Vermogenelectronica labo 2: Gelijkrichters

Transcriptie

1 Vermogenelectronica labo : Gelijkrichters An Fotij, Christophe Mestdag, Koen Bogaerts November 9, Diodes 1.1 Solderen van gelijkrichter Hierbij bestond de opdracht om vanuit een aantal compomenten een gelijkrichter zelf effectief te maken, hiervoor krgen we een weerstand, een condensator en gelijkrichterbruggen. Op de condensator was de polarisatie vermeld. Bij de gelijkrichtersbrug stonden volgende symbolen op: +/-/twee keren. Alles werd aan elkaar gesoldeerd, vanuit de wisselspanningsbron naar de van de brug, de weerstand tussen de + en de -. Parallel met de weerstand kwam de condensator, voor een afgevlakte spanning te bekomen ipv een sinusoïdale. De optimale capaciteit konden we berekenen: Z = R C >> T (1) = 100 T , 0 C = 10 () C = 0, (3) = De gegeven capaciteit (1000µF)is veel groter als de theoretische waarde. Hierdoor krijgen we een perfect vlakke gelijkgerichte spanning. Zowel condensator als de weerstand (1040Ω) hebben we nagemeten met de multimeter. 1. Type diodes bepalen Hierbij bestond de opdracht om drie verschillende diodes van elkander te onderscheiden. Een gewone PN diode, een schottky-diode en een fast recovery diode. Een eerste parameter is het voorwaarts voltage. Een normale pn diode heeft een spanningsval van ongeveer 0,7V, een schottky ongeveer 0,V en een fast recovery 0,4V. Bij het sperren van de junctie onder plotse inverse spanning doet er zich een dynamisch verschijnsel voor. Immers de minderheids ladingsdragers die tijdens de voorwaartse polarisatie de junctie hebben overspoeld en nog niet zijn gerecombineerd, moeten worden afgevoerd. Bij het aanleggen van een inverse spanning, 1

2 vloeien deze terug over de junctie en geven dus aan de klemmen van de diode een inverse stroom. - Vermogenelektronica, p.13 Deze stromen zijn nadelig voor inductieve ketens en moeten dus beperkt worden. Schottky: Maximale reverse current: I = 9 10 ma Eerste maximum op: t=5 ns Oscilleert het meest. Fast recovery: Maximale reverse current: I = 6 10 ma Eerste maximum op: t=3 ns Oscilleert minder dan de schottky diode. pn-diode: Maximale reverse current: I = ma Eerste maximum op: t=150 ns Besluit Een schottky diode schakelt sneller dan de twee andere types. Verder was de vraag er, waarom deze niet in alle toepassingen gebruikt wordt ten voordele van de pn en fast recovery variant. Het antwoord was voornamelijk te vinden in de prijs. Een schottky diode is aanzienlijk duurder. In de Farnell catalogus vonden we als indicatieve prijzen 1,8 EUR voor een schottky tegenover 0,1 EUR voor een gewone pn. Het gebruik van schottky diodes zal dus in grote schakelingen de prijs aanzienlijk doen oplopen. Tevens is er een verschil in de spanning die geblokkeerd kan worden. Een schottky kan een spanning tot ongeveer 600V blokkeren terwijl dit bij gewone diodes in de orde van kilovolts kan. Excercise PSpice: The rectifier QUESTION 1: Use the cursors to determine the conduction angle1 and the peak value of the current through the diode. /3π QUESTION : What is the peak value of the voltage across the capacitor? 508V (zie figuur 1) QUESTION 3: Explain qualitatively the shape of the current through the diode and explain why the peak value across the capacitor is greater than the amplitude of the source voltage. Include in your report a drawing or a figure of the voltages and currents over one period of the input voltage. In de begintoestant is de spanning links hoger dan rechts en geleidt de diode. Wanneer de blauwe spanning (zie figuur ) groter wordt dan de groene begint de diode te sperren en ontlaadt de capaciteit volgens de formule: L = C dv (4) dt De piekwaarde over de capaciteit kan groter zijn dan die van de bron door een negatieve spanning over de spoel.

3 QUESTION 4: What do you notice with respect to the current though the diode? Van zodra de spanning over de condensator kleiner is dan de spanning over de bron, begint er stroom door de diode te lopen. Er blijft stroom lopen tot de spanning over de condensator terug groter wordt dan de spanning over de bron. Dit wordt geillustreerd in figuur. QUESTION 5: What do you notice now with respect to the current though the diode and with respect to the simulation time De simulatie duurt veel langer, we krijgen mooiere sinussen en de pieken zijn uniformer qua vorm. QUESTION 6: What do you notice with respect to the current through the diode? De stroom door de diode is onmiddellijk in regimetoestand. QUESTION 7: Determine the conduction angles and the peak value of the current through the diode. 90 QUESTION 8: Which harmonics are the most important ones? Odd or even? Are there triplen harmonics1? Do you notice interharmonics; if so why are they present? Voor de fourier getransformeerde van de laststroom zie figuur 5. De even harmonischen zijn het belangrijkste: 50 Hz, 100 Hz,.... De interharmonischen zijn aanwezig omdat de stroom nog niet in steady state is: 5 Hz, 75Hz,... QUESTION 8: Suppose the circuit of Figure feeds a computer. In what class would you classify the circuit? Why?1 De klasse wordt bepaald aan de hand van de toepassing: Klasse D. QUESTION 9: For the first 40 harmonics, determine whether the circuit satisfies the standard IEC Het circuit voldoet niet aan de IEC standaard aangezien de derde harmonische teveel stroom trekt. QUESTION 10: Calculate the RMS-total harmonic distortion of the input current. T HD RMS =

4 Figure 1: Transient plot van de werking van de rectifier. Figure : Transient plot van de tweede schakeling. 4

5 Figure 3: Transient plot van de tweede schakeling. Figure 4: Tweede schakeling na invoering van initial conditions. 5

6 Figure 5: Fourier getransformeerde van de laststroom. 6