CUPRINS

ARGUMENT.....................................................................................................pag.2

CAPITOLUL I

REDRESOARE NECOMANDATE.................................................................pag:

CAPITOLUL II

REDRESOARE COMANDATE.....................................................................pag:

BIBLIOGRAFIE..............................................................................................pag

1

ARGUMENT

In acest proiect am studiat redresoarele. În foarte multe aplicatii este necesara alimentarea instalatiilor si aparatelor in current continuu. Sursa de alimentare cu energie electrica este in majoritatea cazurilor reteaua alternative trifazata de distributie (alimentare). Transformarea energiei electromagnetice de curent alternative in energie electromagnetic de curent continuu se face cu ajutorul circuitelor redresoare, prin procesul de redresare. În introducere am clasificat redresoarele. În functie de natura sarcinii, ele se clasifica in: redresoare cu sarcina rezistiva (R), redresoare cu sarcina inductive (RL) si redresoare cu sarcina capacitive (RC). Aceste sarcini necesita alimentarea cu o tensiune continua de valoare fixa sau reglabila. In functie de posibilitatea de a furniza sau nu o tensiune reglabila, redresoarele se impart in: redresoare necomandate, care furnizeaza o tensiune fixa la iesire si redresoare comandate care furnizeaza o tensiune reglabila la iesire. In functie de numarul de faze ale transformatorului de alimentare redresoarele se pot clasifica in: redreosare monofazate, folosite la puteri de 1kW si redresoare polifazate, folosite la puteri mai mari de 1kW.In primul capitol am studiat redresoarele necomandate monofazate si polifazate . In Capitolul 2 am analizat redresoarele comandate In finalul proiectului am atasat bibliografia proiectului.

Prin alimentarea circuitelor electronice şi a altor consumatoare de curent continuu este necesară obţinerea energiei de curent continuu prin redresarea tensiunii alternative de la reţea. Prin redresare înţelegem transformarea curentului alternativ în curent continuu. Un redresor este un dispozitiv electric care servește transformării curentului alternativ în curent continuu. Redresoarele pot fi clasificate în redresoare comandate, care furnizează la ieşire o tensiune reglabilă şi necomandate, care la ieşire furnizează o tensiune fixă. După tipul tensiunii alternative redresate, redresoarele sunt monofazate sau polifazate. Alimentarea redresoarelor se face de obicei de la reteaua de energie electrica. Redresoarele de puteri mici (pâna la 1 KW) se alimenteaza în curent alternativ monofazat, se conectează la reţeaua alternativă 220V/50 Hz prin intermediul unui transformator monofazat, iar cele de puteri mari se alimenteaza în curent alternativ trifazat. Ele se pot clasifica în redresoare monoalternanţă, când redresează o singură alternanţă a tensiunii alternative, sau dublă alternanţă, când redresează ambele alternanţe. Ca elemente redresoare se utilizează diodele redresoare semiconductoare sau tiristoarele. Tiristoarele se folosesc în redresoarele de putere a căror tensiune poate fi variata independent de sarcină. Redresarea poate fi folosită în scop informaţional sau în scop energetic.Performanţele unui redresor: - tensiunea medie - tensiunea de vîrf

2

- ondulaţia tensiunii (raportul dintre excursia vîrf-vîrf a tensiunii şi componenta medie), atunci cînd există filtru - curentul maxim. La analiza redresorului se determină nu numai performanţele menţionate mai sus, ci şi valorile limită pe care le suportă dispozitivele: - tensiune inversă maximă - curent mediu - curent de vîrf. Redresoarele se pot clasifica dupa urmatoarele criterii:dupa tipul tensiunii alternative redresate (numarul de faze):- redresoare monofazate;- redresoare polifazate (de obicei trifazate);dupa numarul de alternante ale curentului alternativ pe care le redreseaza:- redresoare monoalternanta;- redresoare bialternanta;dupa posibilitatea controlului asupra tensiunii redresate:- redresoare necomandate;- redresoare comandate sau reglabile;dupa natura sarcinii:- redresoare cu sarcina rezistiva (R);- redresoare cu sarcina inductiva (RL);- redresoare cu sarcina capacitiva (RC);

3

CAPITOLUL I

REDRESOARE NECOMANDATE

Dintre elementele componente ale redresorului, cele electronice trebuie sa aiba proprietatea de a conduce unilateral, respectiv sa prezinte o caracteristica pronuntat neliniara si sa functioneze în regim neliniar. Se pot folosi diode cu vid (kenotroane), diode semiconductoare, tiratroane, tiristoare etc.Schema bloc a unui redresor (fig.1) contine urmatoarele elemente (pornind de la sursa de energie alternativa-de obicei reteaua electrica):

fig. 1 Schema bloc a unui redresorTr - transformatorul de retea, cu ajutorul caruia se obtine în secundar valoarea tensiunii alternative ce trebuie redresata;R - elementul redresor, cu propietatile de conductie unilaterala, la iesirea caruia se obtine o tensiune (de un singur sens) pulsatorie;F - filtru de netezire, cu rolul de a micsora pulsatiile tensiunii redresate, redând o tensiune de forma cât mai apropiata de cea continua;S - rezistenta de sarcina, pe care se obtine tensiunea continua.  Pentru alimentarea circuitelor electronice (scop energetic) se folosesc cîteva tipuri de redresoare:

Schemele lor de principiu, în ipoteza că lucrează pe sarcină rezistivă, sînt prezentate în fig2 .

4

Fig2 : Scheme ale redresoarelor de mică putere uzuale

- monoalternanţă (figura 2a) - bialternanţă (figura 2b)

- punte (figura 2c

1. REDRESOARE MONOFAZATE

Aceste redresoare se folosesc pentru puteri medii (sute de wati). Ele pot fi atat monoalternanta, cât si bialternanta.

1.1. Redresorul monofazat monoalternanta

Funcţionarea redresorului monofazat monoalternanţă este determinată, în principal, de tipul circuitului de sarcină folosit. Un astfel de redresor are schema electrică prezentată în figura 3, unde transformatorul de alimentare este un transformator coborâtor de tensiune, cu un raport

de transformare n=N2/ N1 , cu rezistenţa înfăşurărilor r1 , respectiv r2 , iar CS reprezintă circuitul de sarcină. Considerând dioda redresoare ca un comutator ideal, funcţionarea redresorului este dependentă de natura circuitului de sarcină.

a) b)

Fig.3. Redresor monofazat monoalternanţă:

5

D

uS CS

U1

N2

R1

U2

N2

R2

uA

reală

ideală

iA

a) schema electrică; b) caracteristica diodei.

a) Redresor monofazat monoalternanta cu sarcina rezistiva

Funcţionarea redresorului este dependentă de natura circuitului de sarcină. Deosebim următoarele cazuri:Circuit de sarcina pur rezistiv

a)

b)

Fig.4. a)Schema echivalentă a secundarului. b) Tensiunea redresată.

Schema electrica a acestui tip de redresor este redata în figura 5.a. Functionarea are loc astfel: la aplicarea unei tensiuni alternative în primar, ia nastere în secundar tot o tensiune alternativa, ce se aplica pe anodul diodei de redresare.Pe durata alternantelor pozitive dioda conduce, în circuit apare un curent proportional cu tensiunea aplicata, deci avînd aceeasi forma cu ea.Curentul prin sarcina circula deci într-un singur sens, sub forma unor alternante (curent pulsatoriu).

fig. 5 Redresor monofazat monoalternanta cu sarcina rezistiva:

a) - schema electrica

b) - forma de unda a tensiunii redresate

Tensiunea la bornele sarcinii (U2) reprezentata în figura 2.b, are expresia matematica:

us = Us sin_t (1) în intervalele în care dioda conduce  si:

us = 0 (1′ ) în intervalele in care dioda nu conduce 

6

USmed

ωt

uuS

u2

Ri (N2/N1)2R1RS

uSu2

R2u2

Orice tensiune periodica se poate descompune într-o suma de tensiuni de forma:

us = U0 + U1m sin(_t + _1) + U2msin(2_t+_2)+ ... ( 2)

În cazul redresoarelor monoalternanta se obtine:

. (3)

Comparând relatiile (2) si (3) se observa ca valoarea componentei continue la borna sarcinii este:

, (4)iar valoarea maxima a componentei alternative sinusoidale fundamentale:)

. (4′)

Pentru a aprecia cât de aproape este forma tensiunii redresate de aceea a unei tensiuni continue, se introduce un coeficient numit factor de ondulatie _, care este definit astfel:

. (5) În cazul acestui tip de redresor,valoarea factorului de ondulatie este:

(6)

In cazul unui redresor ideal, factorul de ondulatie trebuie sa fie zero. În cazul anterior descris se observa ca _>0 , deci forma tensiunii redresare nu este multumitoare. Pentru a o îmbunatati se folosesc scheme de redresare dubla alternanta.

Un alt circuit de apreciere a redresorului îl constitue randamentul sau (_) definit ca raportul dintre puterea de c.c. Furnizata în sarcina si puterea consumata absorbita de la retea:

. (7)În acest caz, valoarea puterii utile va fi:

, (8)iar puterea absorbita de la retea, în timpul alternantei pozitive în care dioda functioneaza,

va fi:

, (9)

7

având:

Ui ~ Us pentru rd < R, in care: Ui este tensiunea alternativa aplicata diodei; Us - tensiunea redresata de la bornele sarcinii; rd - rezistenta de conductie a diodei; R - rezistenta de sarcina.

Valoarea randamentului devine: 

Tensiunea inversa maxima este: Uinv max = Uim

b) Redresor monofazat monoalternanta cu sarcina inductivă

Circuit de sarcina pur inductiv

Circuitul echivalent al redresorului din figura 6 cuprinde o sursă ideală şi o inductanţă pură legată în serie.

În perioada de conducţie a diodei este valabilă relaţia:

u2=L

didt ,

sau

didt

=u2

L=

U 2√2

Lsin ωt

, (10.)de unde integrând rezultă:

i=−

U2√2

ωLcos ωt+ K .

Introducând condiţiile iniţiale ca la ωt=0 , i=0 rezultă:

8

ωt

Imedπ

π

ωt

i

u2

a)

uSu2

L

iuD

2π

b)

Fig.6. Redresor monofazat cu sarcină inductivă: a) schema electronică;b) formele de undă

i=

U2√2

Lω(1−cosωt ).

(11.)

În expresia curentului apare un termen constant, care este valoarea medie a curentului,

I med=√2 U2 /ωL ,şi o componentă alternativă, cu amplitudinea I 1=I med .

Valoarea efectivă a curentului se poate calcula cu relaţia:

I ef =√I

2med+ I

21 ef=√I

2med +(

I med

2)2=1,22 I med .

(12)Tensiunea de inductanţă de sarcină este o undă sinusoidală fără componenta continuă

U=Ldi/ dt=U 2√2sin ωt .

Rezultă următoarele concluzii:- curentul redresat cuprinde numai componenta continuă şi armonica întâi cu frecvenţa egală cu cea a sursei, decalată cu 90º în urma tensiunii sursei;- tensiunea pe inductanţa de sarcină este de formă sinusoidală;

- perioada de conducţie este egală cu 2 π , ceea ce înseamnă că dioda nu intră în stare de blocare şi deci nu este supusă la tensiuni inverse.

1.2. Redresorul monofazat dubla alternanta cu transformator cu priza mediana.

În figura 7.a este redata schema electrica a unui redresor dubla alternanta, la care tensiunea de alimentare se aplica printr-un transformator având un secundar cu priza mediana legata la masa. Se observa ca schema contine doua redresoare monoalternanta, formate din:

- înfasurarea L'2, D1, RS;- înfasurarea L"2, D2, RS;Datorita modului în care sunt conectate înfasurarile secundare, tensiunile la bornele celor

doua sectiuni variaza în antifaza. La aparitia alternantei pozitive la înfasurarea L'2 dioda D1 este polarizata direct, conduce si determina aparitia curentului i'A, care strabate rezistenta de sarcina Rs în sensul indicat pe figura.

9

fig.7 Redresor monofazat dubla alternanta folosind transformator cu priza si sarcina rezistiva:

a) - schema electricab) - forma de unda a tensiunii redresate

În acest interval, în înfasurarea L"2 fiind aplicata alternanta negativa, dioda D2 este polarizata invers si curentul prin circuitul ei este nul.

Când se aplica alternanta negativa pe L'2, dioda D1 se blocheaza si, respectiv, aparând alternanta pozitiva pe, L"2 dioda D2 conduce. În circuitul ei apare curentul i"Ace stabate Rs în sensul din figura, sens care coincide cu cel al curentului i"A.

În felul acesta, la bornele sarcinii apare o tensiune de forma indicata în figura 4.b, având expresia matematica:

(13)

Se deduce, pe baza celor prezentate anterior, ca, în acest caz, componenta continua are valoarea:

, (14)iar componenta fundamentala:

. (15)

În acest caz valoarea factorului de ondulatie _ devine:

. (16)

deci este subunitara, ceea ce constitue o serioasă ameliorare.

10

O alta îmbunatatire o constitue valoarea randamentului redresorului, care în acest caz devine:

(17)

deci dubla fata de cazul redresorului monoalternanta. Tensiunea inversa maxima rezulta, pentru dioda blocata, din însumarea între valoarea tensiunii negative aplicate pe anodul sau catre transformatorul si tensiunea pozitiva aflata la bornele rezistentei de sarcina, deci pe catodul diodei blocate.

Deci, în acest caz:

Uinv max = 2Uim (18)

Se observa avantajele redresorului dubla alternanta, constând într-o forma de unda mai apropiata de cea continua si un randament de valoare dubla, dar si dezavantajele sale, constând într-o schema mai complicata si mai costisitoare (secundar cu priza mediana, doua diode redresoare), ca si în conditiile mai severe impuse diodelor redresoare în privinta tensiunii inverse maxim admise.

1.3 Redresorul monofazat dubla alternanta, în montaj de tip punte.

Schema sa ofera avantajele redresorului anterior, evitând dezavantajele lui, este cea a unui redresor monofazat dubla alternanta in punte (fig. 8).

11

fig.8 Redresor monofazat dubla alternanta, in punte - având sarcina rezistiv_:

a) - schema electric_

b) - forma de unda a tensiunii redresate

Cele patru diode redresoare folosite formeaza bratele unei punti, la care alimentarea în curent alternativ se face printr-o diagonala, de la secundarul unui transformator, iar tensionarea redresata se culege la bornele unei rezistente plasate în cea de-a doua diagonala.

Functionarea redresorului este urmatoarea: în timpul aplicarii alternantei pozitive la o extremitate a secundarului transformatorului, conduc diodele D1 si D3, care sunt polarizate direct, determinând un curent i'A în rezistenta Rs, iar diodele D2 si D4 fiind invers polarizate, sunt blocate.

La aparitia celei de-a doua alternante, D1 si D1 sunt blocate, pe când D1 si D1 conduc, determinând aparitia curentului i ce strabate în acelasi sens rezistenta de sarcina Rs.

Se observa ca forma tensiunii redresate este aceeasi ca si în cazul redresorului folosind un transformator cu priza mediana, tensiunea inversa maxima pentru fiecare dioda fiind însa Uim, ca si în cazul redresorului monoalternanta.

Dezavantajele acestui montaj constau în numarul marit de diode folosite (patru) si necesitatea unei bune izolari fara de restul elementelor a capatului nelegat la masa al rezistentei de sarcina.

1.4. Redresoare monofazate cu dublare tensiunii redresate

În anumite aplicatii practice, este necesara obtinerea unei tensiuni redresate mai mari decât tensiunea alternativa aplicata. În acest caz se folosesc scheme cu multiplicarea tensiunii.

Un multiplicator de tensiune contine cel putin doua redresoare de vârf care produc o tensiune continua egala cu multiplul tensiunii de vârf de intrare (2Vp, 3Vp etc.). Aceste circuite sunt utilizate în aplicatii în care este necesara o valoare ridicata a tensiunii si un curent slab (de exemplu: alimentarea tuburilor cinescop).

În schema din figura 9 se reprezinta redresoare cu dublare de tensiune În doua variante: în montaj în punte (a) si folosind un punct comun între sursa de curent alternativ si sarcina (b).

fig.9 Redresoare monofazate cu dublare de tensiune:

a) - varianta in punte b) - varianta cu punct comun intre sursa de curent si sarcina

In primul caz (fig. 9), schema este alcatuita din doua redresoare monofazate, monoalternanta, independente: D1, C1 si respectiv D2, C2. Presupunând sarcina deconectata,

12

în alternan_ele pozitive dioda D1 conduce, iar C1 se încarca la valoarea de vârf Um a tensiunii alternative, cu polaritatea indicata în figura.

Tensiunea pe capacitate ajunge la aproximativ valoarea maxima a acestei tensiuni. În alternanta negativa a tensiunii din secundar condensatorul C2 se încarca prin dioda D2 la aceasi valoare. Caderea de tensiune pe rezistenta de sarcina are, în acest caz, valoarea maxima egala cu:

U0 = UL max _ 2U2 max (19)

fig. 10 Schema tripliorului de tensiune

fig. 11 Schema unui multiplicator de tensiune

2. REDRESOARE TRIFAZATE

Într-o serie de domenii de utilizare, energia de curent continuu are pondere mai mare decât energia de curent alternativ: electrochimie, electroliza, încarcarea acumulatorilor, tractiune electric etc. Redresorul realizeaza transformarea energiei de curent alternativ în energie de curent continuu. Energia electrica se transmite de la reteaua de curent alternativ la receptorul de curent continuu.Instalaiile mari consumatoare de curent continuu utilizeaza în special redresoare trifazate, care prezinta o serie de avantaje fata de cele monofazate: încarcarea retelei de alimentare este mai uniform, reducându-se interferentele la functionarea cu alte echipamente conectate la aceeasi retea; tensiunea redresata este mai neteda, ceea ce determina eventuala utilizare a unor filtre de netezire mai simple, factorul de utilizare al transformatorului de alimentare este mai mare, obtinandu-se pentru o putere redresata data o reducere a gabaritului si pretului de cost. Structura circuitelor energetice ale redresorului depinde de sursa de energie si de natura receptoarelor alimentate. In acest context, redresoarele trifazate pot fi clasificate în functie de dispozitivele de redresare utilizate, în:

- necomandate (cu diode), care au tensiunea de iesire fixa;- comandate (cu tiristoare), cu tensiunea de iesire reglabila;

Schemele de redresare pot fi realizate: cu punct median (scheme cu un tact) si

13

în punte (scheme cu doua tacte).Alimentarea circuitelor de redresare poate fi realizata cu sau fara transformator, direct de la retea. Utilizarea transformatorului în circuitul energetic al redresorului permite multiplicarea numărului m de faze secundare în scopul realizarii unor performante superioare fata de cele corespunzatoare la trei faze (m=3). Primarul transformatorului poate fi conectat atât în stea, cât si în triunghi. Pentru a reduce dezechilibrul de excitatie se foloseste conexiunea în triunghi, evitându-se astfel deformarea tensiunii în secundar.

2.1. Redresoare trifazate în steaPentru obtinerea puterilor mari ce depasesc sute de wati, se folosesc redresoare trifazate. Schema unui redresor trifazat în stea este redata in figura 12.In aceasta schema numita “de redresor in Y” sau “in stea” conduce pe rând câte o dioda, in timp ce celelalte doua sunt blocate. Tensiunile celor trei infasurari ale transformatorului sunt decalate între ele la 120°.

fig.12 Redresor trifazat in stea:a) - schema electric_b) - forma tensiunii la bornele sarcinii

Pe rând, pe anodul câte uneia dintre diode se aplica o tensiune mai mare decât pe anozii celorlalte doua si aceasta dioda se deschide mai mult. Dioda care conduce, având o rezistenta neglijabila, transmite tot potentialul în punctul comun de legare al tuturor catozilor, blocând celelalte doua diode. Tensiunea de la bornele sarcinii urmareste vârfurile sinusoidelor (fig. 9.b). Redresorul are un factor de ondulatie de valoare mai mica decât a redresorului dubla alternanta, iar frecventa componentei alternative aflate în tensiunea redresata este de trei ori mai mare decât frecventa retelei, ceea ce usureaza eliminarea ei.

2.2. Redresoare trifazate in montaj de tip punteIn figura 13 este redata schema unui redresor trifazat în montaj de tip punte. In acest caz,

în fiecare moment sunt în conductie câte doua diode care conduc câte o treime de perioada, iar comutarea lor se face succesiv.

14

fig.13 Redresor trifazat in punte:

a) - schema electrica

b) - forma tensiunii la bornele sarcinii

Tensiunea de iesire se apropie foarte mult, ca forma, de o tensiune continua. Redresorul ofera avantajul unei încarcari echilibrate a celor trei faze, ceea ce este de mare importanta în cazul puterilor mari.

CAPITOLUL II

REDRESOARE COMANDATE Redresoarele semicomandate si cele comandate asigura la ieşire o tensiune continua

reglabila. Principala utilizare a acestor redresoare este reglarea turaţiei motoarelor de c.c. prin conectarea redresoarelor fie in indus fie in circuitul de excitaţie al motoarelor de c.c. In cazul conectării redresorului in indusul motorului, turaţia se reglează prin variaţia tensiunii produsa de redresor si turaţia variază in acelaşi sens cu variaţia tensiunii de comanda. La conectarea redresorului in circuitul de excitaţie al motorului turaţia se reglează prin metoda fluxului de excitaţie si turaţia variază in sens invers cu variaţia tensiunii de comanda. Cu toate ca redresoarele comandate sunt mai scumpe fata de cele semicomandate ele se utilizează mai mult deoarece pot asigura si frânarea cu recuperare de energie in cazul motoarelor ce functioneaza in ambele sensuri de rotaţie.

15

Comutaţia directa a tiristoarelor din cadrul redresoarelor se face prin aplicarea unui impuls de comanda in circuitul poarta-catod atunci când tiristorul este polarizat direct de circuitul de forţa. Astfel prin controlul momentului amorsării pe durata polarizării directe se obţine un reglaj continuu al tensiunii de ieşire. Aceasta metoda se numeşte comanda in faza a tiristoarelor.Comutaţia inversa a tiristoarelor se face prin micşorarea curentului prin circuit sub valoarea curentului de menţinere sau prin aplicarea unei tensiuni inverse.

1. REDRESOARE COMANDATE  MONOFAZATE

Redresoarele monofazate cu tiristoare sunt utilizate frecvent pentru controlul puterilor (decurent alternativ sau de curent continuu) dezvoltate în sarcini ca: motoare electrice de c.c., instalaţiide încălzire şi de reglare a temperaturii tec.Schemele cele mai răspândite şi formele de undă care ilustrează funcţionarea lor în cazulunor sarcini rezistive, sunt arătate în figurile 1 şi 2. Redresoarele comandate cu tiristoare permitreglajul continuu al tensiunii la ieşire prin controlul momentului amorsării (intrării în conducţie)acestor dispozitive în raport cu începutul alternantei pozitive.Unghiul de întârziere al amorsării raportat la începutul alternantei pozitive se numeşte unghi de comandă iar metoda respectivă este denumită comanda prin controlul fazeiTensiunea de alimentare a redresorului fiind alternativă, tiristorul se blochează atunci când tensiunea anodică trece prin zero pentru a-şi schimba semnul. În timpul alternantei negative poarta (electrodul de comandă) îşi recapătă proprietatea de control a momentului amorsării dispozitivului în următoarea alternanţă pozitivă a tensiunii de alimentare.În figurile 1.a şi 1.b sarcina este alimentată, prin intermediul tiristorului Th, de la înfăşurarea secundară a transformatorului de reţea Tr cu o tensiune: u=Um sin(t).Tiristorul este amorsat în timpul alternantei pozitive, cu ajutorul impulsurilor furnizate de circuitul de comanda CC şi rămâne blocat în timpul alternantei negative.Până la aplicarea impulsului iG curentul prin tiristor este nul. După deschiderea tiristorului, curentul variază proporţional cu tensiunea aplicată. Se observă că modificarea unghiului de comandă se realizează prin modificarea fazei impulsurilor iG.Tensiunea continuă pe rezistorul de sarcină, proporţională cu curentul mediu, rezultă mai mică decât în cazul când unghiul de amorsare este zero, ca la redresorul necomandat.

16

Figura 2. Forme de unda pentru schema din fig. 1

17

1.1. REDRESOARE MONOALTERNNŢĂ COMANDAT

Cel mai simplu redresor monofazat comandat este prezentat în figura 3a. Deosebim următoarele cazuri:

a) CIRCUIT DE SARCINĂ PUR REZISTIV

Formele de undă ce caracterizează funcţionarea redresorului sunt redate în fig. 2.1bTiristorului T din figura 2.1 i se aplică o tensiune de comandă între grilă şi catod la ωt=α . Se va stabili un curent prin tiristor şi rezistenţa de sarcină atâta timp cât tensiunea în anodul tiristorului este pozitivă în raport cu catodul. Curentul în circuit este:

a)

b)

Fig.3 .Redresor monoalternaţă şi formele de undă aferente

i=√2U2

RS

sin ωt .(1)

pentru α <ωt<π .

Valoarea medie a tensiunii la bornele rezistenţei de sarcină este:

Udmed=1

2π∫α

π

√2U2 sin ωtd (ωt )=√2U2

2 π(1+cosα ) ,

(2)iar curentul

I med=√2 U2

RS

(1+cosα ) .(3)

18

uG

RS

T

ud

ud

2 π

ωt

ωt

ωtπα

u2

u2

b) Circuit de sarcina pur inducti

Dacă circuitul de sarcină este o inductanţă pură, cu R=0,formele de undă se prezintă ca în fig.4.

Fig. 4. Redresorul cu sarcină pur inductivă.

Comanda tiristorului se face la un unghi ωt=α .Pe durata de conducţie a tiristorului este valabilă relaţia:

Ldidt

=√2U 2 sin ωt ,(4)

care integrând-o şi punând condiţia ca la ωt=α , i=0 ne furnizează expresia curentului prin tiristor, ca fiind:

i=√2U2

ωL( cosα−cosωt ).

(5)Curentul din circuit este o funcţie cosinusoidală, deplasată pe verticală cu cantitatea

I 0=√2 U2

ωLcosα

. 6)

Din relaţia (2.5) se observă că, curentul se anulează, din nou, când ωt=2 π−α ,rezultând că durata de conducţie a tiristorului pe o perioadă este

γ=β−α=2π−2α=2(π−α ) .Valoarea medie a curentului prin circuit este:

I med=

12 π

∫α

2 π−α √2U2

ωL(cos α−cosωt )d (ωt )=

√2U2

πω L⋅[(π−α )cosα +sin α ]

(7)

Tensiunea de sarcină variază identic cu tensiunea de alimentare (neglijând căderea de tensiune pe tiristor) atunci când tiristorul este în conducţie şi se anulează odată cu blocarea acestuia. Datorită faptului că durata de conducţie este simetrică faţă de mijlocul perioadei,

valoarea medie a tensiunii este nulă. Ariile S1 şi S2 sunt egale şi

19

α β

S2

γ

S1

uG

i

ωt

ωt

ωt

ωt2 ππα

ud

ud

T

u2

u2

U Smed=0 . (8)

1.2. . REDRESOARE COMANDATE, BIALTERNANŢĂ

Figura 5 prezintă structura unui redresor bialteranţă, cu priză mediană, iar figura 6 redă principalele forme de undă.

Fig.5. Redresor bialternaţă cu punct de nul.

Circuitul de sarcină din fig.5 se consideră a fi de forma R-L, cu inductanţa de valoare mare, astfel încât curentul prin tiristoare , după intrarea lor în conducţie să fie constant.

În figura 6a tiristoarele sunt comandate la începutul fiecărei alternanţe, ele comportându-se, de fapt, ca nişte diode. Curentul absorbit de la reţea este de formă alternativă, rectangulară şi este compus dintr-o componentă fundamentală, sinusoidală şi un număr de armonici. Întrucât fundamentala curentului absorbit este în fază cu tensiunea de alimentare, circuitul prezintă un factor de putere unitar.

Figura 6b prezintă formele de undă pentru un unghi de amorsare 00¿¿. La t=t0 ,

tiristorul T2 este încă în conducţie, chiar dacă tensiunea de alimentare trece prin zero spre

valori negative, datorită caracterului inductiv al circuitului de sarcină. La t=t1 tiristorul T1

este amorsat, tiristorul T2 este blocat datorită tensiunii negative de alimentare aplicate, T1

conducând până la t=t11când este reamorsat tiristorul T2. De la t01până la t1circulaţia de

putere este dinspre sursă spre consumator, iar de la t1 la t11 circulaţia de putere este dinspre consumator spre sursa de alimentare.

20

udCS

T2

T1

α=00

UalimIT2

IT1

UT1

t3t2t1t0

ud

Fundamentala

curentului de

Fig.6a)

Fig.6b)

Fig.6. Forme de undă pentru redresorul bialternaţă.

Redresor bialternanţă în punte

Fig.7. Redresor bialternanţă în punte.

Redresorul în punte (fig.7) , faţă de redresorul cu priză mediană (fig.5) diferă prin:

- tensiunea inversă maximă la care este supus un tiristor din montajul în punte corespunde valorii maxime a tensiunii reţelei de alimentare, în timp ce la redresorul cu priză mediană tensiunea maximă pe tiristor este dublul tensiunii din înfăşurarea secundară;

- la redresorul în punte trebuie să conducă simultan două tiristoare. Preţul de cost al acestora, precum şi schemele de comandă aferente pot avea un preţ de cost care să facă redresorul în punte mai scump decât redresorul cu priză mediană;

21

ud CS

T4T3

T2T1

Fundamentala

curentului de

00 < α < 900

ϕ

IT1

IT2

Ualim

UT1

ud

α

t2t1 t21t11t01

t0

- datorită conducţiei simultane a două tiristoare, în montajul în punte, randamentul redresorului în punte , la curenţi mari, poate fi diminuat datorită pierderilor de putere care apar pe cele două tiristoare aflate simultan în conducţie.

2.2. REDRESOARE POLIFAZATE COMAN

Fig.8. Redresor trifazat cu secundarul în stea.

Funcţionarea redresorului polifazat comandat este puternic influenţată de modul în care este proiectat şi realizat transformatorul de alimentare. Dacă transformatorul are un flux de dispersie important, în schema echivalentă a transformatorului, pe fiecare fază se regăsesc inductivităţi de dispersie care influenţează profund procesele de comutaţie ale tiristoarelor. În acest paragraf se va analiza funcţionarea redresoarelor polifazate comandate, la care transformatorul de alimentare nu are flux de dispersie, adică inductanţele de comutaţie Lc sunt nule.Figura 8 redă schema electrică a unui redresor polifazat (trifazat) comandat, cu secundarul în stea. Figura 9 prezintă formele de undă a tensiunilor şi curenţilor, la diferite valori ale unghiului de amorsare α .

a) α = 00 b) 00 < α < 900

22

T1A

C

B

ud

T3

T2

u23

u22

CS

u21

ϕ Fundamentala

curentului de intrare

IT2

IT1

u21

UT1

uACuAB

ud

u23u22u21

IT2

IT1

u21

UT1

uACuAB

udu23u22u21

Fundamentala

Fig.9. Forme de undă pentru figura 8.

Circuitul de sarcină CS se consideră format din o rezistenţă de sarcină RS şi o

inductanţă LS , de valoare foarte mare, astfel că prin tiristoare rezultă, după intrarea în conducţie, curent de amplitudine constantă.

Unghiul de comandă al tiristoarelor, α , se măsoară de la momentul egalităţii a două tensiuni de pe două faze consecutive. El trebuie să fie acelaşi pentru toate tiristoarele din

sistem. În fig.9a, la α=0 , tiristoarele conduc 1200.

Dacă unghiul de comandă creşte, (fig.9b), datorită inductanţei de sarcină de valoare mare, circulaţia curentului prin tiristorul aflat în conducţie se menţine până în momentul comenzii tiristorului următor, chiar dacă tensiunea fazei aflate în conducţie devine negativă. Inductanţa, opunându-se variaţiilor de curent, generează o tensiune de autoinducţie, care însumată cu tensiunea fazei care conduce menţine circulaţia curentului în circuit.

Rezultă că, dacă comanda tiristoarelor se face după anularea tensiunii fazelor care au condus, în componenţa tensiunii redresate apar porţiuni negative. Valoarea unghiului de comandă la care apare această situaţie se numeşte unghi limită şi este egal cu:

α lim=π2− π

m . (15)

Alegând originea timpului când u21 are valoare maximă, valoarea medie a tensiunii redresate este dată de relaţia (m-număr de faze):

Ud 0α=m

2π∫

− πm

+α

πm

+α

√2U2 cosωtd( ωt )=√2U2

πm sin

πm

=Ud 0cosα .

(16)

Rezultă că, reglând unghiul de comandă al tiristoarelor între 0 şi 90º, valoarea medie a tensiunii redresate se modifică între zero şi valoarea maximă.

Valoarea medie a tensiunii de ieşire scade pe măsură ce α depăşeşte 900, durata de conducţie a tiristoarelor rămânând tot 1200. Circuitul îşi schimbă rolul din redresor în invertor.

Defazajul φ dintre fundamentala curentului absorbit şi tensiunea de fază urmăreşte modul de variaţie al unghiului α .

Dacă inductanţa de sarcină LS , din circuitul de sarcină CS devine nulă, redresorul debitează pe o sarcină pur rezistivă. Formele de undă sunt redate în figura 10.

23

Fig10. Diagramă pentru redresorul cu sarcină rezistivă.

Dacă unghiul de comandă α <α lim , valoarea medie a tensiunii redresate este dată tot

de relaţia (2.16), iar dacă α >α lim , valoarea medie se calculează astfel:

Ud 0α=m

2 π∫

− πm

+α

π2

√2 U2 cosωtd( ωt )=√2U2 m

2π [1−sin (α−πm

)] . (17)

Pentru a creşte valoarea medie a tensiunii redresate se poate mări numărul de faze de la m = 3 la m = 6. Se obţine un redresor hexafazat (fig.11).

Fig11. Redresor comandat hexafazat.

Dacă se doreşte a se mări şi curentul debitat, se pun în paralel două redresoare trifazate, prin intermediul unei bobine de egalizare, ca în figura 12

24

α ud

u23u22u21

CS

T6T5T4T3T2T1

ud

BA

CS

T6T5 T4T3 T2T1

Fig.12. Redresor trifazat cu bobină de egalizare.

Tensiunea redresată dată de redresorul din figura 12 este o tensiune ce conţine 6 pulsuri şi are aceeaşi formă de variaţie în timp cu cea dată de redresorul hexafazat, cu deosebirea că durata de conducţie a tiristoarelor din figura 12 este de 1200, faţă de 600 cât conduc tiristoarele din figura 11, rezultând un factor de utilizare al transformatorului mai bun.

O tensiune redresată cu pulsaţii reduse se obţine utilizând sistemul de redresare comandată în punte( fig.14).

Tensiunea redresată provine din însumarea a două tensiuni, una produsă de tiristoarele T1, T3 T5 şi a două produsă de tiristoarele T2, T4, T6 (fig.14b). Forma de undă a tensiunii de ieşire este similară cu cea reprezentată în figura 2.13, intervalele de conducţie ale tiristoarelor fiind precizate în figura 14b şi 14c. Tiristoarele conduc tot 1200, iar componenta alternativă a tensiunii redresate are frecvenţa de 6 ori mai mare decât frecvenţa reţelei.

25

ϕ

Fundamentala curentului de intrare

IT4IT1

u21 – u23

ud

Redresorul B

Redresorul A

u26

u25

u24

u23

u22

u21

Fig.13. Formele de undă pentru redresorul din fig.12

Fig.14.Redresor trifazat în punte; a) circuitul; b) şi c) forme de undă.

BIBLIOGRAFIE

1. I. Ponner, Electronică industrială, Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1972.

26

00<α<900

Ud

Ulinie

5,64,53,43,21,21,6Tiristoare

c)

α

T6T4T2

T5T3T1

b)

a)ud

CS

T6

T5

T4

T3

T2

T1

2. I. Dan, Al. Moseanu, Redresoare cu semiconductoare, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1975.

3. Florin Ionescu, Diode semiconductoare şi redresoare de putere, Ed. Tehnică, Bucureşti, 1995.

4. Florin Ionescu, Smaranda Niţu, Dan Floricău, Electronică de putere vol I –

Dispozitive semiconductoare, Ed. ICPE, Bucureşti, 2000.

5. Ş.Lungu, A.Rusu, S.Pleşa, Dispozitive şi circuite electronice Îndrumător de labrator, Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca, Cluj-Napoca, 1998WWW. REDRESOARE MONOALTERNANTA

WWW. REDRESOARE BIALTERNANTA

27