ook de klpgrens genoemd wordt. In veel gevallen is het verband tussen de gemiddelde waarden

d t . I 1

J"'+E!. .

t) d l ' '1 '

van e s room 1; g = 2rr _1d\W en e ge 1Jcspann1ng van

.)

1.0

~

I

i

I

!

0.5

i

o

-0.5

-1.0

! .. ; I .1 I

.a:

~ . . .

,- a

=

600 45° r"30° .

gelijkrichter

. i . .

C·

q , 15!

\tv i

sselrichter

I --, ..._ L__. rlGtJUR 2.7 i ... j.. I I

In de figuren 2.8 en 2.9 is de afhankelijkheid tussen Igen U₂

grafisch weergegeven met de ontsteekhoek~als parameter.

In deze karakteristieken is de stroom I

g en de spanning U2

genormeerd op de waarde 2ll/G-rwL) respectievelijk 2ll/n:

Dit is gedaan om deze karakteristieken te kunnen vergelijken met die van andere typen een-fase mutatoren

De karakteristieken worden naar analogie met de karakteristieken bij elekterische machines de uitwendige karakteristieken genoemd. Nadelen

De mutator heeft twee nadelen:

1. Ret kan voorkomen dat tijdens een periode energie door het

net afgegeven en opgenomen wordt.

2. De stroom kan aIleen continu vloeien als U

2=0 en de ohmse

weerstand is nul.

Aangezien de ohmse weerstand nooit helemaal nul is zal daar-om de strodaar-om altijd discontinu verlopen.

In figuur 2.10 zien we dat in interval I energie door het net

afgegeven wordt aan smoorspoel en aan U

2

In interval II wordt door het net en door de smoorspoel energie

afgegeven aan U

2

Echter in interval III wordt door de smoorspoel energie

afge-geven aan het net en aan U

2

u,=

a

5inl.Ot

ot--~,---¥Cl....f====I--_----L~--­ ~wt

I ... I' .• I , i I . j . . . . . I ! I 1f

2

; .. r

ii ..

_{I .} L ...j ... 1 . . .- .". . I

gelijkrichter

.. . . . . I . . . . j o a ==0 ! r- .

I

_{I .}

i

I

I

····i i I

I

. j

9

-.4-1

- - ' - - - J r > > _ .

2U

I···;···· ... ;.... "-'______ !

1twL

!. . . .j I "'1' ..

.. ··i

·1

I

I I ! I ... .1.._,

1

a

0.5

- - - FI.-=-.GU-"-'U"-'-R.:..::2'-'-'.8 _

. "r-" ... -r"··· .·~4 I , '.," . +_ .

Ig

_...

2u

irwl

: i

...

~+

...

t· -t I . . I I : i ' 1..

··+···..··

i I I . , ! ;

··i..·..····/··· ···· ..

···r···!·

t

.. ; ...

J ... i i .

t-

.

. +

L

.

i I , '

.+

i- .l ~ -: . I : I . : I . : ; . I :.. . i ,. :

wisselrichter

·1· ....·;

,

f'

I

... +....

I. I •

"-' 255

(7,0°

a

·f ·· ..i.. ···· _._.-t-.. .j ;

!..

[ _..,..

i i i

.

I i

~

! [ ;.. . j (. '

-

.' - f

I

..~.,

'-1" ._-

-!

- I

.._J-

---·11 .

i f .. ;

. I " I , I i "T" \ ..

0)5

1

1 ' 1

..j,...--.--~---I-.-...---l--+-_~;--.;..I

--~+---~-....;..----..c----,.-'e...,-_._--o

11

2

-1 .

-0.5'

I I .... ··...

getekend in de figuren 2.8 en 2.9.

Stel we hebben de hieronder getekende situatie:

)

220V~

--~) fig. 2.11

u

= 220'/2 U 2 = 200 =1 2fi 2. 220V2

-

_{n n} 2ft = 2.220V2 =1,26 A nwLTC.2 •n. 50 .1 ° 0( =90 L:: 1H

Als we nu willen weten wat de gemiddelde stroom is die er gaat lopen kunnen we een horizontale lijn trekken vanuit 1(zie figuur 2.8) Als we dan vanuit het snijpunt van deze lijn en de lijn

~= 900

een verticale lijn naar bene den trekken kunnen we de

ver-houding

~ft

aflezen. In dit geval is dit 0,06.

nwL

Ig

Dus 2:rrwL

=

0,06 I_g=0,06.1.26

Ig=0,00756 A=75,6 rnA

De maximale stroom die er kan lopen vinden we also we vanuit punt A een verticale lijn trekken naar de horizontale as.

We vinden dan het punt:O,16

Dus Ig=0,16.1,26~0,2A. Deze maximale stroom wordt bereikt

voor 0( = (

Als we 0( nog kleiner zouden maken dan heeft dit geen vergroting

van de stroom meer tot gevolg. De thyristor zal dan niet eerder ontsteken .

"in wisselrichterbedrijf moet er weI op gelet worden dat de

hoek0< niet te klein gemaakt wordt.

Als bijvoorbeeld _{U2 = -200V} dus U₂rc/2u =-1 0

dan mag de ontsteekhoek ~ niet kleiner dan ongeveer 165 gemaakt

worden. Zouden we deze hoek nog kleiner maken dan gaat de wissel-richter kippen.

2.2 De ~~nfase mutator met ~~n thyristor en een vrijloopdiode.

i1 r L i2 + ~ ') 0+ +< >

u,

+ {---)- _{~ U} 2 \oI_r

1

U_D D + ~---~---'----~-~.---.<i-fig. 2.12

Als de thyristor geleidt zal wanneer u₁ negatief wordt u_d positief

worden. Hierdoor zal de diode gaan geleiden en de thyristor

zal doven. De stroom zal dan lopen in circuit II (figuur 2.12)

De afname van de stroom is dan constant want de spanning over

de spoel is dan gelijk aan U

2 en negatief.

di

Dus uL = _-U2

=

L dt

o.i _{-U 2}

dt

=

---r

Het tijdstip waarbij commutatie optreedt ligt altijd bij de

nuldoorgang van u₁

In figuur 2.13 is het stroom-en spanningsverloop geschetst

van deze gelijkrichter.

We kunnen hierin 2 gebieden onderscheiden:

I In dit gebied wordt energie afgegeven door u en afgegeven

. 1

aan de smoorspoel en aan U2 .

De thyristor celoidt in dit gebied en de diode spert.

II Hierin wordt energie afgegeven door u

1 en door de smoorspoel

aan U₂.

t

t

~=====r----jl-_-- u,

o

-+-J'---L.--~i---~---,f---wt

o

l.+. , _ , -- -- w t - - - wt I~

t

- - - wt 04--...·--~...,...--- -I I I I I I I I O-+-_J---I4-1 '''l-- _ I ~I I l l ! 1"" . -...~---__1 4T I E;n I j"" - .---.--t---- --- - -t E, 1--..---- -.- ---'''_,-'--"---1 F \GU UR 2.13

Verder kunnen we zien dat de spanning over de smoorspoel OV

is als u₁=U₂. Ook is dan de stroom maximaal.

Als wt ~ n dan wordt de stroomafname constant en gelijk aan

-U2/L

In figuur 2.14 zlJn de uitwendige karakteristieken getekend. Hierin kunnen we drie gebieden onderscheiden:

1. leemtegebied I ~ A. diode geleidt niet

2. leemtevrij gebied L ~ B. diode geleidt weI

3.

gebied met herontsteking

1. Het leemtegebied kunnen we ncig verdelen in een gebied waarbij de diode niet in de geleiding komt en een gebied waarbij

de diode weI geleidt.

De diode komt niet in geleiding als de stroom i

2 weer nul

geworden is voordat u₁ de nuldoorgang bereikt, immers

de diode kan pas geleiden als u

1 de nuldoorgang gepasseerd

is.

Dus anders gezegd: de diode geleidt niet als 0<. + t~11

Dit is in figuur 2.14 het gebied links van streeplijn 2. De rest van het leemtegebied wordt begrensd door de lijn 6 van F naar A, de lijn 4 vanaf D via C naar A en rechts van de lijn 2. In dit gebied geleidt thyristor en diode om de beurt (zie ook figuur 2.13)

2. Rechts van de lijn 6, dit is vanaf F via A naar E treedt een leemtevrije stroom Ope De vloeihoek van thyristor plus de vloeihoek van de diode zijn samen 2n RAD.

De vloeihoek van de thyristor neemt af naarmate we hoek ~

vergroten. Dit heeft tot gevolg dat de vloeihoek van

diode dan groter wordt want beide vloeihoeken samen moeten 2 n radialen zijn.

3.

Het gebied met herontsteking.

Herontsteking kan optreden als de ~ gekozen wordt tussen

t=O en t=' 0e zaggen dat' er herontsteking optreedt als een thyristor tweemaal ontstoken wordt in een periode van het wisselspanningsnet.

... J .._~.... i ···---·-1 .... .i· .... ___, L.: ....i . i , .. +...__.;...__ ... !

+...

i i

I

t. :• i ....: :~._...-i-... ;: ....--.L ....-"...·~.._..·~I··..·_ I

I

:

: . :

: ;

..

1-'''~ ~''''-'i''

:

..l_.... ... _...

+._ ..

~---=-Q--- 0'-~ 00 ·1 .. '

•

gelijk~ic~te~

•...

i ...

... met

;vrijloPP~io~e

I .' 0]5 ~~~~~-~:----

_

- .. ~::::- ..:::..8 90" 0077 .025 o "---+---"(~--- 0(.=-1'0

.:...

l-I I , I

.

,

J

'

·l···· ....

~-

..··..

,"""-+'

i i i_{, I} I I yp-=~ 1"; i

r

Herontstekingsgebied vergroot weergegeven

0.5 . . rc 2

a

F./ 0 ., ' " ' ! b

-Ig

-2u

1TuJ

L

FIGULm 7.1[,

In figuur 2.15 is het stroom-en spanningsverloop getekend in het geval dat er herontsteking optreedt.

Als de stroom i₂ nog niet nul is op het ogenblik waarop de

thyristor bij ~ ontstoken wordt zal de thyristor gaan geleiden

ondanks dat u₁ U

2, De stroom door de diode wordt overgenomen

door de thyristor.

Als wt= (j.. dan: a) Thyristor gaat geleiden uT=O

b) diode spert u_{D=-u1 sin} 01..

c) spanning over smoorspoel neemt toe met usin~

dus u

L=-U2+u1sin ()(.

d) de stroomafname di/Cdt) wordt kleiner en is

niet meer constant.

stel dat bij wt=!3 de stroom i₂=O wordt doordat de smoorspoal

uitgeput is dan gebeurt het volgende~

a) thyristor spert; u_T is negatief en gelijk aan

uT='O.1sin[3 -U₂. De thyristor kan niet ontstoken

worden. b) uL=O

c) u

D=-U2

Als we nu gebruik maken van een lange ontsteekpuls of de

thy-ristor weer onts'taken als ()(. is , dan gaat deze 'fleer geleiden

1rlant dan is U11~ 0

Als dit gebeurt dan is: a) uT=O

b) uL='O.1sinwt-U2

c) uO=-'O.1 sin IJ.}t

d) de stroom i

2 neemt weer toe

In dit geval is dus de thyristor tweemaal ontstoken in een

periode van de netspanning en daarom noemen we dit herontsteking. In figuur 2.14 kunnen we het gebied waarin herontsteking moge-lijk is aangegeven begrenst door de lijnen AE,EC,CA.

Het nadeel van deze gelijkrichter is dat de gelijkrichterwerking plotseling kan stoppen.

- ..- - .. t - . - wt - _ wt o o o-t---+--

r---U_r

t

I I " o - '-,.;:;;-+"!"""--- -~--I I : ! I I UD

t

I -u o·U21 -u_o

t

--~~--U2

....:::..)._--:. , ... ---- wt - . - wt - wt _ . wt I I II I III f - - - -.-

·11--,__ --

ET'~-;",

~D

...

1~2

, [, I

r--- --- ---.---,

o

t

8 b FIGUUR 2.1)

Dit gebeurt als de ontsteekpuls niet lang genoeg duurt, en werk-punt van de gelijkrichter komt in het herontstekingsgebied.

2.3 De tweepulsige volledig s:t;uurbg..I'5_eenfase brugmutator.

L

r

---I---::----~~~~,.-..,.~;_=_--'-It->- 0+ + (; U ')-L L - -_ _-+-_-+-_ _--'-- ~_ + t) -fig 2.16 De thyristoren 'l'1-T4 en T₂-11

3 worden beurtelings ontstoken.

In figuur 2.17 zijn de spanningen en stromen getekend zoals . die voorkomen bij gelijkrichterbedrijf in een bepaald werkpunt.

De maximale vloeihoek

e

is hier niet groter danrr

Bij een vloeihoek ~ =rr wordt, als 'I'1-T4 geleiden, de stroom

over-genomen door ~2-T3'

De uitwendige karakteristieken van deze mutator zijn gegeven in figuur 2.18 en figuur 2.19.

Daaruit volgen de eigenschappen van deze mutator.

In deze karakteristieken kunnen we drie gebieden onderscheiden: 1. Leemtegebied

2. Leemtevrij gebied

3.

Gebied met herontsteking

Leemtegebied in gelij~richterbedrijf.

Het leemtegebied in gelijkrichterbedrijf wordt begrensd door lijn 2 die vanaf n/2 naar punt A loopt. Dan lo6pt de grens door aangegeven door lijn 6 via punt H en via lijn 11 naar punt 1 op de horizontale as.

~n de figuren 2.17,2.20,2.23 ZlJn een aantal situaties getekend

o

~wt ---7Wt U 2 l---,1-~--+---I---7----\--7-r---T---O~~----¥----I----jY---~---1 UL

i

0 I ~t.Ui I I I I I I I t 1 ~1 ""T4 ~

1

II 0 _-7-Wt I I ~ I I I I I I I _I I _I I I I I

I

I U_T2 Un I I

lo

I -'----7 Wt FIGUUR 2.17

,..

U

T

FIGUUf\ 2,1l\

1T

2

.

_{r -}--~:-:--­_{I ..}

.~-i---F-~:-r----:----> W t I

1

I

I

I ./ I I

o-~N-I I I I I I I I I I I I I I

I

I I I I I I I I I I o .~__~

--:Vj.f-I

--J~~.~I

__

~ Wi

i

I i t. ! U1 -U_{1 U2} /U 2

1

0

--

Wi:-I I I I

I

1 Un UTI. t

1

0 l

7~~w,

I I I ' ! :1· I _{I I} t I ₁ I _I I I I _I

,

1 U T2 UT3

,I

I I

1

0 I _~l.Vt FIGUUR 2.20

In figuur 2.17 is de situatie getekend punt heeft ergens in het leemtegebied. Voor de spanningen over de thyristoren

1. Als T₁ en T₄ geleiden u

T2 = uT3

-2. Als T₂ en T

3 geleiden uT1 = uT4 =

3. Als alle thyristoren sperren u_T1 =

als de mutator een werk-geldt:

Als we nu U2 gaan verhogen zodat U2=u1sin~ dan zal de ontsteking

steeds plaats vinden bij 01. =C = arcsin U

2

/u

1

In figuur 2.20 is een van deze werkpunten getekend.

Deze werkpunten liggen op lijn 2 in de uitwendige karakteris-tieken van figuur 2.18.

lierontsteking bi,j geli;fkrichterbedri.jf

Bij ont steekhoeken tussen 0 <()<< ()(KR kan herontsteking optreden

bij bepaalde waarden van U

_,.

₂ en I_G en bij gebruik van een lange

ontsteekpuls.

In figuur 2.21 is zoln bedrijfstoestand getekend.

Als het thyristorpaar ~1'~4 ontstoken wordt bij wt=~ dan nemen

deze thyristoren de stroom over van het thyristorpaar T₂,T

3.

Op dit moment neemt de stroomafname af omdat de spanning u1 minder negatief wordt.

De spanning over u_L blijft negatief totdat

u

₁sinwt=U

2.

Als nu voordat deze waarde bereikt is,de stroom nul geworden

is treedt herontsteking Ope

Dus het nul worden van de stroom in het interval ()(.<U)t~4 is

essentieel voor het optreden van herontsteking.

Als u1sinw~ groter wordt dan U

2 dan zal de stroom weer gaan

vloeien indien opnieuw ontstoken wordt dus ?ij lange pUl~.

Dus de thyristor wordt per periode tweeffiaal ontstoken.

In figuur 2.22 is dit herontstekingsgebied vergroot weergegeven.

+.- Voor het werkpunt B (zie i'ig.2.22) geldt:o<=s ene~:2J1 ~ het is

het punt met de kleinste waarde vano'..w8.arbij zonder herontsteking, ook bij een eerste ontsteking, juist een continue stroom optreedt.

Deze 1,rJO.8.rde van de ontstoekhoek <X vmrclt de kritische ontsteekhoek.,

_ _ _ wt -.---- wt b

t

t

- w t ___ wt a o -H-.~--4-...J..M----.Jr---H~--o

--t---3'~---~"""---'---t

u" -U" U 2 U"-U,,U 2 U,

t,

U 2 " Gsin t;

t

--- U2 I II tl 0 -II

,-

wt I I -- ... - ~Jt

'1

1'1 ... 1 2'1111) \ I I

I ...

_-u,

III ' _... I --III a _I r, UT 1, U T..

_'II

UT1,UT4 I

t

II

t

0 II 0 I _{-___ wt I I tllt} III _I I

..

III

I I 1

I

_I I III I

I\I

I I U_T2,U TJ U T2 ,UT 3 I

III

,I

t

III

t

' II I 0 0

I

- - w t I I - . - - wt I F ,GUUR 221

FIGUUR 2.22 U1. ----r 0,'l'3S !2.U ,.-r

i

L

0< :: 0°

Leemtevrij-gebied bij gelijkrichterbedrijf.

Bij leemtevrij bedrijf is de vloeihoek ~ = n:

De uitgangsspanning U₂ is dan aIleen van ontsteekhoek~afhankelijk.

1Jof+n: .' d(wt) 111 o<+1! U 2 =n:

u

1 slnwt = -n: [-COSLot]0< q(

u

₁ = --;:( [-cos (CX+TC )+cosoJ 11₁ = --;:( [-coso<.cosn:+cos

09

U 2 2'0.1 =

- -

_n: cos (){

In figuur 2.23 is een werkpunt in tekening gebracht. Hiervoor

De ont steekhoek 0'-. =60

0

vanuit het leemtevrij-gebied

U

geldt dat 2 - 0

5

2Q

1- ,

n: Leemtegebied bij wisselrichterbedrijf

getekend voor leemtebedrijf. zijn getekend in figuur 2.19.

voor uL :

YL

=0

figuur 2.24 is een situatie uitwendige karakteristieken

Voor de spanningen over de thyristoren geldt:

uT1 en uT4 geleiden - 7 Utr2=uT3=-u1 en u_L=u1+U

2

u~2 _{en uT3 geleiden} ~up1=uT4=+u1 _{en uL=-u1 +U2}

Als aIle thyristoren sperren geldt:

U_T1

=uTLJ.=~

{u

₁+U2}

on

u'1'2=uT3=;

{-u

₁+U 2\

En In De

Herontsteking

Herontsteking treedt bij wisselrichterbedrijf op als de

ontsteek-hoek 0'.. een waarde heeft tussen n: + , en n: ('<0)

Dit herontstekingsgebied wordt beBrensd door lijn 8 en lijn 2 lzie figuur 2.19)

Lijn 8 vormt de grans tussen leemtebadrijf met herontsteking en leemtebedrijf zonder herontsteking.

'u u T1 T4

i

0 I _->wt I I I I I I I u u I T2 T3

r

I

~LlJt a u,u;U 1 1 2

i

aL..-- .__ FIGUUR 2.23

I I I tt2,Un

i

0 1 - - - " ' - - : - 1 u u T1' T4 , , u L

1

-l

_~LCt I

I

I

I I I I 1 _I I

i

~

v'~

/f'\J

_

·~wt 0 ~IGUUR 22l.,

maximale vloeihoekc; maar waarvoor geldt

e

<n:

.Lijn 2 loopt tot punt D, in punt D ge ldt :o<,:::o<! en~ =rr

KR

In figuur 2.25 is een situatie getekend waarin de herontsteking geschetst is.

Bij 'punt a wordt i nul. De thyristoren T

2 en ~3 die voorheen

in geleiding waren zullen dan sperren.

De ontsteekpuls staat aan nog steeds op de gates van T₂ en T

3

en blijft erop staan tot wt=n:

Als gevolg hiervan zullen de thyristoren T₂,T

3

voer de tweede

keer in geleiding komen als -u₁~

u

₂•

De stroom i begint dan weer te vloeien.

Dit gebeurt bij b. Als nu bij c de thyristorenT1 en ~4 ontstoken

worden dan nemen zij de stroom i over omdat de spanning u1 op dat moment groter is dan -u1 •

De di/(dt) zal op dat moment ook plotseling groter worden. Het zal nu ook duidelijk zijn dat herontsteking niet op kan

treden als 01..< n: + (;

Voor de werkpunten op lijn 8 (zie figuur 2.19) tussen 0 en D ge ldt 0<=rr+ ,

Dus grenslijn in leemtebedrijf tussen gebied met en zonder herontsteking.

Het kippen

Als ~~n der thyristorparen ontstoken wordt bij ~>n: dan zal de

mutator kippen. Deze situatie is geschetst in figuur 2.26. Als het thyristorpaar T1 , T4 bij A ontstoken wordt dan zullen de thyristoren niet meer doven.

Dit is als voIgt te verklaren:

Bij A zal dan een stroom gaan lopen die bij B weer nul geworden is. Dit blijft zo totdat bij C de stroom weer gaat vloeien

om-dat dan de spanning u_T1 ,u_T4 weer positief worden omdat de

ont-steekpuls nog steeds op de gates aanwezig is. edit blijft tot 2n:)

Bij D worden op de gates van bet thyristorpaar uT2~uT3 een

wt

---b

I

wt

I

,

I

, I

I

:L

_{: I 1} -wt n+l; a TT

~'Y1.~llll:;

.1,

d:ll_

~ I I : . . wt

I

I I .

I

I I

t

t

... -....r-

-u,

I , / \ I "

,

:'11 TT o.-fHr->"----tHl-~--~~r_='~

t \

_,

t

____ wt I I i i

I

t

t

I_I I

~

t

I

0 T . I

1

J J.

-wt I I I

I

I be _I

I

l-~

_{I I} I I

ITt-

: III

n-n+E;

I

I'

a

I

/

u L

i

C I I I I I

i

I I I

i

'I I I

I

I

I

I I

ikj

0 I

I

I I I ---7wt.. AI Bile !D FIGU UR 2.26

Deze gaat niet geleiden want de spanning -u

1 is op dat moment

kleiner dan de spanning u

1.

Op dit moment begint eigenlijk pas het kippen, want nu zal de stroom niet meer nul worden maar een steeds grot ere waarde . krijgen.

Op lijn

9

tussen 0 en E liggen de werkpunten waarvoor bij

leemte-bedrijf en met herontsteking geldt : O\=rr(zie figuur 2.19)

Het vormt een begrenzing van zowel leemtegebied als van het totale werkgebied.

In punt L iso<=rr en~=rr

Een nadeel van deze brugmutator is dat evenals bij andere

muta-toren de arbeidsfactor afhankelijk is van de ontsteekhoek~

In gelijkrichterbedrijf wordt bij leemtevrij bedrijf voor alle

Q

ontsteekhoeken 0< gedurende de laatste« van iedere stroompuls

energie teruggeleverd aan het wisselstroomnet. uok bij leemte-bedrijf met en zonder herontsteking zal respectievelijk kan deze teruglevering optreden. Deze energie \1ordt onttrokken aan de smoorspoel en aan de gelijkBpanningszijde.

De arbeidsfactor wordt hierdoor bij leemtevrij~bedrijfslechter

bij groter Irlordende ontsteekhoek D'. •

Bij wisselrichterbedrijf geldt iets dergelijks. Hier wordt bij

leemtevrij bedrijf voor alle ontsteekhoeken gedurende de

o

eerste (180 -~) van een stroompuls energie uit het

wisselstroom-net opgenomen. Bij leemtebedrijf met en zonder herontsteking zal respectievelijk kan deze teruglevering ook optreden.

Deze energie wordt in de smoorspoel opgeslagen. De

arbeidsfac-tor wordt hierdoor bij leemtevrij wisselric~terbedrijfslechter

bij kleiner wordende ontsteekhoek~

Het gebruik van een vrijloopdiode bij een volledig stuurbare brug of van een halfgestuurde brug ondervangt dit terugleveren van energie nit de smoorspoel naar de \'!isselspanningszijde bij gelijkrichterbedrijf, maar het maakt tevens wisselrichter-bedrijf onmogelijk.

;, .'e tW2epulsi~8 halfr;estuurde «)DfaBe brur~mut8.tor

Eon tweeDulsi~e halfgestuurde eenfase brucmu~ator wordt uit

do volledig gestuurde brug verkregen door twee thyristoren te vervangen door twes dioden.

Het sche~a van deze bru~ is getekend in figuur 2.27.

rtierin zijn twes systemen getskend wasrmee oereikt wordt dat

er gee~ energie aan het net teruggeleverd wordt.

De werking van d~ze brugmutator is het~emakkelijkst in te zien

als wede spanningen en sbromen die zich voordoen stap voor stap bekijken.

~n figuur 2.28 is daarom een periode verdeeld in intervallen:

T₁ en D₂ gaan geleiden:

voor de andere spanningen: Systeem a. btel de thyristor guur 2.28a) Interval III Verder geldt -u₁+u_L+U2=0

wordt ontstoken met ontsteekhoek oL. \zie

fi-Inter'val IV

u1 wordt negatief wat tot gevolg heeft dat D2 spert en D1 gaat

geleiden. T

1 blijft geleiden.

uT1 =0 uT2=-u1 uD1 =0 u_{D2 = u1 uL=-U2}

Interval V

i is dan 0 geworden.

u D1 +U'r1+uL+U2=0(

21

ur1'1=-U2

u D1 =O ; uL=O

J

~U1+uT2+uL+U2+uD1=OI~uT2~

-u1-U2

uL=O ; u_D1=O .

J

u

D,2 L +

-

+~~-uT

,l

1lh-~

UI.. ..- 4-U:l. L1o

,1

tuo~

+- + + v, _o. L t---r-~+

t

-

UT.;t +~- 4-\ '---j---+-...L---<..t---o _ + b.

.

FlGUU~ 2.27

_ . ---P- I,Ut ---- U2

I

I

I

I

I

II'I----~

u_T / I u T 11 I 2 II \

\

I

\ I

_,

I /_' . I ,- f o

-f-'=:l---r-~:::l.----_Y_--t

t

t

wt wt

U,

I

I

0- - -,- ' - - - , t - - - , L_l

I :

I

I /

1/

I

I

I I

-1

₁

--I --I

I

o

\

I

I

I"

I

I /

I

" I

I

j

I

\I

1/

U

1'-

~

I I

I

I

I

I

I

o-~-..

~I---__¥I----r--~'---t

t

t

t

0-+---'-...

----'----..1---2" - u.,t a+E,; b II

t

211~ wt I , c,. , o-+--_.'_f_----'

q

I

t

a

u₁+u L+U2=O u L ;';u1-U2 u, is dan weer .lJ Yeer u_L geldt : Interval I D 2 gaat geleiden en D1 Dus u D2=O en uD1=-u1 spert T₂ blijft -U2 dan geleiden Interval II

De stroom is dan weer nul geworden.

u_T2=-U_{2 u D2=O; uD1 =-u1 ; uL=O}

Voer '1'1 geldt: u'1'1+ U2-U_{1=O ;::::;> uCP1:=u1-U2}

De vrijleopfase wordt om de beurt afgewisseld door T₁,D_{1 en}

T2 ,-D2 •

Veer systeem b kunnen op dezelfde manier de spanningen worden

afgeleid· Ret verscbil met s1steem a is dat de vrijloopfase

verricht wcrdt door D1 en D2

~ijdens vrijloopfase geleiden _{T1 en T2 dus niet}

In

de uitwendige karakteristieken lzie fmguur 2.2~) kunnen we

verschillende gebieden onderscheiden.

a) werkpunten waarbij tijdens leemtebedrijf de vrijloopwerking

niet eptreedt; Ertreedt geen vrijloepwerking op als de stroom

nul geworden is voordat de nuldoorgang gepasseerd is.

~n figuur 2.29 links van gestippelde lijn 2

b) werkpunten waarbij tijdens leemtebedrijf de vrijloopwerking

weI optreedt terwijl herontsteking niet plaats vindt;_in

figuur 2.29 tussen de lijnen 2,6,4 en

5

0) werkpunten waarbij tijdens leemtebedrijf de vrijloopwerking

voorkornt en waarbij ook herontsteking optreedt;

Heront-steking }cao optreden als d.e stroom nul \"Jordt in het interval

tussen 0 en (:=. arcsin U,../0. ('7i e f j r:ruur 2 .,)())

. # • ~ 1\LJ-.. --·LJ _.~ ...

.In lignur 2.29 tussen de li~jnen J+,~),7 oft~'2wel c1ri.etlOek ABC

d) \'J(~rJ~punten \-JC1'1I'bi_c

l

conti~1U vloeicm vc1n de bclastingsstrooI:J optr'?edt" in t'i.guur ~).?/I is €len werkpunt uit uit

•• --I,

.! ....

!.

l~-tJ-···

.·w__

._.++-,-:-_.- ...

I

, ..;. -- _-

- "-..

-_

+-_ ]

-_.j--.--_.~ .

I

_I

I i I i i i i : I ! •..

i

..:1.·••

·r---l--

j-:jJ-,. ..' ....·

.:9.~.~kj.=~t:~

nt

te~~ti~l~~fG~~Jde

•..

br.~g

.•.,•••.••••"

P;

/5"

I

l-

i

!

~

:

i

i

-+-~. : : .~... : ....

!....

_--j

-_..-. --1-}.1

I-i. .;...

I , :

:--L-i

I : I ' . . I I : : : ! I -r"~'==:f==F==:4=- --.- .. ._",-~--=-,=~... '1"'-'---1

I I i

! : :

i

J' r-+I--~

..·..

-t-·---t-···i ..

+..--

I

·..··J·· ..

I· ;....

t--

i...

~

...

;._._.~

I : ; .

I

I , i I r

U_

ior ....

_.j

---I

1-

C=Ii

1

:~15i

i

..."" . 1._1 i'''~3·t''\t'''-''''j

. I ~~ .

~-l--t--'""'i-~--+--+--"!---<' :0 :

I i '

1...5

'.

~_'''_'''-+''-_.._....+._·.. ·_..

·_'1_..·_..

'!'-..._.._..·I-·.._·.. --1..I_...,.-_ _i _..---r..1'·~O(

..

··1

1-···_- -

I .,

i;'~--l

...1...._.4 ..._- ...- --_.-

._-t'_...

I. i.

.5i...

_j

i : :

8

I i ;

10 ! ,. ;• . .. 901 ...• ~I I ; : . :

I

~-+---+----1-

...+---I...I-."-""+'"-"

-+---+"-"p' .

f'·

··h6·~:

_... _. ..._-j-J... _

1. . . .

t ...

.J

i

'0 : ~--+----!--+---+---+-+--r---r-'i---;---r---"-r-..i

120

..·..·f

·--t-..·....· _...

~

...

--+_··..

-!.·~··+·13ft

~--....----+---.j..-+--.j,.-+-- -+--+--+-1----_.. '0 : ... - ..· 1 ,....·.. - ..

·~i·

...

·_~·

..·..

=-/

~~~O

~= i

---:1Bo-°

o·

,

!

I

I I 0'5 i ; 1, ' : I I I

' I

I

~.

··:-r·l-t--t·...··

. . a _

-i

; ,

1~:T

I"'~''''';

.... :

···t·..· - _ __.. ··....

·~l~

..---r_+---+-,

--fIl1t"-. ,

2

U

i. ... ·I, ...J ... , -- -... - ---.-- . J __.__i...!_~

l-- --r ..

hGU~k

2bg

!..

I---.t.----.--.

_I...

J.

j '

trw

L

: : i ! : i , ! ! I t

j

"

~I

'

i ! I ~

.... :

...

1

j I

'I"'!

:

I

,...L....

.L...

I ...

J.. -

I :

0.5

-f

I· ...

I

1t

i··

2

t

-u\

-'..U...llLl~=tiFW-L.l.J.u.u"'\====r-

u2

t

,I _ wt

I

rJ

III

III

III

III - - - wt .

.,

i t I ,! , l '

i ..

_.I ' I , I

---

wt

..

a r; a FIG UUR 2 3f) a 1'; b

u u_{D1 D2}

f

0 I I

-

-I I I

"

I -~lJt I /1 I ---I

I

I / _I I I I I _I I I I / I ~

_I

I I _I I ./ I I I f , -I I I I I I I I to. ,/ I I I 'I --I I ,~-I I I f I I I

I

'-

-~l.Vt

/ _I I I I I

1

-/ I / _I I I I I I I I I I I I I

,

,-I ----?,,\..jt I I

o

t

Ut. I r

r

FiGUUR 2.31

.f! twC8Dul sif'~e tW8;fasenrnuta tor

.

..,

..

".-....-,.e \.,risselspanningsvoedinc; van een tweefasen-mutator bestaat uit een eenfasetransformator waarvan de secondaire wikkeling met een middenaftakking is uitgevoerd(figuur 2.32)

+ _{WL ;~l}

_-

_{_u_1 _ _+ _} + . . . , 0 -FI GUUR 232. . L ---fVVV\....-.-.o_{-I _} -I-u L

De eigenschappen van deze mutator ZJ.Jn E~elijk a8n de volledj g

gestuurde eenfase brugmutator. Vandaar dat de uitwendige ka~ak­

teristieken in figuur 2.18 en figuur 2.19 ook voor deze mutator gelden.

tlet enige verschil dat deze mutator heeft met de volledig gestuurde eenfase brugmutator is dat de spanning over de thy-ristoren een waarde ten grootte van 2u1 kan bereiken.\zie figuur

2.17,2.33) In be ide figuren is een werkpunt uit het leemtegebied in beeld gebracht.

I

,

I o

+----J.-~~-.LL--L-~L---l~~.

0.. 01+1\ -?wt

i

I I I L; I T1 I

1

0

I

I I - 7 wt I I I I I I I I I I

_I

I I

I

I I I I I ~2

,

_I

I

I

1

0 II

I

I I

I

~wt

II

I

!

, I

u_L I

I

I

f

'I

0

I

----7 u>t FlGUUR 233

no!: afcel~id van dat voedingsnet.

lliertoe is de transformator uitcevoerd met een hulpwikkeling

di~ een refer2Dtiespanning afgeeft gelijk aan

5V.

Van deze sinusvormige spanning word~ een blokspann~ng afgeleid

met behulp van een nuldetector ( zie fi~juur 3.1)

Deze nuldetector is de verschilvcrsterker ~ A 741

'5 V Jill , C - AlA 741 T,=T3=8C214 T._Z=T=8C146 4 33on FIG 3.1 ~,.A3 P_{.>--_..L.} \.-""

Us

10 K RS 7/

101(3 UitV:311g van deze rluldQtector stUtlI~t de basis vaIl tral1sistor

"2 De transistor zal de condensator G₁ ontladen en ontladen

:.;)j·l(~n HIc} de ujtr;angsspanninc: van de nuldetector' positief is.

": ;".; is posit l ( :

r

ti (lelann deposit ie'18 he 1ft van de vOl~dinR;s­

;.; -·!;ninr:;. Als nu de uitganr-; van de nuldetector nul wordt dan

...j; .j,~ tranc;ic;tnr' i

' c'perJ,pn

~".~ ~_ :""r)...., ... _~_• • c...

De condensator wordt dan opgeladen met een constante stroom geleverd door de stroombron. Deze stroombron wordt gevormd

door de weerstand _{R1 ,H2} en R

3

en de verschilversterker A2 en

de transistor T 1 .

De verschilversterker A

2 zorgt ervoor dat de ingestelde spanning

op punt A oak op punt B aanwezig is.

Hierdoor zal de stroom door H

3

constant zijn. Door R

3

te

veranderen kan de laadstroom ingesteld worden.

Op de condensator 01 ontstaat hierdoor een zaagtandvormige

span-ning U_ci (zie figuur 3,2)

Deze spanning wordt nu op de plusingang van de verschilversterker A

3

gezet. Op de min-ingang wordt een gelijkspanning aangesloten

waarvan de grootte van~ze gelijkspanning ingesteld kan worden

met potentiometer R

5

.

Als nti de zaagtandvormige spanning Dci

groter wordt als de gelijkspanning U

5

dan zal de uitgang van

A

3

positief worden. Deze uitgang blijft positief totdat de

zaag-tand weer nul wordt en dit is als de voedingsspanning de

nul-doorgang passee~t. De stuurpuls die op deze manier ontstaat

wordt een lange puIs genoernd.

We kunnen een tweede puIs die 180o verschoven is verkrijgen door

de hierboven besproken schakeling nog een keer uit te voeren maar met dat verschil dat de ingang van de nuldetector andersom wordt aangesloten.

am de hoge spanningen die in het hoofdcircuit voorkomen van het stuurcircuit, worden de stuurpulsen via zogenaamde

pulskastjes naar de thyristoren gevoerd. in deze circuits (zie

figuur

3,3)

wordt een optische koppeling tot stand geb~acht

tussen de stuurelektronika en de gates van de thyristoren. Bovendien wordt aan de uitgang van zoln circuit een vrij

krachtige korte stroomstoot geproduceerd. Namelijk wanne~r geen

puIs aan de ingang staat, dat wil zeggen het circuit is in rust, geleiden T

3

en T

5

,

terwijl T4 spert, dus de uitgang ligt aan

aarde. Wanneer dS thyristor moet gaan geleiden, dUB wanneor er een puIs op de ingang van het circuit wardt gebracht, zullen T

3

en T

5

gaan sparren, terwijl ~4 juist gaat geleiden. rtierdoar

weerstand van 10~ staan, hetgeen resulteert in een stroom van

1,5

A. Deze stroom zal geleidelijk afnemen en uiteindelijk zal

er via de weerstand van 56...f'- een stroom lopen circa

0,3

A.

Ret verloop van de stroom door de gate van de thyristor is dan

zoals in figuur

3,3

is aangegeven.

u

rf

0 ~---l. wt - ---?

u1

0 -~ wt U₂

t

'I

,

,0 ---;-7 Wt Uel Us

i

_Us -0 -7 Wt u U

_t

C1 B ,/'0 -~ wt p

t

1 ,0 ( f Wt p

1

~ I 2 _{I I} 0 I I ~ Wt FIGUUR 3.2

b) Mutator

c) Gelijkstroommachine en .asynchroonmachine

De transformator heeft s8cundair

3

wikkelingen (zie figuur 4,1)

Een wikkeling die gebruikt wordt voor de referentiespanning

voor de stuurschakeling. De twee andere wikkelingen worden ge-bruikt voor de voeding van de mutator.

Elke wikkeling is uitge-voerd met een middenaf-takking en de spanningen, per wikkeling bedragen

o -

110V - 220 V ).'l-oV _ _ _ 2<.:lOV

L

rL---

\\0\/

j

0

I

rz:\~

I

Lt

~oV

g-~v --~-o

J

FIGUUR 4.1

De mutator is ~'gebouwd uit 1 2 of 4 thyristoren afhankelijk

van het type mutator dat toegepast wordt.

De smoorspoel die gebruikt wordt heeft een zelfinduktie L=1,14 H.

De gelijkspanning wordt verkregen door een gelijkstroommachine die aangedreven wordt door een asynchrone draaistroommachine.

(zie figuur 4,2)

Over de klemmen,van de borstels van de gelijkstroommachine is

een condensator aangesloten van 4800)iF

Dit is gedaan om sen mooie gelijkspanning te krijgen zander

rimpel. - ~ I I

-

--:~f

I -f I I

--L-J

I

FIGUUR n

Ket behulp van deze componenten heb ik In aantal schakelingen

zoals die in hoofdstuk 2 besproken zijn o~gebouwd.

Aan de hand van een aantal foto's wil ik nu achtereenvolgens enkels schakelingen bespreken.

Op de foto's zijn 'n aantal stroom-en spanningsvormen te zien zoals die in de praktijk in 'n bepaalde schakeling voorkomen.

4.2 De mutator met ~~n thyristor en sen smoorspoel(zie figuur 4.3)

/ a) Gelijkrichterbedrijf. FfGUUR 4.3

...

+ U, -t---'----> . +

o

In figuur 4,4 doet zich de situatie voor waarbij leemtebedrijf

optreedt. Als de thyristor op t 1 ontstoken wordt is de spanning

over de smoorspoel u1

-t2.

Op dat moment qegint ook de stroom i

L te lopeno

Het maximum van i_L wordt bereikt als de spanning over de spoel

nul wordt dus als u1=U

2. Als iL nul wordt op t2 dan gaat de

thyristor uit de geleiding. De spanning over de thyristor

wordt dan weer u₁-U₂ en de spanning over de smoorspoel u~=O.

1n figuur ~·,5 is In situatie getekend waarbij bij het wef,vallen

van de stuurpuls de thyristor meteen uit de geleiding gan~.

r

F!GL,L. - _ _ wt ______• wt ____ we o

i

__ Lot - - - . t V t

Dit is als voIgt te verklaren:

Zolang op d-e- gate van de thyristor een stuurpuls aanwezig is wordt sperlaag 2 lzie figuur 4,6) geleidend gehouden door de 'vrlJe ladingsdragers die in P2 gelnjecteerd worden door de

puls-stroom. Als nu de pulsstroom plotseling wegvalt neemt de geleid-baarheid van sperlaag 2 af.

I<

r-I I G I \

,

P

\

I L... ---=- - - I \ I \ I \

,

( I .J

.,

213 ~

p'"

_Pi

n

_t

_f2.

₁₁ 2 J J I J J J -'l</l' 35",M 15"06:/ "Jhf3~~ 12~• ~

A

M L u "-VI B:: W ,8 ~/O Cl!: D VI o ,y Z10 o <Ol: .J W 10 _ 10

....

~ 0.:: ~

It/-LU u Z o U lot ,

.-FI GUUR '£'.6

Er kunnen zich nu drie gevallen voordoen:

1) De thyristor blokkeert

2) De thyristor neemt even in geleidbaarheid af en wordt dan weer norroaal geleidend zoals voor het wegvallen van de puIs.

3) ~e geleidbaarheid van de thyristor verandert niet.

(jeval1.

Ve stroom die OD dat moment door de thyristor loopt is niet

in staat OlD de vrije laclinsdragers, die plob3eling niet meeT'

door de pulsstroom geinjecteerd worden, zo snel te vervangen door ladingdragers, die afkomstig moeten zijn van zichzelf,

eJ?t d.e spc r Jci·~lr; f.~8. ~J.'t ~::)-,)::.er'en. I)J3 illS'-L'l:.t ::'J-i;Oll 1)Jo:c1;~'~)(;r't (Ie}!l. ~f i e;1_1l!I- /. I :~~ \

Geval 2.

In daze situatie is de stroom zo groot dat bij wegvallen van de pulsstroom, de vrije ladingdragers opgevuld worden door de

stroom die op dat moment door de thyristor loopt.

De geleidbaarheid van thyristor neemt op dat moment weI even af maar wordt zeer snel weer hersteld door de thyristorstroom.

uit verschijnsel is in figuur 4.13 te zien als een kleine

stroom-deuk in het stroomverloop van i T2•

Geval

3.

In dit geval is de invlaed van het wegvallen van de vr1Je la-dingdragers niet meer van belang voor de geleidbaarheid.

Je zo~ kunnen zeggen er zijn zovecl vrj~e ladingsdragers in

de sperlaag aanwezig zodat het geringe aantal vri~e

lading-dragers geinjecteerd door de pulsstroom te verwaarlozen is.

~n figuur 4,13 is daarom bij i~1 ~een stroomdeuk meer te zien.

Nu zijn i~1 en i~2 weI gelijk in grootte maar de thyristoren

hebben natuurlijk niet precies dezelfde eigenschappen zodat het dus toch weI mogelijk is dat bij twae gelijke sbromen tach 2 verschillende situaties zich voordoen.

t;uL L) J0JJen.

L

L,l-L;~ een nugntievl: ::;Ll'OOIll

fJu t.) Joopt er ook nov;

L

kIt~lIwr dan de sperstroom

loopt.

(). Ue~'.t:J "J;aLL; : ; ( r' () , ,[Jj tJ1i ,IrL i,

t:uvt)iV daL in jnl"'!'val

~ :; {h:r~;Lr'OOIlI)

'.-i',I'['11 .1:.;. "t~ lUllllH~ll hi(~1 d,-~ J l l v l u t : , j Vi:lll lit: gatt.~~;tl'UOlll 01' Je

, I" 'r',L!' ,)i)ill V:Itl .1 t: LIt.Y [·.L~3Lor' ~'. I " II • i' t" _j w"I" jt.

-}I, t,,:,'fc tct

.il·~ er' ioo~)t ul~ l:t:fj puIs op de ["~I:iLI: aUllwezig is •

• ()()/' t:etl lIa,lt~I'e ll,iLec:IlzetLLIt:!, vatl dt~ .lI1vlotjel van de stuur(Juls

"I, (j,~ ~!,(,t':JLl'()OIIi van een th,yrJ:jLt)T' V;l'Wlj~3 ik u naar hut (iictC1:tt

. (·:r:nogensul ..:cLronica door' 11'. I .v. UO'jLel.'hol~J.t en II'. W. J. de ~et::u~

'J q)fdstuk 1.

_ _ _ _->\Ot

- " ' 7wt

~wi

--t*~J

~---. u T f I ("UUH " •• , '."! --- --- - --- ---_-4

)1 ,j,; 1'oLo'::, Ij.~) (~Il Ij,/I()il~ ' f l 'tkl'l\,pIlIlt Jut ht:t leemtegebied ot,'!;ebeeld.

II:.; de Lhyl'l;'jLor' (~tl ,h: dic)cJ

,I~ , I i',)11f'"

Ill) , lJ, ( ', tiL '-U

,--i l II 1'-.' _L .YI'I li1. \' ,) nI.,; Lu, ' i1 ,I,J: ',j IJ _{- I I I •} I , ; fIII I d( IU [' I ':(Jn~" V; I I I II I I' 1" 1 d , d : II I ,j' Itl W,) I'dL _{II '"U}

-\1

en L 1 <-'

I 'lUI', , j U t ) ! ' ,ie Lh,Y ' f I J I \i ( )I',j I ~)

: I !'iI~( tI •

! ' 1,1. l k url,ierste

strOOI1I-\j { )I'!l! 1 ;;

4'.4 1)e tweepulsif,8 twccfase mutator

~

t- - _....

_--o

figuur 4.11

1. Gelijkricliter. a) leemtegebied Cfiguur 4,12 en figuur 4,13)

b) leemtevrijgebied lfiguur 4,14 dn !iguur 4,15)

c) herontstekings~ebied (figuur 4,16 en figuur 4,1

Om nu te kijken of het werkpunt dat in de figuren 4,16 en L~,17

afgebeeld is ongeveer klopt met een van de werkpunten uit het herontstekingsgebied gegeven in figuur 2,18 kunnen we hiervoor een berekening opstellen aan-de hand van de gemeten gegevens.

ve

gemeten waarden die in bovengenoemd werkpunt gelden zijn

gemeten met In universeelmeter.

uemeten: U2=185V

1=0,22A U

2 1G

Hieruit kunnen we de verhouding 2D. en de verhouding~ll berekenen.

'Tt "J1wL 2ft = 2.220V2

=

198,3 'K )(

2u

'"ri'wL

=

2.220V2 ~.211.50 .1 , 1 4 = 0,553 = 185 = 0,93 198,3 Dus: U 2 2U

7

I G

2Q J1\.OL :: 0,,22 0,5)) =

°

,L~

Als we nu dit punt uit zetten ln figuur 4,18 dan zion we dat het punt in dit gebied ligt.

U T'_'.T o---U_L i 0----T'

i

0 -I '"I I n -U FIGJUk 413 _-,:>lVt --,>wt

\ 1

0 -I Tl j G-I

i

f-!GUlJR I,I,~ riG UUr~ c,1'.J wt

FIGU UR -.. I &

i

I

0.93

o

o

r -_ _,-,A 0.235 I

I

I

I

I

I

I

I J 0,1,

Ig

2'

U'"

.-..

7(wL

FiGUUR 1..le

,iisselrichterlledr.i;jf.

Voor wisselrichten moee de s:)annl.np~ u

2 andersow aangesloten

worden. ["en werlcpunt.; dat dan bi~j lCt:;mtt~[-Jed r i,-jf opt reedt is in fif:;uur 419 en 4-,20 ·:fgebeel~!. u T1

1

o

u 12 j 0-FIGUUR L.1 9 FIG,j')r~ -,'0 -)wt ->wt

U T 2 T 2

--'-I

!

T1 T1 -U TJ

I

TJ t + FIGUUR L..21

In figuur 4,22 zijn de snannin~svormen over de thyristoren

af-e;ebef~ld. u rq 0-u f T2 0-- --->wt FIGUURL..22

.Jeze zi(jn niE]t overeenkorn~:;til': de Lilcoretisch te verv!achten

spannin~svormen. uit kan verklanL~ worden uit het feit dat de

verschillende thyrislllren niet precios dezelfde karakteristieken

hebuen. l.n firr,uur L~,23 zi,jn voar t\)et~ verschillende thyristoren

de karakteristie:;c:n ~';el,ukcrhl.

dus te verklaren dat niet perse hoeft te gelden

1

en U,1'2=u'1'3=2(-u1-U_{2 ) (figuur 4,22)}

~2 dezelfde karakteristiek heeft als ~1

dan is

Btel dat op In bepaald moment de spanning over de thyristoren zo is dat T1 en T4 zich in de blokkeertoestand bevinden en T2

en T

3 in spertoestand. Als we nu aannemen dat i~1=i~4 en

i~2=i~3 dan kunnen we in de karakteristiek d~ spanning over

thyristoren grafisch bepalen.

u_T1

=

_uB

u_T4

=

u_A

En als we stellen dat en T 3 dezelfde als T4 uT2=uC u T3=uD Op deze manier is 1

ul111 =u'r4=~~u1-U2)

T,

In dit verslag zijn verschillende typen mutatoren behandeld namenlijk:

1. ve eenfase mutator met een thyristor en een weerstand.

2. De eenfase mutator met e~n thyristor en een smoorspoel.

j. De een!ase mutator met een:thyristor en een vrijloopdiode.

4. De tweepulsige volledig gestuurde eenfase brugmutator.

5.

De tweepulsige halfgestuurde e~~fase brugmutator.

6. De tweepulsige tweefasen mutator.

Nadelen en voordelen van de behandelde types.

liet nadeel van de eenfase mutator met een thyristor en een

weerstand is dat er tijdens zowel wisselrichter-als

"gelijkrichter-bedrijf energie indeweerstandgedissipeerd wordt. Dit nadeel

is opgevangen door het gebruik van een spoel in plaats van een.

.

weerstand. Deze mutatur heeft echter toch nog twee nadelen

namelijk: 1) er doen zich situaties voor bij gelijkrichtemBdrijf waar

bij energie teruggeleverd wordt aan het voedende net. Dit heeft een ongunstig rendement tot gevolg.

2)er kap, alleen._leemYevrij bedrijf optreden als u2/0

De eenfase mutator met een. thyristor en een vrijloopdiode heeft het nadeel dat maar tot een betrekkelijk lage gelijkspanning

U

2 leemtevrij bedrijf mogelijk is.

Hij heeft ~el het voordeel dat er geen energie teruggeleverd

wordt aan het voedende net en,dat/Br weI leemtevrij bedrijf

kan optreden als

_U2FO.

De tweepulsige volledig gestuurde ~~n­

fase brugmutator heeft ook weer het nadeel dat er zichsituaties voordoen waarbij energie teruggeleverd wordt aan het voedende net. De voordelen van deze mutator zijn:

1) De gelijkspanning U₂ kan een betrekkelijk hog~.bedrijfspanning

zijn.

2) Het kippen in wisselrichterbedrijf treedt niet op alsct~ 1800

3)

Er treedt leemtevrij bedrijf op bij U2/0.

De tweepulsige hakfgestuurde eenfase brugmutator heeft het voor-deel dat er geen energie tereuggeleverd wordt in" gelijkrichter-bedrijf.

De tweepulsige tweefasen mutator heeft dezelfde eigenschappen

als de volledig gestuurde eenfas~ brugmutator, maar met het

Ervar~ngen tijdens de meting.

Ik ben begonnen met de mutator te belasten met een

gelijkstroom-machine die werd gebruikt als motor.

o

Door nu de ontsteekhoek ~ vanaf 180 te verkleinen neemt het

toerental toe van nul tot een bepaalde waarde.

Ve gelijkspanning U

2 wordt dus gevormd door de tegen-emk die

de motor induceerd. Het nadeel van deze methode is dat de span-ning niet erg constant blijft. Daarom ben ik overgestapt op de combinatie gelijkstroommachine-synchronemachine.

ve synchrone machine zorgt ervoor dat de gelijkstroommachine

met een constant toerental blijft draaien.

Door nu een constante stroom door de veldwikkeling van de gelijkstroommachine te sturen, is bereikt dat de spanning U

2

een harde gelijkspanning is. Deze harde gel~jkspanningheb ik

nodig omdat het de bedo~ling is dat het demonstratiemodel zo

goed mogelijk de theoretisch te verwachten spanningen en

stro-men weergeeft. In de theorie gaan we er namelijk van uit dat

de spanning U

2 een constante gelijkspanning is.

Een ander probleem is dat er een spanningsverschil bestaat tus-sen de schakeling en de scoop. Hierdoor wordt de schakeling

belnvloed wanneer de spanningsprobe in de schakeling aangebracht

wordt. Ik heb geprobeerd de schakeling op verschillende punten

te aarden maar dit had geen effect. Het is me dan ook niet ge-lukt het spanningsverschil tussen de scoop en de schakeling te verwijderen.