Electronică Analogică Redresoare -2-
1.2.4. Redresor monoalternanţă comandat. În loc de diodă, se foloseşte un tiristor sau un triac pentru a conduce, tirisorul are nevoie de tensiune anodică pozitivă şi impuls de comandă pe poartă (grilă) pentru a se bloca este necesar ca valoarea curentului anodic să se anuleze. în schema redresorului apare în plus un bloc ce generează impulsurile de comandă pentru tiristor numit bloc de comandă pe grilă (BCG). faptul că redresorul este alimentat în curent alternativ ne asigură că la un moment dat, indiferent de tipul sarcinii, curentul anodic al tiristorului va avea valoarea zero, asigurându-se astfel, în mod automat blocarea (stingerea) acestuia. În continuare vom discuta redresorul monofazat, monoalternanţă, comandat, cu sarcină rezistivă, şi cel cu sarcină inductivă. Redresorul monofazat, monoalternanţă, comandat, cu sarcină capacitivă, nu este folosit în practică deoarece caracterul capacitiv al sarcinii determină creşterea cu viteză ridicată a curentului în circuit care duce la amorsarea necontrolată a tiristorului şi la distrugerea acestuia
1.2.4.1. Redresor monoalternanţă, comandat, cu sarcină rezistivă Momentul apariţiei impulsului de comandă (curba 3) relativ la originea aleasă este notat cu α C. Momentul în care apare impulsul de comandă va determina o modificare a tensiunii şi curentului pe rezistenţa de sarcină şi a căderii de tensiune pe elementul de comandă dacă acesta are condiţii să se deschidă (să amorseze). Datorită faptului că este mai comod să lucrăm în unghiuri decât cu momente de timp α C poartă numele de unghi de comandă. Durata de timp corespunzătoare unghiului de comandă va fi: 1. Tensiunea în primarul transformatorului 2. Tensiunea în secundarul transformatorului 3. Impulsul de comandă al BCG 4. Căderea de tensiune pe sarcina RS 5. Căderea de tensiune pe triac 6. Curentul prin rezistenţa de sarcină
curentul prin sarcină are aceeaşi formă şi este în fază cu tensiunea pe sarcină. Putem deci să scriem că tensiunea pe sarcină este dată de relaţia: Redresor cu tiristor Redresor cu triac Relaţia valabilă dacă elementul de comandă este un tiristor. Un tiristor are o conducţie unilaterală şi va conduce doar în situaţia în care unghiul de comandă se află pe porţiunea în care tensiunea anodică a tiristorului este pozitivă (0 α C <π în exemplul nostru). Dacă impulsul de comandă apare atunci când tensiunea anodică a tiristorului este negativă atunci acesta rămâne blocat şi curentul în circuit este practic zero (π α C < 2π în exemplul nostru). Triacul conduce bilateral, şi amorsează şi pe alternanţa negativă dacă primeşte impuls de comandă. Pentru schema din figura de mai sus avem: dacă 0 α C <π pe rezistenţa de sarcină vom avea o tensiune pozitivă continuă, variabilă dacă π α C <2π pe rezistenţa de sarcină vom avea o tensiune negativă continuă, variabilă
formele de undă pentru redresorul comandat la care unghiul de comandă este α C >π. 1. Tensiunea în primarul transformatorului 2. Tensiunea în secundarul transformatorului 3. Impulsul de comandă al BCG 4. Căderea de tensiune pe sarcina RS 5. Căderea de tensiune pe triac 6. Curentul prin rezistenţa de sarcină Relaţie valabilă pentru 0 α C < π. Ecuaţia ne arată faptul că prin modificarea unghiului de comandă α C putem modifica valoarea medie a tensiunii pe sarcină, Pt α C = 0 obţinem: Pt α C = π obţinem: = tensiunea medie a redresorului monofazat, monoalternanţă, necomandat
în cazul redresorului comandat, prin modificarea unghiului de comandă între zero şi π se poate modifica valoarea tensiunii medii pe sarcină între valoarea maximă U 2max /π şi zero. Valoarea medie a curentului prin rezistenţa de sarcină va fi: 1.2.4.2. Redresor monoalternanţă, comandat, cu sarcină inductivă 1. Tensiunea în secundarul transformatorului 2. Impulsul de comandă 3. Tensiunea pe triac 4. Tensiunea pe sarcină 5. Curentul prin sarcină
Funcţionare: comanda triacului se face în alternanţa pozitivă a tensiuniila unghiul α C. triacul amorsează şi sarcina este alimentată. o parte din energie este stocată în câmpul electric al inductanţei. La trecerea prin zero a tensiunii (punctul A) din secundar, inductanţa de sarcină se opune anulării curentului cedând circuitului energia înmagazinată în câmpul electric. În acest fel, curentul prin sarcină îşi menţine acelaşi sens iar tensiunea pe sarcină se inversează, sarcina cedând energie circuitului (porţiunea AB). În punctul B curentul prin sarcină şi prin triac se anulează şi triacul se închide. Pe porţiunea BC curentul şi tensiunea pe sarcină sunt zero după care ciclul se reia din punctul C. la redresorul comandat, cu sarcină inductivă, curentul prin sarcină nu-şi schimbă sensul pe când tensiunea pe sarcină are şi porţiuni pozitive şi porţiuni negative. Rezultă că valoarea medie a curentului prin sarcină este mare pe când valoarea tensiunii medii pe sarcină este mică putând fi chiar zero sau negativă. Pe porţiunea α C A sarcina absoarbe energie de la sursa de alimentare (regim redresor) iar în porţiunea AB sarcina cedează energie sursei de alimentare (regim invertor).
Calculul curentului şi al tensiunii Curentul prin sarcină: unde constanta I0 se va calcula din condiţia iniţială is(αc)=0, Rezultă: Unghiul de conducţie λ se va calcula, ţinând cont de faptul că originea a fost aleasă în momentul apariţiei alternanţei pozitive a tensiunii din secundarul transformatorului, din condiţia i S [(α C + λ )/ω]= 0, rezultă:
Tensiunea pe sarcină O dată determinat unghiul de conducţie, poate fi calculată valoarea medie a tensiunii pe sarcină, plecând de la expresia tensiunii pe sarcină: iar tensiunea medie pe sarcină va fi: Valorile amplitudinilor armonicilor pentru diferite valori ale unghiului de comandă α C sunt prezentate în tabel În concluzie, astfel de redresoare poluează puternic reţeaua de alimentare cu armonici şi este necesar ca ele să fie prevăzute cu filtre în aşa fel încât perturbaţiile introduse de acestea să fie cât mai mici.
1.2.5. Redresoare dublă-alternanţă Îmbunătăţirea performanţelor redresoarelor monofazate se poate face prin redresarea ambelor alternanţe ale tensiunii alternative. Cele două metode de redresare dublăalternanţă sunt: redresor cu priză mediană la transformatorul de alimentare redresor dublă-alternanţă în punte. Bazându-ne pe cele discutate la redresoarele monofazate monoalternanţă vom prezenta în continuare, succint, cazul sarcinii rezistive, inductive şi capacitive.
1.2.5.1. Redresor dublă alternanţă, cu priză mediană, cu sarcină rezistivă 1. Tensiunea secundară u21 2. Tensiunea secundară u22 3. Căderea de tensiune pe dioda D1 4. Căderea de tensiune pe dioda D2 5. Căderea de tensiune pe sarcina Rs Sunt redresate ambele alternanţe ale tensiunii din secundarul transformatorului de alimentare. Acest lucru este posibil datorită înfăşurării suplimentare L22 şi a diodei redresoare D2. Este vorba practic de două redresoare monofazate, monoalternanţă, conectate în paralel care alimentează aceeaşi sarcină R S. Fiecare redresor redresează câte o alternanţă a tensiunii secundare asigurându-se astfel redresarea ambelor alternanţe. Cele două înfăşurări secundare ale transformatorului L21 şi L22 sunt identice şi sunt înseriate, punctul comun constituind punctul de referinţă al redresorului. În prima alternanţă dioda D1 este polarizată invers şi este blocată (curba 3) iar dioda D2 este polarizată direct şi conduce (curba 4 ) alimentând sarcina RS.
În cea de-a doua alternanţă, lucrurile se schimbă, dioda D1 este polarizată direct şi conduce iar dioda D2 este blocată. În acest fel pe rezistenţa de sarcină apare câte un puls de tensiune de acelaşi sens (datorită modului de conectare a diodelor) pentru fiecare alternanţă (curba 5). În figură pe curba tensiunii de sarcină (curba 5) este notată dioda care conduce. Faţă de redresorul monofazat, monoalternanţă, la acest redresor frecvenţa semnalului pe sarcină este dublă. Principalele dezavantaje ale acestui tip de redresor sunt: Cele două înfăşurări pentru transformator diodele redresoare suportă o tensiune inversă dublă faţă de tensiunea inversă pe dioda redresoare a redresorului monofazat, monoalternanţă: datorită faptului că pe dioda blocată se aplică suma tensiunilor celor două înfăşurări din secundarul transformatorului.
1.2.5.2. Redresor dublă-alternanţă, în punte, cu sarcină rezistivă Funcţionarea redresorului se bazează pe folosirea unei punţi de diode (formată din diodelor D1, D2, D3 şi D4 conectate ca în figură) care asigură redresarea ambelor alternanţe ale tensiunii din secundarul transformatorului. Astfel, la apariţia alternanţei pozitive a tensiunii diodele D1 şi D3 sunt polarizate şi conduc direct iar diodele D2 şi D4 sunt polarizate invers şi sunt blocate. În alternanţa negativă conduc diodele D2 şi D4 care sunt polarizate direct de data aceasta iar diodele D1 şi D3 sunt blocate fiind polarizate invers. 1. Tensiunea în secundarul Transformatorului 2. Tensiunea pe sarcină 3. Curentul prin sarcină
Tensiunea inversă maximă aplicată pe diodele în punte este ca la redresorul monofazat, mono-alternanţă. Principalul dezavantaj al acestui tip de redresor este reprezentat de faptul că sunt necesare patru diode faţă de două cât are redresorul dublă-alternanţă, cu priză mediană. În prezent, existenţa punţilor redresoare integrate fac ca acest dezavantaj să fie minor. 1.2.5.3. Calculul parametrilor redresorului monofazat, dublăalternanţă indiferent de tipul redresorului dublăalternanţă, forma tensiunii pe sarcină este aceeaşi şi are expresia: tensiunii în secundarul transformatorului: se observă că frecvenţa tensiunii pe sarcină este dublă faţă de frecvenţa tensiunii din secundarul transformatorului de alimentare. Pornind de la această constatare putem calcula valoarea medie a tensiunii pe sarcină: De 2 ori mai mare decât la redresorul monoalternanţă
Valoarea medie a curentului prin sarcină este: Iar valorile efective sunt: Relaţia între valoarea medie şi cea efectivă a curentului prin sarcină: Randamentul conversiei este dat de relaţia: factorul de ondulaţie:
Analiza armonică amplitudinile armonicilor redresorului dublăalternanţă sunt duble faţă de cele ale redresorului monoalternanţă, aşa cum era de aşteptat. Valoarea efectivă a curentului în primarul transformatorului: Unde : n = raportul de transformare
1.2.5.4. Redresor dublă-alternanţă, cu sarcină inductivă Datorită identităţii formei tensiunii pe sarcină, vom studia în acest paragraf atât redresorul dublăalternanţă cu priză mediană la transformatorul de alimentare cât şi redresorul dublăalternanţă în punte. La acest tip de redresoare energia înmagazinată în câmpul magnetic al inductanţei este preluată de diodele redresorului aşa cum se arată în continuare, asigurându-se astfel un regim de curent neîntrerupt prin sarcină.
Fig. Formele de undă pentru redresorul dublă alternanţă 1. Curentul prin sarcină 2. Tensiunea pe sarcină 3. Tensiunea u21 în secundarul transformatorului Aşa cum se vede în figura, introducerea unei inductanţe în circuitul de sarcină duce la netezirea curentului prin sarcină (scăderea factorului de ondulaţie) şi implicit reducerea amplitudinii armonicilor faţă de componenta medie a curentului de sarcină. Din aceste motive, inductanţa este folosită ca filtru de netezire a curentului redresat.
1.2.5.5. Redresor dublăalternanţă, cu sarcină capacitivă Redresorul dublaalternanţă cu sarcină capacitivă are o comportare identică din punct de vedere a semnalelor pe sarcină la cele două tipuri de redresoare discutate până acum. Schema de simulare a redresorului monofazat, cu priză mediană în secundarul transformatorului de alimentare, cu sarcină inductivă
df Schema de simulare a redresorului monofazat, dublăalternanţă, în punte, cu sarcină capacitivă
Formele de undă pentru redresorul monofazat, dublă alternanţă cu sarcină capacitivă 1. Tensiunea în secundarul transformatorului 2. Curentul prin sarcina inductivă 3. Curentul prin dode în prima alternanţă 4. Curentul prin diode în alternanţa următoare Modificarea ce apare aici este valoarea frecvenţei semnalelor pe sarcină care este dublă faţă de frecvenţa tensiunii de alimentare. Acest lucru duce la o îmbunătăţire a condiţiilor de filtrare a tensiunii pe sarcină în sensul că la acelaşi factor de ondulaţie la redresoarele dublăalternanţă este necesară o capacitate mai mică. Acest lucru are un efect favorabil şi asupra diodelor redresoare deoarece impulsul de curent ce apare prin diode în perioada de conducţie va fi mai mic Valoarea maximă a amplitudinii tensiunii ondulatorii pe sarcina U RPP tensiunea medie pe sarcină
principalii parametrii ai redresoarelor monofazate cu sarcină rezistivă.