Electronică Analogică Redresoare
Redresoare polifazate, comandate redresoarele comandate permit reglarea tensiunii şi a curentului prin sarcină. Reglajul poate fi făcut în mod continuu de la zero până la valoarea maximă prin control de fază (controlul unghiului de aprindere α C a dispozitivului comandat). În prezent majoritatea redresoarelor comandate au ca element de comandă tiristorul, triacul sau tranzistoare bipolare cu poartă izolată (IGBT) Redresor cu punct neutru Referinţa unghiului de comandă α C pentru fiecare element comandat se alege la egalitatea tensiunilor pozitive ale secundarului când, în mod normal, ar trebui să comute elementele redresoare necomandate, iar referinţa de tensiune pentru calculul tensiunilor si curenţilor se alege la momentul atingerii valorii maxime a tensiunii secundare. În funcţie de tipul sarcinii şi tipul transformatorului, modul de funcţionare al redresorului comandat se schimbă
Cazul 1: inductanţa de scăpări a transformatorului este nulă (La = 0, transformator ideal) şi inductanţa sarcinii este nulă (LS = 0, sarcină rezistivă). redresorul poate lucra în regim de curent neîntrerupt (atunci când curentul nu se întrerupe prin sarcină) şi în regim de curent întrerupt (în caz contrar). Pentru a face distincţie între cele două moduri de funcţionare ale redresorului vom defini un unghi de comandă pe care-l vom nota cu α lim (unghiul de comandă limită) şi care separă cele două moduri de funcţionare Unghiul de comandă limită este definit ca în figură (între punctul de intersecţie a două tensiuni pozitive şi punctul de intersecţie al tensiunii descrescătoare cu axa absciselor - ωt) şi are valoarea π/2m radiani. Dacă α C < α lim avem regim de curent neîntrerupt Dacă α C > α lim avem regim de curent întrerupt
α C < α lim comanda pe elementul comandat ce urmează să intre în conducţie apare înainte ca alternanţa pozitivă pe elementul comandat care este în conducţie să ajungă la zero (şi deci în acel moment curentul prin sarcină este diferit de zero) 2. Tensiunile în secundarul transformatorului de alimentare 3. Impulsurile de comandă pentru tiristoarele Th1, Th2 şi Th3 - Să presupunem că elementul în conducţie este Th1. Elementul comandat va fi Th2 care se deschide înainte ca alternanţa pozitivă de pe Th1 să ajungă la zero. - Prin deschiderea lui Th2, Th1 se închide la anularea curentului prin acesta şi curentul pe sarcină este asigurat în continuare de către (tiristorul) Th2. - Anularea curentului prin Th1 se produce datorită faptului că deschiderea lui Th2 care are un potenţial anodic mai mare decât cel al lui Th1 produce o schimbare de sens a curentului prin Th1 cu trecerea prin zero a curentului înainte de schimbarea sensului. - La trecerea prin zero a curentului, Th1 se închide. - Urmează apoi comanda tiristorului Th3 care îl închide pe Th2 şi aşa mai departe.
α C > α lim comanda pe elementul ce urmează să intre în conducţie apare după ce elementul comandat care era în conducţie s-a blocat, datorită trecerii prin zero a tensiunii sale anodice. Astfel, între momentul blocării elementului comandat care era în conducţie şi momentul amorsării următorului element comandat există o durată de timp în care prin sarcină nu trece curent 2. Tensiunile secundare ale transformatorului de alimentare 3. Impulsurile de comandă pentru elementele comandate 4. Tensiunea pe elementul comandat 1
Cazul 2: inductanţa de scăpări a transformatorului este nulă (La = 0, transformator ideal) şi sarcină inductivă (LS ). când inductanţa de sarcină este infinită, putem considera că valoarea curentului prin sarcină este practic constantă. curentul prin fiecare element comandat se menţine până în momentul comenzii elementului următor. Pentru αc < αlim, tensiunea pe sarcină va fi permanent pozitivă deoarece elementul comandat următor amorsează înainte ca tensiunea anodică a elementului comandat în conducţie să treacă prin zero. Pentru α C > α lim, tensiunea pe sarcină are şi porţiuni negative. Din acest motiv, deşi curentul pe sarcină rămâne constant, valoarea tensiunii pe sarcină scade cu creşterea unghiului de comandă.
Pentru a evita valorile negative ale tensiunii pe sarcină se montează o diodă paralel pe sarcină Această diodă menţine tensiunea pe sarcină egală cu zero din momentul anulării tensiunii fazei ce se găseşte în conducţie până în momentul în care se aplică impulsul de comandă pe elementul comandat următor. Deschiderea şi menţinerea în conducţie a diodei se datorează tensiunii de autoinducţie produsă de inductanţa LS (pe durata de timp cât conduce dioda, elementele comandate sunt blocate). Dioda asigură şi protecţia tiristoarelor la întreruperea tensiunii de alimentare. În lipsa diodei de nul, atunci când tensiunea redresată are porţiuni negative, sensul de circulaţie al energiei între reţea şi sarcină se schimbă, redresorul funcţionând în regim de invertor. Formele de undă pentru α C < α lim 2. Tensiunile în secundarul transformatorului de alimentare 3. Impulsurile de comandă pentru elementele comandate Formele de undă pentru α C > α lim 2. Tensiunile în secundarul transformatorului de alimentare 3. Impulsurile de comandă pentru elementele comandate
Cazul 3: Regimul fără întrerupere de curent. Transformator real ideal (La 0) şi sarcină inductivă (LS ) pe durata t C = γ /ω, conduc simultan elementele comandate de pe două faze succesive. În figură sunt arătate formele de undă pentru α C > α lim. În momentul în care se comandă tiristorul următor, cele două tiristoare de pe fazele succesive conduc simultan un timp de t C = γ /ω, tensiunea pe sarcină fiind egală cu Δu x Forma tensiunii pe sarcină pentru La 0, LS şi α C > α lim
Redresor în punte semicomandată Vom considera transformatorul ideal şi sarcina inductivă (La = 0, L S ), va conduce o ramură (un tiristor şi o diodă) doar în situaţia în care este comandat un tiristor. Astfel, dacă unghiul de comandă α C al tiristoarelor este egal cu zero, circuitul va funcţiona identic cu redresorul trifazat în punte necomandată. La comanda tiristorului T1 acesta se deschide deoarece tensiunea sa anodică este pozitivă şi în acelaşi timp se deschide şi dioda D2 care în acel moment are tensiunea catodică cea mai negativă (u 2b ). După π/3 radiani, tensiunea u 2c devine cea mai negativă, dioda D2 iese din conducţie şi intră în conducţie dioda D3. Urmează comanda tiristorului T2 şi conduc succesiv diodele D3 şi D1 şi aşa mai departe. şi aici un tiristor şi o diodă (de pe aceeaşi ramură) vor juca rol de diodă de nul atunci când tensiunea pe sarcină tinde să se inverseze datorită fenomenului de autoinducţie (α C > α lim ). Formele de undă pentru α C = 0 2. Tensiunile secundare 3. Impulsurile de comandă
Formele de undă pentru α C = 30º 2. Tensiunile secundare 3. Impulsurile de comandă Formele de undă pentru α C = 60º 2. Tensiunile secundare 3. Impulsurile de comandă Formele de undă pentru α C = 90º 2. Tensiunile secundare 3. Impulsurile de comandă DP semnifică deschiderea diodei de nul formată dintr-o diodă şi un tiristor. - Schemele de redresare în punte semicomandată au dezavantajul unui factor de pulsaţie mai mare decât în cazul schemelor simetrice. - De asemenea, ele nu pot fi folosite în regim de invertor. - Principalul lor avantaj constă în consumul mai redus de putere reactivă în raport cu schemele simetrice. - În mod obişnuit, în cazul sarcinilor inductive, schemele de redresoare în punte complet comandată se utilizează cu diodă de nul în paralel pe sarcină (de obicei la acţionările nereversibile ale maşinilor decurent continuu).
Inversoare Invertoarele sunt circuite electronice cu dispozitive statice de comutaţie (tranzistoare, tiristoare, triace etc.) ce realizează conversia energiei electrice de curent continuu în energie electrică de curent alternativ de o anumită frecvenţă, formă de undă şi amplitudine. Spre deosebire de redresoare, la care energia este transmisă din circuitul de curent alternativ în circuitul de curent continuu, la invertoare, energia electrică trece din circuitul de curent continuu în circuitul de curent alternativ. Transformatorul de alimentare devine receptor de energie, iar sistemul de curent continuu, generator de energie. Invertoarele alimentează sarcini care necesită puteri apreciabile cuprinse într-o gamă destul de mare, de la zeci de waţi, până la sute de kilowaţi. Se disting două categorii principale de circuite invertoare: invertoare autonome, care debitează pe o reţea sau circuit în care nu mai există şi alte surse de curent alternativ; frecvenţa curentului fiind determinată de însuşi circuitul invertor; invertoare neautonome, care debitează pe o reţea împreună cu alte surse de energie electrică, astfel încât regimul de funcţionare şi frecvenţa sunt subordonate reţelei de curent alternativ.
După metoda utilizată pentru dezamorsarea tiristoarelor întâlnim de asemenea două tipuri de invertoare: invertoare cu comutaţie naturală (sau liberă), la care circuitul de sarcină este realizat astfel încât variaţia curentului ce traversează dispozitivele asigură blocarea acestora; invertoare cu comutaţie forţată care utilizează elemente separate auxiliare ce asigură blocarea tiristoarelor. La invertoarele numite autonome comutaţia elementelor comandate este asigurată prin construcţie sau se datorează caracteristicilor sarcinii invertorului. Aceste invertoare permit la ieşire o frecvenţă oarecare, în general variabilă. Invertoarele autonome pot fi o componentă a convertoarelor de frecvenţă cu circuit intermediar de curent continuu. De asemenea aceste invertoare diferă atât constructiv cât şi funcţional de invertoarele cu comutaţie de la reţea care primesc energia pentru comutaţie din exterior şi funcţionează numai la frecvenţa reţelei de curent alternativ. Invertoarele neautonome îndeplinesc atât funcţia de conversie a energiei electrice de curent alternativ în energie de curent continuu (regimul de redresor) cât şi invers (regimul de invertor). Comutaţia elementelor comandate este realizată prin sincronizarea cu reţeaua de curent alternativ. Atât invertoarele autonome cât şi cele neautonome se pot clasifica în funcţie de numărul de faze al curentului alternativ în: invertoare monofazate şi invertoare polifazate.
Principalele tipuri de invertoare monofazate şi trifazate utilizate în practică sunt: a. monofazate: de tip chopper, figura. a; tip paralel cu priză mediană, figura b; în punte, figura c; b. polifazate: cu punct neutru, figura d; în punte, figura e.
După modul de conectare a elementelor reactive necesare pentru realizarea comutaţiei, deosebim invertoare serie şi invertoare paralel. La invertoarele serie blocarea tiristorului se face cu circuite LC legate în serie cu sarcina (folosite de obicei la frecvenţe mai mari de 1kHz); curenţii care traversează sarcina fiind apropiaţi ca formă de cei sinusoidali. La invertoarele paralel blocarea tiristorului se obţine prin cuplarea în paralel pe tiristoare a unor capacităţi în prealabil încărcate. În timpul unei părţi din perioada tensiunii furnizate condensatorul de comutaţie se găseşte în paralel şi cu sarcina şi in cazul unor sarcini inductive el poate asigura, total sau parţial, energia reactivă necesară blocării tiristorului. Aceste invertoare se utilizează de obicei la frecvenţe mai mici de 1kHz şi nu permit reglarea tensiunii la ieşire necesitând circuite speciale în acest scop. Din punct de vedere al mărimii de ieşire, invertoarele pot fi: invertoare de curent; invertoare de tensiune.