Cicloconvertoare monofazate

Cicloconvertoare monofazate

Se va studia principiul de functionare al cicloconvertorului monofazat pe schema cea mai simpla, formata din doua convertoare reversibile in tensiune, trifazate, cu punct median, montate in antiparalel (fig. 1).

Ansamblul formeaza un convertor reversibil in curent si in tensiune (patru cadrane), studiat la capitolul 4.

In principiu, se poate utiliza oricare din montajele prezentate la capitolul 4, care functioneaza cu sau fara curent de circulatie.

Cele doua grupe de comutatie lucreaza fiecare la randul sau.

In loc sa se obtina un curent si o tensiune de valori medii si de un singur semn, curentul si tensiunea de iesire au valori medii nule, deci prezinta si o componenta alternativa importanta.

Analiza convertoarelor in patru cadrane cu curenti de circulatie a aratat ca:

(1)

Dat fiind faptul ca valoarea maxima admisa pentru unghiul de comanda a unui convertor in doua cadrane este , din relatia (1) rezulta ca:

Aceasta conditie impusa unghiului de comanda micsoreaza valoarea maxima a tensiunii de iesire si mareste cantitatea de putere reactiva consumata; iata deci, doua dezavantaje ale cicloconvertoarelor cu curenti de circulatie.

Fig. 1 Cicloconvertorul monofazat cu p=3.

Daca se doreste obtinerea unei tensiuni de iesire , din relatia (1) se deduce imediat:

(2)

Deci, valorile unghiurilor de comanda vor varia dupa o lege sinus, data intre 30^o si 150^o, asa cum se arata in fig. 2, in care sunt prezentate si formele de unda ideale, ale tensiunii si curentului, pentru o sarcina rezistiv-inductiva, caz cel mai des intalnit in practica. Studiind semnul tensiunii si al curentului, deducem modul de functionare al fiecarui grup, in regim de redresor sau de invertor.

Fig. 2 Variatia unghiurilor de comanda si .

a) si - grupul I functioneaza ca redresor;

- intreruptoarele grupului II sunt blocate.

b) si - grupul I functioneaza ca invertor;

- intreruptoarele grupului II sunt blocate.

c) si - grupul II functioneaza ca redresor;

- intreruptoarele grupului I sunt blocate.

d) si - grupul II functioneaza in invertor;

- intreruptoarele grupului I sunt blocate.

Cand sarcina este rezistiva, curentul si tensiunea sunt in faza.

Regimurile de functionare corespund cazurilor a) si c). Comutatia de la un grup la altul se face fara pauza de curent, asa cum se arata in fig. 3.

In exemplul dat in fig. 3, frecventa tensiunii la iesire este o cincime din frecventa tensiunii la intrare, : . Mai mult, valoarea tensiunii de iesire este cea mai mare posibila, deoarece unghiul de comanda al tiristoarelor este nul: . Deci, valoarea tensiunii de iesire poate fi modificata continuu, cu ajutorul unghiului de comanda.

Fig. 4 prezinta un exemplu de functionare cu sarcina rezistiva la unghi de comanda constant, dar diferit de zero.

Fig. 3 Formele de unda la iesirea din cicloconvertor, pentru o sarcina rezistiva si

Fig. 4 Formele de unda la iesirea din cicloconvertor, pentru o sarcina rezistiva si

Cand sarcina nu este pur rezistiva, exista un defazaj intre tensiune si curentul la iesire.

In timpul functionarii se regasesc toate cazurile precedente: a), b), c) si d), asa cum se prezinta in fig. 5, care da formele de unda la iesirea cicloconvertorului pentru o sarcina inductiva, la un unghi de comanda nul.

Pentru valori constante ale unghiului de comanda, tensiunea la iesire este de forma trapezoidala cu o ondulatie suprapusa de frecventa (p = indice de pulsatie).

Acesta este cazul cicloconvertoarelor cu ; pentru tensiunea la iesire devine mai curand rectangulara. Aceasta forma de unda are un continut de armonici ridicat, ceea ce, pentru unele utilizari, este dezagreabil.

Variind cele doua unghiuri de comanda, se poate obtine o tensiune la iesire care este o mai buna aproximare a sinusoidei, ea fiind formata totusi dintr-o succesiune de portiuni de sinusoida.

Fig. 5 Formele de unda la iesirea din cicloconvertor pentru o sarcina inductiva si .

Determinarea unghiurilor de comanda si

In relatia (2) se introduce coeficientul de reglaj al tensiunii:

(3)

Unghiurile de comanda se determina prin intersectia unei unde de referinta cu undele modulatoare . Avem nevoie de o unda modulatoare pentru fiecare tiristor si in plus pentru fiecare amorsare a fiecarui tiristor din cele doua grupuri de comutatie. Aceste unde modulatoare sunt jumatati de sinusoida cu originea timpului in punctul corespunzator unghiului de comanda nul al fiecarui tiristor, cu amplitudine egala cu si cu frecventa .

Pentru grupul I care permite trecerea semialternantelor pozitive ale curentului, undele modulatoare sunt definite pentru ; deci, ele taie abscisa cand descresc. Pentru grupul II care permite trecerea semialternantelor negative ale curentului undele modulatoare sunt definite pentru si taie abscisa cand cresc. Unda de referinta poate fi teoretic de orice forma periodica de frecventa . Se utilizeaza de obicei o sinusoida egala sau proportionala cu unda ideala pe care dorim sa o obtinem (fig. 6). Ceea ce obtinem in realitate este o unda care are ca fundamentala sinusoida dorita. Tensiunea la iesire este periodica numai atunci cand raportul este un numar natural. Pentru a obtine un factor de putere mai bun, se utilizeaza o referinta trapezoidala .