circuite de redresare

LUCRAREA NR.4 CIRCUITE DE REDRESARE I FILTRARE 1.Introducere Redresarea este procesul de transformare a curentului alternativ n curent continuu. Redresarea este necesar pentru muli consumatori electrici la care curentul trebuie s aib mereu acelai sens: instalaii electrochimice, instalaii de tratament n atmosfer controlat, motoare de curent continuu, acumulatoare i bineneles aparatura electronic. Circuitele care execut aceast transformare se numesc circuite de redresare sau prescurtat redresoare. Circuitele redresoare pot lucra cu tensiune monofazat de 220V c.a. a reelei obinuite sau cu tensiunea trifazat de 3x380V c.a. a reelelor de for. Exist redresoare comandate la care se poate modifica valoarea tensiunii continue n sarcin prin utilizarea unor componente semiconductoare speciale (tiristor, triac, tranzistor IGBT .a.).

Fig.1 Schema bloc a unui circuit de redresare bialternan echipat cu filtru i formele de unda ale tensiunilor n circuit : 1- transformator de reea cobortor, 2- redresor bialternan cu diode, 3- filtru cu condensator, 4- rezisten de sarcin. a- forma tensiunii la intrarea redresorului, b- tensiunea pe sarcin cu filtrul deconectat, c- tensiunea pe sarcin cu filtrul conectat. 47

FLORIN MIHAI TUFESCU

ELECTRONIC FIZIC LUCRRI PRACTICE

n urma redresrii se obine o variaie mare a curentului prin sarcin iar n cazul reelei monofazate exist momente n care curentul devine zero. Muli consumatori electrici nu suport un asemenea regim pulsat de curent i necesit o filtrare care s niveleleze forma acestuia. n fig.1 se prezint schema bloc a unui circuit de redresare echipat cu filtru i formele tensiunii n cazul unei sarcini rezistive conectate la ieire. Reeaua de transport i distribuie a energiei electrice n Romnia utilizeaz curentul alternativ cu tensiunea de 220V/380V i frecvena de 50Hz. (n unele state exist alte tensiuni i frecvene ale reelelor de distribuie). Redresorul este constituit din: 1- transformatorul cu rolul de a aduce tensiunea reelei la o valoare pentru ca la ieirea redresorului s se obin o anumit tensiune redresat. Raportul de transformare este definit prin n1: n2 = U1m: U2m ; 2- elementul redresor propriu-zis cu caracteristic neliniar i conducie unidirecional care realizeaz redresarea ; 3- filtrul de netezire care reduce pulsaiile tensiunii redresate i este constituit de obicei din elemente pasive R, L, C. n unele aplicaii redresorul poate s nu fie prevzut cu filtru de netezire (alimentarea unor motoare de curent continuu, circuite de generare a impulsurilor .a.) Parametrii care definesc un redresor sunt: tensiunea medie redresat obinut n sarcin: Us curentul mediu redresat care strabate sarcina: Is factorul de ondulaie, definit ca:

=

Up Us

(1)

unde Up este amplitudinea armonicii de frecvena cea mai joas prezent la ieire. O redresare de calitate presupune un factor de ondulaie sczut.

48

LUCRAREA NR.4

Circuite de redresare i filtrare, funcionare i performane

Randamentul de redresare, definit de relaia:

=

PU PC

(2)

unde PU =USIS , este puterea util n sarcin, iar PC este puterea furnizat de transformator n circuit. Exist dou tipuri de redresare: monoalternan i bialternan. 2. Redresor monoalternan Schema redresorului monoalternan este dat n fig.2, i const din: transformatorul de reea Tr., dioda D i rezistena de sarcin RS. Tensiunea medie la bornele rezistenei de sarcin este: (3.26) = 1 U medT 2

0

1 u(t )dt =

T 2

RS RS +R

Tt

U 2Msin ( t ) dt =2M

U

RS

(3)

T

0

RS +Rt

Fig. 2 Redresor monoalternan i diagramele de funcionare

49



unde U2M este amplitudinea tensiunii din secundarul transformatorului, este pulsaia acesteia, Rt este rezistena total a diodei i a secundarului transformatorului de reea. Dac se neglijeaz Rt se obine: U med = I med = U med RS + Rt U 2M = U 2M (RS + Rt ) (4)

Curentul maxim prin diod va fi:

I max =

U 2M RS

(5)

iar tensiunea invers maxim pe diod va fi:

U RM = 2M U

(6)

Dac se ia n consideraie cderea de tensiune pe diod de valoare aproximativ constant UD0, atunci tensiunea medie pe sarcin devine: U 2M U D0 U S= (7) 3. Redresor bialternan n punte Schema redresorului bialternan n punte de diode este prezentat n fig. 3. Pe durata alternanei pozitive a tensiunii furnizate de transformatorul de reea diodele D1 i D3 sunt polarizate direct i conduc, n timp ce diodele D2 i D4 sunt blocate. Pe durata alternanei negative diodele D2 i D4 conduc, iar diodele D1 i D3 sunt blocate. Curentul IS prin rezistorul de sarcin RS are tot timpul acelai sens.

50

LUCRAREA NR.4


Fig. 3 a- Schema redresorului bialternan n punte; b- diagramele tensiunilor i curenilor. Tensiunea medie la bornele rezistorului de sarcin este:U

med

=

2 T

T

2

T

0

u(t)dt = TS

2 2

RS

0

R +Rt

U 2Msin ( t ) dt = 2 ()

U 2M R S RS+ Rt

(8)

unde Rt reprezint suma dintre rezistenele n conducie ale perechilor de diode D1, D3, respectiv D2, D4 i a rezistenei nfurrii secundare a transformatorului de reea. Dac se neglijeaz Rt atunci:

U med =Curentul mediu redresat este:

2U 2M

(9)

I med =

US RS

=

2U 2M R S

(10)

51



Curentul maxim prin diodele punii este acelai ca la redresarea monoalternan. Tensiunea invers maxim pe o diod va fi jumtate din tensiunea din secundar (avem dou diode n serie):U U RM = 2M 2

(11)

Dac se ia n consideraie cderea de tensiune pe o diod i se consider c aceasta are o valoare aproximativ constant UD0 , atunci tensiunea medie pe sarcin devine: US = U 2M 2U DO

(12)

Forma semnalelor corespunztoare redresrii bialternan cu punte de diode este dat n fig. 3. b.n tabelul 1 se dau parametrii reprezentativi pentru fiecare din redresoarele prezentate anterior, parametri utili n proiectare. Tabelul 1 Compararea performanelor diferitelor tipuri de redresoareTipul redresorului Eficiena de conversie Frecvena pulsaiilor Tensiunea continu de ieire Coeficientul de pulsaii Tensiunea invers pe o diod Coef. de utilizare al transf. Monoalternan 0,406 f 0,318 U2 1,21 2U2 0,287 Bialternan cu priz 0,812 2f 0,636 U2 0,482 2U2 0,693 Bialternan n punte 0,812 2f 0,636 U2 0,482 U2 0,812

4. Filtrarea curentului redresat Filtrele de netezire sunt filtre trece jos care atenueaz pulsaiile tensiunii redresate, lsnd neschimbat componenta continu. Se folosesc filtre cu diferite structuri care conin capaciti, rezistene, inductane. Cele mai folosite sunt filtrele capacitive. 52

LUCRAREA NR.4


Redresorul cu filtru capacitiv. n fig.4a, se prezint schema redresorului monoalternan cu filtru capacitiv (un condensator de capacitate mare conectat n paralel cu sarcina). n fig. 4 b,c,d, se prezint diagramele de funcionare. Condensatorul schimb regimul de funcionare al diodei. Aceasta va conduce n intervalul 1 2, cnd dioda este polarizat direct. Atta timp ct dioda conduce, curentul care o strbate este egal cu suma dintre curentul de ncrcare al condensatorului i curentul prin sarcin. Pe timpul ct dioda este blocat condensatorul asigur curentul prin sarcin, cu alte cuvinte acesta se descarc prin rezistena de sarcin. Acest timp este egal cu T (2 1) pe durata unei perioade (T) a tensiunii de reea.

Fig. 4 a- redresor monoalternan cu filtru capacitiv; b- curba real a tensiunii de ieire; c- curbele reale ale curenilor iD; iC; iS; d- curba idealizat a tensiunii de ieire. Pentru determinarea valorii medii Umed i a factorului de pulsaie se presupune c n intervalul de timp ct dioda este blocat tensiunea 53



US variaz liniar n timp i crete brusc cnd tensiunea din secundar devine maxim. n aceast situaie tensiunea medie pe sarcin va fi:U med = U2M

Ur 2

(13)

unde Ur este amplitudinea variaiei tensiunii pe sarcin, care se numete tensiune de riplu, ea fiind dat de:Ur = T I med Q I med = = C C fC

(14)

Q reprezentnd variaia sarcinii condensatorului n intervalul [/2 5/2]. Deoarece tensiunea pe sarcin variaz liniar n intervalul ct dioda nu conduce cu amplitudinea UrUmed curentul debitat de condensator se poate considera constant i egal cu I med. n aceast situaie tensiunea medie pe sarcin devine:U med = U 2M 1 1+ 2fR S C

(15)

Dac se ia n consideraie cderea de tensiune pe diod i se aproximeaz c aceasta are o valoare constant UD atunci tensiunea medie pe sarcin devine: U 2M U DO US = (16) 1 1+ 2fRS C Fenomenele sunt asemntoare i n cazul redresorului bialternan cu filtru capacitiv. Diferenele ce apar au drept cauz faptul c pulsaia tensiunii pulsatorii obinute n cazul redresrii bialternan este dubl i prin urmare timpul de descrcare al condensatorului pe rezistena de sarcin este mai scurt. Pe timpul unei perioade a tensiunii de reea condensatorul se ncarc de dou ori. De 54

LUCRAREA NR.4


asemenea cderea de tensiune pe diode este 2UD0 deoarece n serie cu sarcina exist dou diode. n tabelul 2 se dau parametrii reprezentativi pentru redresoarele monoalternan i bialternan prevzute cu filtru capacitiv. Tabelul 2 Parametrii reprezentativi monoalternan i bialternan.Tipul redresorului Puterea tipic a transformatorului Tensiune n secundar Tensiune invers pe diod Curentul mediu prin diod Curentul n secundarul transf. Valoarea condensatorului (mF)* Tensiunea maxim pe condensator Curentul max. la pornire (C in mF) Frecvena riplului Monoalternana 1,73PS 0,95US 2,4US 1,0IS 2,1IS 5Is/Ur 1,4US 0,7CUS 50Hz

pentruBialternan cu priz 1,48PS 0,9US 2,25US 0,51IS 1,1IS 2Is/Ur 1,41US 0,7CUS 100Hz

redresoareleBialternan n punte 1,24PS 0,9US 1,13US 0,51IS 1,57IS 2Is/Ir 1,41US 0,7CUS 100Hz

*Ur reprezint amplitudinea maxim a riplului adic a tensiunii alternative pe sarcin. 5. Partea experimental 1. Se realizeaz schemele din fig.2 i fig.3; pe planeta de lucru va fi realizat circuitul conform fig.5. Se studiaz cu ajutorul osciloscopului forma tensiunilor la ieirea transformatorului de reea i forma tensiunii pe sarcin. 2. Se conecteaz pe rnd condensatoare de diferite valori n paralel cu RS ; se studiaz cu ajutorul osciloscopului forma tensiunilor la ieirea transformatorului i pe sarcin care se compar cu cele din cazul precedent. Se analizeaz forma tensiunii de riplu Ur.

55



Fig.5 Montaj experimental pentru studiul proceselor de redresare i filtrare. 3. Se traseaz caracteristicile Umed =Umed (Imed) i Ur=Ur (Imed) pentru patru situaii: - redresare monoalternan: capacitate de filtrare - 470F - 2200 F - redresare bialternan: capacitate de filtrare - 470 F - 2200 F Curentul prin rezistorul de sarcin (preferabil cutie cu rezistene) va fi modificat n limitele 0 100mA. 4. Se vor calcula valorile tensiunii de riplu Ur pentru cteva valori ale Imed i se vor compara cu valorile msurate n acele puncte. Note: rezistena de sarcin trebuie aleas mai mare dect o valoare limit determinat de curentul maxim prin diode: RS>Us/Idmax. Atenie la puterea maxim suportat de rezistorul de sarcin; tensiunea invers maxim a diodei se alege de cca. 3 ori mai mare dect tensiunea efectiv n secundarul transformatorului; cderea de tensiune pe o diod cu siliciu se va considera UD0=0,6V.

56

circuite de redresare

Documents