Technik.elektryk 311[08] z2.05_u

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
MINISTERSTWO EDUKACJI
i NAUKI
Anna Kembłowska
Krzysztof Kembłowski
Montaż i badanie urządzeń energoelektronicznych
311[08].Z2.05
Poradnik dla ucznia
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2005

1
Recenzenci:
mgr inż. Jan Krzemiński
mgr Joachim Strzałka
Opracowanie redakcyjne:
mgr inż. Katarzyna Maćkowska
Konsultacja:
dr Bożena Zając
Korekta:
mgr inż. Jarosław Sitek
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[08].Z2.05 „Montaż
i badanie urządzeń energoelektronicznych” zawartego w modułowym programie nauczania dla
zawodu technik elektryk.
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2005

2
SPIS TREŚCI
1. Wprowadzenie 3
2. Wymagania wstępne 4
3. Cele kształcenia 5
4. Materiał nauczania 6
4.1. Montaż i kontrola parametrów w półprzewodnikowych przyrządach mocy 6
4.1.1. Materiał nauczania
4.1.2. Pytania sprawdzające
4.1.3. Ćwiczenia
4.1.4. Sprawdzian postępów
6
8
8
10
4.2. Prostowniki sterowane 11
4.2.3. Ćwiczenia
11
15
15
20
4.3. Falowniki 21
4.3.3. Ćwiczenia
21
27
27
29
4.4. Sterowniki prądu przemiennego 30
4.4.3. Ćwiczenia
30
32
32
35
4.5. Energoelektroniczne łączniki prądu stałego, przekształtniki pośrednie
i bezpośrednie 35
4.5.3. Ćwiczenia
35
47
47
52
5. Sprawdzian osiągnięć 53
6. Literatura 62

3
1. WPROWADZENIE
Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy i kształtowaniu umiejętności z zakresu
montażu i badania urządzeń energoelektronicznych.
W poradniku zamieszczono:
− wymagania wstępne,
− cele kształcenia,
− materiał nauczania,
− pytania sprawdzające
− ćwiczenia wraz z instrukcjami,
− sprawdziany postępów
− sprawdzian osiągnięć.
Materiał nauczania zawiera informacje niezbędne do realizacji zaplanowanych ćwiczeń. Zawiera ono
podstawowe pojęcia, prawa, symbole, definicje, schematy, opisy i rysunki. Zapoznaj się z nim bardzo
uważnie – umożliwi Ci to zrozumienie zagadnienia i wykonanie zadań.
Pytania sprawdzające pozwolą Ci sprawdzić, czy jesteś dobrze przygotowany do wykonywania
zadań.
Ćwiczenia zawierają polecenia, sposób wykonania oraz wyposażenie stanowiska pracy. Przeczytaj
uważnie polecenia, jeśli masz jakieś wątpliwości zapytaj nauczyciela. Zwróć szczególną uwagę na
właściwy dobór sprzętu pomiarowego, zasady badania urządzeń energoelektronicznych, sposób
opracowywania wyników badań, zasady montażu i przestrzeganie zasad bezpieczeństwa przy
wykonywaniu ćwiczeń. Pamiętaj o przestrzeganiu zasad bezpieczeństwa
Zwróć uwagę na instrukcje do badania układów zawierających symulacje elektroniczne. Ćwiczenia
te wymagają nie tylko znajomości danego zagadnienia, ale również biegłości przy pracy z komputerem.
Po wykonaniu ćwiczeń, sprawdź poziom swoich postępów.
W tym celu:
− przeczytaj pytania i odpowiedz na nie
− wpisz TAK jeśli Twoja odpowiedź była prawidłowa
− wpisz NIE jeśli Twoja odpowiedź na pytanie jest błędna
Odpowiedzi NIE wskazują na luki w Twojej wiedzy, informują Cię również jakich zagadnień jeszcze
nie poznałeś. Oznacza to, że do tych treści powinieneś wrócić.
Stopień przyswojenia przez Ciebie wiadomości i ukształtowanie umiejętności będzie oceniał
nauczyciel. W tym celu może posłużyć się zadaniami testowymi. W niniejszym poradniku znajdziesz
przykład takiego testu, zawiera on:
− instrukcję, w której omówiono tok postępowania podczas przeprowadzania sprawdzianu
− zestaw przykładowych zadań
− przykładową kartę odpowiedzi
Bezpieczeństwo i higiena pracy
W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów bhp oraz instrukcji
przeciwpożarowych. Przepisy te poznasz podczas trwania nauki.

4
2. WYMAGANIA WSTĘPNE
Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
– rozpoznawać elementy elektroniczne na podstawie wyglądu zewnętrznego, oznaczeń na nich
stosowanych oraz na schematach,
– rozróżniać funkcje różnych elementów w układach elektronicznych,
– charakteryzować podstawowe parametry elementów elektronicznych biernych i czynnych,
– określać zastosowanie różnych elementów elektronicznych,
– łączyć elementy elektroniczne na podstawie schematów ideowych i montażowych,
– mierzyć parametry podstawowych elementów elektronicznych,
– oceniać stan techniczny elementów elektronicznych na podstawie oględzin i pomiarów,
– korzystać z literatury i kart katalogowych elementów elektronicznych,
– dobierać zamienniki elementów elektronicznych z katalogów,
– stosować podstawowe prawa i zależności dotyczące obwodów prądu stałego i zmiennego,
– opracowywać wyniki pomiarów wykorzystując technikę komputerową,
– stosować zasady bezpieczeństwa higieny pracy i ochrony przeciwporażeniowej obowiązujące na
stanowisku pracy.

5
3. CELE KSZTAŁCENIA
W wyniku realizacji jednostki modułowej powinieneś umieć:
– sklasyfikować urządzenie energoelektroniczne,
– rozróżnić i scharakteryzować poszczególne rodzaje urządzeń energoelektronicznych,
– sklasyfikować półprzewodnikowe przyrządy mocy (ppm),
– zinterpretować podstawowe parametry i charakterystyki prądowo-napięciowe ppm,
– dobierać z katalogów ppm do warunków pracy,
– rozpoznać elementy i podzespoły urządzeń energoelektronicznych,
– zanalizować pracę wybranych urządzeń energoelektronicznych na schematach oraz na podstawie
przebiegów czasowych prądów i napięć,
– scharakteryzować zabezpieczenia urządzeń energoelektronicznych,
– scharakteryzować rozwiązania konstrukcyjne urządzeń energoelektronicznych,
– dobrać filtry zabezpieczające przekształtniki przed zakłóceniami,
– dobrać przekształtniki do różnych rodzajów odbiorników,
– zorganizować stanowisko pracy do montażu i badania urządzeń energoelektronicznych zgodnie
z przepisami bezpieczeństwa higieny pracy, ochrony przeciwporażeniowej, ochrony środowiska
i wymaganiami ergonomii,
– dobrać przyrządy pomiarowe i metody pomiaru do badania urządzeń energoelektronicznych,
– zmontować i uruchomić podzespoły obwodu głównego w urządzeniu energoelektronicznym,
– wyznaczyć charakterystyki eksploatacyjne typowych przekształtników,
– zinterpretować przebiegi czasowe napięć i prądów w układach energoelektronicznych,
– zlokalizować i usunąć proste uszkodzenie w urządzeniach elektroenergetycznych,
– zastosować zasady eksploatacji urządzeń energoelektronicznych,
– zastosować zasady bezpieczeństwa higieny pracy podczas pracy przy urządzeniach
elektrycznych,
– posłużyć się dokumentacją techniczną, normami oraz katalogami podzespołów i urządzeń
energoelektronicznych.

6
4. MATERIAŁ NAUCZANIA
4.1. Montaż i kontrola parametrów w półprzewodnikowych
przyrządach mocy
Przekształtniki
Przekształtniki są to układy złożone z półprzewodnikowych elementów mocy przeznaczone do
zmiany parametrów charakteryzujących energię elektryczną.
Klasyfikacja przekształtników:
a) prostowniki,
b) przerywacze prądu stałego,
c) falowniki,
d) sterowniki prądu przemiennego.
Pomiary półprzewodnikowych przyrządów mocy w układach energoelektronicznych
Półprzewodniki, na przykład tranzystory i diody mocy, ze względu na dość duże obudowy mają
możliwość oddania do otoczenia powstałego w nich w wyniku strat mocy ciepła, bez potrzeby
stosowania dodatkowych urządzeń. Żeby przeciwdziałać wzrostowi temperatury powyżej
niedozwolonej granicy, należy zwiększać odprowadzanie ciepła.
Może to być osiągnięte przy pomocy radiatorów, które przenoszą powstałe ciepło w tranzystorze do
otaczającego powietrza poprzez przewodzenie i promieniowanie.
Rezystancja termiczna między półprzewodnikiem i radiatorem powinna być możliwie najmniejsza,
co uzyskuje się poprzez stosowanie dużej, płaskiej i dobrze obrobionej powierzchni styku. Obejmy
powinny być dokręcone z zaleconym momentem, wystarczającym żeby uzyskać dobre przewodzenie
ciepła, ale bez ryzyka uszkodzenia mechanicznego. W celu wypełnienia i pozbycia się ewentualnych
bąbli powietrza używa się smarów silikonowych pomiędzy półprzewodnikiem i radiatorem.
Urządzenia energoelektroniczne od lat spełniają podstawową rolę w elektronice technicznej,
w układach przekształcających energię elektryczną napięcia przemiennego na stałe i odwrotnie.
Zasadniczymi elementami przekształtników energoelektronicznych są zawory elektryczne
półprzewodnikowe. Posiadają one własności zaworów idealnych pod warunkiem, że nie zostaje
przekroczony określony zakres niektórych parametrów jak np. napięcie zasilające, szybkość
narastania napięcia, temperatura otoczenia.
Obsługa eksploatacyjna urządzeń energoelektronicznych według przepisów eksploatacji
Ogólne i szczegółowe przepisy eksploatacji urządzeń pracujących w energetyce zawodowej
i przemysłowej zostały ustanowione w 1987 r. przez Zarządzenie Ministra Górnictwa i Energetyki,
w przypadku urządzeń energoelektronicznych, jako szczegółowe zasady eksploatacji urządzeń
prostownikowych i akumulatorowych.
Urządzenie prostownikowe zdefiniowano jako urządzenie elektroenergetyczne, stanowiące zestaw
złożony z zespołu prostownikowego, rozdzielni prądu przemiennego i stałego, instalacji oraz
urządzeń zabezpieczających i sterowniczych, kontrolno-pomiarowych, sygnalizacyjnych i pomocniczych,
związanych z jego ruchem.
Aktualne zarządzenie stwierdza konieczność prowadzenia eksploatacji danej grupy urządzeń zgodnie
z opracowaną dla niej instrukcją stanowiskową, na podstawie programu pracy z uwzględnieniem
charakterystyk prądowych i napięciowych, układu połączeń dla ruchu normalnego i w warunkach
zakłóceniowych, oraz rodzaju i wymaganego czasu wykonywania przełączeń.

7
Podobnie jak w przypadku obsługi eksploatacyjnej urządzeń elektroenergetycznych, zaleca się
okresowe wykonywanie oględzin z uwzględnieniem w szczególności:
– stanu technicznego zespołu prostownikowego, rozdzielni i instalacji elektrycznych,
– działania aparatury,
– przyrostu temperatury i warunków chłodzenia urządzeń.
Przeglądy nie rzadziej niż raz w roku, powinny obejmować również pomiary rezystancji izolacji
w stosunku do ziemi o wartości wymaganej na 1 V napięcia znamionowego prądu stałego obwodów
głównych, oraz obwodów i urządzeń pomocniczych, sprawdzenie działania aparatury, konserwację
i naprawy urządzeń. Zaleca się powiązanie remontów w terminach odpowiadających remontom
odbiorników z nich zasilanych.
Urządzenia energoelektroniczne posiadające współzależne charakterystyki elektryczne i cieplne,
powinny być okresowo poddawane zabiegom profilaktycznym w celu eliminacji szkodliwych
wpływów narażeń środowiskowych.
Przeniesienie metody profilaktyki eksploatacyjnej opracowanych dla urządzeń
elektroenergetycznych, wymagałoby uściślenia wybranych jej parametrów. Skuteczne usuwanie
zanieczyszczeń przekształtników, może ułatwić opracowanie nowych metod ich diagnozowania
w procesie eksploatacji bez wyłączania z ruchu, oraz wydłużyć czas ich pracy.
Niezawodna praca diod, tranzystorów i tyrystorów w urządzeniach energoelektronicznych jest ściśle
uwarunkowana nie przekraczaniem warunków granicznych przyrządów półprzewodnikowych
w dowolnych warunkach eksploatacyjnych tzn.:
– normalnych,
– specjalnych.
Zestaw aparatury wymaganej przy obsłudze urządzeń przekształtnikowych powinien zawierać:
– oscyloskop,
– woltomierze uniwersalne,
– amperomierze wielozakresowe,
– termistorowy miernik temperatury,
– sondy prądowe do oscyloskopu.
Podstawowe parametry przyrządów półprzewodnikowych na które powinno się zwrócić uwagę przy
badaniach to:
– powtarzalne napięcie wsteczne i blokowania,
– napięcie przewodzenia,
– narastanie napięcia blokowania,
– czasy załączania i wyłączania.
Kontrolę prawidłowego działania ppm można podzielić na następujące etapy:
1. sprawdzanie parametrów załączania bramkowego,
2. sprawdzanie układów sterowania,
3. sprawdzanie układów regulacji,
4. sprawdzania równomierności rozpływu prądów przy połączeniach równoległych,
5. sprawdzenie równomierności rozkładu napięcia przy połączeniach szeregowych,
6. sprawdzanie skuteczności zabezpieczeń nadprądowych,
7. sprawdzenie skuteczności ochrony przepięciowej,
8. sprawdzanie skuteczności chłodzenia.
Konstrukcja i montaż urządzeń przekształtnikowych
Konstrukcja tych urządzeń zależy od wielu czynników, wśród których decydujące znaczenie mają:
– moc przekształtnika,
– maksymalne napięcie,
– maksymalny prąd,
– typ przekształtnika,

8
– konstrukcja maszyny z którą ma współpracować.
W każdym urządzeniu tyrystorowym można wyróżnić:
– obwody energetyczne,
– obwody elektroniczne.
Obydwie grupy obwodów wykonuje się najczęściej w postaci oddzielnych bloków.
Stosowane rozwiązania konstrukcyjne można podzielić na:
– dla urządzeń do 1kW- z reguły jako jeden blok,
– dla urządzeń o mocy 1kW do 5kW – stosuje się konstrukcje panelową lub płytowo-kasetową,
– dla urządzeń średniej i dużej mocy – stosuje się konstrukcje panelowo-kasetowe.
Przy omawianiu konstrukcji przekształtników należy zwrócić szczególną uwagę na zasady montażu
tyrystorów, a w szczególności montażu tyrystora na radiatorze.
Aby uzyskać minimalną wartość termicznej rezystancji przejścia obudowa - radiator należy:
– stykające się powierzchnie obudowy elementu i radiatora wygładzić,
– usunąć z nich wszelkie zanieczyszczenia,
– dokręcić tyrystor do radiatora za pomocą klucza dynamometrycznego,
– pokryć smarem silikonowym powierzchnię styku.
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jakie nietypowe środowiskowe warunki eksploatacji powinny być uzgodnione między wytwórcą
a odbiorcą?
2. W jakim układzie pomiarowym można wyznaczyć parametry załączania bramkowego?
3. Jakie zachowania układu energoelektronicznego mogą świadczyć o uszkodzeniu obwodu
sterowania?
4. Na czym polega sprawdzanie układów regulacji?
5. Dlaczego przy połączeniach równoległych należy sprawdzać równomierność rozpływu prądu?
6. Jakie warunki muszą spełniać przyrządy w układach połączeń równoległych?
7. Jak definiuje się równomierność rozkładu napięcia?
4.1.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1.
Sprawdź parametry załączania bramkowego.
Sposób wykonania ćwiczenia:
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1) zmierzyć szczytową wartość bramkowego napięcia zasilającego,
2) zmierzyć wartość szczytową prądu bramki,
3) wyznaczyć stromość narastania czoła impulsu bramki,
4) wyznaczyć czas trwania impulsu prądu bramki,
5) wyznaczyć prąd załączający bramki,
6) porównać wartości otrzymane z pomiarów z wartościami granicznymi podawanym w katalogach
dla badanych przyrządów,
7) wyniki i wnioski umieścić w sprawozdaniu.
Badanie należy przeprowadzić przy zastosowaniu oscyloskopu.

9
Ćwiczenie 2.
Sprawdź równomierność rozpływu prądów przy połączeniach równoległych.
Sposób wykonania ćwiczenia
1) dokonać wyboru metody pomiarowej,
2) zdefiniować pojęcie równomierności przepływu prądów,
3) podać warunki niezbędne do spełnienia równomierności przepływu,
4) zgromadzić na stanowisku zestaw przyrządów do wykonania pomiarów wybraną metodą,
5) wykonać niezbędne pomiary,
6) wyciągnąć wnioski z przeprowadzonych pomiarów.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− zestaw przekształtników,
− oscyloskop z sondą,
− amperomierz z przekładnikiem kleszczowym,
− miernik magnetoelektryczny,
− zestaw boczników,
− kartki papieru,
− kalka techniczna,
− ołówek,
− linijka.
Ćwiczenie 3.
Zmontuj zestaw: półprzewodnikowy przyrząd mocy – radiator.
1) zgromadzić na stanowisku pracy potrzebne elementy i przyrządy,
2) usunąć z miejsca styku wszystkie zanieczyszczenia i materiały obce,
3) oczyścić lub wypolerować powierzchnię,
4) miejsce styku nasmarować smarem zalecanym przez wytwórcę,
5) dokręcić diodę lub tyrystor do radiatora kluczem dynamometrycznym,
6) nadmiar smaru usunąć szmatką zmoczoną w alkoholu.
− zestaw wkrętaków,
− zestaw kluczy,
− klucz dynamometryczny,
− zestaw radiator – półprzewodnikowy przyrząd mocy,
− ściereczka,
− smar.

10
Ćwiczenie 4.
Dobierz zamienniki podzespołów z katalogu.
1) wyszukać z katalogu półprzewodnikowy przyrząd mocy, który należy wymienić,
2) wypisać jego parametry elektryczne,
3) wyszukać zamiennik:
– ustalić niezbędne wartości prądów i napięć zamiennika,
– ustalić dopuszczalny zakres temperatur,
– sprawdzić czy rozmiary umożliwiają zainstalowanie go na zamontowanych radiatorach,
– sprawdzić właściwości dynamiczne.
− karty katalogowe ppm,
− kartki papieru,
− długopis,
− ołówek.
Czy potrafisz: Tak Nie
1) sklasyfikować urządzenia energoelektroniczne?
2) zmontować układ do pomiaru parametrów dynamicznych
obwodu bramki?
3) porównać otrzymane wyniki z danymi katalogowymi badanego
urządzenia?
4) wyjaśnić na czym polega praca równoległa ppm?
5) sprawdzić równomierność rozpływu prądów w badanym
układzie?
6) zamontować prawidłowo tyrystor na radiatorze w układzie
energoelektronicznym?
7) wyszukać w katalogu parametry urządzenia energoelektrycznego
celem znalezienia zamiennika?
8) dobrać prawidłowo zamiennik w/w elementu?

11
4.2. Prostowniki sterowane
Prostownikami są nazywane układy energoelektroniczne, służące do przekształcania napięć
przemiennych w napięcia stałe (jednokierunkowe). Z reguły są zasilane napięciami sinusoidalnymi
jedno- lub trójfazowymi. Przebieg czasowy napięcia wyjściowego jednokierunkowego, zwanego
napięciem wyprostowanym składa się z odpowiednich wycinków napięć sinusoidalnych zasilających
prostownik. Od liczby impulsów napięcia i prądu wyprostowanego przypadającej na okres napięcia
przemiennego linii zasilającej prostownik wywodzą się nazwy prostowników, czyli:
a) prostownik dwupulsowy - 2 impulsy na okres,
b) prostownik trójpulsowy - 3 impulsy na okres.
W zależności od kierunku przepływu prądu w przewodach zasilających wyróżnia się:
a) prostowniki jednokierunkowe,
b) prostowniki dwukierunkowe.
Ze względu na sposób wyłączania elementów (tyrystorów) układy bardzo często nazywane są
przetwornikami o komutacji sieciowej.
Parametry prostowników:
a) wartości średnie prądu i napięcia wyjściowego z prostownika (przy projektowaniu określone
wymaganiami wynikającymi z rodzaju obciążenia prostownika)
b) wartości skuteczne prądu i napięcia zasilającego prostownik (decydują o obciążeniu źródła prądu
przemiennego)
c) wartości chwilowe, średnie lub skuteczne napięć i prądów (umożliwiają dobór zaworów
prostownika)
Wyznaczenie tych wartości jest głównym celem analizy układów prostowniczych.
Prostowniki jednopulsowe
Rys. 4.2.1 Podstawowy schemat prostownika jednopulsowego [1]
Rys. 4.2.2 Przebiegi napięć, prądu i impulsu sterującego w prostowniku jednopulsowym dla
obciążenia typu R [1]

12
ig
id
ud
T
z
Ldid/dt
uR
2
t
t
t
ud
2
w
u2
idR
Rys. 4.2.3.Przebiegi napięć, prądu i impulsu sterującego w prostowniku jednopulsowym dla
obciążenia typu RL [5]
Załączenie tyrystora jest możliwe tylko w przypadku jego dodatniej polaryzacji tzn. w zakresie
kątów załączenia 0 < ϑz < π .W przypadku obciążenia RL napięcie wyjściowe zawiera również
składową ujemną ( co widać na przebiegu czasowym). Powoduje to zmniejszenie wartości średniej
napięcia wyprostowanego. W celu wyeliminowania tego zjawiska stosuje się tzw. „diodę zerową”.
u1 u2 ud
iT
R
L
id
T
Rys. 4.2.4 Prostownik jednopulsowy z diodą zerową [1]
Dobór parametrów tyrystora:
– szczytowe napięcie wsteczne jest równe amplitudzie napięcia zasilającego mU ,
– szczytowe napięcie blokowanie jest równe mU ,
– maksymalna wartość średnia prądu anodowego wynosi: mU
Rπ
przy obciążeniu rezystancyjnym lub
R
Um
π2
przy obciążeniu silnie indukcyjnym.

13
Prostowniki dwupulsowe
u1 u2
T1 T2
T3 T4
ud Odb u1
u2A
u2B
T1
T2
ud
id
id
Odb
N
Rys. 4.2.5 Prostownik jednofazowy, dwupulsowy: mostkowy i dwuelementowy [1]
ig
id
ud
z
2 t
t
t
ud
2
u2A u2B
z z
T
T1 T2 T1
id=iT1 id=iT2
2
id=iT1
Rys. 4.2.6 Przebiegi napięć, prądu i impulsu sterującego w prostowniku jednofazowym,
dwupulsowym dla obciążenia typu R [1]
id
ud
2 t
t
ud
u2A u2B u2A
z T<
w
Rys. 4.2.7 Przebiegi napięć, prądu i impulsu sterującego w prostowniku jednofazowym,
dwupulsowym dla obciążenia typu RL - prądy przerywane [1]
Dobór parametrów tyrystora:
a) dla układu mostkowego
– szczytowe napięcie wsteczne jest równe amplitudzie napięcia zasilającego mU ,

14
– szczytowe napięcie blokowanie jest równe,
– maksymalna wartość średnia prądu anodowego wynosi: mU
Rπ
przy obciążeniu rezystancyjnym
lub
R
Um
π2
b) dla układu dwuelementowego
– szczytowe napięcie wsteczne jest równe amplitudzie napięcia zasilającego mAU2 ,
– szczytowe napięcie blokowanie jest równe mAU2 ,
– maksymalna wartość średnia prądu anodowego wynosi: mAU
Rπ
przy obciążeniu
rezystancyjnym lub
2
mAU
Rπ
Prostowniki trójpulsowe
A
B
C
u2A
u2B
u2C
Odb
ud
id
Rys. 4.2.8 Prostownik trójpulsowy (gwiazdowy) [1]
Rys. 4.2.9 Prostownik trójfazowy(mostkowy) [1]

15
0
u2AB u2AC u2BC u2BA u2CA u2CB u2AB u2AC
ud
id
id
ud
t2t1 t3 t4
Rys. 4.2.10 Przebiegi na wyjściu prostownika [1]
1. Jakie podstawowe wielkości charakteryzują sygnał sinusoidalny?
2. Jakie wzory te wielkości opisują?
3. Co jest symbolem graficznym diody i tyrystora?
4. W jaki sposób wyznacza się amplitudę i kąt fazowy sygnału na oscyloskopie?
4.2.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1.
Narysuj schematy układów prostowniczych:
a) prostownika sterowanego 1-fazowego,
b) prostownika sterowanego 3-fazowego
przy obciążeniu R i RL.
1) określić rodzaj prostownika,
2) dobrać elementy elektroniczne, ich symbole,
3) narysować schematy ideowe układów prostowniczych.
− katalog elementów elektronicznych,
− zeszyt do ćwiczeń,
− ołówek,
− linijka,
− inne przyrządy kreślarskie.

16
Ćwiczenie 2.
Rozpoznaj elementy elektroniczne na schemacie układu elektronicznego:
a) prostownika sterowanego jednofazowego,
b) prostownika sterowanego trójfazowego,
c) dowolnego schematu układu elektronicznego zawierające układy zasilające.
1) określić rodzaj układu elektronicznego,
2) zidentyfikować elementy układu na podstawie katalogu,
3) objaśnić, jaką funkcję spełniają elementy w danym układzie,
4) zdefiniować ich parametry.
− schematy ideowe układów prostowniczych,
− schematy ideowe układów elektronicznych,
− przyrządy kreślarskie.
Ćwiczenie 3.
Narysuj przebiegi napięć wyjściowych dla prostowników:
a) sterowanego 1-fazowego bez filtru z obciążeniem R,
b) sterowanego 1-fazowego bez filtru z obciążeniem RL,
c) sterowanego 1- fazowego z obciążeniem R i filtrem RC,
d) sterowanego 3- fazowego bez filtru.
1) zidentyfikować schematy ideowe układów prostowniczych,
2) ustalić napięcia wyjściowe w poszczególnych układach,
3) narysować przebiegi tych napięć na papierze milimetrowym,
4) uzasadnić przebiegi tych napięć w poszczególnych układach prostowniczych,
5) zweryfikować ewentualne pomyłki,
6) objaśnić działanie układów prostowniczych na podstawie schematów ideowych oraz przebiegów
napięcia wyjściowego.
− papier milimetrowy,
− zeszyt do ćwiczeń, przyrządy kreślarskie.

17
Ćwiczenie 4.
Zbadaj prostownik jednopołówkowy i dwupołówkowy.
1) zmontować układy według schematów,
2) skalibrować oscyloskop przed pomiarem,
3) zbadać przebieg napięcia 0u na uzwojeniu wtórnym transformatora,
4) zbadać przebieg napięcia dla prostownika jednopołówkowego. Zbadać przebieg napięcia dla
prostownika dwupołówkowego analogicznie jak w punkcie 4,
5) zastąpić układ 4 diod ze schematu na rys.2 „gotowym” mostkiem Graetza, pomiary wykonać
analogiczne jak w punkcie 4.
– oscylogramy oraz pozostałe krzywe wykonać na papierze milimetrowym.
Rys. 4.2.11 Prostownik jednopulsowy z obciążeniem R [3]
Rys. 4.2.12 Prostownik jednopulsowy z obciążeniem RL [3]

18
Rys. 4.2.13 Prostownik jednopulsowy z obciążeniem RL i diodą zerową [3]
Rys. 4.2.14 Blokowy schemat pomiarowy [4]
− zestaw prostowników,
− oscyloskop dwukanałowy,
− sondy pomiarowe,
− mierniki,
− kartki,
− długopis,
− linijka,
− kalka techniczna.
Ćwiczenie 5.
Zbadaj prostownik trójpulsowy jednokierunkowy.
1) zmontować układy według schematów przedstawionych poniżej,

19
4) zbadać przebieg napięcia dla prostownika,
5) pomiary i obserwacje przeprowadzić dla obciążenia R i RL,
6) wydrukować lub narysować obserwowane przebiegi czasowe,
7) wyskalować współrzędne,
8) zaznaczyć na rysunku charakterystyczne wartości chwilowe.
Rys. 4.2.15 Schemat układu pomiarowego [3]
− mierniki,
− kartki,
− długopis,
− linijka,
Ćwiczenie 6.
Zbadaj prostownik mostkowy.
1) zmontować układy według schematów przedstawionych,
4) zbadać przebieg napięcia dla prostownika,
5) pomiary i obserwacje przeprowadzić dla obciążenia R i RL,
7) wyskalować współrzędne,
8) zaznaczyć na rysunku charakterystyczne wartości chwilowe.

20
Rys. 4.2.16 Schemat układu pomiarowego
− mierniki,
− kartki,
− długopis,
− linijka,
1) przedstawić zasadę działania jednopulsowego prostownika?
2) narysować i uzasadnić przebieg prądu i napięcia na obciążeniu
rezystancyjnym prostownika jednopulsowego?
rezystancyjno-indukcyjnym prostownika jednopulsowego?
rezystancyjnym prostownika trójpulsowego?
rezystancyjno-indukcyjnym prostownika trójpulsowego?
6) wyjaśnić sposób doboru tyrystorów w układzie mostkowym?
7) dobrać tyrystor do określonych wymogów obciążenia?

21
4.3. Falowniki
Falownikami nazywamy urządzenia energoelektroniczne, których zadaniem jest przetwarzanie
prądów i napięć stałych (DC) na przemienne (AC). Stosowane są głównie do zasilania regulowanych
napędów elektrycznych (ASD), zasilaczy bezprzerwowych (UPS), statycznych kompensatorów mocy
biernej (SVC), filtrów aktywnych (AF), elastycznych systemów przesyłu energii (FACTS).
Ze względu na ilość faz napięcia wyjściowego falowniki dzielimy na:
a) falowniki jednofazowe,
b) falowniki trójfazowe,
c) falowniki wielofazowe o dowolnej ilości faz (specjalnego przeznaczenia).
W każdej z tych grup układowych możemy rozróżnić falowniki napięciowe i prądowe.
Falowniki napięciowe (VSI)
W tego typu falownikach źródłem energii wejściowej jest naładowany kondensator
(E = CU2
/2). Dzięki temu napięcie wyjściowe jest ciągiem impulsów prostokątnych o regulowanej
szerokości, a prąd wyjściowy dla obciążenia typu RL ma kształt quasisinusoidalny. W tego rodzaju
falownikach podstawowymi przyrządami energoelektronicznymi są elementy w pełni sterowalne.
Falowniki napięciowe są obecnie najczęściej stosowanymi układami energoelektronicznymi.
Falowniki prądowe (CSI)
W tym przypadku źródłem energii wejściowej jest dławik z płynącym prądem (E = LI2
/2). Dlatego
też prąd wyjściowy jest ciągiem impulsów prostokątnych o regulowanej szerokości, a napięcie
wyjściowe dla obciążenia rezystancyjno – indukcyjnego jest quasisinusoidalne. W falownikach
prądowych można stosować zarówno tyrystory SCR jak i elementy w pełni sterowalne. Zastosowanie
tych falowników jest wąskie.
Rys. 4.3.1 Jednofazowy falownik napięcia- przebiegi na obciążeniu R [9]

22
Rys. 4.3.2 Jednofazowy falownik napięcia- przebiegi na obciążeniu RL [9]
Zasada modulacji szerokości impulsu
We współczesnych falownikach napięciowych najczęściej stosowanym sposobem kształtowania
przebiegów wyjściowych jest metoda modulacji szerokości impulsów. Istnieje kilka odmian tej
metody. Poniżej będzie przedstawiona w sposób uproszczony jedna z nich. Do węzła sumacyjnego
(rys. 4.3.3) są podawane dwa sygnały o regulowanej częstotliwości: sinusoidalny i trójkątny.
W momentach zrównywania się tych dwu sygnałów następuje przełączanie klucza „S”.
Rys. 4.3.3 Uproszczony schemat układu modulacji szerokości impulsu [9]

23
W rezultacie na obciążeniu RL pojawia się napięcie w postaci znakozmiennego ciągu impulsów
prostokątnych o zmiennej szerokości. Częstotliwość podstawowej harmonicznej napięcia i prądu
obciążenia odpowiada częstotliwości sinusoidalnego sygnału sterującego. Natomiast częstotliwość
trójkątnego sygnału sterującego decyduje o częstotliwości przełączeń klucza „S”. Dość łatwo można
wykazać, że im ta częstotliwość jest większa, tym kształt prądu obciążenia jest bliższy idealnemu
przebiegowi sinusoidalnemu.
Falownik równoległy
Rys. 4.3.5 Schemat falownika prądu w układzie podstawowym oraz z układem rozruchowym UR [5]
Tyrystorowego falownika prądu nie da się uruchomić w układzie podstawowym. Rozruch
falownika następuje w układzie szeregowo-równoległym: tyrystory pracują parami Ty2 i Ty6 oraz
Ty3 i Ty5. Jako pierwsza zostaje załączona para Ty2 i Ty6 w chwili, gdy napięcie wejściowe
falownika ma wartość maksymalną. Dalsze przełączanie tyrystorów podczas rozruchu następuje
przy przejściach przez zero prądu ic kondensatora (czyli maksymalnej sumarycznej wartości napięcia
na kondensatorach Cr i Cs).
Rozruch trwa przez zadany okres czasu, po czym następuje przejście do stanu ustalonego –
funkcję tyrystorów rozruchowych Ty5 i Ty6 przejmują tyrystory główne Ty1 i Ty4.

24
Rys. 4.3.6 Przebiegi napięć [5]
Rys. 4.3.7 Przebiegi podczas rozruchu falownika [9]
Falowniki szeregowe
Falowniki szeregowe są urządzeniami służącymi do przekształcania prądu stałego na prąd
przemienny. Przekształtniki te nazywane są falownikami niezależnymi i, w odróżnieniu od
falowników sieciowzbudnych (zależnych), nie mają połączenia od strony wyjścia ze sztywną siecią
energetyczną. Falowniki szeregowe znajdują zastosowanie między innymi w grzejnictwie
indukcyjnym, technice ultradźwiękowej, napędach elektrycznych, układach przetwarzania napięć.

25
Rys. 4.3.8 Układ podstawowy falownika szeregowego: a) schemat układu; b) przebiegi napięć i prądów [1]
Rys. 4.3.9 Schemat zmodyfikowanego układu falownika szeregowego [1]
Rozważany układ może pracować z częstotliwością sterowania:
− fs < f – największy czas dysponowany dt , duże zniekształcenia prądu obciążenia,
− fs = f – przypadek dopasowania, najkorzystniejszy kształt prądu obciążenia,
− fs > f – przebieg prądu prawie prostokątny, duże stromości prądu i napięcia oraz mały czas
dysponowany dt .

26
Rys. 4.3.10 Typowe przebiegi w układzie zmodyfikowanym falownika szeregowego: a) fs < f;
b) fs = f; c) fs > f [5]
Falowniki zasilane ze źródła napięcia stałego
Falowniki napięcia charakteryzują się prostokątnym kształtem przebiegu napięcia wyjściowego.
Rys. 4.3.11 Schemat układu [5]
Falowniki zasilane ze źródła prądu stałego
Falowniki prądu przekształcają prąd stały na prąd przemienny jedno- lub trójfazowy o przebiegu
prostokątnym. Kształt i wartość napięcia wyjściowego falownika prądu zależą od charakteru
odbiornika. Falowniki prądu nie zawierają diod zwrotnych. Przepływ energii od odbiornika do źródła
zasilania odbywa się w wyniku zmiany biegunowości napięcia wejściowego falownika, przy nie
zmienionym kierunku przepływu prądu wejściowego falownika.

27
1. Jaką funkcję w układach spełniają falowniki?
2. Jakimi przyrządami trzeba dysponować, aby zbadać falownik?
3. W jaki sposób odbywa się regulacja napięcia w falowniku?
4. Jak klasyfikuje się falowniki?
5. W jaki sposób zabezpiecza się falowniki przed przeciążeniami?
4.3.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1.
Dokonaj pomiaru i obserwacji napięć i przebiegów czasowych w układzie jednofazowego
falownika.
1) połączyć układ pomiarowy umożliwiający zdjęcie przebiegów,
2) do oscyloskopu podłączyć sygnały z wyjść U- dla pomiaru i obserwacji napięcia,
3) dokonać pomiaru i obserwacji przebiegów na wyjściu przy obciążeniach,
a) rezystancyjnym,
b) indukcyjnym,
c) rezystancyjno-indukcyjnym,
4) dokonać pomiaru i obserwacji przebiegów prądu na obciążeniu wykorzystując układ bocznika.
5) pomiary i obserwacje przeprowadzić dla obciążenia o charakterze:
a) rezystancyjnym,
b) indukcyjnym,

28
6) dokonać pomiarów przy różnych częstotliwościach wyzwalania tyrystorów,
7) zarejestrować wszystkie dostępne przebiegi,
8) wyciągnąć wnioski z przeprowadzonych badań.
Rys. 4.3.13 [5] Rys. 4.3.14 [5]
− układ falownika jednofazowego,
− oscyloskop,
− boczniki pomiarowe,
− rezystor,
− cewka,
− mierniki,
− kartki,
− długopis,
− linijka,
Ćwiczenie 2.
Dokonaj pomiaru i obserwacji napięć i przebiegów czasowych w układzie trójfazowego
falownika napięcia dla różnych obciążeń.
1) połączyć układ pomiarowy umożliwiający zdjęcie przebiegów,
2) do oscyloskopu podłączyć sygnały z wyjść U- dla pomiaru i obserwacji napięcia,
3) dokonać pomiaru i obserwacji przebiegów na wyjściu przy obciążeniach,
a) rezystancyjnym,
b) indukcyjnym,
4) dokonać pomiaru i obserwacji przebiegów prądu na obciążeniu wykorzystując układ bocznika,

29
5) pomiary i obserwacje przeprowadzić dla obciążenia o charakterze:
a) rezystancyjnym,
b) indukcyjnym,
6) dokonać pomiarów przy różnych częstotliwościach wyzwalania tyrystorów,
7) zarejestrować wszystkie dostępne przebiegi,
− układ falownika jednofazowego,
− oscyloskop,
− boczniki pomiarowe,
− rezystor,
− cewka,
− mierniki,
− kartki,
− długopis,
− linijka,
1) przedstawić klasyfikację falowników?
2) omówić funkcje falownika w układach?
3) omówić sposób regulacji napięcia wyjściowego falownika?
4) zmierzyć częstotliwość fali nośnej modulatora?
5) wyznaczyć przebiegi czasowe prądów i napięć na łącznikach
falownika przy różnych obciążeniach?
6) wyjaśnić sposób doboru tyrystorów w układzie mostkowym?

30
4.4. Sterowniki prądu przemiennego
Sterowniki prądu przemiennego są to układy pozwalające na ciągłą, bezstratną regulację
wartości skutecznej prądu przemiennego. Do tego celu używa się tyrystorów dwukierunkowych lub
układów tyrystorów jednokierunkowych o połączeniach przeciwnie równoległych.
Rys. 4.4.1 Sterownik prądu przemiennego z obciążeniem czysto rezystancyjnym [1]
Rys. 4.4.2 Przebiegi napięcia i prądu w układzie sterownika jednofazowego z obciążeniem R [1]
Rys. 4.4.3 Sterownik prądu przemiennego z obciążeniem rezystancyjno-indukcyjnym [1]

31
Rys. 4.4.4 Przebiegi napięć i prądów w sterowniku prądu zmiennego z obciążeniem RL [2]
Trójfazowy tyrystorowy sterownik mocy
Regulacji mocy dostarczanej do odbiornika dokonujemy poprzez zmianę skutecznej wartości prądu
przez niego przepływającego. W roli kluczy stosujemy łączniki półprzewodnikowe ze względu na
dużą liczbę przełączeń.

32
Napięcie na wybranej fazie odbiornika może być:
– równe zeru - nie przewodzi żaden z tyrystorów włączonych szeregowo w fazie,
– równe połowie napięcia międzyfazowego - przewodzi jeden z tyrystorów rozpatrywanej fazy
oraz któryś z pozostałych dwóch faz.
– równe napięciu fazowemu - przewodzą tyrystory we wszystkich trzech fazach.
1. Jak można sklasyfikować układy sterowników prądu przemiennego?
2. Jakie wady mają sterowniki ze sterowaniem fazowym?
3. W jakim układzie pomiarowym można wyznaczyć przebiegi czasowe na obciążeniu sterownika?
4.4.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1.
Narysuj przebiegi napięć wyjściowych dla sterowników prądu przemiennego:
a) 1-fazowego z obciążeniem R,
b) 1-fazowego z obciążeniem RL,
c) 3- fazowego z obciążeniem R,
d) 3- fazowego z obciążeniem RL.
1) zidentyfikować schematy ideowe układów sterownika,
4) uzasadnić przebiegi tych napięć w poszczególnych układach sterownika,
6) objaśnić działanie układów sterownika na podstawie schematów ideowych oraz przebiegów
napięcia wyjściowego.
Ćwiczenie 2.
Dokonaj badania sterownika prądu przemiennego.
1) zmierzyć charakterystyki sterowania stosując jako obciążenie rezystor suwakowy,
2) powtórzyć pomiary według punktu 1 stosując jako obciążenie dławik wbudowany do układu,
3) powtórzyć pomiary według punktu 1 stosując jako obciążenie rezystor suwakowy połączony
szeregowo z dławikiem wbudowanym do układu,

33
4) powtórzyć pomiary według punktu 1 stosując jako obciążenie rezystor nieliniowy,
5) zmierzyć charakterystyki zewnętrzne sterownika stosując jako obciążenie rezystor suwakowy, dla
dwu wartości kąta wysterowania,
6) obliczyć parametry obciążeń stosowanych w pomiarach według p.1 do p.4 wyznaczając
rezystancję, reaktancję i kąt fazowy na podstawie pomiarów przeprowadzanych przy
zbocznikowanym tyrystorze,
7) narysować charakterystyki.
Rys. 4.4.6 Schemat pomiarowy
Rys. 4.4.7 Schemat pomiarowy z obciążeniem R
Rys. 4.4.8 Schemat pomiarowy z obciążeniem RL

34
− płyta ze zmontowanym tyrystorem dwukierunkowym, układem sterowania i dławikiem,
− elementy obciążenia - opornik suwakowy i żarówka,
− transformator sieciowy 220/24V,
− rezystor dekadowy do układu sterowania fazowego,
− woltomierze, amperomierz i watomierz,
− oscyloskop dwukanałowy.
Ćwiczenie 3.
Dokonaj badania sterownika prądu przemiennego.
1) podłączyć jako obciążenie sterownika opornik laboratoryjny,
2) zmierzyć wartość skuteczną prądu obciążenia,
3) zmierzyć moc czynną wydzielaną na obciążeniu,
4) zaobserwować zmiany amplitudy sinusoidy prądu i,
5) punkty 1-4 wykonać dla 3 różnych kątów wysterowania,
6) zmienić obciążenie na żarówkę (obciążenie nieliniowe),
7) wykonać pomiary według punktów 1-5,
8) zmienić obciążenie na RL,
9) wykonać pomiary według punktów 1-5,
10) wykonać charakterystyki I=f(α ) i P=f(α ) dla wszystkich wykonanych kombinacji,
11) przeanalizować wykresy i wyciągnąć wnioski,
12) porównać otrzymane przebiegi,
13) wyniki i opracowania umieścić w sprawozdaniu.

35
− płyta ze zmontowanym tyrystorem dwukierunkowym, układem sterowania i dławikiem,
− elementy obciążenia - opornik suwakowy i żarówka,
− transformator sieciowy 220/24V,
− rezystor dekadowy do układu sterowania fazowego,
− woltomierze, amperomierz i watomierz,
− oscyloskop dwukanałowy.
1) przedstawić zasadę działania jednofazowego sterownika prądu
przemiennego?
rezystancyjnym sterownika?
3) narysować i uzasadnić przebieg prądu i napięcia na tyrystorze
przy obciążeniu rezystancyjnym sterownika?
4) narysować i uzasadnić przebieg prądu i napięcia na tyrystorze
przy obciążeniu rezystancyjno-indukcyjnym sterownika?
rezystancyjno-indukcyjnym sterownika?
6) objaśnić działanie układu sterowania fazowego na podstawie
schematu blokowego?
4.5. Energoelektroniczne łączniki prądu stałego, przekształtniki
pośrednie i bezpośrednie
Przekształtniki prądu stałego są stosowane najczęściej jako sprzęgi między układami prądu
stałego o różnych poziomach napięciowych. Napięciem wejściowym jest zazwyczaj nieregulowane
napięcie wyprostowane, którego tętnienie jest ograniczone przez filtr pojemnościowy. Następnie
w przekształtniku poziom tego napięcia jest dopasowywany do wymaganej wartości, regulowanej
w żądanym zakresie.
Rozróżnia się:
a) przekształtniki prądu stałego bezpośrednie (nie zawierające pośredniego obwodu prądu
przemiennego),
b) pośrednie (zawierające taki obwód).
Energoelektroniczne łączniki prądu stałego
Do łączenia obwodu obciążenia ze źródłem napięcia stałego są używane tyrystory konwencjonalne
zawierające układ komutacji wewnętrznej.

36
Rys. 4.5.1 Łączniki prądu stałego: a) tyrystorowy o komutacji pojemnościowej; b) tranzystorowy [1]
Typowym sposobem wyłączania tyrystora konwencjonalnego w obwodzie zasilania napięciem
stałym jest komutacja wymuszona, realizowana za pomocą wstępnie naładowanego kondensatora
komutacyjnego C. Kondensator ten w odpowiedniej chwili zostaje włączony do obwodu w taki
sposób, że anoda tyrystora przewodzącego jest ujemnie spolaryzowana w stosunku do katody.
Tyrystor Ty1 przechodzi w stan blokowania po czasie td > tq. Po rozładowaniu kondensatora, na
tyrystorze Ty1 pojawi się napięcie dodatnie, ale tyrystor pozostanie w stanie blokowania. Do jego
ponownego załączenia jest potrzebny impuls bramkowy. Tyrystory Ty1 i Ty2 wyłączają się
wzajemnie. Kondensator C jest stale naładowany, a więc przygotowany do komutacji. Czas takiego
stanu może trwać dowolnie długo, aż do chwili, gdy tyrystor Ty1 będzie załączony sygnałem
sterowania.
Łączniki tyrystorowe mogą być również stosowane jako szybkie wyłączniki prądu zwarciowego,
ograniczające wartość prądu zanim osiągnie ona wartość zadaną.
Bezpośrednie przekształtniki prądu stałego
Bezpośredni przekształtnik prądu stałego, zwany również przerywaczem prądu stałego lub czoperem
(ang. chopper), nie zawiera obwodu pośredniego prądu przemiennego.
Rozróżnia się dwa podstawowe rodzaje bezpośrednich przekształtników prądu stałego:
1. Przekształtniki zmniejszające regulowane napięcie stałe.
2. Przekształtniki zwiększające regulowane napięcie stałe.
Przekształtniki prądu stałego obniżające napięcie
W obniżających przekształtnikach prądu stałego napięcie wejściowe jest doprowadzane do
odbiornika za pomocą cyklicznie załączanego i wyłączanego zaworu półprzewodnikowego w pełni
sterowalnego. Najczęściej spotykanymi w praktyce obciążeniami są: odbiorniki typu RLE (maszyna
prądu stałego) i układy z wyjściowym filtrem indukcyjno-pojemnościowym LC (zasilanie
falowników napięcia). W obu tych przypadkach, ze względu na występowanie indukcyjności
obciążenia, konieczne jest zastosowanie diody rozładowczej D0, zwanej także diodą zerową.

37
Rys. 4.5.2 Przekształtnik prądu stałego obniżający napięcie:
a) schemat układu przy obciążeniu RLE,
b) obciążenie z filtrem wyjściowym LC,
c) przebiegi czasowe sygnału sterującego T oraz napięć i prądów przekształtnika,
d) uproszczone przebiegi czasowe napięć i prądów przekształtnika przy pominięciu rezystancji odbiornika [9]
Średnia wartość napięcia na odbiorniku Uo zależy od iloczynu czasu przewodzenia prądu tp przez
zawór sterowany i częstotliwości przełączeń f równej odwrotności okresu przełączeń Ti
Uo = Ud tp f = Ud tp / Ti
Średnią wartość napięcia wyjściowego przekształtnika obniżającego napięcie, przy stałej wartości
napięcia zasilania Ud, można regulować zmianą stosunku tp / Ti. Stosuje się przy tym dwie
podstawowe metody. Pierwsza z nich, najczęściej spotykana, polega na zmianie czasu przewodzenia
tp zaworu sterowanego, przy tym samym okresie przełączeń Ti. Druga metoda polega na zmianie
częstotliwości przełączeń f przy zachowaniu tej samej wartości czasu przewodzenia zaworu tp.
W obu przypadkach średnia wartość napięcia wyjściowego jest zawsze mniejsza od napięcia źródła
zasilania.
Przebieg prądu odbiornika rezystancyjno-indukcyjnego przedstawiono na rys. 4.5.3c. W trakcie
przewodzenia zaworu T prąd odbiornika wzrasta wykładniczo od wartości Io1 do Io2. Po jego
wyłączeniu maleje, także zgodnie z krzywą wykładniczą, do wartości Io1. Prąd odbiornika ma
charakter ciągły. W przypadku obciążenia zawierającego źródło napięcia prąd odbiornika może mieć
również przebieg impulsowy, co jest na ogół niepożądane. Zjawisko to można ograniczyć włączając
w szereg z odbiornikiem dodatkowy dławik.
Oprócz dwóch wymienionych sposobów regulacji napięcia i prądu odbiornika stosuje się także
dwustanową regulację prądu. Realizuje się ją w układzie automatycznej regulacji, którego głównym
członem jest komparator z histerezą.

38
Rys. 4.5.3 Dwustanowa regulacja prądu w układzie z przekształtnikiem obniżającym napięcie:
a) schemat układu; b) przebieg czasowy prądu odbiornika;
c) zależność względnej częstotliwości łączeń od względnego napięcia odbiornika [7]
Wartością zadaną jest wartość średnia prądu odbiornika Ioz, a o stanie pracy zaworu sterowanego
decyduje różnica pomiędzy Ioz i wartością chwilową prądu odbiornika io, mierzoną za pomocą
czujnika prądu PP.
Omawiane do tej pory układy charakteryzuje występowanie dużych tętnień prądu pobieranego
ze źródła zasilania oraz napięcia i prądu odbiornika. W celu ich zmniejszenia stosuje się
przekształtniki wielopulsowe złożone z połączonych równolegle kilku przekształtników
jednopulsowych o przebiegach napięć wyjściowych wzajemnie przesuniętych w fazie. Połączenie
równoległe wymaga zastosowania dławików wyrównawczych.
Rys. 4.5.4 Dwupulsowy przekształtnik obniżający napięcie
a) schemat układu, b) przebiegi czasowe napięć wyjściowych [5]
Przekształtniki obniżające napięcie są stosowane najczęściej do zasilania obcowzbudnych
i szeregowych silników prądu stałego (na przykład napędy trakcyjne). Sama struktura tych
przekształtników bywa także wykorzystywana do impulsowego sterowania rezystancją.

39
Rys. 4.5.5 Impulsowy sterownik rezystancji zasilany ze źródła napięcia [1]
Zmieniając wartość czasu przewodzenia tp zaworu sterowanego T można uzyskać efekt zbliżony do
takiego, jaki wystąpiłby w przypadku rezystora o regulowanej rezystancji wynoszącej:
Rz = R Ti / tp
Przekształtniki prądu stałego podwyższające napięcie
Zadanie przekazywania energii elektrycznej ze źródła o niskim napięciu stałym do odbiornika
wymagającego wyższego napięcia można zrealizować za pomocą przekształtnika przedstawionego
na rysunku poniżej.
Rys. 4.5.6 Przekształtnik prądu stałego podwyższający napięcie [5]
a) schemat układu, b) stan przewodzenia zaworu sterowanego,
b) przebiegi czasowe napięć i prądów przy ciągłym prądzie dławika,
c) przebiegi czasowe napięć i prądów przy impulsowym prądzie dławika.
W przedziałach czasu, w których przewodzi zawór sterowany T prąd dławika id wzrasta pod
wpływem napięcia źródła zasilania Ud. Gdy zawór nie przewodzi, prąd id płynie nadal przez dławik L
przekazując nagromadzoną w nim energię, poprzez diodę D, do obwodu odbiornika Co-Zo. W trakcie
przewodzenia diody D prąd id zmniejsza się powodowany napięciem o wartości Uo-Ud. Pełniący rolę
filtru kondensator Co może, dzięki diodzie D, rozładowywać się tylko w obwodzie odbiornika.
Przyjmując pewne założenia upraszczające, można napisać, że napięcie odbiornika wynosi:
Uo = Ud Ti / tw

40
Z powyższej zależności wynika, że napięcie odbiornika zależy od czasu przewodzenia zaworu
sterowanego, ale jego wartość zawsze jest większa od napięcia źródła zasilania Ud.
Przykładem tranzystorowego przekształtnika podwyższającego napięcie, stosowanego do
przekazywania energii elektrycznej z odbiornika do źródła zasilania jest układ z rysunku poniżej.
Rys. 4.5.7 Tranzystorowy przekształtnik podwyższający napięcie [5]
a) schemat układu,
b) przebiegi czasowe napięcia i prądów,
c) obszar charakterystyk napięciowo-prądowych.
Odbiornikiem może być w tym przypadku hamowana odzyskowo maszyna prądu stałego. Wielkością
zadaną jest średnia wartość prądu maszyny Ioz, która powinna być utrzymana poprzez generowanie
impulsów sterujących tranzystora T za pomocą układu regulacji złożonego z członu pomiaru prądu io
i regulatora prądu RIo. Indukcyjność obwodu twornika Lo pełni funkcję indukcyjności magazynującej
energię w trakcie przewodzenia tranzystora. Przy załączonym zaworze prąd maszyny zwiększa się od
wartości Io1 do Io2 pod wpływem napięcia wewnętrznego Eo. Gdy tranzystor znajduje się w stanie
blokowania, prąd odbiornika płynie poprzez diodę D do źródła zasilania Ud i zmniejsza się ponownie
do wartości Io1 pod wpływem napięcia Ud - Eo. Napięcie odbiornika, będące w tym przypadku
źródłem energii, wyraża się zależnością:
Uo= Ud ( 1 - tp / Ti )
przy czym tp / Ti - względny czas przewodzenia łącznika.
Ze względu na przepływ energii od odbiornika do źródła zasilania charakterystyki zewnętrzne
odbiornika znajdują się w drugim kwadrancie układu współrzędnych.
Podobnie jak w przypadku przekształtników obniżających napięcie, strukturę układów
podwyższających można wykorzystać do impulsowego sterowania rezystancją.
Rys. 4.5.8 Impulsowy sterownik rezystancji zasilany ze źródła prądu [1]
W trakcie przewodzenia zaworu sterowanego T prąd wejściowy id płynie przez łącznik i napięcie na
rezystorze jest w przybliżeniu równe zeru. Przy wyłączonym zaworze prąd płynie przez rezystor, na
którym występuje napięcie id R. Rezystancję zastępczą takiego układu określa zależność:
Rz = R ( 1 - tp / Ti )
Przekształtniki prądu stałego podwyższające napięcie są najczęściej wykorzystywane do
przetwarzania energii ogniw słonecznych charakteryzujących się niskimi wartościami napięć.

41
Przekształtniki prądu stałego obniżająco-podwyższające
Rys. 4.5.9 Przekształtnik prądu stałego obniżająco-podwyższający napięcie [5]
a) schemat układu,
b) stany przewodzenia zaworu sterowanego oraz przebiegi czasowe napięć i prądów przy ciągłym prądzie dławika,
c) stany przewodzenia zaworu sterowanego oraz przebiegi czasowe napięć i prądów przy impulsowym prądzie dławika.
Napięcie uo takiego układu może być zarówno mniejsze jak i większe od napięcia wejściowego Ud.
Dławik L jest elementem pośredniczącym w przekazywaniu energii pomiędzy wejściem a wyjściem
układu. W czasie przewodzenia tp łącznika dławik jest połączony ze źródłem zasilania. Prąd dławika
wzrasta liniowo w czasie zwiększając energię zmagazynowaną w dławiku. Dioda D nie przewodzi
zapobiegając rozładowaniu kondensatora Co w obwodzie z dławikiem. Gdy zawór T nie przewodzi
(okres tw), prąd dławika płynie w obwodzie dioda-odbiornik. Pomijając tętnienie napięcia odbiornika,
napięcie dławika w trakcie przewodzenia diody jest stałe i równe -Uo. Wartość średnia napięcia
dławika w stanie ustalonym wynosi zero. Stąd wartość średnia napięcia odbiornika:
Uo = -Ud tp / tw
Zależność ta obowiązuje tylko wówczas, gdy prąd dławika ma charakter ciągły. Przebiegi czasowe
napięć i prądów przy impulsowym prądzie dławika przedstawiono na powyższym schemacie.
W przekształtniku (układ Cuka) elementem pośredniczącym w przekazywaniu energii pomiędzy
źródłem zasilania i odbiornikiem jest kondensator C.

42
Rys. 4.5.10 Przekształtnik prądu stałego obniżająco-podwyższający (układ Cuka) [9]
a) schemat układu,
b) stany przewodzenia łącznika T oraz przebiegi czasowe napięć i prądów,
c) schemat zastępczy przekształtnika przy przewodzeniu zaworu sterowanego,
d) schemat zastępczy przekształtnika przy przewodzeniu diody.
Gdy zawór sterowany T przewodzi (okres tp), dławik L1 gromadzi energię pobieraną ze źródła Ud.
W tym samym czasie kondensator C rozładowuje się prądem odbiornika Io, a jego napięcie zmniejsza
się liniowo w czasie o wartość Io tp / C. W okresie tw, gdy zawór nie przewodzi, prąd odbiornika
płynie w obwodzie zawierającym diodę D i dławik L2. Energia zgromadzona w indukcyjności L1
przekazywana jest do kondensatora C, którego napięcie wzrasta o wartość Id tw / C, równą, w stanie
ustalonym, Io tp / C. Pomijając straty mocy na elementach przekształtnika, moc na wejściu układu Ud
Id jest równa mocy pobieranej przez odbiornik -Uo Io. Stąd zależność na wartość średnią napięcia
odbiornika jest analogiczna jak dla obwodu powyższego:
Uo = -Ud tp / tw
W powyższych rozważaniach przyjęto, nie bez uzasadnienia, że prąd wejściowy i prąd odbiornika (id
i io) nie zawierają tętnień i wynoszą Id i Io, co jest spowodowane ciągłością prądu dławika L2.
Innym przykładem przekształtnika wykazującego właściwości obniżania i podwyższania napięcia
wyjściowego w stosunku do napięcia zasilania jest układ typu SEPIC z rysunku poniżej:
Rys. 4.5.11 Przekształtnik prądu stałego obniżająco-podwyższający napięcie typu SEPIC [6]
Przekształtniki obniżająco-podwyższające wykorzystuje się do budowy zasilaczy o stałym lub
regulowanym jednokierunkowym napięciu wyjściowym. Częstotliwość przełączeń tranzystorów
mocy stosowanych przy ich produkcji wynosi ok. 300 kHz. Ze względu na stosunkowo niewielkie
moce wyjściowe przekształtników (ok. 1 kW) i dużą częstotliwość pracy, najczęściej
wykorzystywanymi elementami półprzewodnikowymi są tranzystory MOSFET.

43
Wielokwadrantowe przekształtniki prądu stałego
Charakterystyki zewnętrzne omawianych do tej pory przekształtników przebiegają tylko w jednym
kwadrancie układu współrzędnych Io, Uo. W przypadku np. maszyny prądu stałego i falownika
napięcia lub prądu, czyli odbiorników aktywnych zawierających źródło zdolne do oddawania energii,
często zachodzi konieczność przekazywania energii w obu kierunkach pomiędzy źródłem zasilania,
a odbiornikiem. Najbardziej uniwersalnym układem jest przekształtnik czterokwadrantowy zwany
rewersyjnym. Umożliwia on zmianę zarówno znaku napięcia, jak i kierunku prądu odbiornika (praca
w czterech ćwiartkach układu współrzędnych Io, Uo). Przekształtniki dwukwadrantowe mogą
pracować przy stałym znaku napięcia odbiornika i zmieniającym się kierunku prądu odbiornika
(pierwsza i druga ćwiartka układu współrzędnych Io, Uo) lub przy zmieniającym się znaku napięcia
i stałym kierunku prądu (ćwiartka pierwsza i czwarta). W przedstawionym schemacie poniżej
w przekształtniku dwukwadrantowym przy dodatnim kierunku prądu przewodzi na przemian łącznik
T1 i dioda D2, a łącznik T2 i dioda D1 pozostają stale otwarte. W przypadku kierunku ujemnego
następuje zamiana ról (T2 i D1 przewodzą, T1 i D2 pozostają otwarte).
Rys. 4.5.12 Przekształtnik dwukwadrantowy umożliwiający zmianę kierunku prądu odbiornika
a) schemat układu; b) obszar charakterystyk zewnętrznych [5]
W dwukwadrantowym przekształtniku umożliwiającym zmianę znaku napięcia, dopuszczalne są dwa
sposoby sterowania: symetryczne i niesymetryczne.

44
Rys. 4.5.13 Przekształtnik dwukwadrantowy umożliwiający zmianę znaku napięcia odbiornika [5]
a) schemat układu,
b) obszar charakterystyk zewnętrznych,
c) przebiegi czasowe ilustrujące sterowanie symetryczne przekształtnika przy pracy silnikowej i prądnicowej,
d) maszyny prądu stałego,
e) przebiegi czasowe ilustrujące sterowanie niesymetryczne przekształtnika przy pracy silnikowej i prądnicowej,
f) maszyny prądu stałego.
Przy sterowaniu symetrycznym zawory sterowane są załączane i wyłączane jednocześnie Przy
załączonych łącznikach T1 i T2 (okres tp) napięcie na odbiorniku wynosi Ud, a prąd odbiornika
zwiększa się pod wpływem różnicy napięć Ud - Eo. Po zablokowaniu zaworów T1 i T2 (okres tw)
prąd odbiornika, wskutek występowania indukcyjności Lo, płynie w tym samym kierunku przez
diody D1 i D2, ale jego wartość maleje. Napięcie na odbiorniku w tym stanie pracy układu wynosi -
Ud. Średnia wartość napięcia odbiornika przy sterowaniu symetrycznym wynosi:
Uo = Ud (2 tp / Ti - 1)
Z powyższej zależności wynika, że wartość średnia napięcia odbiornika Uo jest dodatnia, gdy czas
przewodzenia zaworów sterowanych tp jest większy niż połowa okresu przełączeń Ti. W przeciwnym
przypadku napięcie Uo jest ujemne.
W przypadku sterowania niesymetrycznego przy przekazywaniu energii ze źródła zasilania do
odbiornika jeden z zaworów sterowanych jest załączony na stałe, a drugi cyklicznie załączany
i wyłączany (rys. 4.5.14.). Z kolei pozostawiając jeden z łączników stale otwarty można uzyskać,
przy ujemnym napięciu źródłowym odbiornika, pracę w czwartym kwadrancie układu

45
współrzędnych Io, Uo. Napięcie odbiornika przy sterowaniu niesymetrycznym przyjmuje na przemian
wartość dodatnią lub ujemną i zerową.
Na rys. 4.5.15. przedstawiono przekształtnik czterokwadrantowy (rewersyjny), będący połączeniem
dwóch przekształtników dwukwadrantowych, z których jeden umożliwia przepływ prądu dodatniego
(T1, T4, D2, D3), a drugi ujemnego (T2, T3, D1, D4). Aby uzyskać pracę we wszystkich czterech
ćwiartkach układu współrzędnych Io, Uo stosowane są dwa rodzaje sterowania: symetryczne
i niesymetryczne.
Rys. 4.5.14 Przekształtnik czterokwadrantowy umożliwiający zmianę znaku napięcia i prądu odbiornika [5]
a) schemat układu,
b) obszar charakterystyk zewnętrznych,
c) przebiegi czasowe ilustrujące sterowanie symetryczne przekształtnika,
d) przebiegi czasowe ilustrujące sterowanie niesymetryczne przekształtnika,
e) przebiegi czasowe ilustrujące sterowanie nieregularne przekształtnika.
W przypadku sterowania symetrycznego przy dodatnim kierunku prądu odbiornika zawory T1 i T4
(załączane i wyłączane jednocześnie) przewodzą prąd na przemian z diodami D2 i D3. Przy
ujemnym kierunku prądu przewodzą na przemian zawory T2 i T3 oraz diody D1 i D4. Średnia
wartość napięcia jest określona tą samą zależnością jak dla przekształtnika dwukwadrantowego:
Uo = Ud (2 tp / Ti - 1)

46
Sterowanie niesymetryczne charakteryzuje się tym, że napięcie wyjściowe przekształtnika ma kształt
impulsów prostokątnych o jednakowej biegunowości, w związku z czym tętnienia prądu są
dwukrotnie mniejsze niż w przypadku sterowania symetrycznego.
Możliwy jest jeszcze trzeci rodzaj sterowania, tzw. sterowanie nieregularne, umożliwiający pracę
tylko w jednym kwadrancie układu współrzędnych Io, Uo.
Przekształtniki czterokwadrantowe stosuje się wszędzie tam, gdzie potrzebne są układy
umożliwiające zmianę kierunku napięcia i prądu odbiornika np. regulacja prędkości kątowej
maszyny prądu stałego dla dwóch kierunków wirowania wału.
Energoelektroniczne łączniki półprzewodnikowe prądu stałego nie zapewniają przerwy galwanicznej
w obwodzie wyłączanym, dlatego też ze względów bezpieczeństwa często stosuje się zwykły
łącznik.
Pośrednie przekształtniki prądu stałego
Pośredni przekształtnik prądu stałego zawiera obwód prądu przemiennego. Pośrednie
przekształtniki prądu stałego o podwójnym przetwarzaniu pracują zwykle przy zwiększonych
częstotliwościach (powyżej 20 kHz), co wpływa na zmniejszenie poziomu hałasu i umożliwia
zastosowanie transformatorów pośredniczących o wielokrotnie mniejszych wymiarach. Następną
zaletą tych przekształtników jest możliwość elektrycznego odizolowania dwóch układów prądu
stałego.
Uproszczony schemat strukturalny przekształtnika prądu stałego, w skład którego wchodzi
falownik, podano na rys. poniżej. Rozwiązanie to stosuje się w przekształtnikach spawalniczych
zasilanych z sieci prądu stałego. W kopalniach głębinowych często są prowadzone prace spawalnicze
wymagające bezpiecznego niskiego napięcia (50 - 60 V). Należy wówczas zastosować przekształtnik
o podwójnym przetwarzaniu. W układzie takim energia jest przekształcana dwukrotnie: w pierwszym
stopniu na energię prądu przemiennego, a w drugim stopniu — ponownie na energię prądu stałego
o innej (mniejszej) wartości napięcia.
Rys. 4.5.15 Pośredni przekształtnik prądu stałego o podwójnym przetwarzaniu,
1 — falownik, 2 — transformator o zwiększonej częstotliwości, 3 — prostownik [1]
Pośrednie przekształtniki prądu stałego są także stosowane w taborze trakcji elektrycznej prądu
stałego. Ich przeznaczeniem jest galwaniczne odseparowanie obwodów wysokiego napięcia stałego
od obwodów niskiego napięcia w różnych stabilizowanych i niestabilizowanych zasilaczach prądu
stałego. Przekształtniki te mogą również spełniać podobną funkcję w urządzeniach
telekomunikacyjnych.

47
Zastosowanie łączników i przekształtników prądu stałego
Przekształtniki prądu stałego najczęściej stosuje się w napędach trakcyjnych z silnikami
szeregowymi i z układami rozruchu i hamowania, oraz w układach zasilania obwodów
pomocniczych pojazdów trakcji prądu stałego.
Przekształtniki te mogą również spełniać funkcje kompensatorów napięcia w stacjach zasilających
centrale telefoniczne, oraz łączników prądu stałego przeznaczonych do załączania i wyłączania
odbiorników zasilanych ze źródeł napięcia stałego.
Tyrystorowe łączniki prądu stałego charakteryzują się krótkimi czasami wyłączania —
porównywalnymi z czasami wyłączania użytych półprzewodnikowych przyrządów mocy. Jednak
działanie łączników tranzystorowych jest znacznie szybsze. Dzięki temu znajdują one zastosowanie
w układach, w których jest wymagana duża częstotliwość łączeń.
1. Jakie zadania mają do spełnienia w systemie energetycznym przekształtniki prądu stałego?
2. Jakie są typy układów bezpośrednich przekształtników prądu stałego?
3. Jak definiuje się współczynnik wypełnienia impulsów?
4. Jaki wpływ na zmianę parametrów układu przekształtnika ma zwiększenie współczynnika
wypełnienia impulsów?
5. Na czym polega zasada przetwarzania napięcia stałego metodą modulacji szerokości impulsów?
4.5.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1.
Narysuj schemat układu przekształtnika prądu stałego obniżającego napięcie.
1) określić rodzaj przekształtnika,
2) dobrać elementy elektroniczne, ich symbole,
3) narysować schematy ideowe układów przekształtnika obniżającego napięcie.
− ołówek,
− linijka,
− inne przyrządy kreślarskie.
Ćwiczenie 2.
Narysuj przebiegi prądów i napięć wyjściowych dla przekształtnika obniżającego napięcie przy:
a) przewodzeniu ciągłym,
b) przewodzeniu impulsowym.

48
1) zidentyfikować schematy ideowe układów przekształtnika,
4) uzasadnić przebiegi tych napięć w poszczególnych układach przekształtnika,
6) objaśnić działanie układów na podstawie schematów ideowych oraz przebiegów napięcia
wyjściowego.
− schematy ideowe układów przekształtnika,
Ćwiczenie 3.
Dokonaj badania przekształtnika z przerywaczem tranzystorowym.
1) dobrać przyrządy pomiarowe,
2) zmontować układ według schematu,
3) zmieniając współczynnik wypełnienia zmierzyć wartości napięcia wyjściowego,
4) pomiary wykonać przy różnych wartościach częstotliwości,
5) sporządzić wykres )(dfUd = ,
6) zanalizować otrzymane wyniki.

49
Ćwiczenie 4.
Dokonaj pomiaru i obserwacji czasowych przebiegów napięć i prądów w przekształtniku prądu
stałego obniżającym napięcie.
2) podłączyć przyrządy pomiarowe do zestawu przekształtnikowego,
3) zmierzyć wartości minimalnego i maksymalnego współczynnika wypełnienia i odpowiednich
napięć sterujących,
4) zaobserwować na ekranie oscyloskopu czasowe przebiegi uwe i uwy,
5) zmieniając współczynnik wypełnienia wyznaczyć charakterystyki: Uwy=f(Uster) i Pwy=f(Uster),
6) zaobserwować na ekranie oscyloskopu czasowe przebiegi prądu i napięcia na łączniku,
8) wyskalować osie współrzędnych i zaznaczyć na rysunkach charakterystyczne wartości chwilowe,
9) zaobserwować na ekranie oscyloskopu przebieg czasowy prądu obciążenia,
10) wyskalować osie współrzędnych i zaznaczyć na rysunku charakterystyczne wartości chwilowe,
− zestaw laboratoryjny przekształtnika prądu stałego obniżającego napięcie,
− uniwersalne mierniki cyfrowe,
− generator przebiegu prostokątnego z regulowanym współczynnikiem wypełnienia impulsów,
− zasilacz stabilizowany napięcia stałego,
Ćwiczenie 5.
stałego podwyższającym napięcie.

50
Ćwiczenie 6.
stałego obniżająco-podwyższającym napięcie.

51
Ćwiczenie 7.
stałego zmieniającym polaryzację napięcia.

52
1) sklasyfikować przekształtniki prądu stałego?
2) podać definicję współczynnika wypełnienia?
3) narysować przebieg napięcia na łączniku tranzystorowym dla
wskazanego współczynnika wypełnienia?
4) wyjaśnić zależność napięcia wyjściowego w układzie
przekształtnika prądu stałego obniżającego napięcie od napięcia
wejściowego?
5) wyjaśnić zależność napięcia wyjściowego w układzie przekształtnika
prądu stałego obniżającego napięcie od współczynnika wypełnienia
impulsów?
przekształtnika prądu stałego podwyższającego napięcie od
napięcia wejściowego?
przekształtnika prądu stałego podwyższającego napięcie od
współczynnika wypełnienia impulsów?
przekształtnika prądu stałego obniżająco – podwyższającego
napięcie od napięcia wejściowego?
przekształtnika prądu stałego obniżająco – podwyższającego
napięcie od współczynnika wypełnienia impulsów?
10) omówić zasadę działania przekształtnika prądu stałego
zmieniającego polaryzację?

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ
Test sumatywny, pisemno-praktyczny, z działu prostowniki sterowane
INSTRUKCJA DLA UCZNIA
Przystępujesz do wykonania zadania, sprawdzającego w jakim stopniu opanowałeś
wiadomości i jakie posiadasz umiejętności z działu „Prostowniki sterowane”.
Wynik tego testu pozwoli ci stwierdzić, jakie jeszcze masz braki w danej dziedzinie, czyli nad
czym jeszcze musisz popracować.
Przystępując do rozwiązania podanego zadania:
1. Przeczytaj uważnie instrukcję – masz na tę czynność 5 minut, jeżeli są wątpliwości
zapytaj nauczyciela.
2. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
3. Na rozwiązanie zadań masz 90 minut.
4. W czasie rozwiązywania zadań możesz korzystać z katalogów.
5. Test zawiera 10 zadań. Zadania od nr 1 do 6 wykonujesz według podanej kolejności.
6. Jeśli nie potrafiłbyś wykonać zadań od 7 do 9 przejdź do rozwiązania zadania 10.
7. Przeliczenie punktów na ocenę szkolną :
− niedostateczny – 0 – 3 pkt,
− dopuszczający – 4 – 7 pkt,
− dostateczny – 8 – 11 pkt,
− dobry – 12 – 14 pkt,
− bardzo dobry – 15 – 17 pkt,
ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH
1. Podaj definicje i wzory:
− kąta załączenia tyrystora υz,
− średniej wartości napięcia wyprostowanegoUd,
− kąta przewodzenia λ . (1 punkt)
2. Zbuduj układ do pomiaru wielkości charakteryzujących prostownik sterowany
jednopołówkowy. (2 punkty)
3. Zmierz wielkości potrzebne do wyznaczenia tych parametrów tego układu.
(2 punkty)
4. Wydrukuj lub narysuj obserwowane przebiegi czasowe przy obciążeniu rezystancyjno-
indukcyjnym. Wyskaluj osie współrzędnych i zaznacz na rysunku :
− maksymalne napięcie obciążenia ,
− kąt fazowy rozpoczęcia przewodzenia,
− kąt fazowy zakończenia przewodzenia,
− kąt przewodzenia.

54
Wartości zapisz w tabeli. (2 punkty)
5. Oblicz parametry prostownika. (2 punkty)
6. Porównaj uzyskane praktycznie parametry z obliczonymi. (1 punkt)
7. Zmodyfikuj układ prostownika w celu zwiększenia wartości średniej napięcia i prądu.
(2 punkty)
8. Sprawdź poprawność modyfikacji. (1 punkt)
9. Zanalizuj pracę układu na podstawie uzyskanych wyników pomiarów. (2 punkty)
10. Na podstawie wykonanych pomiarów i obliczeń sporządź sprawozdanie. (2 punkty)

55
Test pisemny jednostopniowy do badań sumujących z zakresu montażu
i badania urządzeń energoelektronicznych
INSTRUKCJA DLA UCZNIA
1. Przeczytaj uważnie instrukcję – masz na tą czynność 5 minut, jeżeli są wątpliwości
zapytaj nauczyciela.
2. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
3. Na rozwiązanie zadań masz 45 minut.
4. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
5. W czasie rozwiązywania zadań nie możesz korzystać z żadnych pomocy.
6. Zaczernij prostokąt z poprawną odpowiedzią.
7. W przypadku pomyłki weź błędną odpowiedź w kółko i zaznacz właściwą.
8. W każdym zadaniu jest tylko jedna poprawna odpowiedź.
9. Po zakończeniu testu podnieś rękę i zaczekaj aż nauczyciel odbierze od Ciebie pracę.
10. Przeliczenie punktów na ocenę szkolną:
− niedostateczny – 0 – 7 pkt,
− dopuszczający – 8 – 12 pkt,
− dostateczny – 13 – 15 pkt,
− dobry – 16 – 18 pkt,
− bardzo dobry – 19 – 20 pkt,
ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH
1) Prostownik sterowany w swoim obwodzie musi posiadać:
a) tyrystor,
b) diodę,
c) kondensator,
d) cewkę.
2) Falownik to układ, który zmienia:
a) napięcie stałe na stałe o innej wartości,
b) napięcie stałe na stałe,
c) napięcie stałe na zmienne,
d) napięcie zmienne na zmienne o innej wartości.
3) Schemat przedstawiony poniżej to układ:
a) prostownika dwupulsowego,
b) sterownika jednofazowego,
c) prostownika jednopulsowego,
d) przerywacza prądu stałego.

56
RUT
T1
T2
U
J1
J2
4) Obwód główny przekształtnika tyrystorowego to:
a) obwód bramkowy,
b) obwód anoda-katoda-dioda zerowa,
c) obwód bramkowy-dioda zerowa,
d) obwód anoda-obciążenie-katoda.
5) Prostownik to układ o komutacji:
a) naturalnej i wymuszonej,
b) wymuszonej,
c) naturalnej lub wymuszonej,
d) Naturalnej.
6) Przebiegi przedstawione poniżej przedstawiają:
a) przebiegi dla obciążenia R prostownika dwupulsowego,
b) przebiegi dla obciążenia RL prostownika jednopulsowego,
c) przebiegi dla obciążenia RL prostownika dwupulsowego,
d) przebiegi dla obciążenia R prostownika jednopulsowego
id
ud
2 t
t
ud
u2A u2B u2A
z T <
w
7) Współczynnik tętnień napięcia w prostowniku sterowanym zależy od:
a) rodzaju prostownika,
b) rodzaju obciążenia,
c) rodzaju prostownika i rodzaju obciążenia,
d) kąta załączenia tyrystora.
8) Schemat i przebiegi przedstawione poniżej to układ:
a) falownika,
b) prostownika,
c) sterownika jednofazowego,
d) przekształtnika obniżającego napięcie.

57
9) Współczynnik wypełnienia impulsów oblicza się ze wzoru:
a)
O
Z
T
t
D = ,
b)
O
Z
T
t
D
1+
= ,
c)
Z
O
t
T
D = ,
d)
Z
O
t
T
D
1+
= .
10) Metoda modulacji szerokości impulsów PMW polega na:
a) zwiększaniu częstotliwości załączenia łącznika,
b) zmianie proporcji między czasem załączenia i czasem wyłączenia łącznika,
c) zwiększaniu czasu załączenia łącznika,
d) zmianie okresu przełączania łącznika.
11) Napięcie wyjściowe w układzie przekształtnika prądu stałego zależy od:
a) napięcia wejściowego,
b) współczynnika wypełnienia impulsów i rodzaju odbiornika,
c) współczynnika wypełnienia impulsów i napięcia wejściowego,
d) współczynnika wypełnienia impulsów.
12) Schemat układu przedstawia:
a) falownik szeregowy,
b) falownik równoległy,
c) sterownik prądu zmiennego
d) prostownik.
E
L1
L3
L2 R
Uc
T1
T2

58
13) Główne parametry zaworu w układzie prostowniczym to:
a) szczytowe napięcie wsteczne, szczytowe napięcie blokowania, kąt przewodzenia,
b) szczytowe napięcie wsteczne, szczytowe napięcie blokowania, wartość szczytowa
powtarzalna prądu, maksymalna wartość średnia prądu,
c) wartość szczytowa powtarzalna prądu,
d) wartość szczytowa powtarzalna prądu, maksymalna wartość średnia prądu, kąt
przewodzenia.
14) Przy montażu tyrystora na radiatorze miejsce styku należy nasmarować:
a) kalafonią,
b) smarem zalecanym przez producenta,
c) pastą lutowniczą,
d) wazeliną zalecaną przez producenta.
15) Miejsce styku radiatora z tyrystorem należy oczyścić używając:
a) wody destylowanej,
b) alkoholu,
c) wazeliny,
d) strumieniem sprężonego powietrza.
16) Układy pozwalające na ciągłą, bezstratną regulację wartości skutecznej prądu
przemiennego to:
a) falowniki prądu zmiennego,
b) prostowniki,
c) przekształtniki,
d) sterowniki prądu zmiennego.
17) Który z przebiegów obrazuje pracę sterownika jednofazowego prądu zmiennego
z obciążeniem R:
a)
b)

59
c)
ig
id
ud
z
2 t
t
t
ud
2
u2A u2B
z z
T
T1 T2 T1
id=iT1 id=iT2
2
id=iT1
d)
18) W układzie jak na rysunku napięcie na wybranej fazie odbiornika jest równe napięciu
fazowemu w przypadku, gdy:
a) nie przewodzi żaden z tyrystorów włączonych w fazie,
b) przewodzi jeden z tyrystorów rozpatrywanej fazy oraz któryś z pozostałych dwóch
faz,
c) przewodzą tyrystory we wszystkich trzech fazach,
d) przewodzi tylko jeden z tyrystorów rozpatrywanej fazy.

60
19) Wartości parametrów wynikające z charakterystyk prądowo-napięciowych
półprzewodnikowych przyrządów mocy odnoszą się do
a) stanów ustalonych,
b) stanów nieustalonych,
c) stanów dynamicznych,
d) stanów dynamiczno-statycznych.
20) Połączenia równoległe tyrystorów wymagają zapewnienia równomierności rozpływu
prądu na połączone ze sobą tyrystory. Uzyskuje się to przez zastosowanie:
a) tyrystorów tego samego typu,
b) tyrystorów tego samego typu z włączonymi równolegle do nich dławików
powietrznych,
c) tyrystorów różnego typu,
d) tyrystorów tego samego typu z włączonymi szeregowo z każdym z nich dławików
powietrznych.

61
KARTA ODPOWIEDZI
Imię i nazwisko ……………………………………………………………………………
Montaż i badanie urządzeń energoelektronicznych
Zaznacz poprawną odpowiedź.
Odpowiedzi
Nr
zadania
a b c d
Punktacja
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Razem

62
6. LITERATURA
1. Barlik R., Nowak M.: Technika tyrystorowa, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne,
Warszawa 1997
2. Barlik R., Nowak M.: Układy sterowania i regulacji urządzeń energoelektronicznych,
WSiP, Warszawa 1998
3. Fabijański P., Pytlak A., Świątek H.: Pracownia układów energoelektronicznych, WSiP,
Warszawa 2000
4. Januszewski S., Świątek H.: Miernictwo półprzewodnikowych przyrządów mocy,
Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 1996
5. Luciński J.: Układy tyrystorowe, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1978
6. Nowak M., Barlik R.: Poradnik inżyniera energoelektronika, Wydawnictwa Naukowo-
Techniczne, Warszawa 1998
7. Tondos M.: skrypty uczelniane AGH
8. Tunia H., Winiarski B.: Energoelektronika, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne,
Warszawa 1994
9. Zawalny S.: Materiały opublikowane na stronach internetowych
.

63

Technik.elektryk 311[08] z2.05_u

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Technik.elektryk 311[08] z2.05_u

Similar to Technik.elektryk 311[08] z2.05_u (20)

More from Szymon Konkol - Publikacje Cyfrowe

More from Szymon Konkol - Publikacje Cyfrowe (20)

Technik.elektryk 311[08] z2.05_u