Variatoare de putere cu reglaj prin faza

Variatoare de putere cu reglaj prin faza

Variatoarele de putere cu reglaj prin faza sunt cele mai utilizate, principiul de functionare fiind simplu: conductia incepe pentru fiecare sens de conductie, la o faza j a, masurata de la trecerea prin zero respectiva, frecventa comutarilor fiind egala cu dublul frecventei retelei.

Formele de unda ale tensiunii si ale curentului sunt asemanatoare pentru sarcina rezistiva, coeficientii Fourier fiind dati de relatiile:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

Se observa ca exista doar componente de rang impar (figura 2.16).

Valoarea efectiva a tensiunii pe sarcina este dificil de calculat ca suma infinita a componentelor spectrale:

(9)

fiind mult mai usor de aplicat definitia:

(10)

unde

(11)

Figura 2.16

Rezulta (vezi reprezentarile din figura 2.16):

(12)

(13)

Deoarece puterea aparenta este:

(14)

se observa ca factorul de putere (figura 2.17) este chiar l

(15)

Dependenta factorilor R_u =l si R_p in functie de unghiul de comanda este reprezentata in figura 2.17

Figura 2.17

In cazul sarcinii rezistiv-inductive, pe fiecare alternanta putem scrie (figura 2.18):

expresia componentei de regim fortat

(16)

expresia componentei de regim tranzitoriu

(17)

Figura 2.18

Rezulta, pentru , curentul de sarcina:

(18)

unde

Componentele fundamentale ale curentului prin sarcina sunt:

(19)

(20)

(21)

(22)

Evident, pentru sarcina rezistiva (y= 0) se obtin relatiile :

Privind componentele spectrale superioare trebuie remarcat ca la acest tip de variator de putere nu apar frecvente inferioare frecventei retelei.

Pentru sarcina rezistiv-inductiva puterea activa debitata in sarcina este

(23)

Tinand cont de expresia care determina unghiul b (obtinuta din relatia 18)

(24)

obtinem (utilizand si transformari trigonometrice elementare)

(25)

unde este puterea maxima debitata in sarcina, iar m este un parametru adimensional

(26)

(27)

Puterea aparenta fiind data de relatia

(28)

rezulta factorul de putere

(29)

si factorul de reglaj

(30)

Factorul de putere l si factorul de reglaj R_p sunt reprezentati in figura 2.19 si 2.20. Parametrul m apare implicit prin intermediul dependentei b b a

Figura 2.19

Figura 2.20

Pentru unghiuri de comanda mai mici decat unghiul de faza al sarcinii apar doua situatii:

- daca tiristoarele sunt comandate cu impulsuri de poarta suficient de lungi astfel ca sa mai existe si in momentul j y, dupa stingerea procesului tranzitoriu de conectare curentul gaseste cale de inchidere prin contactorul electronic permanent in conductie. In sarcina se debiteaza puterea maxima;

- daca durata impulsului de comanda este mica, primul tiristor care este amorsat are la inceput un interval de conductie mai lung decat 10ms (a_c > p ), astfel ca impulsul de comanda urmator, care apare la faza a p, nu poate amorsa celalalt tiristor. Abia al treilea impuls de comanda gaseste contactorul in stare de blocare si amorseaza tot tiristorul care a condus anterior, sistemul lucrand ca un redresor monofazat.

Exemplu de proiectare

Pentru comanda variatoarelor cu reglaj prin faza, de asemenea este necesara sesizarea trecerii prin zero a tensiunii, ca moment de referinta pentru definirea unghiului de comanda a. Cele mai simple circuite folosite de obicei la reglarea iluminarii lampilor cu incandescenta, cu comanda manuala a unghiului a comporta o rezistenta variabila R₁, prin care se incarca un condensator C₁, chiar de la tensiunea de la bornele triacului cand se afla in starea blocat (figura 2.21).

Figura 2.21

Tensiunea condensatorului se aplica printr-un diac (D) sau alt dispozitiv de comutatie, pe poarta triacului TR. Cand aceasta tensiune depaseste valoarea de varf a elementului de comutatie, condensatorul se descarca in circuitul de comanda si determina amorsarea triacului. Pana la sfarsitul semiperioadei in cauza, tensiunea pe triac ramane la o valoare neglijabila astfel incat condensatorul se poate descarca si procesul se poate incepe in semiperioada urmatoare de la conditii initiale aproape nule.

Circuitul asigura un domeniu de reglaj al unghiului a limitat de domeniul acceptabil de valori ale rezitentei R₁ si permite functionarea doar pe sarcini rezistive deoarece impulsul de comanda este de durata scurta. Pentru generarea de impulsuri de comanda intarziate se foloseste frecvent ca dispozitiv basculant tranzistorul unijonctiune, iar pentru linarizarea caracteristicii de reglaj si extinderea domeniului de unghiuri de comanda, se poate folosi incarcarea condensatorului printr-o sursa de curent comandata. In figura 2.21 se exemplifica un circuit de comanda care foloseste si un tiristor auxiliar pentru generarea de impulsuri de comanda a caror durata se prelungeste pana la sfarsitul fiecarei semiperioade, astfel ca variatorul poate functiona si cu sarcina pronuntat inductiva. Tiristorul Th este conectat in diagonala puntii D3, D4, D5, D6, asigurand comanda triacului in modul ( I⁺ - III^- ). Functionarea circuitului este explicata in figura 2.22.b prin formele de unda ale tensiunilor si curentilor mentionate in figura 2.22.a.

Figura 2.22

Structura generala a circuitului pentru comanda variatoarelor cu reglaj prin faza este reprezentata in figura 2.23, iar formele de unda corespunzatoare sunt aratate in figura 2.24.

Aceasta contine urmatoarele blocuri functionale:

separatorul de semiperioade (trigger-ul) TRG, care furnizeaza semnalul logic A=1 in semiperioadele pozitive si A= 0 in cele negative;

formatorul de impulsuri latrecerea prin zero a tensiunii de alimentare FITZ (care furnizeaza semnalul B necesar resetarii generatorului de tensiune liniar variabila GTLV la inceputul fiecarei semiperioade);

comparatorul COMP (care da la iesire semnalul D = 1 in intervalele de timp pentru tensiunea de comanda U_C are nivel mai mare decat iesirea C a GTLV).

Figura 2.23

Semnalele A si D sunt apoi prelucrate logic corespunzator pentru a se obtine semnalele logice de comanda (E si F) pentru un contactor constituit din doua tiristoare antiparalel. Acestea sunt impulsuri ce dureaza de la a la a_M p, deci permit o functionare a variatorului pe sarcina inductiva. Totusi, in vederea reducerii puterii disipate in circuitele de poarta, circuitul exemplificat mai prevede transformarea impulsurilor late de comanda in trenuri de impulsuri de frecventa relativ ridicata (cca. 10 15kHz). Semnalul G de la generatorul de impulsuri de inalta frecventa GIIF trece pe durata impulsurilor E si F prin portile P4, respectiv P5, rezultand semnalele de comanda H si I. Daca variatorul este realizat cu triac sau un tiristor in diagonala puntii de diode semnalele E si F se insumeaza logic printr-o poarta SAU.

Blocurile functionale prezentate mai sus se regasesc in parte in circuitele integrate specializate pentru comanda prin reglaj de faza, de exemplu .

Figura 2.24