redresoare monofazate - utcluj.ro monofazate.doc · web viewschema bloc a unui redresor monofazat...

16
Redresoare monofazate 1. Consideraţii teoretice Procesul de redresare constă în transformarea energiei electromagnetice de current alternative în energie electromagnetică de curent continuu. Schema bloc a unui redresor monofazat este prezentată în figura 1. figura 1. schema bloc a redresorului monofazat Transformatorul (T) are rolul de a separa consumatorul de reţea şi de a modifica tensiunea reţelei la valoarea necesară pentru a obţine o anumită tensiune continuă. Redresorul (R) este un circuit care conţine cel puţin un element neliniar, capabil să transforme tensiunea alternativă într-o formă de

Upload: others

Post on 14-Apr-2021

17 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Redresoare monofazate - utcluj.ro monofazate.doc · Web viewSchema bloc a unui redresor monofazat este prezentată în figura 1. figura 1. schema bloc a redresorului monofazat Transformatorul

Redresoare monofazate

1. Consideraţii teoretice

Procesul de redresare constă în transformarea energiei electromagnetice de current alternative în energie electromagnetică de curent continuu. Schema bloc a unui redresor monofazat este prezentată în figura 1.

figura 1. schema bloc a redresorului monofazat

Transformatorul (T) are rolul de a separa consumatorul de reţea şi de a modifica tensiunea reţelei la valoarea necesară pentru a obţine o anumită tensiune continuă. Redresorul (R) este un circuit care conţine cel puţin un element neliniar, capabil să transforme tensiunea alternativă într-o formă de undă cu componenta continuă diferită de zero. Filtrul (F) are rolul de a atenua ondulaţiile tensiunii redresate.

1.1 Redresoare monoalternanţă fără punteSchema electrică a redresorului dublă-alternanţă în punte este prezentată în figura 2.

Dacă se consideră un transformator fără pierderi de flux, alimentat în primar cu tensiunea :

Page 2: Redresoare monofazate - utcluj.ro monofazate.doc · Web viewSchema bloc a unui redresor monofazat este prezentată în figura 1. figura 1. schema bloc a redresorului monofazat Transformatorul

e1 = E1 sin (ωt)

în secundar vom obţine :

e2 = E2 sin (ωt)

Rezistenţa de pierderi a transformatorului poate fi calculată cu formula :

Rt = r2 + (n2 / n1)² r1

r2e2e 1 usn1

is

R s

D

r1n2

figura 2. schema electrică a redresorului monoalternanţă fără filtru

Într–un redresor, dispozitivul semiconductor lucrează la semnal mare, neliniarităţiile dispozitivului producând efectul de redresare. Pentru redresorul prezentat în figura 2, în alternanţa negativă a tensiunii din secundarul transformatorului, dioda D este polarizată direct permiţând trecerea curentului prin sarcină, iar în alternanţa negativă dioda D este blocată. In figura 3 sunt prezentate formele de undă care corespund funcţionării unui redresor monoalternanţă fără filtru.Cirentul prin sarcină se deduce analitic din figura 3.

is = Is sin (ωt), 0 < ωt < πis = 0,  π < ωt < 2π

unde Is reprezintă valoarea maximă a curentului prin sarcină şi are valoarea :

Is = E2 / (Rt + Rd + Rs) = E2 / (Ri + Rs)

Rd reprezintă rezistenţa diferenţială a diodei şi rezultă din liniarizarea caracteristicii acesteia şi Ri reprezintă rezistenţa internă a redresorului. Tensiunea pe sarcina rezistivă Rs are expresia :

us = Rs is = Is sin (ωt), 0 < ωt < πus = 0, π < ωt < 2π

Tensiunea medie (redresată) în sarcină este :

Uo = Us / π

Page 3: Redresoare monofazate - utcluj.ro monofazate.doc · Web viewSchema bloc a unui redresor monofazat este prezentată în figura 1. figura 1. schema bloc a redresorului monofazat Transformatorul

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100msV(TX1:3)

-15V

-10V

-5V

0V

5V

10V

15V

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100msV(D1:2)

-4V

0V

4V

8V

12V

figura 3. formele de undă pentru un redresor monoalternanţă fără filtru

iar tensiunea efectivă : Uef = Us / 2

1.2 Redresoare dublă alternanţă în punteSchema electrică a redresorului dublă-alternanţă în punte este prezentată în figura 4. În alternanţa pozitivă a tensiunii E2 conduc diodele D1 şi D4 (D2 şi D3 sunt

blocate),iar în alternanţa negativă conduc diodele D2 şi D3 (D1 şi D4 sunt blocate). Formele de undă ale tensiunii din secundarul transformatorului sunt prezentate în figura 5. Tensiunea medie (redresată) la ieşirea redresorului dublă alternanţă este :

Uo = 2 Us / π

iar tensiunea efectivă: Uef = Us / √2

unde Us reprezintă valoarea maximă a tensiunii din sarcină ţi are valoarea :

Us = (Rs*E2)/(Ri+Rs)

Page 4: Redresoare monofazate - utcluj.ro monofazate.doc · Web viewSchema bloc a unui redresor monofazat este prezentată în figura 1. figura 1. schema bloc a redresorului monofazat Transformatorul

0

D 6

D 1 N 4 0 0 7

R s

{r}

V 2

F R E Q = 5 0 H zV A M P L = 2 2 0V O F F = 0

R

0 . 0 0 5

D 8

D 1 N 4 0 0 7

D 5

D 1 N 4 0 0 7

D 7

D 1 N 4 0 0 7

TX2

0

figura 4. redresor dublă alternanţă în punte

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100msV(D6:2)

-4V

0V

4V

8V

12V

figura 5. formele de undă pentru un redresor dublă alternanţă fără filtru (Es = 12 V)

Performanţele redresorului dublă alternanţă fără filtru: a) caracteristica externă.

Uo = (2 E2 / π) – Ri * Iob) randamentul redresării.

η = Pcc/Pca = 8/ π² = 80%

c) factorul de ondulaţie. γ = Uef / Uo = (Us/ √2) / (2 Us / π)= π / 2√2 = 1,11

d) tensiunea inversă maximă pe diodă este tensiunea maximă din secundarul transformatorului.

1.3 Redresoare cu filtru capacitivSchema electrică a redresorului dublă-alternanţă în punte cu filtru capacitiv este

prezentată în figura 6. Formele de undă ale tensiunii din secundarul transformatorului şi de pe condensator sunt prezentate în figura 7.

Page 5: Redresoare monofazate - utcluj.ro monofazate.doc · Web viewSchema bloc a unui redresor monofazat este prezentată în figura 1. figura 1. schema bloc a redresorului monofazat Transformatorul

D 1

D 1 N 4 0 0 7V 1

F R E Q = 5 0 H zV A M P L = 2 2 0V O F F = 0

0

C 1{c }

R 1

4 . 7 kD 4

D 1 N 4 0 0 7

R 2

0 . 0 0 5

0

D 2

D 1 N 4 0 0 7

D 3

D 1 N 4 0 0 7

TX1

figura 6. redresor dublă alternanţă cu filtru capacitiv

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100msV(D2:2)

0V

5V

10V

15V

figura 7. formele de undă pentru un redresor dublă alternanţă cu filtru (Es = 12 V)

2.Modul de lucru

2.1. se măsoară cu ohmetrul rezistenţele primarului şi secundarului transformatorului.

2.2. se alimentează montajul şi se măsoară valoarea tensiunii de mers în gol la bornele secundarului cu un voltmetru de c.a. ; se calculează raposrtul de transformare şi rezistenţa de pierderi a transformatorului.

V

F R E Q = 5 0 H zV A M P L = 2 2 0V O F F = 0

2

1TX1

transformator

Page 6: Redresoare monofazate - utcluj.ro monofazate.doc · Web viewSchema bloc a unui redresor monofazat este prezentată în figura 1. figura 1. schema bloc a redresorului monofazat Transformatorul

2.3. se realizează următorul circuit, unde sarcina este o rzistenţă decadică; cu ajutorul osciloscopului se vizualizează tensiunea din secundarul transformatorului şi de pe sarcină .

D 1

D 1 N 4 0 0 7

TX1

R s

V 1

F R E Q = 5 0H zV A M P L = 2 2 0V O F F = 0

0 0

redresor monoalternanţă cu sarcină rezistivă

2.4. se modifică valoarea rezistenţei decadice şi se fac citiri succesive ale curentului redresat şi ale tensiunii de pe sarcină .

Io (mA) 10 20 40 80Uo (V)

2.5. se realizează următorul montaj (redresor dublă alternanţă).

0

D 6

D 1 N 4 0 0 7

R s

{r}

V 2

F R E Q = 5 0 H zV A M P L = 2 2 0V O F F = 0

R

0 . 0 0 5

D 8

D 1 N 4 0 0 7

D 5

D 1 N 4 0 0 7

D 7

D 1 N 4 0 0 7

TX2

0

redresor dublă alternanţă în punte

2.6. se repetă punctele 2.3. şi 2.4.

2.7. se realizează următorul montaj şi se vizualizează tensiunea de pe sarcină, curentul prin condensator şi curentul prin diodă.

C 1

D 1

D 1 N 4 0 0 7

TX1

R s

V 1

F R E Q = 5 0 H zV A M P L = 2 2 0V O F F = 0

0 0

redresor monoalternanţă cu filtru capacitiv (C1 = 10uF)

2.8. se repetă punctul 2.7. pentru condensatoarele C2 = 100uF şi C3 = 1000uF şi se rezolvă tabelul :

C (uF) 10 100 1000Io (mA)

Page 7: Redresoare monofazate - utcluj.ro monofazate.doc · Web viewSchema bloc a unui redresor monofazat este prezentată în figura 1. figura 1. schema bloc a redresorului monofazat Transformatorul

Uo (V)

2.9. se repetă punctele 2.3. şi 2.4. pentru circuitul realizat la punctul 2.7. în circuit se introduce condensatorul C1 (10uF).

3. Prelucrarea datelor

3.1. se desenează formele de undă vizualizate la punctele 2.3., 2.5. şi 2.7.

3.2. se ridică caracteristica externă a redresorului monoalternanţă şi se calculează rezistenţa internă a acestuia.

3.3. pe graficul de la punctul 2.2. se trasează caracteristica externă a redresorului dublă alternanţă fără filtru şi a redresorului monoalternanţă cu filtru capacitiv; se calculează rezistenţele interne a celor două redresoare.

3.4. se reprezintă grafic dependenţa raportului Idmax / Io în funcţie de condensatorul C.

4. Simularea circuitelor a redresorului monofazat

tensiunea de mers în gol la bornele secundarului transformatorului- se realizează montajul din figura (am folosit rezistenţa Rs pentru a culege tensiunea de pe aceasta, care este egala cu tensiunea de mers in gol a secundarului) :

TX1R

0 . 0 0 5V 2

F R E Q = 5 0 H zV A M P L = 2 2 0V O F F = 0 R s

4 . 7 k

0

Page 8: Redresoare monofazate - utcluj.ro monofazate.doc · Web viewSchema bloc a unui redresor monofazat este prezentată în figura 1. figura 1. schema bloc a redresorului monofazat Transformatorul

- pentru acest montaj se face un profil de simulare Time Domain (Transient) , având perioada de 100 ms ;

- se vizualizează tensiunea de pe Rs: V(Rs:2)

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100msV(Rs:2)

-15V

-10V

-5V

0V

5V

10V

15V

dependenţa tensiunii redresate de curentul redresat (prin sarcina rezistivă)- se realizează montajul din figura :

D 1

D 1 N 4 0 0 7

TX1

R s

V 1

F R E Q = 5 0 H zV A M P L = 2 2 0V O F F = 0

0 0

a) redresor monoalternanţă

Page 9: Redresoare monofazate - utcluj.ro monofazate.doc · Web viewSchema bloc a unui redresor monofazat este prezentată în figura 1. figura 1. schema bloc a redresorului monofazat Transformatorul

0

D 1

D 1 N 4 0 0 7

D 4

D 1 N 4 0 0 7

V

0

R s

{r}

R

0 . 0 0 5V 1

F R E Q = 5 0 H zV A M P L = 2 2 0V O F F = 0

D 3

D 1 N 4 0 0 7

TX1

D 2

D 1 N 4 0 0 7

b) redresor dublă alternanţă

- pentru acest montaj se face un profil de simulare Time Domain (Transient) , având perioada de 100 ms (vezi mai sus) ;- sarcina rezistivă este variabilă, deci se face o analiză parametrică după Rs (valorile lui r sunt luate pt curenţii daţi):

- se vizualizează curenţii prin Rs: a) şi b)

Page 10: Redresoare monofazate - utcluj.ro monofazate.doc · Web viewSchema bloc a unui redresor monofazat este prezentată în figura 1. figura 1. schema bloc a redresorului monofazat Transformatorul

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100ms-I(Rs)

-20mA

0A

20mA

40mA

60mA

80mA

100mA

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100ms-I(Rs)

-20mA

0A

20mA

40mA

60mA

80mA

- apoi se vizualizează şi tensiunile pentru curenţii respectivi : a) şi b)

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100msV(D1:2)

-4V

0V

4V

8V

12V

V(D1:2)

Page 11: Redresoare monofazate - utcluj.ro monofazate.doc · Web viewSchema bloc a unui redresor monofazat este prezentată în figura 1. figura 1. schema bloc a redresorului monofazat Transformatorul

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100msV(D1:2)

-4V

0V

4V

8V

12V

filtrul capacitiv- se realizează montajul din figura :

C 1

D 1

D 1 N 4 0 0 7

TX1

R s

V 1

F R E Q = 5 0 H zV A M P L = 2 2 0V O F F = 0

0 0

a)redresor monoalternanţă cu filtru capacitiv

- pentru acest montaj se face un profil de simulare Time Domain (Transient) , având perioada de 100 ms (vezi mai sus) ;- curentul şi tensiunea vor fi determinaţi pentru trei valori ale condensatorului, deci se face o analiză parametrică după C1 ;

D 2

D 1 N 4 0 0 7

C 1{c }

R 2

0 . 0 0 5

V

TX1

D 4

D 1 N 4 0 0 7

R 1

4 . 7 k

V 1

F R E Q = 5 0 H zV A M P L = 2 2 0V O F F = 0

D 3

D 1 N 40 0 7

D 1

D 1 N 40 0 7

00

b) redresor dublă alternanţă cu filtru capacitiv

Page 12: Redresoare monofazate - utcluj.ro monofazate.doc · Web viewSchema bloc a unui redresor monofazat este prezentată în figura 1. figura 1. schema bloc a redresorului monofazat Transformatorul

-se afişează tensiunile de pe condensatori: a) şi b)

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100msV(R1:2)

0V

5V

10V

15V

20V

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100msV(D2:2)

0V

4V

8V

12V

16V

Page 13: Redresoare monofazate - utcluj.ro monofazate.doc · Web viewSchema bloc a unui redresor monofazat este prezentată în figura 1. figura 1. schema bloc a redresorului monofazat Transformatorul

-în final se afişează curenţii prin condensatori: a) şi b)

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100ms-I(C1)

-1.0A

0A

1.0A

2.0A

3.0A

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100ms-I(C1)

-1.0A

0A

1.0A

2.0A

3.0A

4. Bibliografie :4.1. Ş.Lungu, A.Rusu, S.Pleşa, Dispozitive şi circuite electronice Îndrumător de labrator, Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca, Cluj-Napoca, 1998;4.2. G.Chindriş, A.Rusu, Proiectare asistată a circuitelor electronice - aplicaţii-, Casa Cărţii de Ştiinţă, Cluj-Napoca, 2001.