REDRESOARE DE MICĂ PUTERE PENTRU CURENT MONOFAZAT
Schema bloc a redresorului
Redresoarele se construiesc pe baza schemei clasice, de redresor cuplai la reţea prin iranstormator, sau ftră transformator şi a cărui funcţionare se bazează pe transformarea multiplă a energiei electrice. Pentru început, să analizăm schema tradiţională, care se compune din următoarele: (figura 2.1):
T - transformator ridicător sau coborâtor de tensiune, în funcţie de raportul dintre tensiunea la ieşirea sursei de alimentare şi tensiunea reţelei;
R - grup redresor, care serveşte la transformarea curentului alternativ în curent continuu (de sens unic);
F - filtru pentru netezirea pulsaţiilor tensiunii redresate;
ST - stabilizator de tensiune continuă, care asigură valoarea constantă a tensiunii de ieşire la variaţia rezistenţei sarcinii, a tensiunii de alimentare, ele.
Fig. 2. 1 - Schema bloc a sursei de tensiune continuă de putere mică (a) şi diagramele de timp pentru tensiunile din sursă In figura 2.1 sunt reprezentate şi diagramele tensiunii în diferite părţi ale schemei redresorului pentru două valori ale tensiunii de reţea. Partea principală a dispozitivului este grupul redresor, ce conţine un grup de elemente neliniare, cu conducţie unilaterală (într-un singur sens). Ca dispozitive redrcsuarc, la sursele de alimentare de putere mică se folosesc de obicei diodele cu siliciu şi, mai rar, cele cu germaniu. Celelalte elemente ale schemei pot să lipsea.scă în cazuri particulare.
Redresoare monofazate cu sarcina activi
Să analizăm funcţionarea redresorului monofazat cu punct de nul al transformatorului (figura 2.2.a). Când polaritatea tensiunii alternative este cea indicată în figura 2.2, pe dioda Di se aplică tensiunea directă (plus la anod, minus la catod).
Fig. 2.2 - Schema redresorului rnonoaltemanţâ cu nul şi sarcină activă (a) şi diagrama de timp pentru curenţii şi tensiunile redrescHiilui (b)
Dioda Dl ctjnduce curentul ia, care sc închide prin sarcina RS şi seini-înfăşurarea superioară a secundarului transformatorului. Se consideră că diodele sunt ideale, adică au cădere de tensiune nulă la trecerea curentului direct prin acestea şi curentul invers este nul când pe acestea se aplică tensiune inversă. Astfel, se poate considera că anodul şi catodul diodei sunt scurtcircuitate pentru curentul în sens direct, iar în cazul aplicării pe diodă a unei tensiuni inverse, circuitul acesteia se consideră întrerupt. în legătură cu această aproximare, tensiunea pe sarcină, ud, în semiperioada [0, n] (figura 2.2.b)
se consideră egală cu tensiunea la bornele semi-
o
înf^urării superioare a secundarului transformatorului: ud(l) = e2(t). în acest timp, dioda D2 este polarizată invers şi nu permite trecerea curentului. In a doua semiperioadă, [k, 2pJ, datorită schimbării polarităţii tensiunii alternative în înfăşurările secundare ale transformatorului, se deschide dioda D2 şi pe sarcină se aplică tensiunea serni-înfăşurării inferioare. în continuare, lucrurile se repetă periodic şi, prin deschiderea succesivă a diodelor, tensiunea ud constă din semisinusoide pozitive care se succed (figura 2.2.b).
Fig. 2.3 - Descompunerea grafică a tensiunii redresate în componenta continuă şi cea altanativă Redresoare monofazate cu sarcină inductivă
Să analizăm funcţionarea redresorului monofazat în punte (figura 2.4.a). Pentru semiperioada pozitivă a tensiunii electromotoare e2 (intervalul [0, n]) şi pentru polaritatea indicată în figura 2.4.a, curentul redresat trece prin dioda Dl, sarcina Rj - U şi dioda D4. Diodele D3 şi D2 sunt polarizate invers şi nu conduc curent. Prin schimbarea polarităţii tensiunii alternative (intervalul [rt, 2k]), se deschid diodele D2 şi D3, însă curentul în sarcină îşi menţine sensul anterior. Dacă sarcina este activă (Lj = 0), atunci curentul Id repetă forma tensiunii în sarcină; curenţii bobinelor primară şi secundară, il şi i2 au formă sinusoidală (figura 2.4.b). Dacă în circuitul sarcinii există o inductanţă (Lj ^ 0), ea se opune variaţiei curentului în sarcină şi acesta nu reuşeşte să urmărească tensiunea ud, astfel încât curentul Id se va netezi (figura 2.4.c). Când inductanţa este mare (Xl.. = o) pLS > 10-RS), datorită pulsaţiilor mici, curentul în sarcină poate fi considerat constant (adică netezii total), caz în care transmiterea puterii active în sarcină de către componentele alternative ale curentului lipseşte. în acest regim, curentul prin diode, ia, curentul i2 în secundar şi curentul il în primarul transfonuatorului capătă forma impulsurilor dreptunghiulare.
Tensiunea pe sarcină, ud, este constantă ca sens, dar nu este constantă ca mărime. Pulsaţia tensiunii, adică variaţia acesteia, atestă existenţa unei componente variabile în curba tensiunii redresate şi indică faptul că redre.sarea este incompletă. în figura 2.3 este reprezentată descompunerea grafică a curbei tensiunii ud(t) în două componente. Se poate considera că, pe sarcină, acţionează tensiunea constantă ca mărime şi formă. Ud, distorsionată de componenta alternativă, Up. Caracteristica de bază a tensiunii redresate este valoarea medie. Ea este egală cu înălţimea dreptunghiului a cărui suprafaţă este egală cu suprafaţa limitată de curba tensiunii, axa absciselor şi două drepte verticale situate la distanţa egală cu o perioadă (figura 2.3).
Fig 2.4 - Schema redresorului monoaitemanţă în punte (a) şi diagrama de timp pentru curenţii şi tensiunile redresorului (b, c d) ^
în cazul sarcinii activ-inductive, durata stării de conducţie a diodelor, 1, ca şi în cazul sarcinii active, rămâne egală cu n, motiv pentru care, în orice moment de timp, tensiunea pe sarcină repetă forma tensiunii în secundar, e2 (figura 2.4.c), iar valoarea acesteia se determină din expresia (2.1). Calculul schemei de redresare în punte, care pcnnite să se aleagă tipul diodelor şi să se detennine parametrii transformatorului pe baza parametrilor cunoscuţi ai sarcinii, se face astfel: se neglijează pierderile în bobina de netezire LS, în diode şi în transformator şi se consideră curentul sarcinii ca fiind netezit ideal: id(t) = Id.
Diodele conduc pe durata unei semiperioade atât pentru schema cu nul cât şi pentru cea în punte, din care cauză la se poate calcula cu relaţia 2.4. Valoarea maximă a curentului diodelor în cazul netezirii ideale este („n = Id. La schema în punte, valoarea amplitudinii tensiunii inverse pe diode este egală cu amplitudinea tensiunii e2, pentru că dioda blocată se cuplează în paralel pe înfăşurarea transformatorului (prin dioda care conduce curent). La schema în punte tensiunea inversă pe diodă pentru aceeaşi Ud este de două ori mai mică în comparaţie cu schema de redresare cu nul. Pe baza valorilor U şi Uinv, se aleg diodele necesare. La utilizarea transformatorului (la schema cu nul utilizarea acestuia este indispensabilă, pe când la schema în punte el poate lipsi) este necesară cunoaşterea puterii calculate a înfăşurărilor acestuia. La schema în punte, valoarea efectivă a curentului în înfăşurarea secundară, U „unte, se
Se pot trage următotirele concluzii: la tensiuni de ieşire relativ mici, când important este randamentul schemei (de exemplu, când Uj < 50 100 V), iar tensiunea inversă aplicată pe diode nu prezintă importanţă, este de preferat schema cu nul, la care
curentul în sarcină trece printr-o singură diodă şi, din această cauză, pierderile sunt de două ori mai mici;
în toate celelalte cazuri, este de preferat schema în punte, la care, atunci când există transformator, acesta este mai simplu şi puterea necesară este mai mică. Ultima situaţie se explică prin faptul că prin înlăşurarea secundară curentul circulă pe durata întregii perioade, în timp ce, la schema cu nul, numai pe durata unei semiperioade.
Filtre pentru redresoare de /w/că putere
La ieşirea grupului redresor se cuplează un filtru, care arc rolul reducerii componentei alternative Up. Componenta utilă constantă, Uj, trebuie să fie transmisă în sarcină pe cât posibil fără pierderi. Cele mai utilizate sunt filtrele de netezire de tipul L (figura 2.5.a), LC (figura 2.5.b), C (figura 2.5c) şi RC (figura 2.5.d). Prin cuplarea filtrelor, se formează filtre multiple: LC-LC, C-
Fig. 2. 5 - Scheme de filtre de netezire (a-d) şi schema echivalentă a filtrelor pentru componenta continuă (e) şi cea alternativă (f)
Mărimea caracteristică a unui filtru este factorul de netezire, egal cu raportul factorilor de ondulaţie la intrarea, respectiv la ieşirea filtrului: U unde U
In figura 2.5.e este prezentată schema echivalentă pentru componenta continuă a filtrelor simple L şi LC, unde r este rezistenţa activă a înfăşurării bobinei filtrului. Tensiunea constantă la ieşirea filtrului este egală cu tensiunea pe ramura inferioară a divizorului compus din rezistenţele r şi Rs.
Exemplu dc calcul:
Să se calculeze redresorul cu nul monofazat cu filtru LC, cunoscându-se valorile US = 25 V, /y = 0,5 A, g2 = 0,05. Se neglijează pierderile în bobină şi in diode. Să se determine tensiunea şi curentul înfăşurărilor secundare ale transformatorului, U2 şi f, puterea sa calculată ST, parametrii diodelor la, 1,/n, Uin„ şi valorile L şi C.
Rezolvare:
Ud = US = 25V ; U 2 = 1,1 1 xUd = 1,11 x25 = 27,5 V ; U= !« = 0,5 A
12 = Id./2= 0,5/2= 0,35 A ; St = 1,34xUdld = 1,34x25x0,5 = 16,75 VA ; lam = Id =0,5 A ; l„ = ld-2 = 0,.5/2 = 0,25 A ; IJUv = n xUd = 3,14x25 = 78 V;g , = 2/(2-I) = 0,67 ; d = g ,/g2 = 0,67/0,05 = 13.
Se consideră că XC = 0,1 RS = 0,1 xUS/lS = 0, l x25/0,5 = 0,5.
Atunci, C = l/((OpXC) = l/(2x2;i x50x5) = 300 m F. L = dy'to,, C = = 13/(2x27t x50)x30()xl0^ = 0,1 H.
Funcţionarea caicului redresorului cu filtru ca pa citi v
Când sarcina consumă curenţi relativ mici de la redresor, se folosesc de obicei filtre cu condensator. La cuplarea redresorului din fig. 2.6.a, tensiunea pe condensator şi pe sarcină, ud, creşte de Ia o perioadă la alta (fig. 2.6.b). în intcr\'alelc când e2 > Ud, de exemplu când 0 < 0 < 0 i, dioda Dl se deschide şi condensatorul se încarcă cu curentul de impuls i»! (fig. 2.6.c).
Fig. 2.6 - Schema redresorului monoaltemanţă cu nul cu lillru capacitiv (a) şi diagramele de timp ale tensiunilor şi curenţilor redresorului (b, c)
Astfel, diferenţa tensiunilor e2 - ud se aplică pe rezistenţa r, egală cu suma dintre rezistenţii diodei, a secundarului transformatorului şi cea a primarului reflectată în secundar. Când e2 < ud şi 0 i < 0 < 02, dioda se blochează şi condensatorul se descarcă parţial pe sarcină. Pe măsura creşterii tensiunii ud, durata impulsului de curent de încărcare a condensatorului se micşorează, iar timpul de descărcare a condensatorului se măreşte, din care motiv, după un timp oarecare, tensiunea ud începe să oscileze în jurul valorii medii stabilizate Ud. Datorită timpului scurt de conducţie în regim stabilizat, valoarea amplitudinii curentului diodei lam poate fi de 5 7 ori mai mare decât valoarea sa medie, la (fig. 2.6.c). La cuplarea sursei de alimentare, această
depăşire este şi mai mare şi, pentru limitarea saltului iniţial al curentului de încărcare a condensatorului, se introduce uneori o rezistenţă suplimentară de limitare, r care, împreună cu condensatorul, fonnează filtrul RC (flg.2..5.f). Cu cât este mai mare rezistenţa de sarcină RS, cu atât mai mare este constanta de timp a circuitului de încărcare a condensatorului t = C RS şi, de asemenea. Ud, care la mersul în gol (RS = este egală cu Ude» = E200 =
V2 E2. Odată cu creşterea lui L se micşoreaz.ă pulsaţiile tensiunii de ieşire. în acest fel, când sarcina redresorului este capacitivă, se pot distinge următoarele particularităţi în comparaţie cu redresorul cu sarcină activă; durata mică şi amplitudinea mare a curentului anodic; creşterea tensiunii de ieşire; pulsaţii mici ale tensiunii de ieşire; dependenţa puternică a valorii medii a tensiunii de ieşire în funcţie de rezistenţa sareinii.
Calculul redresorului cu filtru capacitiv se face astfel: se neglijează pulsaţiile tensiunii de ieşire, având în vedere că redresorul funcţionează la tensiunea constantă Ud (figura 2.7.a). Pentru o asemenea aproximare, impulsul de curent anodic este simetric. Se notează durata acestuia cu 20, unde unghiul 0 se numeşte unghiul de tăiere a curentului anodic. Valoarea instantanee a curentului anodic poate fi detenninată pe baza căderii de tensiune e2 - ud pe rezistorul r, prin care trece acest curent:
Fig. 2.1 - Diagramele de timp ale tensiunilor şi curenţilor în cazul funcţionăi'ii redresorului Ia tensiuni invei'sc (a) şi dependenţa coeficienţilor de calcul de ţ)arametrul A (b)
Factorul de ondulaţie al tensiunii de ieşire se determină prin coeficientul I I: g =, unde C este exprimai în m F. In figura 2.7,b se prezintă Cr variaţia coeficienţilor B, D, F şi H în funcţie de coeficientul A.
Relaţiile de calcul pentru redresoarele monofazate au forma următoare:
Exemplu dc calcul:
Să se calculeze redresorul monofazat în punte cu filtru C, dacă: £7 = 220 K HS - 100 K fs = 0,1 A, g2 = 0,05 ş/ r = 0,1 RS. Să se determine parametrii diodelor l^, f,m, Uh\., ai transformatorului, 12, f, E2, k,, S, y/ capacitatea filtrului, C.
Rezolvare: A = ;rr/2RS = ti xO, I RS/2RS = 0,157. Din grafice, pentru A = 0,157 se determină: B = 0,9; D = 2,3; F = 7; 11 = 250. Atunci:
F2 = BxUd=BxlJS = 0,9xl00 = 90 V;Uu=V2E2 = V2 x90= 127 V;
la = ld/2 = IS/2 = 0,1/2 = 0,05 A; Fxl3= 7x0,05 = 035 A;
12 =V2 DxI, = ^/2 x23x0,05 = 0,16 A; k, = 1 = 90/220 = 0,4; 11 =k,x 12 = 0,4t), 16 = 0,064 A; S, = 1,4xPd = ],4xUSxIS = 1,4x 100x0,1 =
14 W; C = I l/(g2r) = 250/(0,05x0,1 x 100/0,1) = 50 mF
Redresoarele cu filtru capacitiv se recomandă a fi utilizate pentru sarcini cu rezistenţă mare, când constanta de timp mare t = RS C se obţine pentru valori relativ mici ale lui C; în acest caz. se asigură componenţa armonică bună a tensiunii de ieşire a redresorului.
Fig. 2.8 - Schema dublorului de tensiune
O varietate constructivă a redresoarclor cu filtru C este cea a redresoarclor cu multiplicarea tensiunii, care se folosesc atunci când sarcina are rezistenţă mare. Aceste dispozitive permit obţinerea în .sarcină a tensiunilor de câteva ori mai mari în comparaţie cu tensiunile furnizate de redresoarele analizate mai sus. In figura 2.8, este prezentată schema cu dublare de tensiune. Pe alternanţa pozitivă a tensiunii de reţea, tensiunea pe anodul lui Dl este pozitivă, dioda Dl este de.schisă şi, prin aceasta, se încarcă condensatorul CI până la o tensiune apropiată de amplitudinea tensiunii reţelei, V2 EI^. De.scârcarea condensatorului CI prin circuitul de sarcină are loc foarte încet, pentru că acest circuit arc rezistenţă mare. Când alternanţa tensiunii de reţea e.ste negativă, este deschisă dkxla D2 şi condensatorul C2 se încarcă dc asemenea până la o tensiune apropiată de amplitudinea tensiunii reţelei. In acest fel, tensiunea pe sarcină atinge US = 2 V2 E,. Multiplicatoarele de tensiune, care conţin circuite suplimentare cu diode şi condensatoare, permit obţinerea de tensiuni şi mai mari în sarcină.
CaraderisticUe externe ale redrestnirelor de mică putere
Prin modificarea rezistenţei dc sarcină, se modifică curentul în sarcină, Is, ceea ce face să se modifice şi tensiunea de ieşire US. Caracteristica externă, sau de sarcină a redresorului este relaţia dintre valoarea medie a tensiunii redresate şi valoarea medie a curentului în sarcină: US = f(IS) (figura 2.9). Pentru sursa de tensiune de alimentare ideală, caracteristica sa externă este o dreaptă orizontală, US = cl. (curba 1). I.,a redresoarele fără filtru şi cu filtru L, caracteristicile externe sunt aproape liniare şi au înclinare mică. Ecuaţia caracteristicii externe în acest caz are forma:
US = ES-N.AUa-IS-Rint
unde ES = Us = 0,9E2 este tensiunea a redresorului, egală cu valoarea efectivă a tensiunii de ieşire a sursei ideale de alimentare, N este numărul diode care conduc curent în acelaşi timp, este valoarea medie a căderii de tensiune pe o diodă care conduce
Fig. 2. 9 - Oiractcrislicile externe ale redresoarelor de mică putere
în regimurile analizate, diodele redresorului conduc curent pe durata intervalului unghiular >1 ^ tt, din care cauză, la ieşirea grupului redresor se obţine tensiunea ud(t), arătată în figura 2.2.b. Micşorarea valorii medii a tensiunii pe sarcină la creşterea curentului este determinată de pierderile în transformator, în diode şi în bobina de netezire (curba 2 din figura 2.9). Un alt caracter, de cădere abruptă, are caracteristica externă a redresorului în cazul funcţionării cu filtru capacitiv. Tensiunea de ieşire la mersul în gol este
Us =V2 E2. Prin micşorarea lui RS, se produce descărcarea rapidă a condensatorului în pauzele dintre impulsurile de curent şi micşorarea tensiunii US. Acest regim se caracterizează prin faptul că x depinde de sarcină şi x < n.
Când se lucrează cu filtru LC şi Is < IScr, curentul de intrare al filtrului are caracter intennitent, Ă şi, în regim de mers în gol, la fel ca şi la funcţionarea cu filtru C, Us = V2 H2. La utilizarea practică a surselor de alimentare, acest sector de cădere abruptă a caracteristicii externe este nedorit (curba 3 din figura 2.9). Dacă Is > IScr, caracteristica externă a redresorului cu filtru LC are o înclinare mică şi este definită de formula (2.11), curentul de intrare al filtrului în acest caz fiind neîntrerupt, x = a, iar Ia intrarea filtrului se aplică o tensiune a cărei formă e.ste arată în figura 2.2.b.
Tensiunea de ieşire a unui stabilizator depinde atât de tensiunea de intrare a acestuia, cât şi de circuitul de sarcină (circuitul de
ieşire)
Fig. 2. 10 - Caracteristica ideală (I) şi reală (2) a diodei stal>ilizatoare
Stabilizatoarele se împart în două categorii: stabilizatoare parametrice şi stabilizatoare cu compensare.
Stabilizatorul parametric se bazează pe utilizarea unui element cu caracteristică neliniară, de exemplu o diodă -Stabilizatoare (Zener), a cărei caracteristică e.ste cea din figura 2.10. în cazul când tensiunea de străpungere este mică, puterea care se disipă în dispozitiv în domeniul II al ramurii de polarizare inversă a caracteristicii este mică, motiv pentru care este posibilă funcţionarea îndelungată a dispozitivului. Acest regim de funcţionare se foloseşte la .stabilizatoare cu diode cu siliciu, special destinate pentru stabilizarea tensiunii. Domeniul de lucru este domeniul II, care se caracterizează prin tensiunea de stabilizare şi este limitat de valorile maximă şi minimă de curent la variaţia tensiunii de stabilizat, DU. Sc defineşte rezistenţa dinamică a stabiliz.atoruIui: r,,. Ideal, această rezistenţă dinamică ar trebui să fie egală cu zero.
Schema stabilizatorului parametric este prezentată în figura 2.11.
Tensiunea de intrare a stabiliz.atorului trebuie să fie mai mare decât tensiunea de stabilizare (străpungere) a diodei stabilizatoare, Ujt. I^entru limitarea curentului prin stabilizator, se montează un rezistor de balast, Rh- Tensiunea
de ieşire se culege la bornele diodei stabilizatoare. O parte din tensiunea de intrare Ui,„ sc pierde pe rezistorul Rb, iar cealaltă parte se aplică pe sarcină Ui„t = (l^t ^ lies)Rb + Uieg. Dacă se are în vedere că = Uics^R, sc obţine;
Uint=(bt + Uw'RS)Rb + UU = IstRb + Ui,s(Rb/RS * I) =c>
Curentul maxim prin dioda stabilizatoare, I^ax, trece atunci când sc îndeplinesc condiţiile: U„i, = U„„ «ar curentul minim prin dioda stabilizatoare, trece când U„„ = U,n, ,ni„ şi Rs = Rs mm
Fig. 2. 1 1 - Schema stabilizatorului parametric (a), schema echivalentă (b) şi caracteristica redresorului (c) cu stabilizator curba 2) şi fără stabilizator (curba 1)
Fig. 2. 12 - Schema stabilizatonilui cu compensare cu amplificator operaţional
în figura 2.12 se prezintă una dintre schemele cele mai simple de stabilizator cu compensare, la care sarcina se cuplează la sursa tensiunii de intrare printr-un element neliniar de reglare, un tranzistor. Pe baza tranzistorului se aplică prin amplificatorul operaţional AO semnalul de reacţie negativă. La intrarea AO se aplică tensiunea de la divizorul de tensiune. UicsR2/(Rl + R2)= UicsY şi tensiunea de referinţă (etalon), UO. Considerând că tensiunea Uint creşte, datorită cărui fapt creşte şi Uics, la intrarea inversoare a AO se aplică o tensiune mărită cu A Uj^s Y, lat la ieşirea AO apare o scădere a tensiunii, A Uh. Pe joncţiunea emitor-bază a tranzistorului T se aplică tensiunea Ub - Ui^s.
în regimul variabil, A UBt: = A Un - A Uic* < 0, curentul de colector al tranzistorului T scade şi tensiunea Ui« sc reduce până la valoarea iniţială. în mod similar se prelucrează şi variaţia lui Uijs când sc măreşte sau se micşorează R^: prin modificarea lui Ui«, apare o variaţie DUnii de semn corespunzător şi, drept unnare, se modifică curentul de colector al tranzistorului, lics- Tensiunea dintre intrările AO în mod practic este egală cu zero. în stabilizatoare, funcţionarea circuitului de reacţie negativă menţine egalitatea Uics = UO/ y. Cu cât este mai mare amplificarea AO, cu atât mai precis se îndeplineşte aceasta egalitate, cu atât este mai marc factorul de stabilizare ksi (care poate atinge valori de 10^) şi cu atât este mai mică Ries a stabilizatorului (Rjes = 10' ^ 10’’ W).
Ca sursă de tensiune de referinţă, la stabilizatoarele cu compensare se foloseşte schema stabilizatorului parametric cu diodă stabilizatoare. Staliiilitatca lui Uo este foarte marc pentru că, în procesul de funcţionare, regimul de lucru al diodei stabilizatoare practic nu se modifică şi curentul prin aceasta e.ste stabil.
Stabilizatoarele cu compensare se fabrică sub formă integrată, cuprinzând elementul neliniar de reglare, amplificatorul operaţional, AO şi eventual tranzistorul T.
Surse de alimentare cu transformarea multipli a enerf(iei
Dimensiunile relativ mari ale surselor de alimentare sunt detemiinatc în principal de transfbmiator şi de bobinele filtrelor, care sunt calculate pentru funcţionarea la frecvenţă scăzută a reţelei.
în schema sursei de alimentare (figura 2.13), grupul redresor GRi se cuplează nemijlocit la reţea, iar pentru netezirea pulsaţiilor se foloseşte filtrul C|. Rezistorul r, de valoare mică, poate 11 cuplat pentru limitarea amplitudinii curentului în diodele grupului GR|. Tensiunea redresată obţinută, Up, se aplică convertorului de tensiune, realizat cu tranzistoarele Ti - T4.
Pe durata unei semiperioade de frecventă înaltă se aplică curenţii de comandă în bazele iranzistoarelor Tj şi T4 (dispozitivul de formare a acestor curenţi nu e.ste prezentat în figură), tranzistoarele se saturează şi pe înfâşurarea primară a transfonnatorului de frecvenţă înaltă se aplică tensiunea Up de polaritatea indicată în figură (semnele fără paranteze).
Fig. 2. 13 - Sursă de alimentare cu transformarea multiplă a energiei (schemă simplificată)
Pe durata celei de-a doua semiperioade, se aplică curenţii de comandă şi se saturează T? şi T3, iar la înfăşurarea primară a transformatorului se aplică tensiunea Up, cu polaritatea indicată în paranteze. Frecvenţii de comutare a comutatorului de polaritate realizat cu tranzistoarele T1, T2, 'F3, T4 se alege de ordinul (I ^ 2)x 10'’ Hz şi chiar mai mult. Tensiunea dreptunghiulară din înfăşurarea primară a transfomiatorului se transferă în circuitul secundar, unde este redresată de grupul redresor GR2 şi este netezită cu ajutorul filtrului LC2. Gabaritul transformatorului şi cel al bobinei filtrului, L, sunt mici, pentru că, în acest caz, acestea se calculează pentru frecvenţe mari. Deficienţele acestei scheme constau în reducerea randamentului datorită creşterii pierderilor prin transformarea multiplă a energiei electrice şi în creşterea preţului de cost, ca urmare a utilizării în comutatorul de polaritate a unor tranzisioarc de tensiune mare (care trebuie să suporte tensiunea Up). Cu toate acestea, în anumite aplicaţii, aceste scheme sunt de preferat.
CONVERTOARE DE MEDIE ŞI MARE PUTERE
Utilizarea convertoarelor în enerfţetici ş/ electrotehnici
Domeniile de bază pentru utilizarea convertoarelor sunt cele privind transformarea energiei electrice de tensiune alternativă de frecvenţă standard, fs = 50 1 Iz. în energie electrică de altă formă: curent continuu sau curent alternativ de frecvenţă nestandardizată sau de frecvenţă variabilă. Pentru alimentarea consumatorilor care folosesc o astfel de energie electrică, se folosesc diferite convertoare de frecvenţă cu diode sau tiristoare. Acestea pot fi directe, în care se realizează conversia singulară a energiei electrice (de obicei, la ieşire se obţine tensiune de frecvenţă inferioară, f < 50 Hz) şi convertoare cu grup de curent continuu, care se compun dintr-un redresor care transformă curentul alternativ în curent continuu şi dinlr-un invenor autonom, care transfonnă curentul continuu în curent alternativ de frecvenţă mai mică sau mai mare de 50 1 Iz, sau variabilă.
Un număr mare de consumatori de energie electrică de putere mare se cuplează la reţeaua industrială prin convertoare de diferite tipuri. Convertoarele reprezintă pentru reţea sarcini neliniare şi funcţionarea acestora influenţează puternic regimul reţelei şi calitatea energiei electrice. Un domeniu important de utilizare a convertoarelor îl reprezintă liniile de transport electric în reţelele şi sistemele electrice. Este vorba despre liniile de transport în curent continuu a energiei electrice la distanţe mari. O astfel de linie de transport are Ia intrare un redresor de putere cu tiristoare, care transformă curentul alternativ de frecvenţă de 50 Hz în curent continuu. La ieşirea liniei, .se instalează invertorul, care transformă curentul continuu în curent alternativ.
Al doilea domeniu de utilizare al convertoarelor în electroencrgetică este cel al surselor dc putere reactivă cu tiristoare, care permit producerea şi reglarea puterii reactive pentru compensarea deficitului acesteia în sistemul energetic.
Al treilea domeniu este utilizarea convertoarelor pentru asigurarea funcţionării agregatelor de bază ale centralelor electrice, în mod particular pentru excitarea turbogcneraloarelor sau hidrogeneratoarelor sincrone şi a compensatoarelor (schemele de excitare cu tiristoare), pentru pt^mirea generatoarelor de mare putere (de exemplu hidrogeneratoare).
Convertoarele sunt, de asemenea, necesare pentru sursele neconvcnţionale de energie electrică cum sunt bateriile solare, generatoarele magneto-hidro-dinamice, ele.
Redresorul monofazat comandat
în instalaţiile energetice, redrcsoarele au o scrie de caracteristici particulare cum suni;
1. sarcina are caracter activ-inductiv; la curenţi mari, inductanţa reţelei care leagă convertorul cu sarcina, devine comparabilă cu rezistenţa sarcinii.
2. este necesar să se ia în consideraţie inductanţa de dispersie a bobinelor transformatorului.
3. de obicei, redresoarele dc putere mare se realizează trifazic, pentru că parametrii tehnici ai redrcsoarelor trifazate sunt superiori
şi acestea asigură încărcarea uniformă a reţelei trifazice. Deseori este necesară reglarea sau stabilizarea tensiunii la ieşirea redresoarelor sau a puterii transferate în sarcină, ceea ce necesită utilizarea red re soare lor comandate.
Fig.3. 1 - Redresor comandat cu nul (a); curenţii şi tcn.siunile în circuitul de curent continuu la funcţionarea ca sursă (c) sau consumator de energic (b)
în figura 3.1.a este prezentată schema rcdre.sorului monofazat comandat, cu punct median al transformatorului (schema cu nul). Acest redresor se deosebeşte de redresorul necomandat prin faptul că diodele se înlocuiesc cu liristoare.
Funcţionarea redresorului comandat monofazat în sarcină activă (Ls = 0)
Când polaritatea tensiunii reţelei este cea indicată în figura 3.1.a, tiristorul f| poate conduce curent dacă la electrodul său de comandă se aplică .semnalul de comandă in. Acesta se aplică cu o defaz.are în raport cu momentul de deschidere normală a lui T], la unghiul a, numit unghi de comandă (figura 3.2.a). Momentul de apariţie a tensiunii pozitive pe anodul tiristorului se numeşte moment de deschidere naturală (în figura 3.2, pentru tiristorul T|, ace.sta este momentul q = 0). Până la cuplarea tiristorului T| (pentru q < a), tensiunea pe sarcină este uj = 0. La cuplarea tiristorului, în momentul q = a, tensiunea uj creşte brusc până la valoarea u2, pentru că pe tiristorul deschis Ua » 0. Curentul trece prin semi-înfăşurarea superioară a transformatorului, prin tiristorul Ti şi sarcină: i2(t) =
ia(t) = iCând q = p, curentul prin diodă şi curentul în sarcină devin egali cu zero şi tiristorul T| se închide. Până la deschiderea tiristorului T2, apare în sarcină o pauză fără curent, pe durata intervalului [p, (p • a)). în momentul q = p + a, se aplică impulsul de comandă pe tiristorul T2, acesta se deschide şi, în acest interval, uj = - e^, adică pe sarcină se aplică tensiunea de la bornele semi- întăşurării inferioare a transfonoatorului. Curentul trece prin semi-înlăşurarea inferioară, tiristorul T2 şi sarcină, păstrând sensul anterior.
Fig.3. 2 - Diagramele de timp ale curenţilor şi tensiunilor în redresorul comandat cu nul, în cazul funcţionării în sarcină activă (a) şi activ-inductivă (L), c); regim cu întrerupere de curent (b); regim fără întrerupere de curent (c)
Trimiteți un comentariu