REDRESOARE COMANDATE DE MICĂ PUTERE

1. INTRODUCERE

Prin redresoare se înţeleg acele circuite electrice care realizează transformarea energiei de curent alternativ în energie de curent continuu.

Structura redresorului depinde de sursa de energie şi de natura receptoarelor alimentate. În funcţie de dispozitivele de redresare utilizate redresoarele pot fi clasificate astfel: redresoare necomandate (cu diode) care au tensiunea de ieşire fixă; redresoare comandate (cu tiristoare în general) care au tensiunea de ieşire reglabilă.

Alimentarea circuitelor de redresare poate fi realizată cu sau fără transformator, direct de la reţea.

Prin redresor comandat (sau reglabil) se înţelege un redresor ce foloseşte în locul diodelor obişnuite, elemente redresoare cu electrod de comandă care permit, printr-o reglare potrivită a tensiunii aplicate acestui electrod, să se modifice în limite largi valoarea medie a tensiunii sau curentului redresat.

Se pot distinge redresoare ,,total'' comandate, realizate în mod exclusiv cu tiristoare şi redresoare semicomandate (mixte) care folosesc combinaţii de tiristoare şi diode.

Cele mai răspândite redresoare semicomandate sunt cele realizate după o schema în punte, la care jumătate din numărul elementelor redresoare sunt diode semiconductoare.

2. REDRESOARE COMANDATE MONOFAZATE

Redresoarele monofazate cu tiristoare sunt utilizate frecvent pentru controlul puterilor (de curent alternativ sau de curent continuu) dezvoltate în sarcini ca: motoare electrice de c.c., instalaţii de încălzire şi de reglare a temperaturii tec.

Schemele cele mai răspândite şi formele de undă care ilustrează funcţionarea lor în cazul unor sarcini rezistive, sunt arătate în figurile 1 şi 2. Redresoarele comandate cu tiristoare permit reglajul 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 fazei.

Figura 1. Schemele de principiu ale unor redresoare comandate

RC - 1

Tensiunea 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.

3. FUNCTIONAREA REDRESORULUI COMANDAT

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.

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

Prin definiţie, componenta medie este :

(1)

Rezultă pentru Uo :

(2)

Valoarea medie a tensiunii este:

(3)

Expresia (3) este funcţia de transfer sau funcţia de reglaj a redresorului. Pentru valorile extreme ale unghiului de comanda alfa, zero şi pi, se obţin, pentru tensiunea medie pe sarcina, valorile Umax/pi şi zero.

Prin definiţie, valoarea efectivă se calculează cu expresia :

RC - 2

(4)

Funcţia de reglaj a valorii efective a tensiunii este:

(5)

Legile de variaţie pentru curentul mediu sau eficace în funcţie de unghiul de comandă, se obţin din relaţiile de mai sus:

(6)

(7)

Figura 3. Forma de variaţie a mărimilor UM/Um

RL= rezistenţa de sarcină

4. METODE DE COMANDĂ PE GRILĂ

După modul în care circuitul de comandă (CC) sau dispozitivul de comandă pe grilă (DCG) realizează amorsarea tiristorului, există două metode de comandă pe grilă: comandă pe orizontală şi comanda pe verticală.4.1 Comanda pe orizontală - presupune modificarea fazei impulsurilor iG prin deplasarea pe orizontală a unei tensiuni alternative de comandă (deplasarea pe orizontală este echivalentă cu modificarea fazei acestei tensiuni).

Se observă ca impulsurile se generează în momentul trecerii prin zero a tensiunii U. Comanda defazajului se poate face manual, acţionând cursorul unui potenţiometru, sau electronic printr-un semnal de comanda Uc.

Defazarea continuă a tensiunii alternative se poate obţine cu un circuit dat în figura 5.Prin deplasarea cursorului la autotransformator sau acţionarea manuală a rezistorului

variabil R se modifică faza tensiunii Ualt. Dacă este necesară comanda electronică, se foloseşte un semnal de comandă.

RC - 3

Figura 4. Comanda pe orizontală a redresorului monofazat

Figura 5. Exemplu de circuit pentru defazarea tensiunii alternative

Figura 6. Semnale pentru comandă pe orizontală

Se foloseşte un oscilator electronic, pentru a genera o tensiune periodică liniar variabilă în timp, şi un comparator care are la cealaltă intrare semnalul de comandă Uc.

Impulsurile vor fi generate la intersecţia tensiunilor Ul şi Uc, pe partea descendentă a tensiunii Ul, ca în figura 6.

RC - 4

4.2 Comanda pe verticală - presupune modificarea fazei impulsurilor iG prin deplasarea pe verticală a unei tensiuni alternative de comandă.

Figura 7. Comanda pe verticală a redresorului monofazat

Comanda pe verticală permite obţinerea unei relaţii liniare între tensiunea pe sarcină şi tensiunea de comandă.

Când tensiunea de comandă este egală cu zero, impulsul de comanda iG apare la intersecţia cu abscisa a unei tensiuni alternative U, defazată cu 90grd. faţă de tensiunea U2. Rezultă unghiul de comandă (unghiul de amorsare) egal cu 90grd.

Pentru Uc=0 are loc însumarea tensiunii alternative U cu tensiunea de comanda Uc. Valorile pozitive şi negative ale tensiunii de comanda vor determina deplasarea pe verticală a tensiunii U, deci la ajustarea fazei impulsurilor de comanda iG.

Când Uc creşte, unghiul de amorsare scade şi tensiunea continuă obţinuta creşte.

Observaţie: Stabilirea tensiunii medii pe sarcina Uo în funcţie de semnalul de comanda Uc conduce, pentru comanda pe orizontală, la o relaţie neliniară, Uo=f(Uc).Din contră, comanda pe verticală permite obţinerea unei dependenţe Uo=f(Uc) liniare, ceea ce constituie un avantaj important.

5. DESCRIEREA PANOULUI EXPERIMENTAL

Panoul conţine, pe o singură placă, un redresor monofazat comandat de mică putere. Elementul de conducţie unilaterală este un tiristor simbolizat cu Th. El este comandat pe

grilă de dispozitivul de comandă în faza (DCF), cu ajutorul unui transformator de impulsuri Ti. Sarcina rezistivă este alcătuită din două rezistoare de putere legate în serie.

Bornele pentru legarea mărimilor de interes şi pentru legături electrice sunt numerotate, în schema electrică (fig. 9), de la unu la treisprezece.

6. APARATE NECESARE

-osciloscop catodic cu două canale;-două voltmetre tip MAVO-35;-panou experimental;

7. DESFĂŞURAREA LUCRĂRII

RC - 5

7.1 Se conectează aparatele de măsura şi se realizează legăturile cu ajutorul conductoarelor prevăzute cu banane la ambele capete, conform figurii 9.

7.2 Se determină experimental funcţia de transfer a redresorului Us=f(Uc) şi dependenţa unghiului de conducţie - tensiune de comandă g(Uc). Se stabilesc valorile din tabelul 1 pentru tensiunea de comandă şi se măsoară tensiunea pe sarcină şi timpul de conducţie.

Unghiul de conducţie se calculează cu ajutorul relaţiei (8) şi timpul de conducţie se măsoară cu osciloscopul.

Faza=(360 t /T) (grade) (8)

Figura 8. Măsurarea timpului de conducţie al tiristorului

7.3 Se vizualizează formele de undă de la intrare (bornele 1-8), de la ieşire (bornele 7-8) şi impulsurile de comandă pe grila (bornele 4-5).Se desenează aceste semnale pentru o valoare oarecare a tensiunii de ieşire, diferită de zero.

Figura 9. Studiul redresoarelor monofazate comandate de mică putere

Uc(V) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11Us(V)t (mS)

faza(grd)

8. BIBLIOGRAFIE1. Ceangă E., ş.a.- Electronică industrială. E.D.P. Bucureşti, 1981.2. Ceangă E., ş.a.- Îndrumar de laborator pentru electronică. Universitatea din Galaţi, 1978.3. Aiordăchioaie D., ş.a. – Electronică. Îndrumar de laborator. Universitatea din Galaţi, 1994.4. Iliev Mircea, Popa Rustem, Iliev Voichiţa-Marcela - Dispozitive şi circuite electronice – partea I-a. Editura Fundaţiei Universitare “Dunărea de Jos”, Galaţi, 2001.

RC - 6