Capitolul 6 6. SSE DE ALMENTAE DE CENT CONTN În foarte multe aplicaţii ete neceară alimentarea intalaţiilor şi aparatelor electrice în curent continuu. Sura de alimentare cu energie electrică ete în majoritatea cazurilor reţeaua electrică alternativă trifazată de ditribuţie a energiei electrice. Tranformarea energiei electromagnetice de curent alternativ în energie electromagnetică de curent continuu e realizează cu ajutorul circuitelor redreoare, prin proceul de redreare. n redreor ete un circuit care converteşte unde bidirecţionale în unde monodirecţionale, au converteşte puterea de curent alternativ în putere de curent continuu. Schema bloc a unei ure de alimentare de curent continuu pornind de la reţeaua de curent alternativ ete prezentată în figura 6.1. Fig. 6.1. 60
Tranformatorul (Tr) are rolul de a modifica teniunea alternativă preluată din reţeaua de alimentare cu energie electrică, conform valorii teniunii continue neceare conumatorului. Separarea galvanică dintre reţeaua electrică şi circuitul electronic alimentat reprezintă unul din marile avantaje pe care le oferă tranformatorul pentru protejarea împotriva electrocutării. Blocul redreor () propriu-zi conţine în tructura a elemente redreoare care permit conducţia curentului electric numai într-un en. Ca elemente redreoare e pot utiliza: diode cu vid au cu gaz, diode redreoare emiconductoare, tiritoare. S-au impu în momentul de faţă, ca elemente de redreare, diodele redreoare emiconductoare şi tiritoarele. Teniunea obţinută la ieşirea blocului redreor conţine în afara componentei continue şi componente alternative. Deoarece aparatura electronică neceită pentru alimentare o teniune continuă cu componente alternative cât mai mici, la ieşirea din redreor e conectează un circuit de filtrare F au de netezire. Filtrul (F) are rolul de a micşora componentele alternative, acumulând energie în intervalul de timp când teniunea creşte şi cedând energie conumatorului când teniunea cade. Filtrul laă ă treacă componentele de frecvenţă joaă şi opreşte componentele de frecvenţă ridicată, de unde şi caracterul ău trece jo. Stabilizatorul (S) are rolul de a menţine teniunea continuă de alimentare la o valoare contantă, indiferent de variaţiile arcinii ( ) au ale teniunii reţelei. 6.1. Claificarea redreoarelor În funcţie de poibilitatea de a furniza o teniune de valoare reglabilă, redreoarele e împart în: a. redreoare necomandate - e realizează cu diode şi furnizează la ieşire o teniune de valoare fixă; b. redreoare comandate - e realizează cu tiritoare au cu triace şi furnizează la ieşire o teniune de valoare reglabilă. 61
În funcţie de numărul de faze ale tranformatorului de alimentare redreoarele e pot claifica în: a. redreoare monofazate; b. redreoare trifazate; c. redreoare polifazate. În funcţie de numărul alternanţelor redreate, redreoarele pot fi: a. redreoare monoalternanţă care redreează o ingură alternanţă a teniunii alternative de alimentare; b. redreoare dublă alternanţă care redreează ambele alternanţe ale teniunii alternative. 6.. edreorul monofazat 6..1. edreorul monoalternanţă edreorul monoalternanţă, au redreorul implă alternanţă, cu arcină rezitivă poate fi realizat conform chemei din figura 6.. Analizând funcţionarea redreorului reiee că în emiperioada în care dioda ete polarizată direct, dioda conduce lăând ă treacă un curent i A (t), care dă o cădere de teniune u (t) la bornele arcinii. În emiperioada în care dioda ete polarizată inver dioda e blochează şi curentul prin circuit ete practic nul. u 1 (t) u (t) Fig. 6.. 6
În figura 6.3 e prezintă formele de variaţie în timp pentru teniunea alternativă u din ecundarul tranformatorului, teniunea u de la bornele rezitenţei de arcină şi curentul i prin rezitenţa de arcină. u (t) u (t) u i (t) i Fig. 6.3. Amplitudinea m a teniunii din ecundarul tranformatorului poate atinge o valoare cel mult egală cu teniunea maximă admiibilă din catalog a diodei; altfel dioda e trăpunge. Valoarea medie a teniunii redreate ( max ), valoarea medie a max curentului prin arcină ( ), puterea de curent continuu aborbită de arcină ( P reţea ( P a ef ef 4 ), puterea de curent alternativ aborbită de la 1 4 ), randamentul redreorului ( η 40,5%) şi factorul de ondulaţie ( γ 1,57) unt calculate în [1,]. 63
6... edreorul dublă alternanţă edreorul monofazat dublă alternanţă e poate realiza ub forma a două montaje fundamentale: montajul cu tranformator cu priză mediană în ecundar; montajul cu punte de diode. edrearea cu ajutorul primul montaj neceită utilizarea a două diode redreoare şi a unui tranformator cu priză mediană în ecundar, iar redrearea cu cel de-al doilea montaj neceită patru diode redreoare şi un tranformator obişnuit. Exitenţa punţilor de diode integrate a făcut poibilă utilizarea cu mai mare uşurinţă a redreorului cu punte de diode. 6...1. edreorul cu tranformator cu priză mediană în ecundar Schema unui redreor cu tranformator cu priză mediană în ecundar ete prezentată în figura 6.4, iar formele de undă pentru teniuni şi curenţi unt prezentate în figura 6.5. i (t) inv i (t) u 1 (t) u (t) ' t u (t) u 1 (t) u (t) u ( ) u ( t ) ' u (t) i (t) a) b) Fig. 6.4. Teniunea pe o jumătate a ecundarului ete egală cu teniunea pe cealaltă jumătate, dar în opoziţie de fază. Teniunea u are expreia: u t) in ωt inα (6.1) ( m m 64
Pentru analiza mai uşoară a funcţionării circuitului redreorului, e conideră că diodele unt complet blocate atunci când unt polarizate inver şi e neglijează rezitenţa înfăşurării ecundare a tranformatorului. u (t) i 1 (t) i (t) i (t) i Fig. 6.5. În alternanţa pozitivă ( u ( t) 0 ) conduce dioda D 1 şi u ( t ) e aplică > rezitenţei de arcină S. În alternanţa negativă, dioda D 1 ete blocată şi conduce dioda D, care aplică la ieşire pe S teniunea ' u ( t ) cu aceeaşi polaritate ca în alternanţa precedentă. În acet fel, prin rezitenţa de arcină S trece un curent în acelaşi en în fiecare emiperioadă. Valoarea medie care e obţine pentru teniunea au curentul redreat va fi de două ori mai mare decât valoarea medie pentru redreorul mono alternanţă, deoarece conţine de două ori mai multe alternanţe în acelaşi interval de timp. ezultă o eficienţă porită a redreorului dublă alternanţă în comparaţie cu redreorul mono alternanţă. Dezavantajele acetui tip de redreor faţă de redreorul monoalternanţă unt următoarele: tranformatorul ete mai cump datorită prizei mediane şi a numărului dublu de pire din ecundar; 65
diodele trebuie ă uporte o teniune inveră de două ori mai mare inv max max. În continuare e vor calcula: curentul mediu arcină, teniunea medie reglaj [ %], coeficientul (factorul) de ondulaţie ecuaţia caracteriticii externe a redreorului. prin rezitenţa de la bornele rezitenţei de arcină, coeficientul de γ. De aemenea, e va tabili Curentul mediu prin rezitenţa de arcină Curentul prin rezitenţa de arcină are două componente, conform relaţiei următoare: i t) i ( t) + i ( ) (6.) ( 1 t şi datorită redreării i ( t) inωt. (6.3) m Dacă rezitenţa internă a unei diodei ete maxim prin rezitenţa de arcină ete r i, atunci valoarea curentului m + r m (6.4) i Chiar dacă u ( t ) are valoarea medie nulă, curentul redreat prin arcină are o valoare medie diferită de zero, care e calculează în continuare: T 1 1 1 i α dα i α dα i α dα T ( ) ( ) ( ) + 0 0 0 1 m m m ( coα ) 0 ( 1+ 1) m inαdα (6.5) 66
Teniunea medie la bornele rezitenţei de arcină Teniunea medie pe rezitenţa de arcină va fi: m (6.6) şi foloind relaţia (6.4) obţinem + r m m m i + r i 1 ri 1+. (6.7) Pentru funcţionarea în gol ( ) teniunea la ieşire va fi m. (6.8) Coeficientul de reglaj al redreorului e calculează cu ajutorul relaţiei [%] 100 (6.9) şi exprimă variaţia procentuală a teniunii de la mer în gol la mer în arcină. Caracteritica externă a redreorului e traează grafic foloind o funcţie de tipul f ( ). + r m m i 1 ri 1+ (6.10) Ţinem eama că şi înlocuind în relaţia de mai u obţinem: 67
m 1 m 1 ri 1+ ri 1+ m + r i ( 6.11) şi împărţind cu ambii membri ai relaţiei (6.11) m 1 1 m + ri + ri În final e obţine ecuaţia caracteriticii externe a redreorului m r i (6.1) care conduce la graficul din figura 6.6. Vomed Vm m omed Fig. 6.6. Coeficientul (factorul) de ondulaţie al redreorului e defineşte ca raportul dintre amplitudinea componentei alternative de frecvenţă minimă a curentului şi mărimea componentei continue a curentului la bornele arcinii: aef γ (6.13) 68
Conform relaţiei (6.) ştim că i t) i ( t) + i ( ) şi analizând reprezentarea ( 1 t grafică din figura 6.5, curentul prin arcină e poate crie atfel: T t) i1 ( t) + i ( t ) i ( 1 (6.14) Amplitudinile curenţilor prin diodele redreoare unt egale ( dezvoltare în erie Fourier e obţine: 1 m m m ). Prin m m m i ( t) + inωt coωt... + 3 m 4 m coωt... 3 m + m m in( ωt ) co(ωt )... 3 Foloind definiţia coeficientului de ondulaţie şi notaţiile din relaţia (6.13) e poate crie: m şi 4 m aef, deci coeficientul de ondulaţie 3 pentru redreorul dublă alternanţă cu tranformator cu priză mediană ete γ 4 m 3 m 3 0,67. (6.15) Comparând valoarea factorului de pulaţie la redreorul dublă alternanţă cu valoarea factorului de pulaţie la redreorul monoalternanţă ( γ 1, 57) e contată uperioritatea redreorului dublă alternanţă. 6... edreorul cu punte de diode Se conideră montajul din figura 6.7 în care teniunea u (t) din ecundarul tranformatorului ete o teniune alternativă, reprezentată ca în figura 6.8. ezitenţa de arcină reprezintă un conumator oarecare, de exemplu un echipament electronic, un motor electric de curent continuu, etc. 69
μ1( t) u 1 (t) μ( t ) u 1 (t) μ1(t) μ(t) i(t) μ ( t ) u (t) μ(t) u (t) a) b) Fig. 6.7. Atunci când teniunea u (t) ete pozitivă (fig. 6.7.a), curentul circulă de la borna ecundarului tranformatorului marcată cu emnul + prin dioda D 1, rezitenţa de arcină, dioda D 3 şi apoi ajunge la borna ecundarului tranformatorului marcată cu emnul -. Traeul curentului electric ete indicat prin ăgeţi. u (t) u(t) i (t) i(t) αωt α ωt αωt α ωt Fig. 6.8. Atunci când teniunea u (t) ete negativă (fig. 6.7.b), curentul circulă de la borna tranformatorului aflată la un potenţial mai ridicat către borna aflată la un potenţial mai coborât, pe traeul indicat prin ăgeţi: dioda D, rezitenţa de arcină, dioda D 4. Se obervă că rezitenţa de arcină ete trăbătută de un curent i (t) care nu îşi chimbă enul, adică de un curent continuu. Graficul de variaţie în timp al acetui curent e poate vedea în figura 6.8. 70
Teniunea u (t) la bornele arcinii ete o teniune redreată pentru că nu îşi chimbă emnul. Se pune că teniunea u (t) -a obţinut prin redrearea dublă alternanţă a teniunii alternative de intrare u (t). Montajul prezentat în figura 6.7 e numeşte redreor dublă alternanţă, iar anamblul format din cele patru diode care intră în componenţa a e numeşte punte redreoare (de diode). 71