Redresarea monofazata

Redresarea monofazata

1. Redresorul monofazat necomandat in punte

Dispozitivul electronic utilizat pentru redresare este dioda semiconductoare, un dipol pasiv polarizat ai carui poli poarta numele de anod respectiv catod, figura  :

Fig. 5.2

Dioda blocata se comporta ca un intreruptor deschis, iar atunci cand conduce se comporta ca un intreruptor inchis.

De remarcat faptul ca acesta caracteristica ideala a diodei este un model de studiu pentru convertoare, caracteristica unei diode reale aratand ca in figura 5.3

Fig. 5.3

in care se poate observa existenta unui curent rezidual in starea blocata a diodei, precum si o tensiune de prag de deschidere a diodei in starea de conductie,( 0,6 V valoare tipica pentru diodele cu siliciu ; la diodele cu germaniu aproape neutilizate astazi in aplicatii industriale, valoarea de prag a tensiunii este de 0,2 V, valoare tipica )

2. Redresorul dubla alternanta

a.Principiul de functionare

Fig. 5.4

In figura 5.5 este prezentata schema unui redresor monofazat necomandat in punte Graetz, care debiteaza pe o sarcina rezistiva R.Comportarea acestuia se poate urmari din figura 5.6

Fig 5.6

In figura 5.7 vom prezenta formele de unda, asociate functionarii redresorului monofazat in punte.

In alternanta pozitiva conduc diodele D₁ si D₃, ceea ce revine la u_D1 = 0 si u_D3 = 0 ( intreruptoare inchise ). Avem :( teorema a II a a lui Kirchof ) : v- u_D1 -u -u_D3 = 0, deci v-u = 0 sau v = u > 0

Pe noduri ( teorema I a lui Kirchof ) : i = i_D1 = j = u/R

In alternanta negativa conduc diodele D₂ si D₄, ceea ce revine la u_D2 = 0 si u_D4 = 0 ( intreruptoare inchise ). Avem : (t II K ) : v + u_D2 + u + u_D3 = 0, deci v + u =0 sau u = -v.> 0

Pe noduri ( tI K ) : i = - j = u/R

pentru dioda D₁ teorema a IIa alui Kirchof se scrie : u_D1 + u_D4 + u = 0 de unde u_D1 = -u = v < 0

Fig 5.7

3. Marimi caracteristice

Se observa din figura 5.7, faptul ca atat tensiunea cat si curentul redresate sunt de forma pulsatorie, pastrand acelasi sens ( graficele acestora situandu-se in permanenta deasupra axei absciselor, deci din punct de vedere matematic avand acelasi semn ).

Perioada acestora este ceea ce la frecventa de 50 Hz a retelei din tara noastra ( in SUA si Japonia frecventa retelei este de 60 Hz ) conduce la T^' = 10 ms respectiv

Datorita permanentei pozitivitati a tensiunii si curentului redresate valorile instantanee ale acestora se vor scrie : , respectiv  in care prin s-a notat valoarea de varf, sau valoarea maxima a tensiunii redresate pulsatorii.

De asemenea putem calcula valoarea medie a tensiunii si a curentului pe o semiperioada, considerand :

; respectiv valoarea medie a curentului

Similar se poate calcula valoarea eficace a tensiunii pulsatorii

respectiv a curentului pulsatoriu

Puterea absorbita de sarcina se va calcula cu formula de curent continuu

Evident, ( vezi figura 5.7 ) ca pentru diodele care au o perioada T^' de pauza in conductie , iar tensiunea maxima pe diode este

4. Filtrarea prin condensator : netezirea tensiunii

Pentru a realiza filtrarea se va plasa in paralel cu sarcina un condensator C, fig 5.8. ; de regula acesti condensatori au valori de ordinul zecilor pana la ordinul zecilor de mii de μF ( reamintim ca Faradul este unitatea de masura SI pentru capacitatea condensatoarelor ), care conform tehnologiei de fabricatie sunt condensatori electrolitici polarizati, borna - fiind in marea majoritate a cazurilor legata la mantaua exterioara de Al a acestuia.

Atentie ! Un condensator polarizat prezinta o borna +, respectiv una -, ca atare trebuie cu strictete respectat modul de conectare a acestuia intr-un circuit.

Fig. 5.8.

Formele de unda asociate functionarii schemei din figura 5.8 sunt date in figura 5.9.

Fig. 5.9.

Conform teoremei comutatiei, tensiunea la bornele unui condensator nu poate varia prin salt, acesta incarcandu-se, respectiv descarcandu-se lent ( in cazul nostru cu constanta de timp T = RC, unde este reprezinta rezistenta sarcinii montajului redresor ).

Avantaje : Putem constata ca prezenta condensatorului diminueaza puternic caracterul ondulator al tensiunii redresate : , ceea ce conduce la cresterea sensibila a valorii medii a tensiunii redresate, aceasta apropiindu-se de cu cat valoarea capacitatii condensatorului este mai mare.

Dezavantaje : Se constata aparitia varfurilor de curenti ( suprcurentii sunt caracteristici comutatiei in circuitele cu caracter caacitiv ) ceea ce face ca atat diodele redresorului cat si transformatorul care il alimenteaza sa functioneze in conditii necorespunzatoare. Din acest motiv filtrarea cu condensatoare se utilizeaza eminamente in circuite de puteri mici.

Acest inconvenient poate fi inlaturat de catre :

5. Filtrarea cu bobina : netezirea curentului

Pentru a realiza filtrarea se va plasa in seri cu sarcina o bobina de netezire, figura 5.10, de ordinul mH ( reamintim ca unitatea de masura a in ductivitatilor in SI este Henry-ul.u_S

Fig. 5.10.

Formele de unda asociate functionarii schemei din figura 5.10 sunt date in figura 5.11. :

Fig. 5.11.

In conformitate cu teorema comutatiei curentul printr-o bobina nu poate varia prin salt, el stabilindu-se lent atat in sens crescator cat si descrescator, datorita fenomenului autoinductiei ( caz particular al legii inductiei electromagnetice ), curentul autoindus in bobina nepermitand variatii rapide ale curentului total prin aceasta, conform teoremei lui Lenz.

Bineinteles ca datorita faptului ca bobina si condensatorul sunt entitati duale, in cazul bobinei vor fi posibile supratensiunile, care pot fi deranjante determinand deteriorari ale izolatiilor, precum si declansarea intempestiva a dispozitivelor de protectie la supratensiune din instalatii.

Se observa din figura 5.11 diminuarea caracterului ondulator al curentului, care devine cu atat mai neted cu cat valoarea inductivitatii este mai mare, precum si faptul ca ne situam din punctul de vedere al sarcinii intr-un regim de conductie neintrerupta. Acest tip de filtrare, cu bobine de netezire este utilizat in convertoarele de puteri mari, utilizarea lor in cazul convertoarelor de puteri mici nefiind economica datorita costurilor mari ale bobinelor de netezire ( miez feromagnetic si infasurari de Cu sau Al ).