electronica de putere curs

Electronica de Putere

Electronică deElectronică de putereputere

1


Curs 1Curs 1

I.I. Stabilizatorul de tensiuneStabilizatorul de tensiune

I.1.I.1. Parametrii şi clasificarea stabilizatoarelor de tensiuneParametrii şi clasificarea stabilizatoarelor de tensiune Stabilizatorul de tensiune reprezintă o instalaţie electrică ce asigurăStabilizatorul de tensiune reprezintă o instalaţie electrică ce asigură

la bornele unui consumator o tensiune constantă în condiţiile în care sela bornele unui consumator o tensiune constantă în condiţiile în care se modifică în anumite limite fie tensiunea de la reţea fie impedanţamodifică în anumite limite fie tensiunea de la reţea fie impedanţa consumatorului.consumatorului.

Stabilizatoarele pot fi:Stabilizatoarele pot fi:a)a) de tensiune continuăde tensiune continuăb)b) de tensiune alternativăde tensiune alternativă

a)a) –– stabilizatoare parametrice – folosesc dispozitive electronice pe carestabilizatoare parametrice – folosesc dispozitive electronice pe care tensiunea rămâne constantă într-o plajă de variaţie a curentului detensiunea rămâne constantă într-o plajă de variaţie a curentului de sarcină sarcină - stabilizatoare electronice – în componenţa lor intră un circuit de- stabilizatoare electronice – în componenţa lor intră un circuit de

reglare cu rol de a sesiza variaţiile tensiunii la bornele consumatorului şireglare cu rol de a sesiza variaţiile tensiunii la bornele consumatorului şi de a corecta valoarea acestei tensiuni când se modifică tensiunea dede a corecta valoarea acestei tensiuni când se modifică tensiunea de intrare sau valoarea tensiunii. intrare sau valoarea tensiunii. b)b) –– feromagnetice – folosesc proprietatea de saturare a unui circuitferomagnetice – folosesc proprietatea de saturare a unui circuit

magnetic în vederea modificării sau menţinerii constante a tensiuniimagnetic în vederea modificării sau menţinerii constante a tensiunii alternativealternative- cu tiristoare – se bazează pe posibilitatea aducerii în conducţie a- cu tiristoare – se bazează pe posibilitatea aducerii în conducţie a tiristoarelor la diferite momente de timp în vederea modificării valoriitiristoarelor la diferite momente de timp în vederea modificării valorii efective a tensiunii reţelei.efective a tensiunii reţelei.

Stabilizatoarele de tensiune continuă după principiile de funcţionare pot fi:Stabilizatoarele de tensiune continuă după principiile de funcţionare pot fi:a)a) stabilizatoare liniare – la care elementul de reglare lucrează pestabilizatoare liniare – la care elementul de reglare lucrează pe

porţiunea liniară a caracteristicii curent-tensiune;porţiunea liniară a caracteristicii curent-tensiune;b)b) stabilizatoare în comutaţie – elementul de reglare lucrează în regimstabilizatoare în comutaţie – elementul de reglare lucrează în regim

blocat – saturat. La aceste stabilizatoare pierderile de putere sunt maiblocat – saturat. La aceste stabilizatoare pierderile de putere sunt mai mici însă au dejavantajul paraziţilor introduşi în reţea.mici însă au dejavantajul paraziţilor introduşi în reţea.Performanţele uni stabilizator se apreciază prin următorii parametrii:Performanţele uni stabilizator se apreciază prin următorii parametrii:

1.- Factorul de stabilizare în raport cu tensiunea:1.- Factorul de stabilizare în raport cu tensiunea:ΔUΔUii

UUii

FFuu = = ΔUΔUss

UUss R Rss= ct= ct2.- Factorul de stabilizare în raport cu R2.- Factorul de stabilizare în raport cu Rss:: ΔRΔRss

RRss

FFRR = = ΔUΔUss

UUss U Uii= ct= ct3.- Coeficientul de stabilizare3.- Coeficientul de stabilizare

ΔUΔUII

SSoo = = ΔUΔUss I Iss = ct = ct

2


4.- Rezistenţa de ieşire4.- Rezistenţa de ieşireΔUΔUss

RRoo = = ΔIΔIss U Uii = ct = ct

Din punct de vedere al structurii se disting două tipuri deDin punct de vedere al structurii se disting două tipuri de stabilizatoare:stabilizatoare:a) cu element de reglare paralele b) cu element de reglare serie a) cu element de reglare paralele b) cu element de reglare serie

+ I + I R R 11

22 IISS

+ + IIERER I IS S 33 RRSS U USS UUi i ER ER UUSS U Uii

RRSS

-- - - a)a) presupunând cu Ui creşte rezultă creşterea de curent absorbit iarpresupunând cu Ui creşte rezultă creşterea de curent absorbit iar

elementul de reglare trebuie să prezinte o rezistenţă dinamică cât maielementul de reglare trebuie să prezinte o rezistenţă dinamică cât mai mică pentru ca creşterea de curent să fie preluată integral de ER. Dacămică pentru ca creşterea de curent să fie preluată integral de ER. Dacă UUII rămâne constant se modifică R rămâne constant se modifică RSS, trebuie ca tensiunea U, trebuie ca tensiunea USS să fie să fie menţinută constant. Acest lucru este posibil dacă se modifică starea demenţinută constant. Acest lucru este posibil dacă se modifică starea de conductibilitate a elementului de reglare astfel ca pentru domeniul deconductibilitate a elementului de reglare astfel ca pentru domeniul de variaţie a lui IER tensiunea la borne să fie constantă.variaţie a lui IER tensiunea la borne să fie constantă.

b)b) Dacă RDacă RSS= ct şi se modifică tensiunea de intrare trebuie să se modifice= ct şi se modifică tensiunea de intrare trebuie să se modifice rezistenţa între 1 şi 2 astfel încât aceste salturi de tensiune să fierezistenţa între 1 şi 2 astfel încât aceste salturi de tensiune să fie preluate de ER între punctele 1 şi 2.preluate de ER între punctele 1 şi 2.Dacă UDacă UII= ct şi se modifică R= ct şi se modifică RSS, în primul moment se modifică tensiunea, în primul moment se modifică tensiunea între punctele 2 şi 3, tensiunea ce influenţează ER în sensul că preiaîntre punctele 2 şi 3, tensiunea ce influenţează ER în sensul că preia variaţia tensiunii de ieşire.variaţia tensiunii de ieşire.Exemplu: Exemplu: Stabilizatorul parametricStabilizatorul parametric ΔU ΔUZZ I I UUZmaxZmax U UZminZmin

I I RR

A IA IZminZmin

IIZZ I ISS

DDZZ I IZZ

UUII R RSS U USS

IIZmaxZmax

Se pune problema determinării factorului de stabilizareSe pune problema determinării factorului de stabilizareUUII = I R + U = I R + USS = I R + U = I R + Uzz = (I = (IZZ + I + ISS) R + U) R + UZZ = (I = (IZ Z + U+ UZZ/R/RSS)R + U)R + UZZ

SSoo = ΔU = ΔUii/ΔU/ΔUSS = ΔU = ΔUii/ΔU/ΔUZZ = 1 + r(1/r = 1 + r(1/rZZ + 1/R + 1/RSS) ) Deoarece RDeoarece RSS ››R ››RZZ rezultă S rezultă So o ≈≈ 1 + R/r 1 + R/rZZ ‹ 10 ‹ 10

1.2.-1.2.- Stabilizatoare de tensiune continuă cu buclă de reacţie Stabilizatoare de tensiune continuă cu buclă de reacţie

3


Din punct de vedere al schemei bloc se împart în 2 categorii:Din punct de vedere al schemei bloc se împart în 2 categorii:a)a) –– cu element de reglare paralelcu element de reglare paralelb)b) –– cu element de reglare seriecu element de reglare serie

RRss U USS

RRss U Uii

UUSS

(a) (b)(a) (b)

1 – element de referinţă – trebuie să asigure o tensiune ct. în toată gama1 – element de referinţă – trebuie să asigure o tensiune ct. în toată gama de tensiuni.de tensiuni.2 – detectorul de eroare – are rolul de a compara tensiunea dată de2 – detectorul de eroare – are rolul de a compara tensiunea dată de elementul de referinţă cu cea de la ieşire.elementul de referinţă cu cea de la ieşire.3 – amplificatorul de eroare – amplifică semnalul de eroare şi modifică3 – amplificatorul de eroare – amplifică semnalul de eroare şi modifică starea de conducţie a elementului de reglare.starea de conducţie a elementului de reglare.4 – element de reglare.4 – element de reglare.1.2.1.- Stabilizatoare de tensiune continuă cu reacţie şi fără amplif. De1.2.1.- Stabilizatoare de tensiune continuă cu reacţie şi fără amplif. De eroareeroare R Rrr T RT Rrr--rezist.redresoruluirezist.redresorului UUBEBE I IZZ D DZZ--elem.de referinţăelem.de referinţă RRBB I IBB T- T-elem.de reglareelem.de reglare CC11 R RSS J Joncţ.BE-detectoruloncţ.BE-detectorul IIBB I IZZ C C22 de eroare. de eroare. UUii

UUSS

++

Performanţele stabilizatorului se calculează în două situaţii:Performanţele stabilizatorului se calculează în două situaţii:a)a) Se modifică curentul prin sarcinăSe modifică curentul prin sarcină

∆U∆USS = ∆U = ∆Uzz’’ + ∆U + ∆Uzz

”” + ∆U + ∆UBEBE

-- ∆U∆Uzz’ ’ – variaţia tensiunii Zenner datorată modificării curentului de– variaţia tensiunii Zenner datorată modificării curentului de

bază funcţie de curentul de sarcinăbază funcţie de curentul de sarcină∆U∆Uzz

’’ = r = rzz ∆I∆IBB = r = rzz ∆I ∆ISS/h/h2IE2IE -- ∆U∆Uzz

” – ” – modificarea tensiunii Zenner datorită modificării de tensiunemodificarea tensiunii Zenner datorită modificării de tensiune dede pe Cpe C11 odată cu modificarea curentului de sarcină odată cu modificarea curentului de sarcină∆U∆Uzz

”” = r = rzz ∆I ∆IBB = r = rzz R Rrr ∆I ∆ISS/R/RBB + r + rzz

- ∆U- ∆UBEBE = ∆I = ∆ISS/g/g2IE2IE ==> ==> RR00 = ∆U = ∆USS /∆I /∆ISS = r = rzz/h/h2IE2IE + r + rZZ R Rrr/(R/(RBB + r + rZZ) + 1/g) + 1/g2IE2IE

b)b) Se modifică tensiunea de la ientrare. Dacă această tensiune seSe modifică tensiunea de la ientrare. Dacă această tensiune se modifică în limitele în care nu se depăşeşte Umodifică în limitele în care nu se depăşeşte UCE0CE0 al tranzistorului atunci al tranzistorului atunci variaţia tensiunii la ieşire pot fi aproximate cu variaţii ale tensiuniivariaţia tensiunii la ieşire pot fi aproximate cu variaţii ale tensiunii Zenner.Zenner.

4

4 3 2

1

4

3 2

1


În aceste condiţii tensiunea Zener este modificată numai de curentulÎn aceste condiţii tensiunea Zener este modificată numai de curentul dat de rezistenţa de polarizare Rdat de rezistenţa de polarizare RBB..∆U∆USS ≈ ∆U ≈ ∆UZZ = r = rZZ ∆I ∆IRBRB = r = rZZ ∆U ∆Uii/r/rZZ+R+RBB

SS00 = ∆U = ∆Uii/∆U/∆USS = 1 + R = 1 + RBB/r/rZZ

SS00 < 12 – 15 < 12 – 15

1.2.2.- Element de reglare rerie cu tranzistoare în cascadă1.2.2.- Element de reglare rerie cu tranzistoare în cascadă RR11

+ U+ U1 1 IIZZ U U22

TT22 T T11

E ≈ 2,5VE ≈ 2,5VCazuri:Cazuri:a)a) UU22 = 0; I = 0; I22 = I = I2max2max

Ambele tranzistoare lucrează în regiunea activă iar UAmbele tranzistoare lucrează în regiunea activă iar UCE1CE1 = E – U = E – UBEBE ≈ 2V ≈ 2V ==> Pe tranzistorul T==> Pe tranzistorul T11 se disipă o putere mică se disipă o putere micăDacă alegem RDacă alegem R11 astfel încât R astfel încât R11 = U = U11/I/I2max2max, practic pe cele două, practic pe cele două tranzistoare se disipă puteri foarte mici (nu sunt solicitate)tranzistoare se disipă puteri foarte mici (nu sunt solicitate)

b)b) II22 = I = I2max2max; U; U22 – variabilă – variabilăTranzistorul TTranzistorul T11 va avea acelaşi regim termic ca şi în cazul (a) în schimb va avea acelaşi regim termic ca şi în cazul (a) în schimb tensiunea pe Ttensiunea pe T22 va fi U = U va fi U = U11 – U – U22

PP22 = (I = (I22 – U/R – U/R11) U) UδP2/δU = 0 ==> IδP2/δU = 0 ==> I22 – 2U/R – 2U/R11 = 0 ==> I = 0 ==> I2max2max = 2U/R = 2U/R11 ==> ==>

U = IU = I2mx2mx R R11/2 = U/2 = U11/2/2PP2max2max = (I = (I2max2max – I – I2max2max R R11/2R/2R11) U) U11/2 = U/2 = U1 1 II2max2max/4 ==> Puterea maximă/4 ==> Puterea maximă

este de 25% din puterea pe care o dă redresoruleste de 25% din puterea pe care o dă redresorulc)c) UU22 = 0; I = 0; I22 variabilă (descreşte de la I variabilă (descreşte de la I2max2max la 0) la 0)

În această situaţie, dacă curentul prin TÎn această situaţie, dacă curentul prin T22 scade mult se poate bloca ţşi scade mult se poate bloca ţşi întregul curent se stabileşte prin Tîntregul curent se stabileşte prin T11 şi R şi R11..TT11 este cel solicitat, puterea pe el fiind P este cel solicitat, puterea pe el fiind P11 = (U = (U11 – I – I2max2max R R11)I)I22

δδP1/P1/δδII22 = 0 ==> U = 0 ==> U11 = 2 I = 2 I22 R R11 = 0 ==>I = 0 ==>I22 = U = U11/2R/2R11 şi în mod similar ca la şi în mod similar ca la (b) se obţine că puterea disipată pe T(b) se obţine că puterea disipată pe T11 maximă este tot 25% din maximă este tot 25% din puterea debitată de redresor.puterea debitată de redresor.Soluţia concretă de realizare:Soluţia concretă de realizare: RR11

UU11 T T22 T T1 1 UU22 T T33 comandă ambelecomandă ambele ttranzistoare Tranzistoare T11 şi T şi T22.. Se Se alege U alege U..

11< U< U11 a.î. a.î. DD11 D. D.stabiliz. stabiliz. se evită pericolulse evită pericolul RR22 A A străpungerii tranz.Tstrăpungerii tranz.T33

UU11.. T T33

Dacă TDacă T22 se poate bloca, U se poate bloca, UBE2BE2 poate depăşi 5 V. Pentru evitarea poate depăşi 5 V. Pentru evitarea străpungerii lui Tstrăpungerii lui T22 s-a utilizat D s-a utilizat D11..

5


CURS 2CURS 2

1.3.- Stabilizatoare de tensiune cu reacţie1.3.- Stabilizatoare de tensiune cu reacţie

+ U+ Uii T T11 T T11--elem.de reglare serieelem.de reglare serie TT22--amplif.de eroareamplif.de eroare RR11 R R22 R R33 U Uss D DZZ--elem.de referinţăelem.de referinţă RR22,R,R33,R,R44,D,DZZ, -, - RRss d detectorul de eroareetectorul de eroare

TT22

KKUSUS RR44

--

Funcţionare:Funcţionare: U UI I = U= UT1T1 + U + USS

Fie un salt pozitiv al lui UFie un salt pozitiv al lui U ii. Acest salt se regăseşte în primul moment la ieşire. Acest salt se regăseşte în primul moment la ieşire şi se modifică potenţialul bazei lui Tşi se modifică potenţialul bazei lui T22. Deoarece emitorul lui T. Deoarece emitorul lui T22 este la un potenţial este la un potenţial fix, semnalul de eroare rezultat ca diferenţă între tensiunea dată de divizorul Rfix, semnalul de eroare rezultat ca diferenţă între tensiunea dată de divizorul R33,, RR44 şi tensiunea Zenner va aduce în conducţie mai mul tranzistorul T şi tensiunea Zenner va aduce în conducţie mai mul tranzistorul T22 ca urmare ca urmare scade curentul de bază a lui Tscade curentul de bază a lui T11 şi creşte tensiunea sa U şi creşte tensiunea sa UCECE. Rezultă că saltul de. Rezultă că saltul de tensiune de la intrare se regăseşte pe elementul de reglare serie, tensiunea petensiune de la intrare se regăseşte pe elementul de reglare serie, tensiunea pe sarcină rămânând constantă.sarcină rămânând constantă.

În mod asemănător se petrec lucrurile dacă se modifică rezistenţa de sarcinăÎn mod asemănător se petrec lucrurile dacă se modifică rezistenţa de sarcină RRSS şi rămâne U şi rămâne UII constantă. constantă.

Dacă stabilizatorul lucrează la curenţi de sarcină mari, TDacă stabilizatorul lucrează la curenţi de sarcină mari, T11 are nevoie de un are nevoie de un curent de bază mare deci rezistenţa Rcurent de bază mare deci rezistenţa R11 să fie de valoare mică însă nu poate să fie de valoare mică însă nu poate fi fi făcută foarte mică fiind rezistenţă de sarcină pentru AE.făcută foarte mică fiind rezistenţă de sarcină pentru AE.

Cum amplificarea de tensiune cu a acestuia este direct proporţională cuCum amplificarea de tensiune cu a acestuia este direct proporţională cu rezistenţa de sarcină înseamnă că în acest caz nu putem obţine amplificări mari.rezistenţa de sarcină înseamnă că în acest caz nu putem obţine amplificări mari. Acest dezavantaj se poate înlătura dacă se utilizează un generator de curentAcest dezavantaj se poate înlătura dacă se utilizează un generator de curent constant.constant.

+U+Uii T T1 1

DDz1z1 R R55 R R22 R R33

RRSS U USS

TT33 T T2 2

RR11 D DZZ R R44

Generatorul de c.c. are rezistenţă de ieşire mare (==> amplificareGeneratorul de c.c. are rezistenţă de ieşire mare (==> amplificare mare) şi are de asemenea rol de protecţie la scurtcircui la ieşire.mare) şi are de asemenea rol de protecţie la scurtcircui la ieşire.

6


1.4.- Stabilizator de tensiune continuă cu tensiune de ieşire reglabilă de1.4.- Stabilizator de tensiune continuă cu tensiune de ieşire reglabilă de la zero.la zero.

Schema bloc I S.A.Schema bloc I S.A. -sursă auxiliară-sursă auxiliară A.A.- amplif.de eroareamplif.de eroare~ S.A. U~ S.A. Uauxaux T – T – elem.de reglare serieelem.de reglare serie RR11 A Amplificatorul de eroare aremplificatorul de eroare are+ T l+ T la intrare o tensiune carea intrare o tensiune care rrezultă ca diferenţă întreezultă ca diferenţă între ttensiunea pe sarcină şi ceaensiunea pe sarcină şi cea UUN N d de pe potenţialul Re pe potenţialul R22.. A N RA N RSS

UUSS

UUii

RR22

--

El trebuie să modifice starea elementului de reglare astfel încâtEl trebuie să modifice starea elementului de reglare astfel încât conectând tensiunea de la ieşire, tensiunea Uconectând tensiunea de la ieşire, tensiunea UNN să fie foarte mică. În aceste să fie foarte mică. În aceste condiţii curentul furnizat de sursa auxiliară este practic constant. Pentru acondiţii curentul furnizat de sursa auxiliară este practic constant. Pentru a arăta cum se obţine tensiunea reglabilă de la zero rearanjăm elementelearăta cum se obţine tensiunea reglabilă de la zero rearanjăm elementele în configuraţia:în configuraţia:

RR22

-- I UI U ii

+ R+ R11 N + C R N + C RSS

T UT USS

UUauxaux

--

I = (UI = (Uauxaux – U – UN N )/R)/R11 = (U = (UNN + U + Us s )/R)/R2 2 ==>==>

UUauxaux R R22 = U = UNN R R22 + U + Unn R R11 + A + AUU U UNN R R11 = U = UNN R R22 + (1 + A + (1 + AUU) R) R1 1

UUNN = U = Uauxaux R R22/ R/ R22+ (1 + A+ (1 + AUU) R) R1 1 Dacă ADacă AUU este foarte mare rezultă că este foarte mare rezultă că

UUNN este foarte mic ≈ 0. este foarte mic ≈ 0.UUS S = U = Uauxaux R R22/R/R11 ==> prin modificarea lui R ==> prin modificarea lui R22 se obţine U se obţine USS variabil. variabil.

ExempluExemplu de configuraţie de stabilizator cu tensiune reglabilă de la 0 de configuraţie de stabilizator cu tensiune reglabilă de la 0

RR44 T T44

7


RR55

CC11 R R33 R R66 C U C USS

II UUii T T22 T T33

RR22

TT1 1 TT22, T, T33 - AE - AE RR77 T T44 – elem de reglare – elem de reglare UUauxaux D DZZ T T11 R R11 R R22 D DZZ – generator de c.c. – generator de c.c. RR11

UUSS = I R = I R66 + U + UBE3BE3 – U – UBE2BE2 , dacă T , dacă T33, T, T22 identice => U identice => UBE3BE3 = U = UBE2BE2 UUSS = I R = I R66

Funcţionare:Funcţionare: Presupunând un salt pozitiv de tensiune la intrare, acesta sePresupunând un salt pozitiv de tensiune la intrare, acesta se regăseşte în primul moment la ieşire producând modificarea potenţialului în bazaregăseşte în primul moment la ieşire producând modificarea potenţialului în baza lui Tlui T33. Creşterea potenţialului bazei atrage creşterea curentului de colector. Cum. Creşterea potenţialului bazei atrage creşterea curentului de colector. Cum suma curenţilor de colector a lui Tsuma curenţilor de colector a lui T22 şi T şi T33 e constantă, prin creşterea lui I e constantă, prin creşterea lui IC3C3 se se obţine scăderea lui Iobţine scăderea lui IC2 C2 deci scade căderea de tensiune Udeci scade căderea de tensiune UBE4BE4. T. T44 merge spre blocare merge spre blocare => creşte U=> creşte UCE4CE4 deoarece scade I deoarece scade IC4C4

UUii = U = UT4T4 + U + USS

1.5.- Circuite de protecţie pentru stabilizatoarele de tensiune continuă1.5.- Circuite de protecţie pentru stabilizatoarele de tensiune continuăStabilizatoarele de tensiune se protejează pentru două regimuri de avarie:Stabilizatoarele de tensiune se protejează pentru două regimuri de avarie:

(a) la scurtcircuit(a) la scurtcircuit (b) la supratensiune(b) la supratensiune1.5.1.- Circuite de protecţie la supracurent1.5.1.- Circuite de protecţie la supracurent

La stabilizatoarele de tensiune cu element de reglare serie trebuieLa stabilizatoarele de tensiune cu element de reglare serie trebuie prevăzute circuite de protecţie la scurtcircuit pentru că acest curent parcurge înprevăzute circuite de protecţie la scurtcircuit pentru că acest curent parcurge în totalitate tranzistorul de putere al elementului de reglare. Protecţia cu siguranţetotalitate tranzistorul de putere al elementului de reglare. Protecţia cu siguranţe fuzibile rapide sau ultrarapide nu este posibilă în exclusivitate deoarece timpul defuzibile rapide sau ultrarapide nu este posibilă în exclusivitate deoarece timpul de rupere al acestora e mult mai mare decât timpul în care se atinge puterearupere al acestora e mult mai mare decât timpul în care se atinge puterea maximă în elementul de reglare serie. Se impune astfel folosirea unor circuite demaximă în elementul de reglare serie. Se impune astfel folosirea unor circuite de protecţie de tip electronic sau în unele cazuri de tip mixt. Un exemplu de circuitprotecţie de tip electronic sau în unele cazuri de tip mixt. Un exemplu de circuit de protecţie mixt este: Fde protecţie mixt este: F

+ I+ ISS

RR11 S. RS. RSS

R -R - TT RR00

1100 I IS <S < I ISmaxSmax – R – R11 trebuie aleasă astfel încât T să fie adus la saturaţie. În trebuie aleasă astfel încât T să fie adus la saturaţie. În aceste condiţii căderea de tensiune pe traductorul de curent Raceste condiţii căderea de tensiune pe traductorul de curent R00 împreună împreună cu Ucu UCECE trebuie să fie suficientă pentru a deschide lanţul de diode legate în trebuie să fie suficientă pentru a deschide lanţul de diode legate în serie. Deoarece T e la saturaţie puterea disipată pe el a mică şi nuserie. Deoarece T e la saturaţie puterea disipată pe el a mică şi nu necesită radiator.necesită radiator.2200 I IS S > I> ISmaxSmax rezultă creşterea căderii de tensiune pe R rezultă creşterea căderii de tensiune pe R00, se deschid diodele, se deschid diodele aflate în serie. O parte din curentul furnizat de Raflate în serie. O parte din curentul furnizat de RSS e preluat de diode şi e preluat de diode şi

8


întrucât de la o anumită valoare a acestuia tensiunea pe diode e practic ct.întrucât de la o anumită valoare a acestuia tensiunea pe diode e practic ct. rezultă că ansamblul poate fi echivalat cu un generator de c.c. Se alege Rrezultă că ansamblul poate fi echivalat cu un generator de c.c. Se alege R00

astfel încât curentul ce se stabileşte să fie cuprins între (110-120)% Iastfel încât curentul ce se stabileşte să fie cuprins între (110-120)% I SmaxSmax,, curent la care F se arde întrerupându-se alimentarea.curent la care F se arde întrerupându-se alimentarea.

Circuit de protecţie cu întreruperea curentului de sarcinăCircuit de protecţie cu întreruperea curentului de sarcină

KK11

+ R+ R11 T T11 R R00 IISS

RR22 I IB1B1 TT22

UU11 I IC2C2 R RSS

RR33 D D KK22

---- În stare normală de funcţionare TÎn stare normală de funcţionare T11 este saturat prin alegerea este saturat prin alegerea

corespunzătoare a lui rcorespunzătoare a lui r22. Căderea de tensiune pe T. Căderea de tensiune pe T11 şi traductorul de şi traductorul de curent Rcurent R00 este insuficientă pentru deschiderea diodei D şi a joncţiunii BE a este insuficientă pentru deschiderea diodei D şi a joncţiunii BE a lui Tlui T22. În această situaţie T. În această situaţie T22 fiind blocat rezultă fiind blocat rezultă

IIss ≈ U ≈ U11/(R/(R11 + R + R00 + R + RSS) = U) = U11/(R/(R11 + R + RSS).).-- Dacă IDacă IS S > I> ISmaxSmax => creşte căderea de tensiune pe R => creşte căderea de tensiune pe R00 şi la o anumită valoare şi la o anumită valoare

se îndeplineşte condiţia ca dioda şi Tse îndeplineşte condiţia ca dioda şi T22 sî intre în conducţie. O parte din sî intre în conducţie. O parte din curentul prin Rcurentul prin R22 este preluat de T este preluat de T22, reducând I, reducând IB1B1. T. T11 iese din saturaţie, intră iese din saturaţie, intră în zona activă, creşte tensiunea Uîn zona activă, creşte tensiunea UCET1CET1 care va furniza conducţia mai care va furniza conducţia mai puternică a lui Tputernică a lui T22. Printr-un proces de avalanşă se ajunge ca T. Printr-un proces de avalanşă se ajunge ca T22 să fie să fie saturat şi Tsaturat şi T11 blocat. blocat.În această situaţie I´În această situaţie I´SS = U = U11/(R/(R22 + R + RSS), R), Rss → 0 => I´ → 0 => I´SS = U = U11/R/R22..Dacă RDacă R22 = n x KΩ => I´ = n x KΩ => I´SS = n x 10mA neglijabil faţă de cel din ERS. = n x 10mA neglijabil faţă de cel din ERS.

1.5.2. Circuite de protecţie la supratensiune1.5.2. Circuite de protecţie la supratensiune – se construiesc: – se construiesc:a)a) cu releecu releeb)b) cu tiristoare.cu tiristoare.a)a) Circuite de protecţie cu relee:Circuite de protecţie cu relee: 1100 +E R +E RPP

RR + T+ T R P DR P D22 S. S. UU11

--

În situaţie normală, P este reglat astfel încât UÎn situaţie normală, P este reglat astfel încât U11 să nu poată deschide D să nu poată deschide Dzz şi şi T. Dacă apare o supratensiune la redresor se deschide D, T trece în stareT. Dacă apare o supratensiune la redresor se deschide D, T trece în stare saturată, alimentează bobina şi se desface contactul.saturată, alimentează bobina şi se desface contactul.2200

+E R+E Rpp

++ RR11 T T PP

9


R SR S RR22 D DZZ

3300Circuit de protecţie cu Trigger SchmidtCircuit de protecţie cu Trigger Schmidt

EE RREE

TT22

R P TR P T11 S. S.

În stare normală TÎn stare normală T11 blocat, T blocat, T22 saturat saturatb)b) Circuit de protecţie cu tiristoare.Circuit de protecţie cu tiristoare. AA

DDZZ

RR11

RR11 T Thh R RSS

RR22 RedRed

BBÎn mod normal RÎn mod normal R11 şi R şi R22 se aleg a.î. pentru tensiunea între A şi B D se aleg a.î. pentru tensiunea între A şi B DZZ să nu se să nu se deschidă. La depăşirea limitei impuse Ddeschidă. La depăşirea limitei impuse Dzz se deschide prin R se deschide prin R22, apare un, apare un impuls de tensiune care se aplică între grila şi catodul Timpuls de tensiune care se aplică între grila şi catodul Thh, dar apoi trebuie, dar apoi trebuie stins folosind redresorul.stins folosind redresorul.Impulsul de deschidere al tiristorului trebuie să fie de 5V şi să aibă oImpulsul de deschidere al tiristorului trebuie să fie de 5V şi să aibă o anumită durată.anumită durată.

Curs IIICurs III

1.6.- Surse de tensiune continuă în comutaţie1.6.- Surse de tensiune continuă în comutaţie

10


Aceste surse au randamente foarte bune, obţin o putere mare furnizatăAceste surse au randamente foarte bune, obţin o putere mare furnizată pentru un volum foarte mic.pentru un volum foarte mic.

Clasificare: a) surse în comutaţie fără inversarea polarităţii tensiunii de Clasificare: a) surse în comutaţie fără inversarea polarităţii tensiunii de ieşireieşire b) surse în comutaţie cu inversarea polarităţii tensiunii de ieşireb) surse în comutaţie cu inversarea polarităţii tensiunii de ieşire c) surse în contratimp.c) surse în contratimp.1.6.1. Stabilizatoare de tensiune continuă fără inversarea polarităţii1.6.1. Stabilizatoare de tensiune continuă fără inversarea polarităţii tensiunii de ieşire.tensiunii de ieşire.

Se execută în două variante:Se execută în două variante:a)a) fără transformator de izolare între intrare şi ieşirefără transformator de izolare între intrare şi ieşireb)b) cu transformator de izolare între intrare şi ieşire.cu transformator de izolare între intrare şi ieşire.

a)a) Schema de principiu LSchema de principiu L iiTT + T+ T UULL I C.C. D II C RI C.C. D II C RSS

UUii

UUSS

-- ↕↕↕↕

T iT i11 R RLL I ISS ++ ii22

C RC RSS

UUii RRcc

--

Funcţionare: pe durata în care tranzistorul este în conducţie curentul seFuncţionare: pe durata în care tranzistorul este în conducţie curentul se închide prin bucla I prin tranzistor, bobina L şi circuitul de sarcină Rînchide prin bucla I prin tranzistor, bobina L şi circuitul de sarcină RSS + C. + C. Pe durata în care tranzistorul este blocat curentul este menţinut datorităPe durata în care tranzistorul este blocat curentul este menţinut datorită bobinei, el închizându-se prin bobina L, circuitul de sarcină şi dioda D.bobinei, el închizându-se prin bobina L, circuitul de sarcină şi dioda D.Formele de undă ce descriu funcţionarea suntFormele de undă ce descriu funcţionarea sunt

11

L


UULL

UUii-U-USS

tt UUSS

ii11 ΔiΔi IISS IISS- Δi/2 - Δi/2 t t

ii22 QQ

Δi Δi22 t t

tt11/2 t/2 t22/2/2

UUCC

ΔU ΔUCC

U USS

t t

UURCRC

ΔU ΔURCRC= ΔI= ΔI22 R RCC

Tensiunea pe sarcină poate fi de valoare medie variabilă dacă circuitul deTensiunea pe sarcină poate fi de valoare medie variabilă dacă circuitul de comandă modifică fie frecvenţa semnalului de comandă păstrând factorulcomandă modifică fie frecvenţa semnalului de comandă păstrând factorul de umplere constant fie menţinând frecvenţa constantă şi modificândde umplere constant fie menţinând frecvenţa constantă şi modificând durata de conducţie tdurata de conducţie t11, sau de blocare t, sau de blocare t22 când tranzistorul este blocat. În când tranzistorul este blocat. În intervalul de timp tintervalul de timp t11 tensiunea de la intrare se aplică filtrul LC determinând tensiunea de la intrare se aplică filtrul LC determinând creşterea lui icreşterea lui i11 absorbit de bobină. Când tranzistorul e blocat curentul i absorbit de bobină. Când tranzistorul e blocat curentul i11(de(de sarcină) scade iar amplitudinea Δisarcină) scade iar amplitudinea Δi11 a acestor pulsaţii este determinată de a acestor pulsaţii este determinată de valoarea inductivităţii de filtrare (în principal).valoarea inductivităţii de filtrare (în principal).

12


Dacă se consideră intrarea în conducţie respectiv blocareaDacă se consideră intrarea în conducţie respectiv blocarea tranzistorului în intervale de timp mult mai mici decât ttranzistorului în intervale de timp mult mai mici decât t11 şi t şi t22, valoarea, valoarea medie Umedie USS a tensiunii pe sarcină este: U a tensiunii pe sarcină este: USS = U = Uii t t11/T/T

Circuitul de comandă al tranzistorului trebuie astfel proiectat încâtCircuitul de comandă al tranzistorului trebuie astfel proiectat încât să conţină un subansamblu care să urmărească modul de variaţie alsă conţină un subansamblu care să urmărească modul de variaţie al tensiunii de ieşire şi să intervină asupra factorului de umplere tensiunii de ieşire şi să intervină asupra factorului de umplere αα = t = t11/T/T astfel încât Uastfel încât USS să fie ct. Amplitudinea curentului prin tranzistor când acesta să fie ct. Amplitudinea curentului prin tranzistor când acesta conduce este Δiconduce este Δi11 = (U = (Uii-U-USS)/L • t)/L • t11 iar la blocare Δiiar la blocare Δi11 = U = USS/L • t/L • t22

Dacă frecvenţa de comandă este constantă, la un curent de sarcinăDacă frecvenţa de comandă este constantă, la un curent de sarcină impus duratele de conducţie (de blocare) diferă faţă de situaţia ideală deciimpus duratele de conducţie (de blocare) diferă faţă de situaţia ideală deci valoarea medie a tensiunii va fi diferită faţă de cazul ideal.valoarea medie a tensiunii va fi diferită faţă de cazul ideal.

Randamentul unei astfel de surse este:Randamentul unei astfel de surse este:η = Pη = PSS/P/Pii = U = USS ∙ I ∙ ISS/( U/( USS ∙ I ∙ ISS +P +PTT + P + Pss + p + pTT + p + pss + p + pcc +p +pLL))

unde:unde:1.- P1.- PTT = U = UCEsatCEsat ∙ I ∙ ISS ∙ t ∙ t11/T = = U/T = = UCEsatCEsat ∙ I ∙ ISS ∙ U ∙ USS/U/UII

2.- P2.- PSS – pierderile pe dioda aflată în conducţie – pierderile pe dioda aflată în conducţie PPss = U = Uss ∙ I ∙ ISS ∙ t ∙ t22/T P/T Pss = U = Uss∙ I∙ Iss∙ (1 - U∙ (1 - Uss/U/Uii))

TT22 = T – t = T – t11 = T – T∙ U = T – T∙ Uss/U/Uii = t∙ (1 - U = t∙ (1 - Uss/U/Uii))

3.-p3.-pTT – pierderile de putere pe tranzistor la comutaţie. Dacă se consideră o – pierderile de putere pe tranzistor la comutaţie. Dacă se consideră o lege de variaţie liniară a curentului în intervalul corespunzător, tlege de variaţie liniară a curentului în intervalul corespunzător, t rr şi t şi tcc,, aceste pierderi se exprimă:aceste pierderi se exprimă:

ppTT = |( U = |( Uii∙ I∙ Iss)/2 ∙ t)/2 ∙ trr + ( U + ( Uii∙ I∙ Iss)/2 ∙ t)/2 ∙ tcc) ∙ 1/T) ∙ 1/T4.- p4.- pDD – pierderile de putere pe dioda recuperatoare la comutaţie. – pierderile de putere pe dioda recuperatoare la comutaţie. Determinarea exactă a acestor pierderi este dificilă dacă timpul deDeterminarea exactă a acestor pierderi este dificilă dacă timpul de revenire al diodei nu este cu mult mai mic decât timpul de cădere alrevenire al diodei nu este cu mult mai mic decât timpul de cădere al curentului prin tranzistor pentru că dioda poate produce în această situaţiecurentului prin tranzistor pentru că dioda poate produce în această situaţie scurtcircuit pe sursa de alimentare. Este necesar să se aleagă o diodă cuscurtcircuit pe sursa de alimentare. Este necesar să se aleagă o diodă cu timp de revenire care să nu depăşească jumătate din timpul de revenire altimp de revenire care să nu depăşească jumătate din timpul de revenire al tranzistorului.tranzistorului.5.- p5.- pLL – pierderile de putere pe rezistenţa proprie a bobinei: p – pierderile de putere pe rezistenţa proprie a bobinei: pLL = I = I22

SS . R . RLL

6.- p6.- pcc – pierderi de putere prin circuitul de comandă al tranzistorului de – pierderi de putere prin circuitul de comandă al tranzistorului de intrare.intrare.

ppcc = = U = = Uii ∙ I ∙ Ibb ∙ t ∙ t11/T = U/T = Uii ∙ I ∙ Ibb ∙ U ∙ Uss/U/Uii

De obicei randamentul unor astfel de surse depăşeşte 90%.De obicei randamentul unor astfel de surse depăşeşte 90%.b)b) Stabilizator de tensiune în comutaţie fără schimbarea polarităţiiStabilizator de tensiune în comutaţie fără schimbarea polarităţii

tensiunii de ieşire cu transformator de izolare.tensiunii de ieşire cu transformator de izolare.În configuraţie cea mai simplă o astfel de sursă arată astfel:În configuraţie cea mai simplă o astfel de sursă arată astfel: LL DD22 L LSS

++ * * +* * + 1 3 2 D1 3 2 D33 C R C RSS

-- ** ii11

UUii

13


DD11

UU11

Funcţionare: Când tranzistorul este în conducţie, curentul în primarFuncţionare: Când tranzistorul este în conducţie, curentul în primar creşte, în el înmagazinându-se întreaga energie a sursei dacă secreşte, în el înmagazinându-se întreaga energie a sursei dacă se neglijează puterea la saturaţie. Alegând acelaşi sens de înfăşurareneglijează puterea la saturaţie. Alegând acelaşi sens de înfăşurare pentru înfăşurările 1 şi 2, tensiunea indusă în înfăşurarea 2 va polarizapentru înfăşurările 1 şi 2, tensiunea indusă în înfăşurarea 2 va polariza direct dioda Ddirect dioda D22 şi inductanţa de filtraj va înmagazina această energie. În şi inductanţa de filtraj va înmagazina această energie. În acest interval de timp dioda Dacest interval de timp dioda D33 este blocată. Când tranzistorul se va este blocată. Când tranzistorul se va bloca, tensiunile induse în înfăşurări schimbă polarităţile şi dioda Dbloca, tensiunile induse în înfăşurări schimbă polarităţile şi dioda D33 se se deschide, permiţând menţinerea circulaţiei de curent prin sarcină.deschide, permiţând menţinerea circulaţiei de curent prin sarcină. Înfăşurarea 3 împreună cu dioda DÎnfăşurarea 3 împreună cu dioda D11, are rolul de a demagnetiza, are rolul de a demagnetiza transformatorul când tranzistorul este blocat (intervalul ttransformatorul când tranzistorul este blocat (intervalul t22). În acest). În acest interval de timp dioda Dinterval de timp dioda D11 este deschisă. este deschisă.1.6.2.- Stabilizatoare de tensiune în comutaţie cu inversarea polarităţii1.6.2.- Stabilizatoare de tensiune în comutaţie cu inversarea polarităţii tensiunii de ieşire.tensiunii de ieşire.

La fel ca şi în situaţia precedentă există două variante constructive:La fel ca şi în situaţia precedentă există două variante constructive:a)a) fără transformator de izolare,fără transformator de izolare,b)b) cu transformator de izolare.cu transformator de izolare.

Schema de principiu a stabilizatorului fără transformator de izolareSchema de principiu a stabilizatorului fără transformator de izolare este:este:

iiTT T i T iDD

IILL R RCC -- UUii Circ.de C R Circ.de C RSS c-dăc-dă + U+ USS

Sursa poate lucra în regim de curent întrerupt sau neîntrerupt adicăSursa poate lucra în regim de curent întrerupt sau neîntrerupt adică când tranzistorul este adus în conducţie curentul se modifică după o legecând tranzistorul este adus în conducţie curentul se modifică după o lege liniară până la valoarea Iliniară până la valoarea IVV după care, la blocarea tranzistorului acest după care, la blocarea tranzistorului acest curent scade de la valoarea maximă Icurent scade de la valoarea maximă IVV spre 0. spre 0.

Dacă intervalul de blocare este suficient de mare, acest curentDacă intervalul de blocare este suficient de mare, acest curent ajunge să se anuleze, iar dacă este insuficient curentul nu se anulează.ajunge să se anuleze, iar dacă este insuficient curentul nu se anulează.

iiTT IIVV

tt11 t t22 t t33 t t

iiDD IIVV

t t

iiLL

14


IIVV

t t

(a)(a)

iiTT

tt11 t t22 t t

iiDD

IISS

t t

iiLLΔIΔILL

t t (b)(b)

IIV V = U = Uii/L ∙ t/L ∙ t11

W = ½ L IW = ½ L I22LL

Când tranzistorul este blocat, energia înmagazinată de bobină esteCând tranzistorul este blocat, energia înmagazinată de bobină este cedată circuitului de sarcină iar curentul prin diodă va fi:cedată circuitului de sarcină iar curentul prin diodă va fi:

IIV V = U = USS/L ∙ t/L ∙ t22

=> U=> Uii/L ∙ t/L ∙ t11 = U = USS/L ∙ t/L ∙ t22 => U => USS = U = Uii ∙ t ∙ t11/t/t22

Regimul de curent întrerupt sau neîntrerupt este determinat de valorileRegimul de curent întrerupt sau neîntrerupt este determinat de valorile inductivităţii şi a capacităţii de filtraj. Pentru a obţine regim de curentinductivităţii şi a capacităţii de filtraj. Pentru a obţine regim de curent neîntrerupt se măreşte valoarea inductanţei L. Aceasta determină pulsaţiineîntrerupt se măreşte valoarea inductanţei L. Aceasta determină pulsaţii de curent mai mici dar greutatea sursei creşte.de curent mai mici dar greutatea sursei creşte.

Dacă amplitudinea pulsaţiilor nu este deranjată se poate utiliza oDacă amplitudinea pulsaţiilor nu este deranjată se poate utiliza o bobină de inductanţă mică dar capacitate de filtraj de valoare mare.bobină de inductanţă mică dar capacitate de filtraj de valoare mare.

Curs IVCurs IV

1.6.3.- Stabilizatoare de comutaţie în contratimp1.6.3.- Stabilizatoare de comutaţie în contratimp

15


T T11 D D11 L L

•• •• C RC RSS UUi i

- + • • - + • •

DD22

TT22

Un stabilizator în contratimp poate fi echivalat cu 2 stabilizatoareUn stabilizator în contratimp poate fi echivalat cu 2 stabilizatoare fără inversarea polarităţii tensiunii la ieşire care lucrează pe aceeaşifără inversarea polarităţii tensiunii la ieşire care lucrează pe aceeaşi

sarcină.sarcină.Deoarece tranzistoarele sunt aduse în conducţie alternativ, rezultăDeoarece tranzistoarele sunt aduse în conducţie alternativ, rezultă

că la o anumită putere cerută la ieşire valoarea medie a curentului printr-că la o anumită putere cerută la ieşire valoarea medie a curentului printr-un tranzistor este jumătate faţă de cazul unei singure surse deci şiun tranzistor este jumătate faţă de cazul unei singure surse deci şi solicitările termice sunt mai reduse => Usolicitările termice sunt mai reduse => USS = 2 ∙ U = 2 ∙ Uii/n ∙ /n ∙ α α unde unde α = α = tt11/T./T.

Valoarea maximă a tensiunii la ieşire este determinată de valoareaValoarea maximă a tensiunii la ieşire este determinată de valoarea maximă a lui maximă a lui αα . Teoretic . Teoretic ααmaxmax = 0,5 dar nu se poate utiliza această valoare = 0,5 dar nu se poate utiliza această valoare deoarece datorită nesimetriei celor două tranzistoare există şansa ca celedeoarece datorită nesimetriei celor două tranzistoare există şansa ca cele două tranzistoare să rămână în conducţie simultan.două tranzistoare să rămână în conducţie simultan.De obicei De obicei αα < 0,4 => U < 0,4 => USmaxSmax = 0,8 ∙ = 0,8 ∙ UUii/n/n

Dezavantaje:Dezavantaje:-- dacă transformatorul prezintă inductanţe parazite (de scăpări) maridacă transformatorul prezintă inductanţe parazite (de scăpări) mari

tensiunea Utensiunea UCECE poate depăşi dublul tensiunii de alimentare. poate depăşi dublul tensiunii de alimentare.-- Saturarea miezului transformatorului – sursele de comutaţie seSaturarea miezului transformatorului – sursele de comutaţie se

realizează în prezent pe miezuri de ferită datorită pierderilor de putererealizează în prezent pe miezuri de ferită datorită pierderilor de putere în miez mult mai mici decât la un miez de tole de oţel, mai ales cândîn miez mult mai mici decât la un miez de tole de oţel, mai ales când frecvenţa de lucru depăşeşte 20KHz. Feritele sunt susceptibile defrecvenţa de lucru depăşeşte 20KHz. Feritele sunt susceptibile de saturări foarte rapide datorită densităţii de flux de valoare mică. Dinsaturări foarte rapide datorită densităţii de flux de valoare mică. Din acest motiv, orice polarizare a miezului în curent continuu duce laacest motiv, orice polarizare a miezului în curent continuu duce la saturaţia acestuia. De aceea dacă cele două tranzistoare prezintăsaturaţia acestuia. De aceea dacă cele două tranzistoare prezintă caracteristici diferite la intrarea (ieşirea) din conducţie pot rezultacaracteristici diferite la intrarea (ieşirea) din conducţie pot rezulta intervale de conducţie diferite pe cele două tranzistoare prin apariţiaintervale de conducţie diferite pe cele două tranzistoare prin apariţia unei componente continue a curentului prin tranzistoare. Creşterile deunei componente continue a curentului prin tranzistoare. Creşterile de curent datorită saturării miezului pot determina un proces de ambalarecurent datorită saturării miezului pot determina un proces de ambalare termică a tranzistorului de putere şi distrugerea acestuia.termică a tranzistorului de putere şi distrugerea acestuia.

Aceste dezavantaje pot fi înlăturate dacă se recurge la următoareleAceste dezavantaje pot fi înlăturate dacă se recurge la următoarele soluţii:soluţii:

a)a) crearea unui anumit întrefier în circuitul magnetic care determinăcrearea unui anumit întrefier în circuitul magnetic care determină mărirea inductanţei de scăpări şi duce la creşterea lui Umărirea inductanţei de scăpări şi duce la creşterea lui UCECE..

b)b) Folosirea unor circuite suplimentare pentru simetrizarea celor douăFolosirea unor circuite suplimentare pentru simetrizarea celor două secţiuni ale transformatorului.secţiuni ale transformatorului.

Se pot obţine performanţe superioare dacă se utilizează variante deSe pot obţine performanţe superioare dacă se utilizează variante de montaj în “semipunte” şi “punte”.montaj în “semipunte” şi “punte”.

16


1100 Semipunte Semipunte

DD77 L L CC11 D D55 DD11 D D22 R R11

TT11 C C ˜ U˜ UC1C1 C C33 R RSS

~ 220V~ 220V

CC22 DD3 3 DD44 R R22 T T22

DD66 Ui Ui

DD88

-- poate fi legat direct la reţeaua de 220V fără transformator de separare,poate fi legat direct la reţeaua de 220V fără transformator de separare,-- se oferă posibilitatea egalizării intervalelor de conducţie a celor douăse oferă posibilitatea egalizării intervalelor de conducţie a celor două

tranzistoare chiar dacă caracteristicile celor două tranzistoare diferă. Latranzistoare chiar dacă caracteristicile celor două tranzistoare diferă. La comanda lui Tcomanda lui T11 capătul de sus al primarului este conectat la plusul capătul de sus al primarului este conectat la plusul sursei de alimentare. Dacă tensiunea de alimentare este 220V =>sursei de alimentare. Dacă tensiunea de alimentare este 220V => valoarea maximă a tensiunii în primar este de 155V.valoarea maximă a tensiunii în primar este de 155V.Pentru împiedicarea intrării în saturaţie a miezului se utilizeazăPentru împiedicarea intrării în saturaţie a miezului se utilizează capacitatea Ccapacitatea C33. Comparând montajul în contratimp clasic şi cel în. Comparând montajul în contratimp clasic şi cel în semipunte se constată că tensiunile inverse pe tranzistoare la montajulsemipunte se constată că tensiunile inverse pe tranzistoare la montajul în semipunte sunt mai mici decât la soluţia clasică în schimb, pentruîn semipunte sunt mai mici decât la soluţia clasică în schimb, pentru aceeaşi putere cerută de sarcină se poate demonstra că curentul de laaceeaşi putere cerută de sarcină se poate demonstra că curentul de la colector la montajul semipunte e dublu faţă de cel clasic.colector la montajul semipunte e dublu faţă de cel clasic.

+ + D L D L

T T11 T T33

CC11 C RC RSS

UUII

T T22 T T44

DD

TT11, T, T44 şi T şi T22,T,T33 se comandă simultan se comandă simultan

1.7.Stabilizatoare de tensiune alternativă.1.7.Stabilizatoare de tensiune alternativă.Se realizează în două variante constructive.Se realizează în două variante constructive.

a)a) cu amplificatoare magneticecu amplificatoare magneticeb)b) cu tiristoarecu tiristoare

Stabilizatoare de tensiune alternativă cu tiristoare.Stabilizatoare de tensiune alternativă cu tiristoare.

17


Circuitul de putere este format din cele două tiristoare montate înCircuitul de putere este format din cele două tiristoare montate în antiparalel ce debitează pe autotransformatorul ATR şi circuitul deantiparalel ce debitează pe autotransformatorul ATR şi circuitul de comandă care asigură impulsurile pentru comanda celor două tiristoare.comandă care asigură impulsurile pentru comanda celor două tiristoare.

Stabilizatorul conţine o buclă de reglare în care măsurarea tensiuniiStabilizatorul conţine o buclă de reglare în care măsurarea tensiunii de ieşire se face cu ajutorul unui bec cu incandescenţă a cărui flux luminosde ieşire se face cu ajutorul unui bec cu incandescenţă a cărui flux luminos e proporţional cu valoarea efectivă a tensiunii alternative de la buclae proporţional cu valoarea efectivă a tensiunii alternative de la bucla consumatorului Rconsumatorului RSS. Elementul care sesizează variaţia tensiunii de la ieşire. Elementul care sesizează variaţia tensiunii de la ieşire este fotodioda FD conectată în puntea de măsură ce conţine pe Reste fotodioda FD conectată în puntea de măsură ce conţine pe R11 R R22 R R33 şi şi RR44. Puntea de măsură e alimentată cu o tensiune necontinuă de formă. Puntea de măsură e alimentată cu o tensiune necontinuă de formă trapezoidală dată de stabilizatorul parametric de etajul diferenţial Ttrapezoidală dată de stabilizatorul parametric de etajul diferenţial T11 şi T şi T22.. În colectorul lui TÎn colectorul lui T22 va rezulta o tensiune de formă trapezoidală a cărui va rezulta o tensiune de formă trapezoidală a cărui palier Upalier Upp depinde de dezechilibratorul punţii de măsură. depinde de dezechilibratorul punţii de măsură.

u u

ηUηUZZ uupp

10ms 10ms

u uSS

αα

Generarea impulsurilor pentru comanda tiristoarelor se face cuGenerarea impulsurilor pentru comanda tiristoarelor se face cu ajutorul oscilatorului de reglare cu TUJ, oscilator care cuprinde Rajutorul oscilatorului de reglare cu TUJ, oscilator care cuprinde R1111, C, C11, R, R1212

şi transformatorul de impulsuri TI.şi transformatorul de impulsuri TI.Constanta de timp a oscilatorului este fixată de RConstanta de timp a oscilatorului este fixată de R1111 şi C şi C11 iar nivelul iar nivelul

la care se încarcă Cla care se încarcă C11 este influenţat de potenţialul din catodul lui T este influenţat de potenţialul din catodul lui T22 divizat divizat pe Rpe R99 şi R şi R1010. Când tensiunea pe C. Când tensiunea pe C11 atinge valoarea ηU atinge valoarea ηUZZ (η raportul de (η raportul de divizare intrinsec al TUJ-ului). TUJ intră în conducţie şi în secundarul TIdivizare intrinsec al TUJ-ului). TUJ intră în conducţie şi în secundarul TI obţinem două impulsuri de scurtă durată şi amplitudine suficientă pentruobţinem două impulsuri de scurtă durată şi amplitudine suficientă pentru deschiderea celor două tiristoare => Pdeschiderea celor două tiristoare => Pee R RSS se obţine tensiunea îngroşată. se obţine tensiunea îngroşată.

DD22 şi D şi D33 se utilizează pentru protecţia joncţiunilor grilă – catod a se utilizează pentru protecţia joncţiunilor grilă – catod a tiristoarelor.tiristoarelor.

Dacă tensiunea de ieşire ajunge să fie mai mică decât cea prescrisă,Dacă tensiunea de ieşire ajunge să fie mai mică decât cea prescrisă, prin Rprin R33, becul de la ieşire iluminează mai slab, fotodioda din punte, creşte, becul de la ieşire iluminează mai slab, fotodioda din punte, creşte potenţialul bazei lui Tpotenţialul bazei lui T11 precum şi al emitorului comun a celor două precum şi al emitorului comun a celor două tiristoare Ttiristoare T11 şi T şi T22. Deoarece baza lui T. Deoarece baza lui T22 este la un potenţial constant dat de este la un potenţial constant dat de RR11 şi R şi R22 rezultă că potenţialul în colectorul lui T rezultă că potenţialul în colectorul lui T22 creşte, creşte şi pragul de creşte, creşte şi pragul de

18


la care se produce încărcarea lui Cla care se produce încărcarea lui C11. Aceasta face să se stingă mai rapid. Aceasta face să se stingă mai rapid tensiunea de amorsare a TUJ-ului deci să se deschidă mai repedetensiunea de amorsare a TUJ-ului deci să se deschidă mai repede tiristoarele. Se va obţine un unghi de amorsare tiristoarele. Se va obţine un unghi de amorsare α’ < α α’ < α deci creşterea valoriideci creşterea valorii efective a tensiunii de ieşire.efective a tensiunii de ieşire.Observaţie:Observaţie: La oscilatorul de relaxare cu TUJ este necesară alimentarea cu La oscilatorul de relaxare cu TUJ este necesară alimentarea cu tensiune trapezoidală pentru că în aceste condiţii la fiecare trecere prin 0tensiune trapezoidală pentru că în aceste condiţii la fiecare trecere prin 0 a tensiunii reţelei, condensatorul Ca tensiunii reţelei, condensatorul C11 se încarcă de la condiţii iniţiale nule. se încarcă de la condiţii iniţiale nule. Dacă nu s-ar respecta această condiţie, unghiul Dacă nu s-ar respecta această condiţie, unghiul αα de amorsare ar fi variabil de amorsare ar fi variabil pentru fiecare semialternanţă şi procesul de modificare al valorii efectivepentru fiecare semialternanţă şi procesul de modificare al valorii efective nu ar mai putea fi controlat.nu ar mai putea fi controlat.

CURS VCURS V

2.- Circuite redresoare2.- Circuite redresoare

2.1.- Redresoare monofazate necomandate2.1.- Redresoare monofazate necomandatea)a) Redresor monofazat monoalteranţă cu sarcină rezistivăRedresor monofazat monoalteranţă cu sarcină rezistivă D uD u uu22

NN11 N N22 u uSS

rr1 1 rr22 R RSS U USmedSmed

UUSS

π 2ππ 2π ωtωt

Schema consideră că dioda este ideală în sensul că tensiunea pe ea înSchema consideră că dioda este ideală în sensul că tensiunea pe ea în sens direct este nulă. Tensiunea redresată este o tensiune pulsatorie cu osens direct este nulă. Tensiunea redresată este o tensiune pulsatorie cu o valoare medie diferită de 0. Se pune problema determinării randamentuluivaloare medie diferită de 0. Se pune problema determinării randamentului şi coeficientului de pulsaţie. Schema echivalentă este:şi coeficientului de pulsaţie. Schema echivalentă este: rr22 R R ii

(N(N22/N/N11))22 r r11

~ R~ RSS U USS

UULL

19


uuSS = |u = |u2m2m ∙ R ∙ RSS/[ r/[ r22 + (N + (N22/N/N11))22 ∙ r ∙ r11 + R + Rii + R + RS S ]|∙ sin ωt]|∙ sin ωt

notând rnotând r22 + (N + (N22/N/N11))22 ∙ r ∙ r11 = R = RTT – rezistenţa proprie a transformatorului, – rezistenţa proprie a transformatorului,

RRTT + R + Rii = R = Ririr – rezistenţa internă a redresorului => – rezistenţa internă a redresorului => uuSS = (U = (U2m2m ∙ R ∙ RSS)/(R)/(Ririr + R + RSS) ∙ sin ωt) ∙ sin ωt1100 Determinarea randamentului: Determinarea randamentului:η = Puterea debitată de consumator(Pη = Puterea debitată de consumator(Pcccc)/P)/Paltalt(absorbită de la reţea)(absorbită de la reţea)

uuSS = U = USmaxSmax(1/π + ½ sin ωt- 2/3π cos ωt + ….)(1/π + ½ sin ωt- 2/3π cos ωt + ….)

UUSmedSmed = U = USmaxSmax/ π => P/ π => Pcccc =( U =( USmedSmed))22/R/RSS =( U =( USmaxSmax))22/π/π22 ∙ R ∙ R22SS =(U =(U22

2m2m R RSS)/|π)/|π22 ∙ ∙

(R(Ririr+R+RSS)∙ R)∙ RSS|=|=

==(U==(U222m2m R RSS)/|π)/|π22 ∙ (R ∙ (Ririr+R+RSS)|)|

π ππ πPPcaca = 1/2π = 1/2π ∫ u∫ u22

22/(R/(Ririr+R+RSS) d(ωt) = 1/2π ∫ (U) d(ωt) = 1/2π ∫ (U2m2m sin ωt) sin ωt)22/(R/(Ririr+R+RSS) d(ωt) = U) d(ωt) = U222m2m/4(R/4(Ririr+R+RSS) =>) =>

00 00η = Uη = U22

2m2m R RS S //ππ22 (R (Ririr+R+RSS))22 ∙ 4(R ∙ 4(Ririr+R+RSS)/U)/U222m2m => => η = η = 4/ π4/ π22 ∙R ∙RSS/(R/(Ririr+R+RSS))

Deoarece RDeoarece RSS>> R>> Rii => η = 0,4 = 4% => η = 0,4 = 4%2200 Determinarea coeficientului de pulsaţie Determinarea coeficientului de pulsaţie γγγ = Amplitudinea primei armonici a tensiunii/Valoarea medie a tensiunii redresateγ = Amplitudinea primei armonici a tensiunii/Valoarea medie a tensiunii redresateγ - γ - arată în ce raport se află pulsaţiile din tensiunea redresată faţă de arată în ce raport se află pulsaţiile din tensiunea redresată faţă de componenţa medie.componenţa medie.

γ = Uγ = USinSin/U/USmedSmed = (U = (USimSim/2)/(U/2)/(USmSm/π) = π/2 ≈ 1,57 – valoare foarte mare rezultând necesitatea/π) = π/2 ≈ 1,57 – valoare foarte mare rezultând necesitatea utilizării filtrului.utilizării filtrului.

b)b) Redresor monofazat monoalternanţă cu sarcină pur inductivă.Redresor monofazat monoalternanţă cu sarcină pur inductivă. D iD i UU22

~ u~ u22 L U L USS

π 2π 3π 4π ωtπ 2π 3π 4π ωt

ii

iimm IImedmed

ΩtΩt

UU22 = L · di/dt = L · di/dt

√2 U√2 U22 · sin ωt = L · di/dt · sin ωt = L · di/dt

di/dt = (√2 Udi/dt = (√2 U22/L) · sin ωt => i = - (√2 U/L) · sin ωt => i = - (√2 U22/ωL) · cos ωt + K ..La t = 0 => i =/ωL) · cos ωt + K ..La t = 0 => i = 0 =>0 =>

20


i = √2 Ui = √2 U22/ωL (1 – cos ωt) – are o componentă medie/ωL (1 – cos ωt) – are o componentă medieInductivitatea fiind ideală circulaţia de curent se menţine prin diodă şiInductivitatea fiind ideală circulaţia de curent se menţine prin diodă şi

după trecerea prin 0 a tensiunii iar curentul redresat conţine pe lângă odupă trecerea prin 0 a tensiunii iar curentul redresat conţine pe lângă o componentă continuă o componentă cu frecvenţa egală cu frecvenţacomponentă continuă o componentă cu frecvenţa egală cu frecvenţa sursei şi decalată cu π/2 în urmă. Nu se disipă putere pe circuitul desursei şi decalată cu π/2 în urmă. Nu se disipă putere pe circuitul de sarcină.sarcină.c)c) Redresor monofazat monoalternaţă cu sarcină rezistiv inductivăRedresor monofazat monoalternaţă cu sarcină rezistiv inductivă D iD i u,iu,i R uR u22 i i

ωtωt~ T β 2π~ T β 2π L UL USS u uSS

π 2π ωtπ 2π ωt

uuDD

UUinrinr

În intervalul de conducţie a diodei:În intervalul de conducţie a diodei:uu22 = L · di/dt + i · R (*) = L · di/dt + i · R (*)

√2 U√2 U22 · sin ωt = L · di/dt + i · R · sin ωt = L · di/dt + i · R

Soluţia ecuaţiei diferenţiale cuprinde 2 componente – soluţie liberă şiSoluţia ecuaţiei diferenţiale cuprinde 2 componente – soluţie liberă şi forţată:forţată:i = ii = iff + i + ieeiiff = (√2 U = (√2 U22/Z) sin(ωt-φ) ; Z = √R/Z) sin(ωt-φ) ; Z = √R22+ (ωL)+ (ωL)22 , tg φ= ωL/R , tg φ= ωL/RSoluţia liberă se determină din:Soluţia liberă se determină din:L · di/dt + i · R = 0 => pL + R = 0 => p = - R/LL · di/dt + i · R = 0 => pL + R = 0 => p = - R/L

iiee = A · e = A · eptpt = A · e = A · e- R/L ·t - R/L ·t

Soluţia generală:Soluţia generală:i (t) = (√2 Ui (t) = (√2 U22/Z) sin(ωt-φ) + A · e/Z) sin(ωt-φ) + A · e- R/L ·t- R/L ·t (1) (1)Constanta A se determină din condiţia ca la ωt = 0 => i = 0 =>Constanta A se determină din condiţia ca la ωt = 0 => i = 0 => A = (√2 UA = (√2 U22/Z) sin φ/Z) sin φ i(t) = (√2 Ui(t) = (√2 U22/Z) |sin(ωt-φ) + sin φ· e/Z) |sin(ωt-φ) + sin φ· e- R/L ·t- R/L ·t| (2)| (2)La ωt = β => I = 0 => sin(β- φ) + sin φ· eLa ωt = β => I = 0 => sin(β- φ) + sin φ· e- R/L ·t- R/L ·t = 0 = 0β – reprezintă durata de conducţie a diodeiβ – reprezintă durata de conducţie a diodeiSoluţia graficăSoluţia grafică Relaţia (*) se mai poate scrie:Relaţia (*) se mai poate scrie: β i(t) = (√2 Uβ i(t) = (√2 U22/R) |sin ωt – (L/R)·di/dt/R) |sin ωt – (L/R)·di/dt 36036000 ββ

21


=> I=> Imedmed = 1/2π∫[(√2 U = 1/2π∫[(√2 U22/R) |sin ωt –/R) |sin ωt – (L/R)·di/dt]d( ωt)(L/R)·di/dt]d( ωt) 00

Deoarece la capetele intervalului deDeoarece la capetele intervalului de integrareintegrare curentul e nul termenul al doilea dincurentul e nul termenul al doilea din integralăintegrală se anulează.se anulează.

ωL/R ωL/R 1 5 10 1001 5 10 100

IImedmed == (√2 U(√2 U22/2πR)(1-cos β) /2πR)(1-cos β)

UUSmedSmed = I = ISmedSmed · R · RSS = (√2 U = (√2 U22/2π)(1-cos β)/2π)(1-cos β)Cu cât inductivitatea este mai mare cu atât este mai mult extinsăCu cât inductivitatea este mai mare cu atât este mai mult extinsă

conducţia după ωt=π fapt ce conduce la reducerea valorii medii a tensiuniiconducţia după ωt=π fapt ce conduce la reducerea valorii medii a tensiunii redresate. Acest dezavantaj se elimină dacă se conectează o diodă de nulredresate. Acest dezavantaj se elimină dacă se conectează o diodă de nul <8de fugă). Redresorul are configuraţia:<8de fugă). Redresorul are configuraţia:

DD11 iiSS iiD2D2 R R

~ u~ u22 D D22 U USS

LL

DD22 – dioda de nul. Se deosebesc două cazuri: – dioda de nul. Se deosebesc două cazuri:-- iniţial – curentul are o valoare maximă şi una minimăiniţial – curentul are o valoare maximă şi una minimă-- stabilizat – aceeaşi valoare pe toată durata funcţionării.stabilizat – aceeaşi valoare pe toată durata funcţionării.Energia înmagazinată în bobină produce deschiderea diodei şi de laEnergia înmagazinată în bobină produce deschiderea diodei şi de la π la 2π, Uπ la 2π, USS

= o = o Dacă nu ar mai fi dioda, valoarea medie a lui UDacă nu ar mai fi dioda, valoarea medie a lui USS ar fi mai mică ar fi mai mică

deoarece după π ar mai exista o porţiune negativă.deoarece după π ar mai exista o porţiune negativă.

UU22

ωt ωt 2π 2π 4π 4π

UUSS

ωt ωt “regim iniţiat”“regim iniţiat” iiSS

22


II00

II11

ttIImaxmax

IIminmin

tt

În intervalul 0 —>π legea de variaţie a curentului corespunde relaţiei (2).În intervalul 0 —>π legea de variaţie a curentului corespunde relaţiei (2). După ωt=π energia înmagazinată în inductanţă deschide dioda DDupă ωt=π energia înmagazinată în inductanţă deschide dioda D22

stabilindu-se un curent după o lege exponenţială:stabilindu-se un curent după o lege exponenţială:iiSS = I = Ioo ·e ·e-R/L·t-R/L·t , unde ωt΄=ωt-π , unde ωt΄=ωt-π

Pentru a găsi valoarea minimă IPentru a găsi valoarea minimă I11 şi valoarea maxima I şi valoarea maxima Ioo ne folosim de ne folosim de relaţiilerelaţiile

i = (√2 Ui = (√2 U22/Z) |sin(ωt-φ) + sin φ· e/Z) |sin(ωt-φ) + sin φ· e- R/L ·t- R/L ·t|, unde la ωt=π => i=I|, unde la ωt=π => i=Ioo

II00 = (√2 U = (√2 U22/Z) |sin(π-φ) + sin φ· e/Z) |sin(π-φ) + sin φ· e- R/L ·π/ω- R/L ·π/ω|, =>|, =>

=> I=> I00 = (√2 U = (√2 U22/Z) |(1 + e/Z) |(1 + e- R/L ·π/ω- R/L ·π/ω)|,)|,

la ωt=2π (ωt΄=π) => i = Ila ωt=2π (ωt΄=π) => i = Iminmin

IIminmin = I = I00 · e · e- R/L ·π/ω- R/L ·π/ω = I = I11

În regimul stabilizatÎn regimul stabilizat

i = (√2 Ui = (√2 U22/Z) |sin(ωt-φ) + A · e/Z) |sin(ωt-φ) + A · e- R/L ·t- R/L ·t|,|,la ωt=0 => i = Ila ωt=0 => i = Iminmin => =>

IIminmin = (√2 U = (√2 U22/Z) sin(-φ) + A => A = I/Z) sin(-φ) + A => A = Iminmin + (√2 U + (√2 U22/Z) sin φ =>/Z) sin φ =>

i = (√2 Ui = (√2 U22/Z) sin(ωt-φ) + (I/Z) sin(ωt-φ) + (Iminmin + (√2 U + (√2 U22/Z) sin φ) · e/Z) sin φ) · e- R/L ·t- R/L ·t => =>

I = (√2 UI = (√2 U22/Z) [sin(ωt-φ) + sin φ· e/Z) [sin(ωt-φ) + sin φ· e- R/L ·t- R/L ·t ] + I ] + Iminmin · e · e- R/L ·t- R/L ·t

La ωt=π => i = ILa ωt=π => i = Imaxmax

IImaxmax = (√2 U = (√2 U22/Z) [sin(π-φ) + sin φ· e/Z) [sin(π-φ) + sin φ· e- R/L ·π/ω- R/L ·π/ω] + I] + Iminmin · e · e- R/L ·π/ω- R/L ·π/ω (3) (3)

La ωt=2π => i = ILa ωt=2π => i = Iminmin

IIminmin = I = Imaxmax · e · e- R/L ·π/ω- R/L ·π/ω (4) (4)Din (3) şi (4) rezultă:Din (3) şi (4) rezultă:

IIminmin = (e = (e- πR/ωL- πR/ωL + 1)/(e + 1)/(e- 2πR/ωL- 2πR/ωL- 1) · (√2 U- 1) · (√2 U22/Z) sin φ/Z) sin φ

IImaxmax = (e = (e- πR/ωL- πR/ωL + 1)/(1 - e + 1)/(1 - e- 2πR/ωL- 2πR/ωL) · (√2 U) · (√2 U22/Z) sin φ/Z) sin φ

23


CURS VICURS VI

d) Redresor monofazat monoalternanţă cu sarcină rezistiv-inductivă şid) Redresor monofazat monoalternanţă cu sarcină rezistiv-inductivă şi t.e.m.t.e.m.

cazuri: a) – cu rezistenţă şi t.e.m.-încărcarea acumulatorului,cazuri: a) – cu rezistenţă şi t.e.m.-încărcarea acumulatorului, b) – cu inductivitate şi t.e.m.-cazul motorului de c.c. de putere mare b) – cu inductivitate şi t.e.m.-cazul motorului de c.c. de putere mare

la carela care rezistenţa este neglijabilărezistenţa este neglijabilăa)a) Cu rezistenţă t.e.m.Cu rezistenţă t.e.m. D iD iSS Valoarea medie a lui U Valoarea medie a lui USS rezultă din rezultă din porţiuneaporţiunea

haşurată.haşurată. RRSS i iS S = √2U= √2U22/R/RSS sin ωt – E/R sin ωt – E/RSS,,~ ~ UU22 α<ωt<α+γ α<ωt<α+γ UUS S ++ unde unde γγ – durata de conducţie a diodei, – durata de conducţie a diodei, EE

- m = E /√2U - m = E /√2U22

=> I=> ISS = √2U = √2U22/R/RSS (sin ωt – m) (sin ωt – m) π- π- α α

UU22 I I SmedSmed = 1/2π = 1/2π∫ ∫ √2U√2U22/R/RSS (sin ωt – m) (sin ωt – m) d(ωt)d(ωt)

αα π 3ππ 3π

E E ωt Uωt USmedSmed = I = ISmedSmed R RSS + E + E 2π2π

UUSS E , dacă 0 E , dacă 0<ωt<α<ωt<α=> U=> USS = √2U = √2U22 sin ωt, sin ωt, α<ωt<π-α α<ωt<π-α

E, E, π-α<ωt<2ππ-α<ωt<2π E ωtE ωt α γα γ

24


iiSS IISmaxSmax

ωtωt

b)b) Circuit cu inductanţă şi tensiune electromotoareCircuit cu inductanţă şi tensiune electromotoare

D iD iSS

~ L Curentul de sarcină are două~ L Curentul de sarcină are două componente: componente:

- una variabilă în timp dată de U- una variabilă în timp dată de U22

UU22 U USS - una continuă impusă de E.- una continuă impusă de E. ++ - E- E

Componenta variabilă se stabileşte în intervalul în care dioda conduce şi eComponenta variabilă se stabileşte în intervalul în care dioda conduce şi e dată de relaţia:dată de relaţia:

L ·diL ·diSS/dt = √2 U2 sin ωt (1)/dt = √2 U2 sin ωt (1) ωtωt iiS S = √2 U2/ωL = √2 U2/ωL ∫∫ sin ωt d(ωt) = √2 U2/ωL (cos sin ωt d(ωt) = √2 U2/ωL (cos α – cos α – cos ωt)ωt) ααComponenta continuă rezultă din ecuaţia diferenţială: L ·diComponenta continuă rezultă din ecuaţia diferenţială: L ·dicc/dt = E => (2)/dt = E => (2)

ωt ωtiicc = E/ ωL = E/ ωL ∫ ∫ d(ωt) = ( E/ ωL) (ωt – d(ωt) = ( E/ ωL) (ωt – αα))

αα

uu22

π E π E 2π 3π ωt2π 3π ωt iiDD γγ αα

ωt ωt

iiss ii22 i iCC

ωt ωt

uuSS

SS11

E E

25


ωt ωt SS22

Curentul de sarcină este dat de relaţia:Curentul de sarcină este dat de relaţia:

iiSS = √2 U2/ωL (cos = √2 U2/ωL (cos α – cos α – cos ωt) – E/ωL (ωt – ωt) – E/ωL (ωt – α) m = E/α) m = E/√2 U2√2 U2

iiSS = √2 U2/ωL [(cos = √2 U2/ωL [(cos α – cos α – cos ωt) – m ωL (ωt – ωt) – m ωL (ωt – α)α)]]

La ωt=La ωt= α relaţia (1) devine: α relaţia (1) devine:

L · diL · diSS/dt = √2 U2 sin /dt = √2 U2 sin α => α => didiSS/dt = √2 U2/L sin /dt = √2 U2/L sin α = E/L, din relaţia (2), α = E/L, din relaţia (2),

lala ωt= ωt= α se obţine α se obţine

didicc/dt = /dt = = E/L rezultă că la = E/L rezultă că la ωt=ωt= α cei doi curenţi prezintă aceeaşi viteză de variaţie, deci α cei doi curenţi prezintă aceeaşi viteză de variaţie, deci

cele două curbe sunt tangente.cele două curbe sunt tangente.

Valoarea maximă a curentului prin circuit se obţine când Valoarea maximă a curentului prin circuit se obţine când didiSS/dt = 0. Aceasta/dt = 0. Aceasta

corespunde momentului în care tensiunea pe inductanţă e nulă.corespunde momentului în care tensiunea pe inductanţă e nulă.

UULL = L · di = L · diSS/dt = 0./dt = 0.

Deoarece tot timpul funcţionării UDeoarece tot timpul funcţionării ULL + E este egală cu tensiunea de + E este egală cu tensiunea de

redresat rezultă că atunci când Uredresat rezultă că atunci când ULL = 0 (curentul e maxim) => u = 0 (curentul e maxim) => u22 = E = E

2.2. Redresoare monofazate comandate2.2. Redresoare monofazate comandate

a)a) Redresor monofazat monoalternanţă cu sarcină rezistivăRedresor monofazat monoalternanţă cu sarcină rezistivă

uu22

TT U USS

~U~U22 R R π π

ωtωtUUGG

iiSS = √2 U = √2 U22/R/RSS sin ωtsin ωt

α < ωt < πα < ωt < π αα ωtωt

u uSS,i,iSS u uSS

i iSSωtωt

26


ππIIAmAm = 1/2 = 1/2π ∫ (√2 Uπ ∫ (√2 U22 /R)sin ωt d(ωt) = (√2 U /R)sin ωt d(ωt) = (√2 U22 / /22π R) (1 + cosπ R) (1 + cos α)α) α αPentru Pentru α α = 0 se obţine valoarea maximă U = 0 se obţine valoarea maximă USmSm

== (√2 U(√2 U22 / /22π ) (1 + cosπ ) (1 + cos α)α)b)b) Redresor cu sarcină pur inductivăRedresor cu sarcină pur inductivă

uu22

ii T T

UUSS

L L π 2π ωt π 2π ωt ~U~U22

UUGG

În momentul amorsării i În momentul amorsării i

L · di/dt = √2 UL · di/dt = √2 U22 sin ωt sin ωt ωt ωt

=> i =( √2 U=> i =( √2 U22 /ωL)(cos /ωL)(cos α – cos ωt ) γ α – cos ωt ) γ 2π-2π-

Se observă că se obţine un uSe observă că se obţine un utermen constant Itermen constant Ioo peste care se peste care se SS11

suprapune un sinusoidalsuprapune un sinusoidal ωtωti = 0 la ωt = i = 0 la ωt = 2π-α2π-α S S22

Se obţine intervalul de conducţieSe obţine intervalul de conducţieγ γ = = 2(π-α)2(π-α) deci valoarea medie deci valoarea medie 2π-α 2π-αIISmed Smed = 1/2 = 1/2π ∫ π ∫ √2 U√2 U22// ωL (cos α – cos ωt) d ωt ωL (cos α – cos ωt) d ωt α αUUSmedSmed = 0 = 0

Dacă inductanţa L este fără pierderi rezultă că intervalul de conducţie a tiristorului esteDacă inductanţa L este fără pierderi rezultă că intervalul de conducţie a tiristorului este simetric faţă de ωt = πsimetric faţă de ωt = π deci cele două arii sunt egale S deci cele două arii sunt egale S11 = S = S22..

c)c) Redresor cu sarcină rezistiv inductivă si tensiune electromotoareRedresor cu sarcină rezistiv inductivă si tensiune electromotoare

(1)(1) R – E R – E u u22

π 2π 3π π 2π 3π E ωt E ωt T T U USS U UGG

~U ~U22 R α R α00

+ + E α E α

- ωt- ωtii

i = i = √2 U√2 U22/R/RSS sin ωt – E/R sin ωt – E/RSS

m = E/m = E/√2 U√2 U22 => => u uSS

27


=> i = => i = √2 U√2 U22/R/RSS (sin ωt – m) (sin ωt – m) E E

ωt ωt π-α π-α00

IISmedSmed = 1/2π ∫ √2 U = 1/2π ∫ √2 U22/R/RSS (sin ωt – m) d (ωt) (sin ωt – m) d (ωt) α α

(2) Cu sarcină L – E u(2) Cu sarcină L – E u22

i i TT π π

E 2π ωt E 2π ωt~ U~ USS L α L α00

UU22 U UGG

α α + + ωtωt

E - E -ii

i = √2 Ui = √2 U22/ωL [cos α- cos ωt – m(ωt-α)/ωL [cos α- cos ωt – m(ωt-α)ωtωt

γγ

u uSS

SS11

ωtωt

S S22

α+γ α+γIImedmed

= 1/2π ∫ √2 U = 1/2π ∫ √2 U22/ ωL[cos α - cos ωt – m(ωt-α)]d(ωt)/ ωL[cos α - cos ωt – m(ωt-α)]d(ωt) α α

Unde m = E/Unde m = E/√2 U√2 U2 2 = sin α= sin α00

2.3.Redresoare polarizate ideale necomandate2.3.Redresoare polarizate ideale necomandateuu2121

RR U U2222

UU2323

SSTT

LLs s RRss

28

u

ia1

ia2

Id

u21

ωtωt ωt

ωtωt ωt

ωtωt ωtωtωt ωt

ωtωt ωt

u22 u23 u21 u22 u23

Id

Id

π/m π/m

ud

ia3

D2

D3

D1


Un redresor ideal se caracterizează prin:Un redresor ideal se caracterizează prin:-- reţeaua de alimentare de impedanţă internă nulă furnizând tensiuni de alimentare simetricereţeaua de alimentare de impedanţă internă nulă furnizând tensiuni de alimentare simetrice

şi sinusoidaleşi sinusoidale-- transformatorul de alimentare este simetric şi fără pierderi în miez şi fără înfăşurări cutransformatorul de alimentare este simetric şi fără pierderi în miez şi fără înfăşurări cu

curent de magnetizare neglijabilă şi fără impedanţe parazite.curent de magnetizare neglijabilă şi fără impedanţe parazite.-- Elementele redresoare sunt considerate cu rezistenţă în sens direct nulă şi în sens inversElementele redresoare sunt considerate cu rezistenţă în sens direct nulă şi în sens invers

infinit. La transformatorul ideal nu există nici o cauză care să împiedice practic intrarea îninfinit. La transformatorul ideal nu există nici o cauză care să împiedice practic intrarea în conducţie a curentului prin diodă.conducţie a curentului prin diodă.

La un moment dat intră în conducţie acea diodă care are potenţialul cel mai mare în anod.La un moment dat intră în conducţie acea diodă care are potenţialul cel mai mare în anod.Considerând cazul general al redresorului m-fazat, alegând originea timpului ca în ultimaConsiderând cazul general al redresorului m-fazat, alegând originea timpului ca în ultima diagramă, valoarea medie a tensiunii redresate va fi:diagramă, valoarea medie a tensiunii redresate va fi: π/m π/m U Udodo = 1 /T ∫ μ(t) dt = 1/π/m ∫√2 U = 1 /T ∫ μ(t) dt = 1/π/m ∫√2 U22 cos (ωt) d(ωt) = (√2 U cos (ωt) d(ωt) = (√2 U22/ π) · sin π/m =>/ π) · sin π/m =>

0 0

UUdodo = (√2 U = (√2 U22/ π) · sin π/m/ π) · sin π/mPerfomanţele unui redresor de putere sunt definite de:Perfomanţele unui redresor de putere sunt definite de:a)a) – s– srr – factorul de redresare – factorul de redresareb)b) – k– k00 – factorul de utilizare al transformatorului – factorul de utilizare al transformatoruluia)a) Prin factorul de redresare se înţelege raportul dintre valoarea medie a tensiunii redresate şiPrin factorul de redresare se înţelege raportul dintre valoarea medie a tensiunii redresate şi

amplitudinea tensiunii de redresare.amplitudinea tensiunii de redresare.

ssrr = U = Udodo/(√2 U/(√2 U22) = (m/π · √2 U) = (m/π · √2 U22 · sin π/m) / (√2 U · sin π/m) / (√2 U22) = m/π · sin π/m) = m/π · sin π/m

Pentru ca un redresor să fie performant trebuie să furnizeze o tensiune medie redresată cât maiPentru ca un redresor să fie performant trebuie să furnizeze o tensiune medie redresată cât mai mare rezultând smare rezultând srr -> 1 -> 1

Lim sLim sss = 1 = 1m->m->∞∞pentru creşterea lui Upentru creşterea lui Udodo trebuie să crescă nu la un moment dat fapt care duce la reducerea trebuie să crescă nu la un moment dat fapt care duce la reducerea pulsaţiilor deci nu mai este nevoie de filtrare.pulsaţiilor deci nu mai este nevoie de filtrare.

b)b) Se defineşte factorul de utilizare a transformatorului ca raport între puterea dată deSe defineşte factorul de utilizare a transformatorului ca raport între puterea dată de redresorul circuitului de sarcină şi puterea aparentă a unei înfăşurări din secundar.redresorul circuitului de sarcină şi puterea aparentă a unei înfăşurări din secundar.

KK00 = P = Pd0d0/S/S22 = U = Udo do · I· Idd / m · U / m · U22 · I · IZZ

Se deosebesc două regimuri de funcţionare a redresorului.Se deosebesc două regimuri de funcţionare a redresorului.(a)(a) cu inductanţă de sarcină infinită Lcu inductanţă de sarcină infinită LSS = = ∞ ∞ 22π/mπ/m IImedmed = 1/2 = 1/2 π ∫ i π ∫ iaa(ωt) dωt = 1/2 π I(ωt) dωt = 1/2 π Idd/m/m 0 0

22π/mπ/m IIefef = √ = √1/21/2 π∫ i π∫ iaa

22 d(ωt) = I d(ωt) = Idd/√m/√m 0 0(b)(b) IImedmed = = U Udodo/R/Rss = m/π (√2 U = m/π (√2 U22)/R)/RSS · sin π/m ( L · sin π/m ( Lss=0 ).=0 ).

IId0efd0ef = U = Ud0efd0ef/R/RSS

29


UUd0efd0ef = √1/ = √1/ π/m ∫ (√2 U π/m ∫ (√2 U22 cos ωt) cos ωt)22 d(ωt) = U d(ωt) = U22 √ 1 + m/2 π· sin 2π/m √ 1 + m/2 π· sin 2π/m

IId0efd0ef = U = U22/R/RSS · √ 1 + m/2 π· sin 2π/m · √ 1 + m/2 π· sin 2π/m

KK00 = ( = (m/m/ π √2 U π √2 U22 ·sin π/m I ·sin π/m Idd ) / (m U ) / (m U22 ·I ·Idd/√m) = √2m/π sin π/m =>/√m) = √2m/π sin π/m =>KK00= f(m)= f(m) Valoarea optimă a lui KValoarea optimă a lui K00 rezultă din: rezultă din: δKδK0 0 /δm = 0 /δm = 0 => m = 2,69 => m = 3 pt.secundar.=> m = 2,69 => m = 3 pt.secundar.

Curs VIIICurs VIII

2.5. Redresoare monofazate cu diode de nul pot fi realizate în două variante constructive:a) cu punte complet comandatăb) cu punte monofazat semicomandată.

a) Redresor monofazat complet comandat cu diodă de nul

LC + T1 T2 RS

u1 u21 - US

Du22 LS

T4 T3

30

ωtωt ωt

αu21 u22 u21 u22α

IT1 IT2a

2

IT2a

2

IT1

iD

ωtωt ωt

i

u α α

S1

S3

S2

S4

i

iD

uD

IT2

IT3 IT4IT4IT3

iD iD iD

ωtωt ωt

ωtωt ωt

ωtωt ωt

γ2

γ1


Secundarul transformatorului furnizează două tensiuni defazate cu 1800 faţă de priza mediană iar inductanţele de comutaţie LC se consideră uniform distribuite la cele două capete ale secundarului. La ωt=α se comandă simultan tiristoarele T1 şi T3. Intrarea în conducţie se face într-un interval de timp γ1 corespunzător valorii inductanţei de comutaţie. După intrarea totală în conducţie, tensiunea redresată este diferită de zero şi egală cu valoarea momentană a tensiunii secundare. Curentul prin tiristoare e constant pentru că inductanţa de sarcină e de valoare foarte mică.

La trecerea prin zero a tensiunii secundare, tiristoarele încep să iasă din conducţie, în schimb intră în conducţie dioda de nul. În intervalul γ2 este îndeplinită condiţia ca suma curenţilor care comută să rămână constantă şi egală cu ID. La momentul ωt= π + γ2, T1 şi T3 se blochează. Curentul de sarcină e preluat în întregime de dioda de nul până în momentul în care se comandă simultan T2 şi T4.

Creşterea curentului în cele două tiristoare se face pe seama reducerii curentului în dioda de nul. Când dioda de nul se blochează, tensiunea redresată devine din nou diferită de zero şi tensiunea din secundar e absorbită la bornele inductanţei de comutaţie. Valoarea medie a tensiunii pe inductanţa de comutaţie e proporţională cu una din ariile S1, S2, S3, S4, ele fiind egale:

S1 = S2 = S3 = S4

b) Redresor monofazat semicomandat cu diodă de nul

După locul de conectare a tiristoarelor în punte se împarte în:După locul de conectare a tiristoarelor în punte se împarte în:10 punte la care rolul elementului de nul e îndeplinit de două diode20 punte la care rolul elementului de nul e îndeplinit de un tiristor şi o diodă.

31

Lc

Lc

RS

LS

US

T1

T2 D1

D2

u1u21

u22

ωtωt ωt

u21 u22 u21α

iT1 iD2

IT2

a2 ωtωt ωt

i

u

i

uD

iT2iD1

ωtωt ωt

ωtωt ωt

γ2

γ1

Redr Redr

Redr Redr

Nul

Nul


La ωt=α e comandat T1. Curentul de sarcină se stabileşte prin T1 şi D1 cu viteza de variaţie determinată de inductanţele de comutaţie.

La trecerea prin zero a tensiunii secundare tiristorul T1 iese din conducţie iar tensiunea de autoinducţie a sarcinii determină deschiderea diodei D2, curentul de sarcină stabilindu-se prin cele 2 diode aflate în serie. Întrucât inductanţa de sarcină e de valoare mare curentul prin cele 2 diode e constant.

Se observă în acest caz că după ωt= π, dioda D1 îşi schimbă rolul din element redresor în element de nul. Deoarece căderea de tensiune pe cele două diode în stare de conducţie e neglijabilă faţă de tensiunea de alimentare, tensiunea la bornele sarcinii o putem considera nulă.

La ωt= π +α se aduce în inducţie T2. Curentul prin el începe să crească în defavoarea curentului prin dioda de nul. Din acest moment curentul prin sarcină se stabileşte pe traseul D2.RS,LS,T2. Acesta determină ca dioda D2 să-şi schimbe rolul din element de nul în element redresor.

După blocarea lui D1 tensiunea redresată devine diferită de zero. Această situaţie se menţine până când tensiunea u22 trece prin zero. După acest moment tensiunea de autoinducţie a sarcinii aduce în conducţie dioda D1. Dioda D2 îşi schimbă rolul din element redresor în element de nul iar tensiunea redresată devine iarăşi nulă.20

Lc T1 T2

US

u21 RS

u1

LS

Lc D2 D1

32

u22


La ωt=α se armează T1. Viteza de variaţie a curentului de sarcină prin T1 şi D1 este influenţată de LC. După încheierea proceselor de comutaţie curentul prin cele două elemente rămâne constant până la viteza la ωt=π când D1 datorită u22>0 este polarizată invers.

Curentul prin ea începe să scadă iar datorită tensiunii de autoinducţie a sarcinii, dioda D2 aflată în serie cu T1 intră în conducţie. Viteza de variaţie a curentului prin D2 e determinat de viteza de variaţie a curentului prin D1. După ωt=π, datorită faptului că inductivitatea de sarcină e mare şi datorită faptului că T2 încă nu e comandat, T1 se menţine în conducţie în continuare.

Deoarece T1 şi D2 sunt pe aceeaşi latură, sunt simultan în conducţie, căderea de tensiune pe ele este neglijabilă faţă de tensiunea de alimentare. La bornele sarcinii tensiunea se menţine nulă iar T1 şi D2 în acest interval de timp îndeplinesc funcţia de element de nul.

Această situaţie se menţine până la ωt=π+α când se comandă T2. El preia curentul de sarcină de la tiristorul T1, curentul de sarcină stabilindu-se pe traseul T2, LS, RS, D2. Din acest moment D2 şi T2 îndeplinesc funcţia de element redresor, tensiunea de sarcină fiind diferită de zero.2.6.- Redresoare polifazate comandate cu diodă de nul

Prin conectarea unei diode în paralel cu circuitul de sarcină în sensul de polarizare inversă a acesteia de către tensiunea de ieşire, în forma tensiunii redresate nu mai apar porţiuni de tensiune negativă şi prin aceasta se înlătură principalul dezavantaj al redresării comandate, acela de a se diminua tensiunea medie dacă unghiul de amorsare α depăşeşte α lim. În aceste condiţii, din momentul anulării tensiunii fiecărei faze, tensiunea redresată devine nulă până în momentul în care se aduce în conducţie tiristorul următor. Dioda de nul se deschide datorită tensiunii de autoinducţie generată de inductanţa sarcinii.

33

ωtωt ωt

u21 u22 u21α

iT1 iT2

IT2

a2 ωtωt ωt

i

u

i

uD

iD2iD1

ωtωt ωt

ωtωt ωt

γ2γ1

R R

R R

N

N

N

N

R ID

iD1

π 2π 3π


Curentul de sarcină se stabileşte după blocarea tiristorului prin dioda de nul, RS şi LS şi va rămâne constant dacă inductanţa de sarcină LS e de valoare mare. Prin utilizarea diodei de nul rezultă şi avantaje:utilizarea diodei de nul rezultă şi avantaje:- se reduc pulsaţiile din tensiunea redresată;- se reduc pulsaţiile din tensiunea redresată;- se protejează tiristorul în cazul sarcinii puternic inductive la deconectarea bruscă a

circuitului de sarcină.

34

uu2121

uu2222

uu2323

Lc

Lc

Lc

T1

T2

T3

LL Rs

iD Dn

Ud


35


36

electronica de putere curs

Documents