ACUMULATOARE ELECTRICE

7/18/2019 ACUMULATOARE ELECTRICE

http://slidepdf.com/reader/full/acumulatoare-electrice-5696a1f44169a 1/91

Lucrarea "0". EA

Lucrarea 1. EA

ACUMULATOARE ELECTRICEAcumulatoarele electrice sunt o rezolvare foarte răspândită a problemei

stocării energiei electrice (desigur, n curent continuu!. Acestea pot considerateelemente galvanice secundare, n care procesele electroc#imice sunt reversibile,sensul acestora ind determinat de sensul curentului electric ce apare ntrebornele de ie$ire ale acumulatorului.

%ipul cel mai răspândit de acumulator este cel acid cu electrozi de plumb.Acesta se utilizează pentru stocarea unor cantită&i mari de energie sau n alte

aplica&ii pentru care pre&ul este un criteriu determinant. 'entru aparatură deautomatizări se folosesc acumulatoare alcaline, denumite a$a după naturaelectrolitului (#idroid de sodiu sau potasiu!, n care electrozii sunt confec&iona&idin nic#el ) cadmiu, nic#el ) er, nic#el ) zinc, argint ) zinc etc.

ACUMULATOARE ACIDE CU PLUMB*implicat, un element de acumulator constă dintr)o cuvă confec&ionată

dintr)un material izolator, umplută cu o solu&ie de acid sulfuric diluat cu apădistilată, n care sunt imersa&i doi electrozi sub formă de plăci, unul dintre ace$tia

ind de polaritate pozitivă $i denumit anod, iar celălalt de polaritate negativă $idenumit catod. +ntre electrozi se introduc membrane microporoase dintr)unmaterial izolator electric, care mpiedică atingerea reciprocă a celor doi electrozi(ig. 1.1!.

Fig. 1.1

La un element n stare ncărcată, masa activă a catodului este dioidul deplumb ('b-!, iar la anod aceasta este formată dintr)o structură spongioasă de'b. Electrolitul are densitatea cuprinsă ntre 1./ $i 1. gcm2. +n procesul de

1



ncărcare $i descărcare, electrolitul ia parte activă. 'entru un element descărcat,densitatea electrolitului este cuprinsă ntre 1.13 $i 1.4 gcm2, n func&ie deprofunzimea descărcării. 'rin ncărcare, sulfatul de plumb din plăcile pozitive setransformă n acid sulfuric $i dioid de plumb, iar la plăcile negative n plumbspongios $i acid sulfuric. (5eac&iile sunt cunoscute sub numele de teoria dubleisulfatări!.

6ombinarea a două molecule de apă cu sulfatul de plumb reface două moleculede acid sulfuric, care rămân n solu&ie crescându)i concentra&ia $i duce ladepunerea la electrozi de plumb atomic $i de dioid de plumb. +n procesul de ncărcare, tensiunea la bornele acumulatorului cre$te. La ncărcare completă,tensiunea poate atinge .43 ) ./3 7element. - ncărcare prelungită peste.237 element provoacă apari&ia unui proces secundar, de electroliză a apei $i se

dega8ă n atmosferă oigen molecular $i #idrogen molecular sub formă gazoasă.+n acest fel, electrolitul cre$te n concentra&ie de acid sulfuric, fenomen nedoritcare trebuie corectat prin adăugarea de apă distilată $i prin limitarea tensiunii de ncărcare la .23 7element.

La descărcare, când se restituie energia stocată n acumulator, atât plăcilepozitive cât $i cele negative se sulfatează progresiv, par&ial sau total, n func&iede profunzimea descărcării. 'rocesul c#imic este invers celui de la ncărcare9

*ulfatul de plumb care se formează acoperă supercial sau profund electrozii, iarapa care apare măre$te dilu&ia electrolitului, făcând să crească rezisten&a internăa acestuia. Este evident că apa 8oacă un rol activ n eploatarea acumulatoruluicu plumb $i de aici rezultă importan&a unei ntre&ineri corecte, cu completareaperiodică a apei pierdute prin suprancărcări. +n procesul de ncărcare, respectivde descărcare, are loc un transfer de ioni. Ace$ti ioni trec n ambele sensuri prinmembrana separatoare dintre electrozi. :embrana, care separă mecanicelectrozii (mpiedică scurtcircuitele! trebuie să aibă porii sucient de mari ncât să

permită tranzitul ionic, dar $i sucient de mici ncât să bloc#eze trecereaparticulelor metalice coloidale. +n plus, membranele separatoare secaracterizează printr)o rezisten&ă mecanică relativ mare, capabilă să suporteopera&iile te#nologice $i presiunea internă din eploatare. ;n stare ncărcată,plăcile electrod au volumul minim< pe durata descărcării, sulfatul de plumbprovemit din combinarea plumbului atomic $i al dioidului de plumb, provoacă ocre$tere n volum a substan&ei active de 1.3 ... 1.= ori. *uprapresiunea provocatăde "dilatarea" plăcilor este suportată de membranele separatoare. >egradareaacestora provoacă apari&ia de scurtcircuite ntre placi, ceea ce duce la scoaterea

din func&ie a elementului respectiv.?nitatea de bază a unui acumulator este celula sau elementul, care se

compune din două grupuri de plăci electrod, respectiv "n" plăci pozitive, cu n@1



$i nB13, care se leagă n paralel prin intermediul unor pun&i de plumb,constituind grupul anodic al elementului, $i "nC1" plăci negative, legate n paraleltot prin sudură cu pun&i de plumb, constituind grupul catodic. 6ele două grupurise montează ntre&esut, astfel ca ecare placă de un tip să se aDe ntre două plăcide tipul complementar (cu ecep&ia plăcilor etreme!, ntre plăcile alăturateintroducându)se membrane separatoare. Ansamblul de grupuri se introduce ntr)

un vas izolant,confec&ionat din sticlă pentru acumulatoarele sta&ionare sau dinmateriale cu rezisten&ă mecanică sporită pentru acumulatoarele care se folosescpe ve#icule, respectiv ebonită (mai rar n prezent!, polipropilenă)copolimer, A*,polistiren, '67 plastiat etc. La variantele moderne s)a impus polipropilena)copolimer pentru rezisten&a mecanică $i c#imică superioară, permi&ând totodatătermoetan$area.

Electrolitul se introduce astfel ncât să acopere plăcile electrod complet, iarnivelul electrolitului să se ridice cu 10...0 mm peste marginea superioară aacestora. Elementul se nc#ide cu un capac din acela$i material cu vasul, mbinarea celor două ind etan$ă la acumulatoarele portabile. +n generalelementele nu se nc#id ermetic, ci se prevăd cu un dop neetan$ care ndepline$te mai multe func&ii9

)permite evacuarea gazelor re&inând particulule de electrolit<)permite controlul nivelului de electrolit $i prelevări n vederea determinării

concentra&iei acestuia<)permite completarea electrolitului sau nlocuirea acestuia n caz de

necesitate.

'entru acumulatoarele fără ntre&inere, dopurile au o construc&ie specială,favorizând recombinarea #idrogenului cu oigenul rezultate din electroliză lasuprancărcare9

iarapa

rezultată este astfel recuperată.

PARAMETRII DE BAZĂ AI ELEMENTULUI ACUMULATOR- %ensiunea electrică<

- 6apacitatea electrică<- 5andamentul.

1. Tensiunea electrică9 Aceasta este dată de diferen&a de poten&ial ntreelectrozii elementului.

7aloarea poten&ialelor de electrod este dată de formule empirice ca func&ie de

densitatea electrolitului (a cărui valoare depinde de starea de ncărcare aelementului!.

2



de

unde9

'entru starea complet ncărcată când d1.= gcm2 rezultă ?.1 7. %ensiunea la borne, n gol, pentru un element complet ncărcat (d1.=

gcm2!, variază cu temperatura. *e prezintă câteva valori ale func&iei dedependen&ă9

TEMPERATURA

TENSIUNEA

[grad C] F7G40

.1H330 .1210 .11/10 .10H0 .01!10 .0/!0 .044!30 .032!40 .0H0

!"0 .04!#0 .012!$0 .000

7alori caracteristice ale tensiunii electrice se consideră9)Tensiunea nominală (Un ), reprezintă tensiunea specică a sistemului $i are

valoarea de .0 7. Aceasta se consideră ca ind media ntre starea complet ncărcată $i starea descărcată, dacă descărcarea se face n regim de 0 #.

)Tensiunea în gol (în circuit deschis), notată U0, reprezintă tensiunea la

borne, fără consumator etern, pentru elementul complet ncărcat, la ... 2 #după terminarea ncărcării, pentru electrolitul cu densitate normală 1.= gcm2 cuo toleran&ă de 0.01 gcm2, are valoarea normală de .10 ... .13 7element.

)Tensiunea în sarcină (Us ) are valori care depind de mărimea curentului dedescărcare $i de nivelul de descărcare a acumulatorului. 7aloarea tensiunii nsarcină este mai mică decât tensiunea n gol $i mai mare sau egală cu tensiuneala care se opre$te descărcarea, respectiv tensiunea nală (?f !. %ensiunea nalăvariază ntre 1.=0 ... 1.00 7element< vezi g.1..

H



Fig. 1.

)Tensiunea de încărcare depinde de sursa $i metoda de ncărcare< la ncărcările rapide aceasta poate atinge ./3 7element, provocând pierderi

nsemnate de electrolit. +n g.1.2 se prezintă varia&ia tipică a acestei tensiuni,pentru două regimuri de ncărcare, de 2 # (curba a! $i de 10 # (curba b!. +n ncărcare rapidă, punctul critic "c" (de ncepere a procesului secundar deelectroliză! se atinge după 1.=3 #, când elementul este ncărcat la 34I, n timpce la ncărcarea normală, acest punct se atinge după /.3 J, la un grad de ncărcare de 4=I.

Fig. 1. 3

. Capacitatea electrică C [Ah]:

depinde de următorii factori9)6antitatea de substan&e c#imice active<)*uprafa&a de lucru a plăcilor<

3

t I d i AhC d

t

d == ∫ 0

][ τ



)+ntensitatea curentului de descărcare (scade cu cre$terea curentuluidebitat +d!<

)%emperatura mediului ambiant (cre$te cu temperatura!<)7iteza de autodescărcare, care eprimă pierderile n gol pe timpul

depozitării.+n practică, capacitatea elementului se poate calcula cu rela&ia empirică9

unde96capacitatea corespunzătoare regimului de descărcare<60capacitatea nominală prevăzută de standarde<+curentul de descărcare<+0curentul de descărcare prevăzut de standard<J coecient de calcul, egal cu 0.213 pentru

2 # B tdesc B 10 #.

2. Randamentul , referitor la cantitatea de electricitate $i la energie,denit prin următoarele rela&ii9

'entru acumulatoarele cu plumb, această valoare este de 0.=H ... 0.3.

5andamentul energetic este ntre 0./ ... 0.=3.

5ezisten&a internă are n general valori mici, mai mici decât n cazulacumulatoarelor alcaline. 5ezisten&a internă scade cu cre$terea temperaturii $ieste invers propor&ională cu capacitatea acumulatorului.

5egimurile de lucru ale acumulatoarelor sunt9)+ncărcare ) descărcare ciclică<)rapidă (1 ... #!<)lentă (2 ... 10 #!<)foarte lentă (t nc 10 #, tdesc@@ 10 #!.

)+n tampon.

MATERIALE9)aterie de acumulatori acidă cu plumb tip auto de 1 7 sau 47<

)Element acumulator alcalin nic#el ) cadmiu.

4

încdesc Ah QQ /=η

încdescWh W W /=η



APARATE DE LABORATOR:

)7oltmetru numeric de c.c. ) 7<)Ampermetru de c.c. ) A<)*ursă de c.c. stabilizată ma.20 7, 10 A ) E<)5edresor n punte ) 5'<)-sciloscop ) -<)5eostat cu cursor ) 5<)6ordoane de legătură.

MOD DE LCR:

1. *e studiază construc&ia unui acumulator cu plumb, utilizând elementul nvas de sticlă.

. *e realizează circuitul din g.1.H $i se reglează tensiunea maimă asursei la 14 7 $i curentul maim debitat la 3 A. *e ncarcă bateria deacumulatoare timp de 20 minute, notând tensiunea la borne din minut n minut.*e reprezintă grac ??(t!.

Fig. 1.4

2. *e realizează monta8ul din g.1.3. *e stabile$te un curent de descărcarea acumulatorului de 1 A $i se notează tensiunea de ie$ire. *e descarcăacumulatorul cu un curent de A, timp de 20 minute, notând tensiunea la bornela ecare minut. *e reprezintă grac ??(t!. La sfâr$itul descărcării se vamic$ora curentul de descărcare la 1 A $i se va citi noua valoare a tensiunii. *ecalculează rezisten&ele interne ale acumulatorului la nceputul $i sfâr$itul

descărcării cu rela&ia9

/



Fig. 1."

H. *e realizează circuitul din g.1.4. *e vor vizualiza cu osciloscopul formelede undă ale tensiunii la borne $i curentului de ncărcare (forma curentului se vaciti pe rezisten&a serie 5, deoarece, pe rezistor, tensiunea $i curentul sunt

propor&ionale!. *e determină pe osciloscop ung#iul de conduc&ie al pun&ii.

Fig. 1.#

3. *e va măsura tensiunea la borne pentru acumulatorul nic#el ) cadmiu.

!ERI"ICAREA C#O$TI#TELOR:

1. >escrie&i construc&ia unui acumulator cu plumb.

. 'e baza rezultatelor eperimentale, aprecia&i gradul de ncărcare alacumulatorului.2. 6um se modică ung#iul de conduc&ie al redresorului n func&ie de

=



ncărcarea acumulatoruluiKH. *crie&i rela&ia care descrie curentul instantaneu de ncărcare a

acumulatorului alimentat prin puntea redresoare.3. 6alcula&i cantită&ile de electricitate $i energie ve#iculate n timpul

proceselor de ncărcare ) descărcare.4. -bserva&ii personale.

+L+-5A+E9)oicu +., *tan A.+.) Electroalimentare, curs, +' 1=1.)*tan A.+., >avid *.) 6E> $i LA, vol.1, Ed.>idactică $i'edagogică, ucure$ti

1=2)%omu&a -, $.a.) Acumulatoare pentru autove#icule, Ed.%e#nică, uc.10.MMM



Lucrarea . EA

ELEMENTE %AL&ANICEElementele galvanice sunt surse primare de energie electrică, debitată sub

formă de curent continuu. *e caracterizează printr)un singur ciclu de func&ionare,procesele electroc#imice care stau la baza producerii energiei electrice neindreversibile. Elementele galvanice sunt utilizate pe scară largă, atât n aparaturaprofesională cât $i n cea casnică, iar domeniul de utilizare se etinde pe măsurareducerii consumului electric al ec#ipamentelor, astfel ncât devine mai ecientăsolu&ia alimentării n această variantă, fa&ă de alimentarea de la re&ea (e.ceasuri electronice sau electromecanice, aparate de măsură portabile, etc.!

Energia electrică se ob&ine prin transformarea directă $i ireversibilă aenergiei c#imice. >e$i se fabrică ntr)o gamă foarte largă de tipuri $i dimensiuni,orice element galvanic este format din două conductoare de spe&a +, de obiceimetale, imersate ntr)un conductor de spe&a a ++)a, n general solu&ii acide,alcaline sau săruri metalice, aDat ntr)un vas confec&ionat dintr)un materialelectroizolant. ;n g. .1 sunt reprezentate principalele componente ale unuielement galvanic9

1 diafragmă poroasă ce permite stabilirea unei legături electrice ionice< electrod negativ realizat dintr)un conductor de spe&a + electronegativ (zinc,

er, nic#el ...!<2 compartiment cu electrolit realizat dintr)un conductor de spe&a a ++)a<H electrod pozitiv realizat dintr)un conductor de spe&a +, electropozitiv (cupru,argint, mercur ...!<3 compartiment cu electrolit (conductor de spe&a a ++)a!<4 vas din material electroizolant.

Fig. .1

Electrolitul, ca substan&ă activă, poate lic#id, umed sau uscat. Electroziisunt conductori electronici, metal sau cărbune, care vin n contact cu conductorulionic, de regulă solu&ie ionică a metalului respectiv.



La suprafa&a de contact metal ) solu&ie apare o diferen&ă de poten&ial<aceasta se eplică prin deosebirea de structură a celor două substan&e ce vin ncontact. :etalul are re&ea cristalină, constituită din ioni pozitivi, cu pozi&ii e ncristal $i electroni, dintre care, unii sunt c$i, iar electronii de valen&ă sunt mobili,putându)se deplasa n cristal. Electrolitul este format din ioni pozitivi $i negativi, n număr egal, mobili n solu&ie, ob&inu&i n urma disocia&iei electrolitice. *arcinile

electrice globale, atât pentru electrozi cât $i pentru electrolit, sunt nule.La scufundarea unui metal n solu&ie, acesta tinde să treacă n această

solu&ie, sub formă de ioni pozitivi (g..!. Această tendin&ă este caracterizată detensiunea de disolu&ie electrolitică ', ce depinde de natura materialului. >atoritătrecerii ionilor pozitivi din metal n solu&ie, suprafa&a metalului rămâne ncărcatănegativ, iar solu&ia se ncarcă pozitiv. La suprafa&a de separa&ie apare un stratdublu, care determină apari&ia unei diferen&e de poten&ial. Acest strat dublu, cusarcină electrică totală nulă (datorită ec#ilibrului dinamic!, prin atrac&ia dintresarcinile de semn contrar, mpiedică trecerea altor ioni din metal n solu&ie,stabilindu)se astfel un ec#ilibru, căruia i corespunde o anumită diferen&ă depoten&ial.

Fig. .

>atorită presiunii osmotice p, ionii pozitivi din solu&ie tind să treacă nmetal. >iferen&a de poten&ial dintre metal $i solu&ie va depinde deci de mărimileP $i p, eistând trei situa&ii posibile9

' @ p9 n metal apare un eces de electroni, deci se ncarcă negativ<' p9 nu eistă diferen&ă de poten&ial<' B p9 n metal apare o lipsă de electroni, deci se ncarcă pozitiv.>iferen&a de poten&ial ntre metal $i solu&ie se nume$te poten&ial de

electrod. Electronii liberi $i ionii din solu&ie se supun legii gazelor perfecte. Lucrulmecanic elementar al ionilor este9

>eoarece '75%, rezultă9

1



unde 5 =21H NJmol.O $i deci9

>eoarece procesul este ireversibil9

5ezultă9

:ărimea L reprezintă lucrul mecanic datorită presiunii osmotice la trecerea unuiion ) gram din metal n solu&ie, ind egal cu lucrul mecanic efectuat de un ion )gram de valen&ă "n" ntr)un câmp electric (legea lui aradaP!9

unde e reprezintă tensiunea electrică elementară de electrod, iar constanta luiaradaP (.43 10H 6mol!.

'oten&ialul de electrod este deci9

acest poten&ial depinzând de9)natura materialului (cre$te cu P $i scade cu p!<)temperatura ansamblului electrod ) electrolit (cre$te cu T !<)concentra&ia solu&iei (scade cu p!.'oten&ialul normal de electrod este acela care apare la scufundarea unui

metal ntr)o solu&ie a sării metalului respectiv cu concentra&ia 1 n (1 normal 1ion)gram metal n 1 litru de solu&ie la 3o6!. *e consideră poten&ial de referin&ă $ii se atribuie valoarea 0 poten&ialul normal de electrod al #idrogenului. ;n raportcu acesta se stabilesc poten&ialele de electrod ale altor elemente c#imice.5ealizarea practică a electrodului de #idrogen este foarte dicilă, astfel ncât seutilizează ca electrod de referin&ă electrodul de calomel (compus al mercurului!.'oten&ialele de electrod ale unor elemente mai frecvent folosite n construc&iaelementelor galvanice sunt cuprinse n tabelul următor9

ELEMENT

POTEN'IAL[&]

Li )2.0

12

∫ =−==2

1 1

2

12 ln)ln(ln

V

V V

V RT V V RT

V

RTdV L

p

P

V

V =

1

2

p

P RT L ln=

enF p

P RT L == ln

p

P

nF

RT e ln=



ELEMENT

POTEN'IAL[&]

Na )./1Mg ).HM( )1.03Z( )0./4

F) )0.HHP* )0.24Ni )0.3+ 0C, 0.2HO 0.H1Ag 0.=1+g 0.=4C- 1.23A, 1.3

'entru a forma o sursă sunt necesari doi electrozi< sarcina se conectează ntre cei doi electrozi de poten&iale diferite.

>iferen&a de poten&ial ntre electrodul pozitiv $i electrodul negativ ai uneipile n gol se nume$te tensiune electromotoare. Ea depinde de aceea$i factori capoten&ialul normal de electrod $i nu depinde de forma $i mărimea electrozilor. >eaceea elementele galvanice se pretează la miniaturizare. 'entru ma8oritateaelementelor galvanice, valoarea tensiunii electromotoare este cuprinsă ntre0.= ... 1.4 7.

La trecerea curentului prin electrolit, când n circuitul eterior alelementului galvanic a fost conectată o rezisten&ă de sarcină, se producfenomene de electroliză $i unele reac&ii c#imice, n urma cărora electrolitul $ielectrozii se consumă până la epuizare. 'entru acest motiv, elementele galvanicenu pot refolosite.

>atorită fenomenului de electroliză, electrodul pozitiv se acoperă cu unstrat gazos care nrăută&e$te caracteristicile electrice prin două efecte principale9

) tensiunea electromotoare scade<) rezisten&a internă a elementului galvanic cre$te.enomenul de formare a unor bule de gaz pe suprafa&a electrodului se

nume$te polarizare $i are ca efect scăderea curentului debitat $i arandamentului. 'entru reducerea polarizării, n 8urul electrodului pozitiv sedepune o substan&ă, numită depolarizant, care are rolul de a mpiedica formareabulelor de gaz.

ELE:EQ%?L LE6LAQ6RE

6el mai frecvent utilizat element galvanic este elementul Leclanc#e, formatdintr)un electrod negativ din zinc, care formează c#iar vasul elementului, unelectrod pozitiv din cărbune, electrolit semiumed din solu&ie de clorură de amoniu

1H



$i depolarizant (amestec de dioid de mangan, grat $i negru de fum, n solu&iede clorură de amoniu.

- sec&iune printr)un element Leclanc#e este ilustrată n g..2, unde se potremarca următoarele păr&i componente9

1 S nveli$ protector din carton sau plastic< S vas cilindric de zinc (electrod negativ!<

2 S baston de cărbune (electrod pozitiv!<H S $aibă de carton<3 S sac de tifon cu depolarizant<4 S electrolit</ S disc de carton paranat<= S rumegu$ sau nisip< S strat de ră$ină izolatoare<10 S oriciu pentru evacuarea gazelor<11 S capac metalic.

Fig. .3

'A5A:E%5+ ELE6%5+6+ '5+Q6+'AL+1. %ensiunea electromotoare E se determină pentru un curent debitat nul

(trebuie deci măsurată cu voltmetre cu rezisten&ă de intrare foarte mare!.. %ensiunea la borne Ub depinde de valoarea rezisten&ei de sarcină $i, n

general, scade n timp, motiv pentru care aceasta se determină n douămomente semnicative9

- Ub' ) tensiune ini&ială la borne, care se măsoară după 10 secunde de la

conectare (element galvanic nou!<- Ub

" ) tensiune nală la borne care se măsoară la sfâr$itul descărcării,depinzând de condi&iile de eploatare.;ntre tensiunea electromotoare E $i tensiunea la borne Ub

” eistă rela&iaevidentă9

unde i reprezintă rezisten&a internă a elementului, iar !d intensitatea curentului

13

d ib I R E U −=



de descărcare.2. 6apacitatea de curent9

se

poate eprima mai simplu când curentul de descărcare este constant9

6apacitatea de curent depinde de următorii factori9) regimul de descărcare n timp (capacitatea este mai mare dacă

descărcarea se face cu intermiten&ă!<) valoarea curentului de descărcare (scade cu cre$terea curentului!<) valoarea tensiunii nale la borne (pentru Ub

” mai mică, Bvaloare dictată

de natura aplica&iei@ capacitatea este mai mare<) temperatura ambiantă (cre$te ini&ial cu temperatura, apoi se limitează!.

MATERIALE:

)Elemente galvanice diverse $i baterii de elemente galvanice<


)7oltmetru numeric de c.c. ) 7<)Ampermetru de c.c. ) A<)5eostat de 10 o#m ) 5<)6onductoare de legătură.

MOD DE LCR:

1. *e identică elementele $i bateriile galvanice notând dateleinscrip&ionate pe acestea9 tipul, tensiunea nominală, producător, data fabrica&iei.

Aceste date vor nscrise ntr)un tabel de tipul9

Qr. %+' %EQ*.F7G '5->?6T%-5 >A%A %EQ*.:A*.F7G

. *e măsoară cu a8utorul voltmetrului tensiunile n gol pentru toateelementele (bateriile! puse la dispozi&ie, iar rezultatele se trec n ultima rubrică a

14

∫ ∫ ==t

b

t

d d U R

d I AhC 00

1][ τ τ



tabelului de mai sus.2. 'entru un element se va realiza circuitul de descărcare prezentat n

g..H. *e reglează reostatul ncât să se ob&ină un curent de descărcare de 30mA. *e masoară tensiunea la borne din minut n minut pe o durată de 0 minute,valorile ind trecute ntr)un tabel. *e va reprezenta grac UbUb(t).

Fig. .4

H. La sfâr$itul perioadei de descărcare se va mări curentul la 100 mA $i seva citi noua valoare a tensiunii.

3. *e vor calcula valorile rezisten&ei interne ale elementului galvanic, nainte de descărcare $i după, cu rela&iile următoare9

!ERI"ICAREA C#O%TI#&ELOR:

1. Aprecia&i starea elementelor măsurate, n func&ie de tensiunea la borne.. 6are sunt elementele de identicare ale unui element galvanicK2. 6e parametri electrici ai elementului galvanic sunt afecta&i de

descărcare $i n ce modKH. +n ce condi&ii se măsoară tensiunea electromotoare a elementului

galvanicK >ar tensiunea la borneK3. 6e este capacitatea de curent a unui element galvanic $i de ce depinde

aceastaK4. -bserva&ii personale.

+L+-5A+E9)oicu +., *tan A.+. ) Electroalimentare, curs, +' 1//<)*tan A.+., oicu +. ) Electroalimentare, Lucrări de laborator, +' 1/3.MMM

1/



Lucrarea 2. EA

ELEMENTE REDRESOARE5edresarea se efectuează cu dispozitive electronice neliniare, a căror

comportare depinde de sensul curentului prin dispozitiv. 'ână la apari&iadispozitivelor electronice au fost utilizate pentru redresare comutatoaremecanice (rotative! antrenate sincron cu tensiunea de redresat. 5edresareacu componente statice s)a realizat cu tuburi electronice vidate sau ionice,care au fost nlocuite treptat de redresoarele semiconductoare, cu cuproid,ini&ial (nu se mai folosesc!, cu seleniu (ncă n func&iune, pe alocuri!, cugermaniu (scoase din fabrica&ie, dar prezente ncă n ec#ipamente mai vec#i!$i cu siliciu.

REDRESOARELE CU SELENIU9 Au fost utilizate pe scară largă, datorităanumitor avanta8e9

)te#nologie simplă $i ieftină de fabrica&ie<)răcire naturală sau cu plăci<)suportă scurtcircuite de mică durată $i suprasarcini<)abilitate bună.Eistă insă $i dezavanta8e9)durată limitată de func&ionare, peste care parametrii electrici se

nrăută&esc mult<)gamă de temperaturi restrânsă<)dicultă&i n utilizarea n medii corozive.

5edresorul cu seleniu constă dintr)o placă de o&el moale nic#elat sau dealuminiu, sablată, pe care se depune seleniu, cu un grad maim deimpuricare de 0.1 ) 0.I. Electrodul pozitiv este format dintr)un alia8 de metalmoale, cadmiu cu staniu sau plumb. 5edresoarele cu seleniu pot conectatedirect, fără elemente de egalizare, atât n serie cât $i n paralel. %endin&a estede a nlocui aceste redresoare cu diode cu siliciu.

REDRESOARELE CU %ERMANIU9 Au fost primele diode realizate nformă compactă, putându)se astfel ob&ine gabarite mai reduse decât laredresoarele cu seleniu. 'rezintă căderi de tensiune n sens direct relativ mici,

comparabile cu redresoarele cu seleniu $i curen&i inver$i mai mici. Au abilitatemai bună, dar sunt sensibile la temperaturi depă$ind 30 ... 40 grade 6.>eoarece nu se mai fabrică, ele au fost $i sunt nlocuite n ec#ipamentele maivec#i, cu diode cu siliciu.

REDRESOARELE CU SILICIU9*unt foarte abile, cu durată de via&ă practic nelimitată n condi&iile unor

ncărcări moderate. *e apropie mult de caracteristica ideală a diodei, indcaracterizate de curen&i inver$i foarte mici, rezisten&e directe mici. 'rezintă,totu$i o cădere de tensiune n sens direct mai mare decât diodele cu germaniu.

:a8oritatea diodelor cu siliciu se realizează pe baza 8onc&iunii p)n,formată ntre două regiuni semiconductoare adiacente având tipul deconductibilitate diferit. ;n unele cazuri, 8onc&iunea se formează ntre materiale

1=



diferite (ambele semiconductoare, sau un semiconductor $i un metal!. Nonc&iunea metal ) semiconductor cu conduc&ie unilaterală poartă numele dediodă *c#ottJP. - compara&ie intre diode pn $i diode *c#ottJP realizate peacela$i tip de semiconductor $i având 8onc&iuni de arii egale pune n eviden&ăfaptul că, n conduc&ie, tensiunea pe dioda *c#ottJP este mai mică decât pedioda pn, la acela$i curent, n timp ce n blocare, curentul prin dioda *c#ottJP

este mai mare decât curentul prin dioda pn, la aceea$i tensiune.6lasicarea diodelor cu siliciu se poate face după mai multe criterii91. >upă te#nologia de fabrica&ie9)prin aliere<)cu 8onc&iune mesa difuzată<)cu 8onc&iune planară difuzată<)cu 8onc&iune planară implantată ionic<)cu 8onc&iune metal ) semiconductor (*c#ottJP!.. >upă modalitatea de montare a terminalelor pe diodă9)cu contacte lipite<)cu contacte aliate<)cu contacte presate<)variante mite.2. >upă ncapsulare9)cu capsulă metalică<)cu capsulă din plastic<)cu capsulă din sticlă<

)cu capsulă ceramică.H. >upă viteza de comutare9)redresoare normale<)redresoare rapide (diode de comuta&ie!<3. >upă puterea disipată9)de mică putere 'B3U<)de medie putere 3UB'B100U<)de mare putere '@100U.4. >upă programul de livrare9

)pentru uz industrial<)pentru uz profesional<)n eecu&ie %RA (destinate mediilor corozive!<)n eecu&ie (puternic corozive!<)pentru uz didactic.

SOLICITĂRILE N TENSIUNE /I CURENT ALE DIODELOR;n procesul de proiectare, prima condi&ie se referă la capabilitatea de

blocare a dispozitivului, deoarece o func&ionare abilă impune ca tensiunile

inverse de lucru să e inferioare valorilor limită repetitive (755: peaJ repetitivereverse voltage!, sau nerepetitive (75*: peaJ reverse surge voltage!, garantatede producător. >iodele semiconductoare sunt foarte sensibile la depă$irea

1



acestor valori, ele putând distruse n câteva microsecunde. 'ractic,supratensiunile pot atinge (la comutarea circuitelor inductive! valori de câtevaori mai mari decât tensiunea nominală, cu durate de zeci sau sute demicrosecunde.

5edresoarele uzuale se distrug la puteri inverse mici, motiv pentru careniciodată nu trebuie atinsă tensiunea de avalan$ă, eprimată, pentru utilizator

(cu un coecient de siguran&ă al producătorului! prin 755: sau 75*:. %ensiuneainversă de lucru maim admisibilă pentru această categorie de diode secalculează divizând 755: la un coecient de siguran&ă n tensiune 6v cuprins ntre 1.3 ... .3. 7aloarea minimă se alege când supratensiunile suntcunoscute. %rebuie nsă ca 755: să e totu$i superioară tensiunii de arc asiguran&ei din circuit (dacă aceasta eistă!. 6oecien&ii de siguran&ă apropia&ide .3 sunt prefera&i pentru ec#ipamentele cu diode care lucrează n mediiindustriale puternic afectate de perturba&ii electromagnetice, sau cuplate lare&ele de putere mare unde pot apare supratensiuni de valori necunoscute,cazuri n care se recomandă utilizarea circuitelor de protec&ie la supratensiuni.

;ncărcarea n curent a diodelor redresoare se evaluează n func&ie detemperatura virtuală a 8onc&iunii. Aceasta depinde atât de puterea electricătransformată n putere termică, cât $i de capacitatea diodei de a disipa(transfera către mediu! această putere. ;n acest sens se utilizează rezisten&atermică, pentru procese sta&ionare termice (provenite dintr)o ncărcare ncurent continuu! $i impedan&a termică, pentru regimuri tranzitorii (provenitedintr)o conduc&ie n impulsuri!. Acestea se denesc prin următoarele rela&ii9

unde9 #T este diferen&a de temperatură ntre "bornele" rezisten&ei(impedan&ei! termice, iar P$%& este puterea medie directă (mean forVardpoVer!.;n regim de comuta&ie la frecven&a re&elei (sau la frecven&e inferioare,

eventual c.c.!, ncărcarea n curent se poate calcula numai din bilan&ul termic ntre pierderile de putere generate n conduc&ie P$ $i ecien&a răcirii. ;n regimde durată, limitarea ncărcării n curent este dată simultan de doi factoriprincipali9

)curentul ecace maim ) admisibil al diodei !$ (5:* forVard current!,valabil pentru orice formă de undă $i n orice condi&ii de răcire<

)temperatura maim ) admisibilă a 8onc&iunii T *ma+ .:ărimile maim ) admisibile pentru curent sunt9)curentul ecace maim !$, dat de elementele conductive $i de

contact ale capsulei (sec&iunea tresei...!, curent care nu trebuie depă$it laregimurile de durată<

)curentul mediu redresat !$%& (maimum of mean forVard current!,0

FAV

th P

T W K R ∆=]/[

FAV

th P

t T t Z

)()( ∆=



limitat superior de !$, conform rela&iei9

unde (Θ! este factorul de formă, care depinde de ung#iul de conduc&ie

a diodei.)curentul mediu limită +A7, evident inferior lui +A7: $i depinde de ecien&a

răcirii. 6alculul valorii +A7 necesită cunoa$terea datelor termice ale ansambluluidiodă)radiator $i rezultă din egalarea puterii medii generate n conduc&ie cuputerea maimă ce poate disipată cu sistemul de răcire.

>in diverse motive, accidental sau repetitiv, diodele redresoare pot supuse unor regimuri de suprasarcină. 'arametrii caracteristici ai diodelor deputere se deteriorează considerabil la cre$terea temperaturii 8onc&iunii. ;n cazde scurtcircuit nsă, diodele pot solicitate de curen&i de vârf de 10 ... 13 ori

mai mari decât curentul nominal, dar pe durate reduse (tp B 10 ms!, până laintreruperea elementului rapid de protec&ie (siguran&ă ultrarapidă!. >atorităsuprancălzirii 8onc&iunii, dioda $i pierde capabilitatea de blocare a tensiunilorinverse, iar dacă fenomenul este de durată, dioda se distruge. 6riteriul deapreciere al capabilită&ii de suprasarcină n curent a diodelor de putere lconstituie integrala de curent (it! denită de rela&ia următoare9

+ntegrala de curent nu depinde de forma curentului. Această valoare segăse$te n catalog pentru t 10 ms, dar eistă curbe de corec&ie pentru alteintervale de timp.

6urentul +-7: (maimum overload forVard current! este valoarea desuprancărcare accidentală, n care 8onc&iunea se ncălze$te peste valoareamaimă admisă. Acest curent este invers propor&ional (evident nu liniarW! cudurata de apari&ie $i cu tensiunea maimă inversă pe care dioda o poate bloca.

La frecven&e ridicate, pierderile de putere pe diodă se măresc9 pe lângă

pierderile n conduc&ie, apar pierderi pe intervalele de comuta&ie, când aparcuren&i inver$i prin dioda insucient blocată. Aceste pierderi de comuta&ie suntpropor&ionale cu frecven&a de lucru a dispozitivului.

MATERIALE:

)plăci cu diode diferite9)seleniu<)germaniu E5 113<

)siliciu 1 Q H001<)*c#ottJP *03133X<

)diodă de putere siliciu O* 1140.1

)(Θ=

F

I I FRMSM

FAVM

∫ ≅t

d it I 0

22)( τ τ



)placă cu diodă cuplată termic cu o rezisten&ă de ncălzire9 H0/ $i H/o#m 2U<

)rezisten&e c#imice 10 o#m, 100 o#m, 1 Jo#m.


)voltmetru numeric ) 7<)ampermetru ) A<)sursă de c.c. /.37, .3A ) E1<)sursă de c.c. 207, 10A ) E<)transformator de re&ea 07 137 ) %r<)osciloscop ) -<)cordoane de legătură.

MOD DE LCR:1. 6u a8utorul monta8ului din g. 2.1 se ridică eperimental

caracteristicile directe ?)+ pentru diodele de pe placă, completând tabelulurmător, care va cuprinde tensiunile măsurate la curen&ii indica&i9

+

%ip1 mA mA 3 mA 10 mA 0 mA 30 mA

100

mA

00

mA

300

mA

*e

e

*i

*c#

Fig. 3.1

6aracteristicile determinate vor reprezentate grac, pe acela$i sistemde coordonate.



'entru dioda de putere se va utiliza monta8ul din g. 2., măsurândtensiunea directă pentru următorii curen&i9 30 mA, 100 mA, 00 mA, 300 mA,1000 mA, 000 mA. 6aracteristica va reprezentată grac.

Fig. 3.

. *e determină caracteristicile inverse ale diodelor de pe placă, cua8utorul monta8ului din g. 2.2.

Fig. 3.3

*e va completa tabelul următor 9

E

%ip3 7 10 7 13 7 0 7 3 7 20 7

*e

e

*i

*c#

;n tabel se vor inscrie indica&iile voltmetrului 7. 'e baza acestui tabel sevor calcula tensiunea inversă ?i $i curentul invers +i, pentru ecare diodă $i

ecare valoare a tensiunii E, prin rela&iile următoare, urmând ca aceste datesă servească la reprezentarea gracă a caracteristicilor9

2



2. *e determină caracteristicile directă $i inversă pentru dioda cuplată termic

cu rezisten&a, utilizând acelea$i metode prezentate la punctele 1 $i .*e conectează sursa E1, pe tensiune maimă (/.37!, pe rezisten&ă $i se

lasă să se ncălzească timp de 3 minute.

A%EQ%+EW %emperatura ridicată a rezisten&ei poate cauza arsuri.

*e determină caracteristicile directă $i inversă ale diodei H0/ latemperatură ridicată $i se reprezintă pe acela$i grac curbele corespunzătoaretemperaturii normale $i crescute.

H. 'entru diodele redresoare 1 Q H001 $i O* 1140 se vor determinarezisten&ele dinamice n sens direct, ca raport al diferen&elor nite tensiunecurent9

3. 6u a8utorul circuitului din g. 2.H se vor observa caracteristicile curent) tensiune al diodelor de pe placă< pe abscisă va apărea tensiunea directă a

diodei, iar pe ordonată, curentul direct prin diodă (cu semn sc#imbat ) estenecesar să se comute intrarea X a osciloscopului pe "inversor"!.

Fig. 3.4


1. 6e tipuri de diode se utilizează pentru redresareK 'rin ce sedeosebesc< ce avanta8e $i dezavanta8e prezintă ecare tipK

. 6e se n&elege prin ncărcare n tensiune a unei diodeK2. 6e se n&elege prin ncărcare n curent a unei diodeKH. 6e suprasarcini admite o diodă $i n ce condi&iiK

H

Ω==

−=

k

U

R

U mA I

U E U

v!tmet"#v!tmet"#i

v!tmet"#i

1][

2

][

][][

mA I

V U k I

di"ect

di"ect din$mic

∆

∆=Ω



3. ace&i o compara&ie ntre caracteristicile directe $i inverse ale diodelorstudiate.

4. 6um se modică caracteristica unei diode prin ncălzireK/. 6aracteriza&i evolu&ia rezisten&ei dinamice a diodei n func&ie de

curentul direct.=. -bserva&ii personale.

+L+-5A+E9)oicu +., *tan A.+. )Electroalimentare, curs, +' 1//<)'etru A.>., $.a. ) >iode cu siliciu, catalog, Ed.%e#nică, uc., 1=4<)Oelemen A., +mecs :. )Electronică de putere, Ed.>idactică $i

'edagogică, uc. 1=2.MMM

3



Lucrarea H. EA

CIRCUITE DE REDRESARE5edresoarele sunt circuite care transformă curentul alternativ n curent

continuu. >upă tipul dispozitivelor care redresează $i după modul acestora

de comandă, redresarea poate necomandată, (cu comuta&ie naturală!, saucomandată, (cu comuta&ie for&ată!. ;n această lucrare se vor studia circuitede redresare necomandate. 5edresarea necomandată se realizează, ntr)oma8oritate covâr$itoare de cazuri, cu diode.

6ircuitele redresoare se clasică după mai multe criterii9)frecven&a curentului alternativ9

)30 sau 40 Rz, sinus frecven&ă industrială<)H00 Rz, sinus<)frecven&ă oarecare, formă nesinusoidală (impulsuri!.

)numărul de faze ale curentului alternativ9)monofazat<)trifazat<)polifazat.

)numărul de alternan&e redresate9)monoalternan&ă<)dublă alternan&ă.

+n prezenta lucrare se vor studia redresoare monofazate, n frecven&are&elei.

REDRESORUL MONOALTERNAN'A5eprezintă cea mai simplă sc#emă de redresare (g. H.1!.

Fig. 4.1

>ioda > conduce pe perioada cât este polarizată direct, adică anodulpozitiv fa&ă de catod. Acest lucru se ntâmplă pe o semialternan&ă a tensiuniide intrare. 'entru simplicarea analizei sc#emei se va considera că diodautilizată are caracteristici cvasi ) ideale, ceea ce este ec#ivalent cu9

)curent invers foarte mic, negli8abil, arma&ie adevărată pentru diodelecu siliciu la temperaturi normale<

)tensiune directă negli8abilă9 condi&ie adevărată dacă tensiuneaalternativă are valori peste 10 7 (căderea de tensiune n sens direct pe o diodă

4



cu siliciu este sub 1 7, n general!<)rezisten&a directă negli8abilă, adică mult mai mică decât celelalte

rezisten&e din circuit, sau cel pu&in decât una dintre ele, care să e nseriată cudioda (de e. rezisten&a de sarcină!<

)timpi de comutare nuli, sau foarte mici fa&ă de perioada curentuluialternativ de intrare, condi&ie ndeplinită pentru frecven&e industriale.

6u aceste considera&ii, pe semialternan&a pozitivă, dioda se comportă caun scurtcircuit, iar pe semialternan&a negativă, ca o ntrerupere a circuitului.

%ensiunea de intrare este9

+n timpul de conduc&ie t 0 ... %9) tensiunea aplicată pe sarcină 59 ud e<) căderea de tensiune pe diodă9 u> 0<

) curentul prin sarcină9 i e5.+n timpul de blocare t % ... %9) tensiunea aplicată pe sarcină9 ud 0<) căderea de tensiune pe diodă9 u> e<) curentul prin sarcină9 i 0.Atât tensiunea cât $i curentul redresat sunt func&ii periodice de perioadă

%, care se pot descompune n serie ourier9

unde ?n este valoarea maimă a armonicii de ordinul n. Epresia se poaterescrie nlocuind func&ia sinus cu fază nenulă prin două componenteortogonale n sinus $i cosinus9

6oecien&ii seriei ourier se denesc prin9

∫ =π

ω π

2

0

0 )()(2

1t d t #b

∫ =π

ω ω π

2

0

)()sin()(1

t d t nt #$n

∫ =π

ω ω π

2

0

)()cos()(1

t d t nt #bn

n care n 1, , 2, ...6alculând coecien&ii, se ob&ine următoarea rela&ie pentru tensiunea pe

sarcină9...)4cos

15

22cos

3

2sin

21(

2)( t t t

E t #d ω ω ω

π

π −−+=

n care se observă că prima armonică are frecven&a tensiunii de intrare.

/

t E t e ω sin2)( =

)sin(2)(1

0 n

n

nd d t nU U t # ϕ ω ++= ∑∞

=

t nbt n$bt #n

n

n

nd ω ω cossin)(11

0 ∑∑ ∞

=

∞

=

++=



'rezintă un interes deosebit raportul ?n ?d0, deoarece permiteanalizarea formei tensiunii pe sarcină. 7alorile sale, pentru primele 4componente armonice, sunt tabelate mai 8os9

n 1 2 H 3 4

?n?d0 1.110/ 0.H/1H 0 0.0H2 0 0.0H0H

a&ă de valoarea efectivă a tensiunii de intrare E, componenta continuă?d0 este9

E E

U d 45.02

0 ≈=π

6urentul maim prin sarcină, ca de altfel $i prin diodă9

R

E I d

2max =

%ensiunea inversă maimă pe diodă90max. 2 d inv U E U π ==

REDRESAREA DUBLA ALTERNANTA CU PRIZĂ MEDIANĂ9

Este prezentată n g. H.. 5eprezintă punerea laolaltă a două sc#emede redresare monoalternan&ă, la care tensiunile de intrare sunt defazate ntreele cu 1=0o. Această congura&ie se poate utiliza doar la redresoareleprecedate de transformator, caz n care se ob&in u$or cele două tensiuni nantifază.

Fig. 4.

REDRESAREA DUBLĂ ALTERNAN'Ă N PUNTE9*e utilizează H diode redresoare conectate ca n g. H.2, acestea putând

dispozitive individuale sau o punte monobloc.

=



Fig. 4.3

'entru semialternan&a pozitivă conduc diodele 1 $i 2, iar pesemialternan&a negativă, diodele $i H. 6urentul de intrare este sinusoidal (+ncondi&iile de caracteristici cvasi)ideale pentru dispozitivele redresoare!, iarcurentul, ca $i tensiunea de ie$ire reprezintă modulul curentului, respectiv

tensiunii de intrare. %ensiunea inversă maimă pe diode este9

0max.2

2 d inv U E U π

==

a&ă de redresarea monoalternan&ă, componenta continuă este dublă laaceea$i tensiune de intrare, iar componenta pe frecven&a tensiunii de intrareeste nulăW >in această cauză, coecientul de pulsa&ii al tensiunii redresatedublă alternan&ă este mai mic decât la redresorul monoalternan&ă.

REDRESAREA PE SARCINA R ! C9*arcinile 56 n ie$irea redresoarelor apar ca urmare a introducerii unor

capacită&i n paralel cu rezisten&a de sarcină, n scopul de a mic$ora pulsa&iiletensiunii redresate pe sarcină. 'e timpul de conduc&ie al diodei (g. H.H! eistăun curent de ncărcare a capacită&ii +c $i un curent prin rezisten&a de sarcină.6urentul care parcurge dioda este9

d C % iii +=

Fig. 4.4

'e perioada de blocare, când tensiunea sursei este mai mică decâttensiunea pe condensator, deci dioda, ind polarizată invers, nu conduce,sursa nu mai debitează curent, iar condensatorul se descarcă pe rezisten&a

după o lege eponen&ială. +ntre curentul princondensator $i cel din rezisten&a de sarcină eistă următoarea rela&ie9

%C ii =−



+n ciclul următor, conduc&ia diodei rencepe n momentul n caretensiunea sursei depă$e$te tensiunea de pe condesator. +n func&ie de valoareaprodusului 56 $i raportul acesteia cu perioada tensiunii alternativa de intrare,apar două situa&ii9

)56BB%9 condensatorul se descarcă total pe timpul de blocare al diodei,deci următoarea perioadă de conduc&ie ncepe la trecerea prin 0, către tensiuni

pozitive, a tensiunii alternative<)56@%9 condensatorul nu se descarcă decât par&ial, astfel ncât după un

timp de regim tranzitoriu, se stabile$te un regim permanent, n care tensiunilede ie$ire $i reintrare n conduc&ie ale diodei se păstrează la valori constante,evident cu stabilizarea ung#iurilor de intrare $i ie$ire n conduc&ie.

+n sc#ema dublă alternan&ă, fenomenele descrise anterior se petrecprincipial identic< totu$i timpii de blocare sunt inferiori deoarece conduc&iaredresorului se face pe ambele semialternan&e ale tensiunii de intrare. >inacest motiv, ecursia de tensiune, determinată de descărcareacondensatorului pe rezisten&a de sarcină, se mic$orează.

REDRESAREA CU DUBLARE DE TENSIUNE9;n g. H.3 se prezintă una din variantele de redresor cu dublare de

tensiune. *e observă conectarea a două redresoare monoalternan&ă, cusarcină capacitivă, dintre care unul pentru semialternan&ele pozitive (cu >1 $i61! $i celălalt pentru semialternan&ele negative (cu > $i 6!.

Fig. 4."

>acă rezisten&a de sarcină este innită (ie$irea redresorului n gol!,condensatorul 61 se va ncărca cu o tensiune continuă $i pozitivă egală cuamplitudinea tensiunii de intrare, adică E 2+ , iar condensatorul 6 cu otensiune continuă dar negativă egală cu E 2− , ambele tensiuni indeprimate fa&ă de masă. >in modul de reprezentare a tensiunilor, tensiunea deie$ire va diferen&a celor două9

E E E U 22)2(20 =−−=

valoare dublă fa&ă de cea ob&inută prin redresarea monoalternan&ă.

20



MATERIALE:

)placă cu componente, congurată ca n g. H.4.

Fig. 4.#


)osciloscop ) -<)voltmetru c.c. $i c.a. ) 7<)transformator coborâtor 07 137 ) %r<)reostat 1300 o#m ) 5<)conductoare de legătură.

MOD DE LCR:

1. *e identică componentele $i traseele monta8ului n conformitate cug. H.4. Alimentarea plăcii se face dintr)un transformator de re&ea, coborâtor,de pe nfă$urarea secundară de 137.

A%EQY+EW %ransformatorul poate avea bornele primare neizolate, decise va lucra cu aten&ie pentru evitarea electrocutărilor.

6oneiunile n monta8 se vor face cu transformatorul scos din priză.Alimentarea plăcii se face cu 137, alternativ, pe bornele Z1 $i Z.

. *tudiul func&ionării redresorului monofazat, monoalternan&ă, pesarcină rezistivă. *e nlătură toate $trapurile de pe placă (*1 ... *3!. *econectează reostatul 5 ntre bornele ZH $i Z4. :asa osciloscopului se leagă laborna Z4, considerată masă. 5eostatul va reglat pe o pozi&ie medie.5ezisten&a de sarcină constă n grupul serie 5 C rH. *e alimenteazătransformatorul de re&ea. 6u a8utorul osciloscopului se vor vizualiza9

) tensiunea de intrare ) borna Z1<) tensiunea de ie[ire ) borna Z2<) curentul prin circuit )borna Z. 6urentul prin circuit va vizualizat pe

rezisten&a r1, cu valoare de 1 o#m, utilizată ca traductor curent ) tensiune.21



>atorită sensurilor alese n circuit, oscilograma pe r1 reprezintă o tensiune desemn contrar curentului din circuit. Aprecierea cantitativă a curentului se facedatorită propor&ionalită&ii ?)+, prin rezisten&a de 1 o#m, deci la 17 corespunde1A.

*e vor măsura cu voltmetrul tensiunile de intrare $i ie$ire aleredresorului.

2. *tabilind legătura *H, se studiază redresorul monoalternan&ă,monofazat, cu sarcină 56. *e repetă măsurătorile de la punctul anterior.*uplimentar, se va vizualiza pe rezisten&a r2, curentul prin condensator. *ensulpozitiv corespunde ncărcării acestuia.

>eterminările se vor efectua n trei situa&ii9) cursorul poten&iometrului la maim<) cursorul poten&iometrului la mi8loc<) cursorul poten&iometrului la minim.

H. 5edresorul monofazat, dublă alternan&ă, n punte se ob&ine stabilindlegăturile *1, *. *e ntrerupe *H. *arcina se conectează ntre ZH $i Z3, ultimadevenind masa circuitului< pe această bornă se va conecta $i masaosciloscopului. *e fac determinările cerute la pct. , &inând cont că rezisten&ade citire a curentului este r.

3. *e stabile$te legătura *2, prin care condensatorul 61 se conectează n

paralel pe rezisten&a de sarcină. 'entru redresorul n punte cu sarcină 56 sevor face determinările de la pct. 2.

4. 'entru ob&inerea redresorului cu dublare de tensiune se facurmătoarele legături9 *H $i *3, celelalte se desfac. 5eostatul se leagă ntre ZH $iZ3. Z4 este masa monta8ului.*e măsoară cu voltmetrul tensiunile n Z2 $i Z3, pentru9

) reostat deconectat<) reostat la valoare medie<

) reostat la valoare minimă.*e vizualizează cu osciloscopul tensiunile n Z2 $i Z3, pentru cele treicazuri anterioare.

%oate oscilogramele vor trecute n lucrareW*e va avea gri8ă ca oscilogramele să reDecte atât valorile de c.c., cât $i

valorile ondulatorii.


1. 6e inDuen&ă are modicarea rezisten&ei de sarcină asupra curentuluidin circuitul redresorului monoalternan&ăK. 6um se modică tensiunea de ie$ire a redresorului cu sarcină 56 n

func&ie de valoarea produsului 56K2



2. 6ompara&i, ca formă $i valoare, tensiunile ob&inute prin redresaremonoalternan&ă $i dublă alternan&ă.

H. 6e legătură eistă ntre ariile pozitive $i cele negative descrise deoscilograma curentului prin condensatorK

3. 6e modicări apar n oscilograma tensiunii la redresorul cu dublare detensiune, când variază rezisten&a de sarcinăK

4. -bserva&ii personale.

+L+-5A+E9)oicu +., *tan A.+. ) Electroalimentare, curs, +' 1//<)Lozneanu *., LaczJo A. ):emoratorul radiote#nicianului, Ed. Nunimea,

+a$i, 1=3.MMM

Lucrarea 3. EA

TIRISTOARE %iristoarele sunt comutatoare statice, caracterizate de două regimuri

stabile9 conduc&ia, când se comportă aproimativ ca un contact nc#is, $iblocarea, când se comportă ca un contact desc#is. +n lipsa comenzii peelectrodul de poartă, tiristorul nu permite trecerea curentului electric, cuecep&ia unui mic curent rezidual de ordinul miliamperilor, indiferent depolaritatea tensiunii aplicate ntre ceilal&i doi electrozi, numi&i anod, respectivcatod, dacă aceasta nu depă$e$te o valoare limită specicată, 755:7>5:.>epă$irea tensiunii limită 755:, atunci când anodul este polarizat negativ fa&ăde catod (regim invers!, determină o cre$tere rapidă a curentului rezidual.

>epă$irea tensiunii limită 7>5:, atunci când anodul este polarizat pozitiv fa&ăde catod (regim de blocare!, determină trecerea necontrolată a tiristoruluidin blocare n conduc&ie. Ambele situa&ii pot duce la distrugerea tiristorului,motiv pentru care trebuie evitate.

),( %RM RRM AC V V V ∈

5ela&ia de mai sus reprezintă condi&ia ca tiristorul să func&ioneze nzona normală. ig. 3.1 este caracteristica tip tensiune anod)catod $i curentanodic, n care se observă inDuen&a curentului de poartă asupra tensiuniianodice de desc#idere (i curent de poartă, i5 curent rezidual invers, i> curent rezidual direct, 75 tensiune de străpungere n sens inversBbreaJdoVn reverse voltage@, 7> tensiune de străpungere n sens directBbreaJdoVn direct voltage@!.

22



Fig. ".1

6uren&ii reziduali cresc cu cre$terea temperaturii. %recerea tiristorului din blocare n conduc&ie se face prin aplicarea unui

impuls de comandă pe poartă, repectiv a unei tensiuni pozitive ntre poartă $icatod. 6onduc&ia se men&ine $i după dispari&ia impulsului de comandă, atâttimp cât se păstrează polarizarea pozitivă a anodului fa&ă de catod $i printiristor circulă un curent sucient de mare.

>in caracteristica ilustrată de g. 3.1 se observă că tiristorul conducedoar n cadranul +.

*tructura internă a tiristorului cuprinde trei 8onc&iuni N1, N $i N2, caresepară patru zone semiconductoare 'Q'Q. ;n g. 3. se reprezintă o sec&iuneprin structura tiristorului, iar n g. 3.2 sc#ema ec#ivalentă structurii 'Q'Q,formată din două tranzistoare complementare 'Q' cu Q'Q, ntr)o coneiune ncare 8onc&iunea colector ) bază este comună celor două tranzistoare. iecaretranzistor alimentează prin curentul său de colector baza celuilalt tranzistor.'oarta este baza ' a tranzistorului Q'Q.

2H



Fig. ".

Fig. ".3

;n polarizare inversă, (anod ), catodC! 8onc&iunile N1 $i N2 sunt polarizateinvers $i nu pot aduse n conduc&ie, decât distructiv, prin străpungere. ;nregim de blocare, anodul este polarizat pozitiv, 8onc&iunile N1 $i N2 sunt n

conduc&ie, dar N este blocată, astfel ncât prin tiristor trece doar curentulrezidual i>, de valoare mică. Aplicând o tensiune pozitivă sucient de mare pepoartă fa&ă de catod, catodul in8ectează electroni n baza ' a tranzistorului Q'Q$i astfel apare un curent de colector al tranzistorului Q'Q. Acest curent iese dinbaza tranzistorului 'Q', deci l aduce $i pe acesta n conduc&ie, respectiv apareun curent de colector al tranzistorului 'Q', care trece către catod prin 8onc&iunea bază ) emitor a tranzistorului Q'Q. %iristorul este astfel proiectat ncât, dacă curentul de comandă pe poartă este sucient de mare,amplicarea n buclă nc#isă a celor două tranzistoare este sucientă pentru a

le aduce rapid n satura&ie.1≥⋅ P&P &P& β β

+n afara tiristorului descris anterior au fost dezvoltate alte dispozitive

23



asemănătoare9)%iristorul 56% (5everse 6onducting %#Pristor!, care func&ionează ca un

tiristor conven&ional având antiparalel o diodă. 6aracteristica directă a acestuitiristor este identică cu cea a tiristorului conven&ional, iar n polarizare inversă,datorită diodei care intră n conduc&ie, are caracteristică de diodă polarizatădirect.

)%iristorul %- (ate %urn)-\! trece n conduc&ie ca tiristorul obi$nuit prinaplicarea unei comenzi n tensiune pozitivă pe poartă, dar poate comutat dinconduc&ie n blocare prin aplicarea pe poartă a unui impuls de curent negativputernic, sau prin reducerea curentului anodic. *pre deosebire de tiristoareleconven&ionale, structura tiristoarelor %- are o geometrie orizontală $iverticală, care permite etragerea cu ecien&ă maimă a purtătorilor desarcină electrică din baza ' a tranzistorului Q'Q $i astfel ncetarea conduc&ieiprin blocarea acestui tranzistor. Nonc&iunea poartă ) catod are o formăinterdigitată, poarta pătrunzând pe o mare parte din suprafa&a destinatăconduc&iei. +n afara facilită&ii de stingere pe poartă, tiristoarele %-func&ionează foarte bine la frecven&e ridicate. >eocamdată, nsă, nu se fabricăpentru puteri foarte mari, iar costul este ridicat.

)%riacul are caracteristică simetrică, putând conduce n ambele sensuri.

SOLICITARILE TIRISTOARELOR9Atât n conduc&ie, cât $i n blocare, n tiristoare apare o pierdere de

putere actiă care duce la ncălzirea acestora.Pierderile în blocare

se produc n sens direct, datorită i>

$i n sens invers,datorită i59 AC R R AC % % U i P U i P == ;

Pierderile în conducie reprezintă puterea pierdut[ pe tiristorul nconduc&ie9

222 F I " I V I " I V P TAV T TAV 'T TRMS T TAV 'T TAV +=+=

unde7-%9 tensiunea de prag<r %9 rezisten&a ec#ivalentă n conduc&ie<

+ %A79 curentul mediu n conduc&ie<9 factorul de formă<+ %5:*9 curentul efectiv.Pierderile în comutaie sunt negli8abile pentru tiristoarele care lucrează la

frecven&a re&elei (H0 ... 40 Rz!. 6alculul eact al acestor pierderi se face &inândcont de forma, timpii de cre$tere $i descre$tere ai tensiunii $i curentului, ntârzierile n comuta&ie, frecven&ă, etc. ;n practică se utilizează diagrame decalcul care se construiesc pe baza unor ipoteze simplicatoare, daracoperitoare.

Pierderile de poartă reprezintă puterea dega8ată n circuitul poartă )catod. *e utilizează frecvent ': ) puterea maimă de poartă $i puterea mediepe un ciclu 'A7.

24



-apabilitatea de blocare a tiristoarelor 9Aceasta se eprim[ prin parametrii 7>5: $i 755: $i trebuie să e sucientă

pentru ca tiristorul să suporte atât tensiunile repetitive de blocare, cât $itensiunile tranzitorii de vârf, accidentale, estimate din calculul circuitului.6oecientul de siguran&ă n tensiune 6v ia valori ntre 1./ ... .0, mai mic decât

la diode, deoarece circuitele cu tiristoare con&in obligatoriu re&ele de protec&iela supratensiuni.

-apabilitatea de curent a tiristoarelor 9*e specică capabilitatea de curent mediu + %A7:, bazată pe un curent

semisinusoidal $i capabilitatea n curent ecace + %5:*:, identică n general cu ncărcarea maimă n curent continuu. recvent se utilizează + %5:*:, deoareceforma de undă este dependentă de ung#iul de conduc&ie.

COMANDA PE POARTĂ9'rincipial eistă două metode de comandă n poartă9)comanda n curent continuu, orizontală<)comanda n impulsuri, verticală, care la rândul său poate 9

)permanentă<)n fază.

6omanda pe orizontală este varianta cea mai simplă< se bazează pedependen&a tensiunii anodice de desc#idere de tensiunea (curentul! de poartă

(vezi g. 3.1!. >eoarece func&ia de dependen&ă se modică substan&ial cutemperatura, comanda pe orizontală se utilizează practic doar n circuitelepentru care puterea pe sarcină trebuie să ia doar două valori9 0 $i 100I (cazulcontactoarelor statice!. 'entru controlul puterii pe sarcină ntr)o pla8ă continuă,se folose$te comanda n impulsuri, cu sincronizarea fazei impulsurilor decomandă cu tensiunea anodică (sau, pentru circuitele de curent continuu, cuimpulsurile de stingere!.

6ataloagele de tiristoare oferă date de proiectare cu a8utorul cărora sepot dimensiona circuitele de amorsare pe poartă. 'entru comanda n curent

continuu trebuie respectate două condi&ii9)amorsarea sigură9 se realizează dacă pe poartă se aplică o tensiune 7 @7%, unde 7% este tensiunea de amorsare pe poartă (catalogul specicăvaloarea maimă! (ate %rigger 7oltage!, $i dacă n circuitul de poartă circulăun curent + @ +%, unde +% este curentul de amorsare pe poartă (valoare maim[ de catalog! (ate %rigger 6urrent!. Evident, 7 $i + nu sunt independente cavaloare, ci sunt legate prin caracteristica circuitului poartă ) catod. >acăambele mărimi depă$esc valorile de catalog, amorsarea este sigură.

Eistă o limitare n impunerea acestor valori9 produsul lor nu trebuie să

depă$ească puterea maimă disipată pe poartă ':9(M P I V ≤×

)blocarea sigură9 se ob&ine dacă tensiunea pe poartă 7 B 7>, unde 7>

este tensiunea de neamorsare pe poartă (valoare minimă n catalog! (ate2/



Qon)%rigger 7oltage!.

Amorsarea tiristorului se mai poate ntâmpla n ncă două mpre8urărinedorite9

)la depă$irea tensiunii de amorsare maimă 7>:<)cre$terea tensiunii anodice n blocare cu o viteză prea mare9 catalogul

specică valoarea critică pentru dvdt.>eoarece aceste două moduri de trecere n conduc&ie pot determina

alterarea structurii interne a tiristoarelor, se iau măsuri de protec&ie9)supratensiunile se preiau de diode cu avalan$ă controlată, supresoare

cu seleniu, varistoare, grupuri 56 pentru regimuri tranzitorii<)limitarea vitezei de cre$tere se face cu grupuri 56, 5L6, 56 cu diode,

etc.

BLOCAREA TIRISTOARELOR9Alimentate n curent continuu, tiristoarele rămân n conduc&ie c#iar după

ncetarea comenzii pe poartă, datorită reac&iei pozitive formate ntre cei doitranzistori complementari ai structurii 'Q'Q, dacă tensiunea anodică este maimare decât tensiunea de prag 7A @ 7 %- (%#res#old 7oltage! $i curentul anodiceste mai mare decât curentul de men&inere cu poarta deconectată + A @ +R(Rolding 6urrent!.

locarea tiristoarelor conven&ionale se poate face9)natural, dacă tensiunea de alimentare este alternativă (nu neapărat

periodică!, caz n care blocarea se face la trecerea tensiunii către valorinegative<)for&at, prin circuite speciale, care $untează tiristorul n momentul

blocării, preluând curentul anodic al acestuia, sau cel pu&in, scăzându)l subvaloarea de men&inere, sau care aplică o tensiune inversă pe tiristorul caretrebuie blocat, ceea ce are ca efect tot scăderea curentului anodic $i c#iarinversarea acestuia pe un timp foarte scurt, până la blocarea tiristorului.Ac&iunea circuitelor de blocare trebuie să dureze cel pu&in cât timpul dedezamorsare prin comutarea circuitului t] (6ircuit 6ommutated %urn)-\ %ime!.

Acesta poate varia cu temperatura $i cu natura sarcinii, rezistivă, capacitivă,inductivă, combinată. %impul de blocare diferă după tipul tiristorului<tiristoarele rapide bloc#ează ntr)un timp aproimativ cu un ordin de mărimemai mic decât tiristoarele normale. %impul de blocare limitează func&ionareatiristoarelor la frecven&ă ridicată.

%iristoarele %- se pot bloca analog că tiristoarele conven&ionale sauprin comandă pe poartă cu o tensiune negativă. 6omanda de blocare necesităo putere superioară celei de amorsare.

COMANDA N FAZĂ A TIRISTOARELORLocalizarea eactă a amorsării tiristorului nu se poate face prin comandă

n curent continuu pe poartă, deoarece dependen&a tensiunii de amorsare pepoartă de tensiunea anodică este puternic inDuen&ată de temperatură, $i n

2=



plus, n apropierea punctului de amorsare, circuitul este foarte sensibil laperturba&ii. >in acest motiv, n circuitele n care se cere un control riguros almomentului de trecere a tiristorului n conduc&ie, se utilizează comanda nimpulsuri. ig. 3.H ilustrează principiul comenzii n impulsuri.

Fig. ".4

>urata (ntârzierea! ntre momentul aplicării comenzii $i momentul ncare tensiunea anodică scade la 10I din valoarea sa ini&ială reprezintă timpultotal de amorsare pe poartă $i este dat de suma dintre timpul de ntârziere laamorsare tgd $i timpul de intrare n conduc&ie tgr. %impul de intrare n conduc&iedepinde de viteza de cre$tere a curentului anodic (di %dt!, care la rândul săueste dictată de natura impedan&ei de sarcină.

+mpulsul de comandă trebuie să asigure amorsarea n bune condi&ii atiristorului, dar trecerea n conduc&ie a acestuia se face diferit, n func&ie de

temperatură $i de natura impedan&ei de sarcină9 rezistivă, inductiv ) rezistivă,rezistiv ) capacitivă, etc.

orma impulsului de comandă este dictată de tipul aplica&iei. *e distingdouă tipuri de comandă9

)impulsuri "tari", utilizate n aplica&iile n care viteza de cre$tere acurentului de conduc&ie (didt! ia valori mari9

)invertoare $i c#oppere cu sarcină capacitivă<)anumite aplica&ii industriale cu control de fază<)controlul factorului de putere<

)sisteme care lucrează n medii puternic perturbate<)legarea tiristoarelor n serie sau paralel.

)impulsuri "slabe", folosite n circuite cu sarcini inductive sau rezistiv )inductive, n care viteza de cre$tere a curentului de conduc&ie este relativ mică(B A^s!.

ig. 3.3 ilustrează impulsurile de comandă "slabe" $i "tari".

2



Fig. "."

ormarea impulsurilor reprezintă una din problemele comenzii n fază< unalt aspect care trebuie controlat este sincronizarea generatorului de impulsuricu tensiunea de alimentare anodică, respectiv, cu tensiunea re&elei.

'entru comanda n fază a tiristoarelor se utilizează circuite pasive (curezultate slabe!, sau active (cu componente discrete ) diace, tranzistoarebipolare, tranzistoare uni8onc&iune, sau cu circuite integrate ) de uz general sauspecializate!.

+mpulsuri "slabe" de comandă se pot ob&ine prin defazarea 56 a tensiunii

alternative a re&elei, momentul de amorsare ind dictat de depă$irea praguluide amorsare pe poartă, sau, o precizie superioară, se poate ob&ine prinintroducerea unor dispozitive cu prag (diode _ener! sau circuite cu prag.

'entru ob&inerea impulsurilor "tari" se folosesc circuite cu diace (vezi"Lucrarea 4.EA ) %5+A6E"!, sau tranzistoare uni8onc&iune (%?N!.

+n g. 3.4 sunt prezentate simbolul %?N, structura de principiu a unui %?N$i caracteristica acestuia.

Fig. ".#

H0



La capetele zonei "n", uniform dopate, eistă două contacte o#mice,denumite A_A 1 $i A_A . Nonc&iunea pn situată aproimativ la mi8loc ntre1 $i , se nume$te 8onc&iune de emitor, iar contactul o#mic pe zona "p" esteE:+%-5. *tatic, %?N)ul este ec#ivalent cu o diodă conectată cu anodul la E $icatodul n punctul comun a două rezisten&e care sunt conectate cu celelalteterminale la 1, respectiv (g. 3./!.

Fig. ".$

6aracteristica curent tensiune a %?N)ului are trei regiuni distincte9 derezisten&ă mare, specică stării de blocare, men&inută cât timp dioda dinsc#ema ec#ivalentă este polarizată invers ( polarizat pozitiv fa&ă de 1, 7 )

1 3 ... 137!, de rezisten&ă negativă, zonă instabilă provocată de omultiplicare n avalan$ă a purtătorilor de sarcină când dioda devine polarizatădirect, $i de rezisten&ă 8oasă, când prin circuitul emitor ) baza 1 trece un curentrelativ mare.

%recerea %?N)ului din rezisten&ă mare n rezisten&ă 8oasă se face prindesc#iderea diodei ec#ivalente, deci cre$terea tensiunii emitorului la o valoareegală cu suma dintre tensiunea n punctul de inser&ie a catodului diodei $itensiunea de desc#idere a 8onc&iunii. %ensiunea n catodul diodei este dată dedivizarea rezistivă a tensiunii dintre baze9

))

))

) ))

) )

) )) A V

R

RV

R R

RV V η ==

+= 1

12

1

'arametrul "eta" poartă denumirea de raport de divizare intrinsec(*tand)-\ 5atio!, $i are valori tipice de 0.3 ... 0.=9

))

)

) )

)

R

R

R R

R 1

21

1 =+

=η

%?N)ul se utilizează frecvent n construc&ia oscilatoarelor de relaare, cusemnale de ie$ire dinte de erăstrău, sau impulsuri scurte.

>eoarece pragurile de comutare ale %?N)ului depind direct de tensiuneade alimentare, oscilatorul cu %?N se sincronizează u$or cu tensiunea re&elei,dacă tensiunea sa de alimentare se anulează concomitent cu tensiunea re&elei.

Acest lucru se poate ob&ine alimentând oscilatorul n tensiune redresată $ilimitată sus, dar neltratăW (vezi g. 3.=!.

H1



Fig. ".

MATERIALE:

)placă cu tiristor, având congura&ia din g. 3.<)placă cu tiristor $i re&ea 56 de defazare, g. 3.10<)placă cu tiristor $i %?N, g. 3.11<)foaie de catalog pentru tiristorul %14Q=.

Fig. ". P-a2 2, iri56r

Fig. ".10 P-a2 2, iri56r 7i r)8)a RC d) d)9a:ar)

H



Fig. ".11 P-a2 2, iri56r 7i TU;

APARATE DE LABORATOR:)voltmetru numeric ) 7<)ampermetru ) A<)transformator separator de re&ea 0707 ) %r<)transformator coborâtor 07137 $i /7 ) %c<)osciloscop ) -<)sursă de tensiune continuă /.37, .3A ) E1<)sursă de tensiune continuă H07, 1A ) E<)sondă atenuator 1091 pentru osciloscop ) A%Q<

)cordoane de legătură.

MOD DE LCR:

1. *e studiază foaia de catalog a tiristorului %14Q=, notându)se valorilesemnicative.

. 6u a8utorul monta8ului din gura de mai 8os se determinăcaracteristica de poartă a tiristorului.

Fig. ".1 M6(a< =)(r, d))r>i(ar)a 2ara2)ri5i2ii d) =6ar a iri56r,-,i

*e completează următorul tabel9+(mA! 1 3 10 0 30 100

?(7!

H2



6aracteristica va reprezentată grac.2. *e realizează monta8ul din gura de mai 8os, cu a8utorul căruia se vor

determina tensiunile de amorsare pe poartă, pentru diferite valori ale tensiuniianodice.

Fig. ".13 M6(a< =)(r, d))r>i(ar)a )(5i,(i-6r d) a>6r5ar) =) =6arairi56r,-,i

*e va completa tabelul următor, iar dependen&a va reprezentată grac9

?A6E (7! 10 0 20 H0

7% (7!

H. *e alimentează placa cu tiristor din transformatorul separator,conform gurii de mai 8os9

Fig. ".14 M6(a< =)(r, d))r>i(ar)a ,(g?i,-,i d) a>6r5ar) a iri56r,-,i

*e vizualizează cu osciloscopul tensiunea anod ) catod a tiristorului,

modicând lent tensiunea de comandă n poartă. *e determină limiteleung#iului de amorsare a tiristorului. *e va utiliza sonda cu atenuator 1910pentru osciloscop.

HH



ATEN'IE@ La =,(2)-) 1!4 5) ,i-i:)a: =-a2a 2, iri56r g. ".7i 5) -,2r)a: 2, )(5i,(i =)ri2,-6a5) 0&2a d)2i 5) 6r -,a >5,rid) =r)2a,8i) -a >a()rar)a =-2ii 7i a 26rd6a()-6r d) -)g,r S) a,r>ri grad,- d) i-,>i(ar) a- *)2,-,i 2ar) 26(5i,i) 5ar2i(airi56r,-,i.

3. *e alimentează circuitul pentru comandă n fază cu defazare 56,conform g. ".10. *e oscilograază următoarele tensiuni din monta89

)?. anodică)?. poartă<)?. intrare /7.

:asa osciloscopului va conectată la catodul tiristorului.*e inversează faza pe alimentarea cu /7 $i se repetă oscilograerea.

ormele de undă se vor vizualiza pentru trei pozi&ii ale poten&iometrului(etreme C mediană!.

4. *e alimentează cu tensiune 07 prin transformatorul separatorcircuitul cu tiristor comandat n fază cu %?N, conform g. ".11.

*e vizualizează cu osciloscopul tensiunile n monta89)la ie$irea pun&ii redresoare ) cu A%Q<)pe dioda _ener de 4.=7<)n emitorul %?N<

)n baza 1 a %?N<)n poarta tiristorului<)n anodul tiristorului ) cu A%Q.

-scilogramele vor desenate astfel ncât să se poată pune n eviden&ăcoresponden&a momentelor semnicative.

*e vor vizualiza formele de undă pentru pozi&iile etreme alepoten&iometrului de regla8, notând limitele de varia&ie ale ung#iului deamorsare a tiristorului.

ATENTIE T)(5i,(i =)ri2,-6a5)!ERI"ICAREA C#O$TI#TELOR:

1. 6are este structura internă a unui tiristorK 6um se eplică conduc&ia $iblocarea acestuiaK

. 6are sunt solicitările tiristoruluiK2. 6um se amorsează un tiristorKH. 6um se bloc#ează un tiristorK3. ;ntre ce limite variază ung#iul de conduc&ie a tiristorului alimentat n

tensiune sinusoidală $i comandat n curent continuuK4. 6e nseamnă comandă orizontală a amorsăriiK/. 6e rol au componentele din g. 3.10K=. 6e rol au componentele din g. 3.11K

H3



. 6um func&ionează un oscilator cu %?NK10. Evalua&i limitele raportului dintre puterea ob&inută pe sarcină prin

circuitele din g. 3.10 $i 3.11 $i puterea nominală a sarcinii.11. -bserva&ii personale.

+L+-5A+E9

)odea :, $.a. ) >iode $i tiristoare de putere, Ed.%e#nică, uc.1=<)+osif Q., $.a. ) %iristoare $i module de putere, 6atalog, Ed.%e#nică,

uc.1=H<)Oelemen A., +mecs :. ) Electronică de putere, Ed.>idactică $i

'edagogică, uc.1=2.MMM

H4



Lucrarea 4. EA

TRIACE>enumirea triacului provine din %riode A.6. *Vitc#. %riacul este un

ntrerupător bidirec&ional, având o structură internă formată din $ase straturi

semiconductoare, care delimitează cinci 8onc&iuni pn. (g.4.1!. Acest dispozitivconstă din integrarea pe aceea$i structură a două tiristoare conven&ionale,conectate n antiparalel9 tiristorul A (p1n1pn! $i tiristorul (pn1p1nH!.:etalizările emitorilor n $i nH se etind peste straturile p $i respectiv p1, astfel ncât pot servi ca terminale de contact atât pentru emitorul de catod, cât $ipentru cel de anod. unc&ionarea ambelor tiristoare este controlată de unsingur terminal de comandă (poarta !. Nonc&iunea de poartă NH este formatădin straturile semiconductoare p $i n2. 'rezen&a 8onc&iunii de poartă permitecontrolul conduc&iei curentului prin dispozitiv n ambele sensuri, prin aplicareasemnalelor bipolare ntre terminalul $i unul dintre celelalte două terminale.

Fig. #.1 Sr,2,ra i()r( a ria2,-,i

6aracteristica ? ) + statică a triacului este simetrică fa&ă de origine(g.4.!, ind rezultată din caracteristicile celor două tiristoare antiparalel.>atorită conduc&iei atât n cadranul +, cât $i n cadranul +++, triacele de curentalternativ, aplica&iile cele mai frecvente ind n comanda vitezei motoarelor, a

temperaturii, a iluminării etc.'e caracteristica ilustrată n g.4. se disting9)două zone de blocare9

)n sens direct dir<)n sens invers inv<

)două zone de conduc&ie9)directă 6dir<)inversă 6inv.

sensurile direct sau invers ind raportate la tensiunea aplicată ntre cei doi

anozi9)?A1 @ ?A sens direct<)?A1 B ?A sens invers.



%ensiunea anodică de trecere din blocare n conduc&ie depinde decurentul stabilit n circuitul poartă ) anod , ind maimă, n valoare absolută,pentru curent de poartă nul.

>upă ncetarea comenzii pe poartă, triacul rămâne n conduc&ie până lascăderea curentului anodic (n valoare absolută! sub valoarea de men&inere +R.

Fig. #. Cara2)ri5i2a 2,r)(!)(5i,() a ria2,-,i

+n func&ie de polarită&ile tensiunilor aplicate pe terminale, eistă patru

modalită&i de comandă a trecerii triacului n conduc&ie9?A1)A ?)A 6A>5AQ '?%E5E 'E '-A5%T

C C + 100I

C ) + 200I

) C +++ H00I

) ) +++ 00I

*e observă că prima combina&ie necesită puterea minimă de comandăpe poartă, iar a treia, puterea maimă, ntre cele patru cazuri diferind atât

tensiunea cât $i curentul de poartă.Asemănător cu tiristorul, triacul poate comandat n poartă n curent

continuu, pe orizontală, sau n impulsuri, n fază, sau nesincronizat< metodelede comandă ale triacului păstrează avanta8ele $i dezavanta8ele celor utilizatepentru tiristor.

La blocare, unc&ionarea triacului diferă de cea a două tiristoareconectate antiparalel. >acă tiristoarele alimentate n tensiune alternativăsinusoidală au la dispozi&ie, pentru blocare, câte o semisinusoidă (cea n caresunt polariza&i invers!, integrarea celor două tiristoare pe aceea$i structură

creează dependen&e ntre acestea, ceea ce face ca timpul disponibil de trecere n blocare să e intervalul n care curentul anodic variază ntre +R $i )+R, ntr)unsens, sau n celălalt. 'e sarcini rezistive, la frecven&e industriale, H0 ... 40Rz,



blocarea triacului se realizează fără probleme, dar pe sarcini inductive, eistăriscul ca triacul să nu se bloc#eze. Acest fenomen limitează utilizarea triacelor n frecven&e ridicate.

6omanda triacelor n curent continuu este limitată la circuitele n careacestea nlocuiesc contacte mecanice. 'entru reglarea puterii pe un

consumator, alimentat n tensiune alternativă sinusoidală, se utilizeazăeclusiv comanda n fază, deoarece, după cum s)a arătat n tabelul anterior,caracteristica de comandă a triacelor este foarte neuniformă, ceea ce ar ducela apari&ia unor componente continue n curentul de sarcină.

- variantă foarte simplă $i răspândită de comandă n fază, sincronizatăpe tensiunea anodică, utilizează diacul.

>iacul (>iode A.6. *Vitc#! este un dispozitiv cu două terminale, formatdin două structuri 'Q'Q (diode *c#ocJleP!, legate antiparalel (g.4.2!.

Fig. #.3 Sr,2,ra i()r( a dia2,-,i

>iacul este un dispozitiv bidirec&ional, prezentând câte o zonă de blocare$i câte una de conduc&ie pentru ambele polarizări. 6aracteristica sa curent )tensiune este simetrică fa&ă de origine (g.4.H!.

Fig. #.4 Cara2)ri5i2a 2,rr)(!)(5i,() a dia2,-,i

>iacul bloc#ează tensiunile aplicate de ambele polarită&i $i conduce ndirect n ambele sensuri. %recerea din blocare n conduc&ie se face prindepă$irea tensiunii de străpungere< trecerea propriu)zisă este un fenomeninstabil, n care diacul se comportă cu o caracteristică de rezisten&ă negativă.



%recerea din conduc&ie n blocare se face tot printr)un proces instabil, lascăderea curentului prin diac (n valoare absolută! sub valoarea de men&inere.>eci, diacul se caracterizează prin doar două stări stabile9 conduc&ia $iblocarea.

>iacul se utilizează $i n sc#emele de comandă a tiristoarelor, ncongura&ii asemănătoare.

%ensiunile de desc#idere ale diacelor sunt n intervalul 3 ... 307.ig. 4.3 reprezintă sc#ema tipică de aplica&ie pentru comanda triacului

cu diac. ecul reprezintă sarcina triacului. 6ircuitul se alimentează ntensiune alternativă sinusoidală.

Fig. #."

La trecerea tensiunii de alimentare prin zero, triacul se bloc#ează

%ensiunea pe condensator este aproimativ nulă. 'e semisinusoida careurmează, condensatorul 6 ncepe să se ncarce prin grupul serie 5 $i r. >iaculeste blocat, prin urmare prin el nu trece curent, deci circuitul de ncărcare alcondensatorului este simplu. 5ezisten&ele 5 $i r sunt mult mai mari decâtrezisten&a becului (sarcinii!, motiv pentru care se negli8ează căderea detensiune pe bec. +ni&ial condensatorul este descărcat la 0. %ensiunea pecondensator se modică pe durata unei semisinusoide, crescând n valoareabsolută, urmărind rela&ia9

τ τ ω ω τ

τω ω ω τ

ω τ ω t

C et t t #

−

+−

+−

−

=

1sin1cos1

2)( 02

0

2

2

002

0

2

2

0

2

0

unde 9

][1002

)(

1

0

−==

+=

s *

C " R

π π ω

τ

pentru frecven&a re&elei de 30Rz.6ând tensiunea pe condensator atinge valoarea9

(T )di$cC V U U +=

diacul se desc#ide, trece brusc n conduc&ie, ceea ce crează un impuls decurent n poarta triacului, datorită descărcării condensatorului pe circuitulformat din nserierea diacului cu circuitul de poarta)catod. %riacul trece $i el nconduc&ie. 6urentul prin poarta triacului are valori relativ mari< n primul



moment el nu este limitat decât de rezisten&a dinamică a diacului n conduc&ie(mică!, rezisten&a dinamică a circuitului poartă ) catod al triacului (mică! $irezisten&ele coneiunilor (foarte mici!. >in această cauză, comanda dedesc#idere este foarte bună, permi&ând ini&ierea conduc&iei pe toată suprafa&astructurii triacului. 6urentul de comandă este mult mai mare decât curentul de ncărcare al condensatorului, energia acumulându)se lent prin ncărcarea n

curent mic $i dega8ându)se rapid prin descărcarea ntr)un circuit de micărezisten&ă.

>iacul se va bloca atunci când curentul care l parcurge scade subvaloarea de men&inere, datorită descărcării condensatorului. 5ezisten&ele 5 $i rse dimensionează astfel ncât curentul prin ele nseriate, la tensiune maimăde alimentare să se aDe sub valoarea curentului de men&inere a diacului. >upăblocarea diacului, condensatorul continuă să se descarce prin triacul aDat nconduc&ie.

'rocesul se repetă la ecare semisinusoidă. >acă suma 5Cr este devaloare mare, tensiunea pe condensator nu mai atinge valoarea de amorsare adiacului, care rămâne blocat n permanen&ă, men&inând blocat $i triacul. +nacest caz, după un regim tranzitoriu, tensiunea pe condensator va reprezentao sinusoidă defazată n urma tensiunii re&elei (cu o amplitudine sub tensiuneade străpungere a diacului!, respectiv suma primilor doi termeni din epresiatensiunii pe condensator (mai sus men&ionată!.

+n afara componentelor men&ionate, n sc#emă apar $i altele9)L9 inductan&a de ltrare contra perturba&iilor care apar n procesul de

comutare a triacului<)19 siguran&ă fuzibilă, cu rol de protec&ie la supracurent (scurtcircuitarearezisten&ei de sarcină!. 'rotec&ia este ecientă doar pentru circuitul dealimentare, nu $i pentru triac<

) ) ?59 siguran&ă fuzibilă ultrarapidă, cu rolul de a prote8a triacul lascurtcircuitarea sarcinii. Eistă posibilitatea de a monta n locul 1, caz ncare siguran&a ultrarapidă prote8ează atât triacul, cât $i sursa de alimentare.Alegerea acesteia se face după valoarea integralei de curent a triacului, adicăse alege o siguran&ă cu integrală de curent mai mică< n plus curentul nominal

al siguran&ei trebuie să e superior curentului efectiv maim din circuit<)5p $i 6p9 grupul serie 5)6 este un circuit de protec&ie la supratensiuni nimpuls. +mpulsurile scurte de tensiune ridicată sunt aplatizate $i lă&ite, ca efectal condensatorului, rezisten&a limitând curentul de descărcare acondensatorului prin triac, la comutarea n conduc&ie. 'e sarcini inductive,prezen&a condensatorului cu rezisten&ă de limitare accelerează comutarea nconduc&ie.

MATERIALE:

)placă cu triac, bec $i două rezisten&e (g.4.4!<)placă cu diac, triac, poten&iometru, rezisten&ă, condensator $i bec.




)sursă de tensiune continuă, dublă, H07, 1A, ) E1 $i E<)sursă de tensiune continuă, /.37, A ) E2<)voltmetru numeric ) 7<

)ampermetru ) A<)osciloscop ) -<)atenuator 1091 pentru osciloscop ) A%Q<)transformator coborâtor 07137 ) %r<)transformator de separare 0707 ) %r*<)cabluri de legătură.

MOD DE LCR:

1. *e identică placa corespunzătoare g. 4.4 $i se completează cuaparatele din g. 4./.

Fig. #.#

Fig. #.$

'e acest circuit se va determina caracteristica ? ) + a por&ii triacului. *evariază tensiunea sursei E1 de la 0 la H7, cu pas de 7, notând tensiunea pepoartă, indicată de voltmetrul 7, $i curentul de poartă, măsurat deampermetrul A. *e inversează polaritatea sursei E1 $i se repetă măsurătorile.*e reprezintă pe acela$i grac cele două curbe. *e completează tabelulurmător9



E1F7G )H ) )0 ... 0 ... H

?F7G

+FmAG

. *e realizează monta8ul din g. 4.=, cu a8utorul căruia se vor determinatensiunile $i curen&ii de poartă de amorsare.

Fig. #.

6ircuitul de poartă $i circuitul anodic vor alimentate cu tensiunipozitive $i negative, ncât să rezulte cele patru cazuri de conduc&ie. *ursa E va reglată pe valorile 107, 07, 207 $i prin inversarea bornelor de alimentare)107, )07, )207. *ursa E1 va adusă la 07 naintea ecărei măsurători.+naintea ecărei măsurători se ve deconecta, pentru câteva secunde, $a dealimentare de pe borna Z3, pentru a bloca sigur triacul (triacul amorsat lamăsurătoarea precedentă nu se bloc#ează prin anularea tensiunii de comandă n poartă!. >upă blocarea triacului, se cre$te treptat $i continuu tensiunea E1

urmărind indica&iile voltmetrului $i ampermetrului, până la trecerea triacului nconduc&ie, fapt semnalizat prin iluminarea becului de pe placă $i prin cre$tereacurentului debitat de sursa E, vizibil pe ampermetrul de pe panoul frontal alsursei. *e completează tabelul următor9

)207 )07 )107 EF7G 107 07 207

?F7G+F7G

*e reprezintă grac dependen&ele ? f(?A1)A! $ i + f(?A1)A!,

considerând că, pentru triacul blocat, E ?A1)A.2. 6u a8utorul monta8ului din g. 4. se va determina caracteristica ? ) + a

circuitului anodic al triacului.



Fig. #.

*e vor studia ambele cazuri9 comandă pozitivă pe poartă $i apoi tensiunenegativă de comandă. *ursa E1 se va regla la maimul valorii ob&inute lapunctul precedent C 27 (n valoare absolută!, pentru o desc#idere sigură.'oten&iometrul de tensiune al sursei E2 va reglat pentru o tensiune n gol de37. 6urentul anodic al triacului va modicat prin ac&ionarea poten&iometruluiregla8 curent limitat al sursei. *e va porni de la valori mari de curent A spre 0,cu pas 0.A. :ăsurătorile vor repetate după sc#imbarea polarită&ii alimentăriidin sursa E2. *e va reprezenta grac dependen&a +A f(?A1)A!.

*e va calcula rezisten&a dinamică a triacului n conduc&ie, prinaproimarea acesteia cu raportul diferen&elor nite dintre tensiunile, respectivcuren&ii, ob&inu&i la pa$i consecutivi.

*e va completa următorul tabel, cuprinzând tensiunile $i curen&ii printriacul n conduc&ie9

) )1.= ... )0. +AFAG 0. ... 1.= .0?A1)

AF7G

5ela&ia de calcul pentru rezisten&a dinamică9

1:1:

1:1:

−+

−+

−

−=

k Ak A

k AAk AAk

I I

U U "

unde "J" este numărul de ordine al determinării.

H. *e alimentează monta8ul n curent alternativ, conform g. 4.10, dintransformatorul coborâtor, cu tensiune secundară de 137 (A Q? *E 6-Q?Q>A %5AQ*-5:A%-5?L 6--5A%-5 6? %5AQ*-5:A%-5?L *E'A5A%-5!. *e vorstudia posibilită&ile de comandă n curent continuu a desc#iderii triacului. 6ua8utorul osciloscopului se pot măsura ung#iurile de desc#idere $i de blocare aletriacului, când pe poarta acestuia se aplică tensiuni continue, lent variabile ntimp, atât pozitive, cât $i negative.



Fig. #.10

3. 6omanda triacului prin diac (comandă n fază! se studiază pe sc#ema

din g. 4.3. *e va desena sc#ema reală a circuitului realizat pe placă, acestaind mai simplu decât cel din g. 4.3 (*e va utiliza, evident, cealaltă placăW!.*e va conecta secundarul transformatorului separator la bornele Z1 $i Z,

iar apoi se va alimenta primarul transformatorului de la re&ea.

ATENTIE A2)5 >6(a< 9,(28i6()a: -a )(5i,()a r)8)-)i d)2i)Gi5 =)ri26- d) )-)2r62,ar). S) a -,2ra 2, a)(8i) 5=6ri.

6u a8utorul osciloscopului se vor vizualiza tensiunile marcate pe sc#emă9

sunt puncte de conectare a osciloscopului cu borna "caldă".:asa osciloscopului se va conecta la anodul al triacului.A%EQY+EW 'entru vizualizarea tensiunii n punctul "2" se va utiliza

obligatoriu atenuatorul 1091, altfel se poate defecta intrarea osciloscopului.ormele de undă se vor reprezenta pentru minimum trei situa&ii9 cursorul

poten&iometrului la cele două capete $i ntr)o pozi&ie mediană.


1. *ă se descrie structura internă a triacului.. 6ompara&i posibilită&ile de comandă ale triacului, n func&ie depolarită&ile tensiunilor aplicate.

2. 6um se bloc#ează un triac n conduc&ieKH. 6ompara&i func&ionarea tiristorului $i triacului.3. >esena&i formele de undă ale tensiunii pe sarcină pentru circuitele

studiate la pct. H $i 3.4. 6alcula&i, cunoscând ung#iurile de conduc&ie $i blocare ale triacului

din circuitele de la pct. H $i 3, raportul dintre puterea pe sarcină $i puterea

maimă care s)ar ob&ine pe sarcină, dacă triacul ar conduce permanent.

1 2



∫

∫ ∫ +

+

−

−

+

=T

s

t

t

t

t

s s

d #

d #d #

"

b!

cnd

b!

cnd

0

2

22

)(

)()(

τ τ

τ τ τ τ

/. 6are sunt avanta8ele $i dezavanta8ele sc#emei de comandă din g.

4.3K

+L+-5A+E9)odea :., $.a. ) >iode $i tiristoare de putere, :anual de utilizare,

Ed.%e#nică, uc.1=<)+osif Q., $.a. ) %iristoare $i module de putere, 6atalog, Ed.%e#nică,

uc.1=H.MMM



Lucrarea /. EA

STABILIZATOARE PARAMETRICEElementele folosite n stabilizatoarele parametrice sunt dispozitive

neliniare, a căror caracteristică ? ) + tinde către o paralelă la aa tensiunilor saula aa curen&ilor (g./.1!. 6u a8utorul acestor elemente se construiesc sc#eme

de stabilizare a tensiunii sau a curentului, n congura&ii complementare(g./.!. Aceste sc#eme de stabilizare reprezintă sisteme de reglare automatăcu ciclu de reglare desc#is (fără reac&ie!< performan&ele electrice (stabilizarea, n special! sunt inferioare stabilizatoarelor cu reac&ie, dar sistemele cu ciclu dereglare desc#is nu sunt susceptibile de a autooscila.

Qeliniaritatea caracteristicii ? )+ poate determinată de mecanismul detrecere a curentului $i, n acest caz, elementul neliniar se nume$te varistor. >inaceastă categorie fac parte tuburile electronice $i ionice, stabilovol&ii, celulesemiconductoare, rezistoarele cu tirit, vilit sau carborund, bobinele cu miez deer, condensatoarele cu dielectric din sare *eignette, etc.

6aracteristica ? ) + neliniară poate determinată $i de efectul termic alcurentului care circulă prin dispozitiv< acestea sunt componente de tipultermistoarelor9 becuri cu incandescen&ă, semiconductoare cu coecientnegativ de temperatură, termistoarele propriu)zise, etc.

'rin dezvoltarea te#nologiilor semiconductoarelor, gama dispozitivelorneliniare utilizate practic s)a restrâns, ncât, n prezent se folosesc predominantdiode "_ener", termistoare, 7>5 (7oltage >ependent 5esistor!, $i rar, elemente

cu lament (becuri, baretoare! $i foarte rar, tuburi ionice sau electronice.obine $i condensatoare neliniare se utilizează n aplica&ii speciale, relativ pescară restrânsă.

Elementele neliniare a căror caracteristică ? ) + este simetrică fa&ă deorigine pot folosite atât n curent continuu, cât $i n alternativ. Alimentate ncurent alternativ acestea produc, n general, deformări ale tensiunii alternative,care se traduc n apari&ia armonicelor superioare, fenomen nedorit ce trebuie nlăturat prin ltrare n anumite aplica&ii mai preten&ioase.

DIODE STABILIZATOARE DE TENSIUNE CU SILICIU9Qumite $i diode "_ener", aceste dispozitive se fabrică intr)o gamă foartelargă de tensiuni $i puteri, ncât sunt cele mai folosite dispozitive neliniarediscrete de stabilizare. Aceste diode func&ionează n zona de străpungere acaracteristicii curent ) tensiune, regiune n care tensiunea rămâne practicconstantă la varia&ii apreciabile ale curentului. >omeniul tensiunilor de lucru aldiodelor stabilizatoare este de aproimativ 2 ... 2007, sub această gamăutilizându)se diode polarizate direct, eistând diode de referin&ă n sens direct(>5>!, $i peste 2007 putându)se nseria diode stabilizatoare. 'uterile disipate

se găsesc n domeniul 0.HU ... 30U.>enumirea de diode "_ener" este improprie (dar intrată n uzul curent!,

deoarece efectul _ener (tunelarea purtătorilor de sarcină din banda de valen&ă n cea de conduc&ie sub ac&iunea unui câmp electric intens! eplică numai

3/



func&ionarea diodelor cu tensiuni de stabilizare până la circa 3.37. La tensiunimai mari de stabilizare, func&ionarea diodelor se bazează pe efectul demultiplicare n avalan$ă (purtătorii de sarcină sunt accelera&i de câmpulelectric $i capătă energii sucient de mari ncât pot să ionizeze, prin ciocnire,atomii re&elei!. rani&a dintre cele două mecanisme de conduc&ie n polarizareinversă nu este netă, la diodele cu tensiuni de stabilizare n zona de separa&ie,

străpungerea datorându)se ambelor fenomene.+n polarizare directă, caracteristica diodei _ener este similară cu cea a

unei diode redresoare cu *i, diferen&a intre cele două caracteristici apărând npolarizare inversă, n zona de străpungere. ig./.2. ilustrează caracteristica ? )+ a unei diode _ener. >iodele _ener acceptă curen&i importan&i de străpungere,nota&i +z, iar tensiunea de străpungere 7z este controlată n te#nologic, pentrua se ob&ine valoarea dorită.

Fig. $.1

'rincipalele caracteristici ale diodelor stabilizatoare sunt9)%ensiunea de stabilizare 7_%97_% este parametrul principal al diodelor stabilizatoare. n datele de

catalog, 7_% este specicată la curentul de măsură +_%, dependent de tipuldiodei.

;n utilizarea unei diode trebuie avute n vedere câteva aspecte9)eistă o dispersie de natură te#nologică a valorilor tensiunii 7_% n 8urul

valorii nominale<)valorile de catalog (nominale, minime sau maime! sunt garantatepentru cazul n care temperatura 8onc&iunii este egală cu temperaturaambiantă de referin&ă %0 (in general %0 3o6!. Această proprietate rezultă dinnecesitatea sortării unui număr mare de diode intr)un timp rezonabil, ceea ceimpune testarea n regim de impulsuri, pentru ca temperatura să nu semodice.

%ensiunea de stabilizare a diodei la altă temperatură, fa&ă de cea dereferin&ă, $isau pentru condi&ii de polarizare care implică ncălzirea diodei, se

poate calcula cu rela&ia următoare9+ + Z Z VZ ,T-. , -/01 ,T 2 -3V V T T α

>ependen&a de temperatură este considerată liniară, prin coecientul de

3=



temperatură al tensiunii de stabilizare.)5ezisten&a diferen&ială pe caracteristica de stabilizare9+n cazul general, această rezisten&ă r_, este formată din două

componente9 rezisten&a diferen&ială a 8onc&iunii pentru condi&ii izoterme, r_8, $io rezisten&ă diferen&ială de natură termică, r_t#9

Z

Z Z Z Z

.cnst Z Z Z I T.cnst

dT V dV V , -. . 1, -" T I dI dI

∂ ∂

∂ ∂

'rimul termen reprezintă r_8 $i cel de)al doilea r_t#, adică9 Z Z4 Zth. 1" " "

7aria&iile rapide ale curentului nu pot urmărite de temperatura 8onc&iunii< n acest caz rezisten&a totală diferen&ială este r_8. oile de catalog nscriu c#iar această valoare ca rezisten&ă diferen&ială, măsurarea indefectuată la frecven&ă de 1JRz, deci sucient de mare ncât varia&iile detemperatură ale 8onc&iunii să e negli8abile.

6re$terea curentului _ener +_ atrage după sine scăderea rezisten&ei r_,pentru aceea$i diodă.

)6urentul minim de stabilizare +_m9Este curentul minim la care dioda func&ionează ncă n regim de

stabilizare. 6urentul +_m nu este indicat n foile de catalog, el ind impus deaplica&ia concretă prin valoarea maimă admisă pentru rezisten&a diferen&ială.

)6urentul maim de stabilizare +_:9Este impus de regimul termic sta&ionar al diodei _ener, astfel ncât % v8 B

%v8.ma. 6atalogul indică valorile curentului maim de stabilizare

corespunzătoare puterii maime disipate de diodă, n regim sta&ionar. n regimde impulsuri de scurtă durată, curentul +_: poate depă$it. 7aloarea maimă nimpuls se determină, n dependen&a de forma $i durata impulsului, tot dincondi&ia ca temperatura 8onc&iunii să nu depă$ească valoarea sa maimă,&inând cont de impedan&ă termică a diodei.

) 6oecientul de temperatură al tensiunii de stabilizare95eprezintă varia&ia procentuală a tensiunii de stabilizare cu temperatura

8onc&iunii9

Z

Z VZ

.cnst5 Z I

0 V . /67 C3, -T V α

∂

°∂

6oecientul de temperatură are valori negative pentru diodele cu 7_% B3.3 ... 47 $i pozitive pentru celelalte. *c#imbarea de semn este cauzată detrecerea de la străpungerea prin efect _ener la străpungerea prin multiplicare n avalan$ă. 'ractic, pentru diodele cu 7_% 3 ... 47, coecientul detemperatură este minim.

)6urentul rezidual invers9Este curentul invers al diodei stabilizatoare, măsurat la o tensiune mai

mică decât tensiunea de stabilizare. 6urentul invers are valori inferioare pentrudiodele care se străpung n avalan$ă 7_% @ 47, $i la diodele fabricate nte#nologie planară (e. >_1 ... >_31, _'1 ... _'100!.

>ependen&a de temperatură a curentului invers este mare, acesta3



dublându)se la o cre$tere de temperatură de aproimativ 10o6.)_gomotul diodelor stabilizatoare de tensiune9Este mai pronun&at la diodele cu străpungere prin avalan$ă, datorită

c#iar mecanismului statistic de străpungere $i apari&iei de microplasme.La cre$terea curentului +_, tensiunea ec#ivalentă de zgomot prezintă

maime $i minime, datorită apari&iei de puncte suplimentare de străpungere.

'entru reducerea zgomotului propriu al diodelor se folosesc mai multemetode, printre care9

)alegerea unui curent de polarizare +_ sucient de mare pentru a evitată zona de cot, unde zgomotul este foarte mare<

)cuplarea n paralel pe diodă a unui condensator de cca. 100n,neinductiv, caz n care tensiunea ec#ivalentă de zgomot scade de aproimativ10 ori. >eoarece caracteristica de polarizare inversă a diodelor stabilizatoarenu prezintă zone de rezisten&ă negativă, nu eistă pericolul autooscila&iilor.

+n utilizarea diodelor stabilizatoare se va &ine cont de puterea maimăcare poate disipată de dispozitiv, n func&ie de temperatura ambiantă<valoarea maimă a puterii este indicată n catalog.

&.D.R.9Qumite $i varistoare, prezintă o neliniaritate pronun&ată intre tensiunea

$i curentul aplicate la borne. *unt rezisten&e comandate n tensiune. Acesteasunt fabricate din materiale neomogene, cu proprietă&i de redresare la

contactul dintre particule. :ateriale utilizate n fabrica&ia 7>59 carburi desiliciu, oid de zinc, oid de titan, etc. 6aracteristicile electrice suntdeterminate de re&eaua compleă de contacte cristaline cu proprietă&iredresoare.

*e folosesc frecvent ca solu&ii ieftine $i abile de protec&ie adispozitivelor semiconductoare, circuitelor electronice, colectoare de motoare,contacte de releu, etc. contra supratensiunilor $i consecin&elor acestora.

5ela&ia dintre tensiune $i curent pentru 7>59

unde 7 este tensiunea n vol&i, + curentul n amperi, iar 6 $i "beta" suntconstante.

7>5 nu are efect directiv< caracteristica ? ) + este simetrică fa&ă deorigine. 5ela&ia de legătură intre tensiune $i curent este valabilă doar pentruvalori instantanee, $i nu poate aplicată pentru valori medii, efective, etc. ncazul utilizării 7>5 n circuite de curent alternativ.

6oecien&ii 6 $i "beta" depind de compozi&ia materialului $i de

dimensiunile volumului activ< "beta" ia uzual valori intre 0.0 ... 0.H0, iar 6,intre 1H $i câteva mii.

TERMISTOARE940

V . CI β



*unt rezistoare a căror rezisten&ă variază cu temperatura intr)o propor&iesuperioară rezistoarelor conven&ionale. *e disting două categorii determistoare9 Q%6 (Qegative %emperature 6oe`cient!, a căror rezisten&a variazăinvers propor&ional cu temperatura, $i '%6 ('ositive %emperature 6oe`cient!,la care varia&ia este direct propor&ională.

%ermistoarele Q%6 sunt rezistoare construite din oizi ai elementelor dingrupa erului (crom, mangan, cobalt sau nic#el!. Ace$ti oizi au rezistivitatemare n stare pură, dar pot transforma&i n semiconductoare prin adaus demateriale cu altă valen&ă.

6onductivitatea materialului este9. n8 e8σ µ

unde e este sarcina electronului, n $i ^ reprezintă concentra&ia $i mobilitateapurtătorilor de sarcină electrică. ?ltimele două mărimi depind de temperatură9

T e KT

92−

∝ µ

T

en

KT

91−

∝

unde ]1 $i ] sunt energii caracteristice purtătorilor de sarcină electrică.>ependen&a conductivită&ii de temperatură este următoarea9

0 :, 1 -9 922c

kT eT σ µ

, . di"ect p"p"tin$! c#-µunde ] poate 0. n practică eponen&iala este valoarea #otărâtoare, ncât,pentru un domeniu de temperaturi, rezisten&a unui termistor Q%6 seaproimează prin rela&ia9

)

T R . Ae

T)r>i56ar)-) PTC9*e folosesc ca limitatoare de curent, senzori de temperatură,

compensatoare de temperatură, temporizatoare, etc. 'rezintă coecientpozitiv de dependen&ă cu temperatura intr)o anumită gamă de temperaturi, nrest acesta ind nul sau negativ. *e fabrică din titanat de bariu sau stron&iu(a%i-2, *r%i-2!, care se impurică cu alte substan&e.

5ezisten&a termistoarelor '%6 este9beV

kT b

0e R

$µ

unde a este dimensiunea cristalitelor, 7b este poten&ial electric de barieră.'entru domenii limitate de temperatură, rezisten&a poate scrisă9

)T T . A1Ce R

$i prin diferen&iere se poate calcula coecientul de temperatură9. 0++)67 C α °

41



)T 0 dR )Ce. .

R dT A1Ce)T α

ultima rela&ie ind valabilă pentru acea por&iune a caracteristicii pentru care 5 %

@@ A. n general n practică această condi&ie se ndepline$te rar, ceea ce ducela folosirea unor metode grace sau numerice de proiectare.

BARETOARE9*unt un caz particular de termistoare '%6, a căror element activ este

constituit dintr)un lament de er n atmosferă inertă. 'entru un anumedomeniu de tensiuni aplicate la borne, acestea se comportă ca stabilizatoarede curent (generatoare de curent constant!. >atorită iner&iei termice alamentului, nu pot folosite n aplica&ii unde eistă varia&ii rapide alemărimilor electrice din circuit.

ecurile uzuale cu incandescen&ă au caracteristici asemănătoare, dar

stabilizarea ob&inută este inferioară.

+n caracterizarea elementelor stabilizatoare se denesc9

st

U . ,"e<istent$ st$tic$- R

I

d

dU . ,"e<istent$ din$mic$- R

dI

MATERIALE:

)placă cu diode _ener S g. /.H<)placă cu termistoare $i 7>5 S g. /.3<)placă cu baretor S g. /.4<)placă cu becuri S g. /./.

D Z

R 1

1 K

VE 1

A

Fig. $.

B a r e t o r

A

E 2E 1 B E C1 2 V / 1 5 W V

Fig. $. 3

A

T e r m i s t o r

E 2

E 1

Fig. $. 4

B E C1 2 V / 1 5 WE 1

V

A

Fig. $. "

4




) voltmetru numeric ) 7<) ampermetru ) A<) o#mmetru ) <) sursă de tensiune continuă (H07, 1A! ) E1, E<

MOD DE LCR:

1. *e identică diodele de pe placă $i se caută caracteristicile acestora ncatalog. *e determină eperimental dependen&a curent ) tensiune, npolarizare inversă pentru toate diodele. *e va utiliza monta8ul din g. /.H. *ecompletează tabele de tipul următor9

+_(mA!

H 4 = 10 1 1H 14 1= 0

7_

(7!

*e reprezintă grac rezultatele măsurătorilor.. *e polarizează diodele, pe rând, cu 8umătate din tensiunea 7_%, n sens

invers, $i se măsoară curentul rezidual.2. *e calculează rezisten&ele dinamice ale diodelor n zona de stabilizare,

conform rela&iei9 Z Z

d Z

V V . . /k 3"

:mA I

∆ ∆Ω

∆

H. *e măsoară cu o#mmetrul rezisten&a termistoarelor, la temperaturacamerei.

%ermistorul de 0.2A va alimentat, conform g./.3. cu o tensiune de=07, ob&inută prin nserierea celor două 8umătă&i ale sursei duble. *e vor notatensiunea $i curentul la ecare 10 s, timp de 3 min, sau până când curentulatinge 0.2A.

A%EQ%+EW %ensiune periculoasăW

A%EQ%+EW %ermistorul se ncălze$te puternicW

*e reprezintă grac dependen&a curent ) tensiune.3. *e alimentează 7>5 cu tensiune continuă intre 07 $i =07, cu pas 107,

$i se măsoară curentul prin dispozitiv. *e reprezintă grac dependen&aob&inută.

4. *e determină caracteristica de stabilizare a baretorului, alimentându)lca n g./.4., cu tensiuni intre 07 $i /7, din volt n volt, notând curentul princircuit $i tensiunea pe sarcină. *e reprezintă grac func&iile + f(? alim! $i ?* f(?alim!.

42



/. *e determină $i se reprezintă grac dependen&a curent tensiune, $i secalculează rezisten&a dinamică, pentru un bec cu incandescen&ă, alimentatintre 07 $i 127, din volt n volt, ca n g. /./.


1. 6are sunt parametrii electrici caracteristici ai unei diode _enerK

. 6um se dene$te $i cum se măsoară rezisten&a dinamică a unuidispozitiv stabilizatorK 6e diferen&ă eistă fa&ă de rezisten&a staticăK

2. 6e sunt termistoareleK 6âte tipuri eistăKH. 6e este 7>5K3. 6e proprietă&i prezintă baretorulK 6ompara&i)le cu cele ale unui bec cu

incandescen&ă.4. -bserva&ii personale.

+L+-5A+E9

) oicu +., *tan A.+. ) Electroalimentare, curs, +' 1//<) *tan A.+., oicu +. ) Electroalimentare, +ndrumar de laborator, +' 1/3<) 'etru A.>., $.a. ) >iode cu siliciu, 6atalog, Ed.%e#nică, uc.1=4<) MMM ) :LE, 6omponents and materials, Qon)linear resistors, 'art 11,

1/.MMM

4H



Lucrarea =. EA

CONTACTOARE6ontactoarele sunt dispozitive mecanice, electromecanice sau

electronice care inc#id sau desc#id circuitele electrice. >in punct de vederecronologic, primele contactoare folosite au fost cele mecanice< n urmaintroducerii sc#emelor de ac&ionare la distan&ă $i de automatizare au apărutcontactoarele electromecanice, iar ca urmare a dezvoltării te#nologieisemiconductoarelor s)au răspândit contactoarele electronice.

6-Q%A6%-A5E :E6AQ+6E + ELE6%5-:E6AQ+6E9*unt cele mai frecvent utilizate contactoare, acoperind aplica&ii n toate

gamele de tensiuni, curen&i $i puteri. *e folosesc pentru conectarea $ideconectarea circuitelor electrice, sau pentru comutarea acestora.

'rincipial, un contactor mecanic este compus dintr)unul sau mai multecontacte electrice, ac&ionate prin intermediul unui mecanism, care poatecuprinde pârg#ii, came, angrena8e cu ro&i din&ate, etc. 6ontactoareleelectromecanice posedă suplimentar un element de eecu&ie electromecanic(electromagnet, motor electric!, care transformă comanda electrică ndeplasare sau rota&ie mecanică, ac&ionând astfel asupra mecanismului decomandă a contactorului mecanic. Eistă $i contactoare la care ntre partea decomandă electrică $i partea de eecu&ie mecanică se intercalează dispozitive

pneumatice sau #idraulice.6lasicarea contactoarelor se face după9) tensiunea nominală suportată de contacte9

) de 8oasă tensiune, sub 3007,) de tensiune naltă, peste 3007,) de foarte naltă tensiune, pentru zeci de mii 7<

) după tipul tensiunii9) de curent continuu,) de curent alternativ<

) după numărul de contacte<) după modul de comandă9)mecanică,)electrică,)pneumatică,)#idraulică<

) după viteza de ac&ionare9) normale,) rapide<

) după tipul de protec&ie<) după utilizare9

)butoane $i comutatoare,)c#ei,

43



)manipulatoare,)selectoare,)limitatoare de cap de cursă,)senzori de pozi&ie,)contactoare electromagnetice, etc.

L+:+%A%-5++ 6A' >E 6?5*T9*unt dispozitive cu ac&ionare mecanică montate pe mecanisme, având

rolul de a sesiza sfâr$itul domeniului permis de deplasare pentru organelemobile. ;n general se montează pe păr&ile e ale mecanismului, dinconsiderente de cablare, dar pot amplasate $i pe piesele mobile, ind atunciracordate prin conductoare Deibile. *esizarea deplasării se face direct pepiesa mobilă (variantă evitată, de regulă!, sau prin ac&iunea unei came solidarepe piesa n mi$care. 6ama (1! este n contact cu un palpator mecanic (2!, carepoate prevăzut cu o roată (! pentru a mic$ora uzura datorată frecărilor.'alpatorul poate montat ntr)un lagăr de alunecare, sau de rota&ie. %ransla&iasau rota&ia, după caz, a palpatorului, antrenează deplasarea unuia sau maimultor contacte electrice (H!, izolate ntre ele $i fa&ă de carcasa (3! limitatorului(g.=.1!. 6ontactele pot de lucru (normal desc#ise Q>, sau Q- ) normalopen!, de repaus (normal inc#ise Q+, sau Q6 ) normal close!, sau contactecomutatoare, n care borna comună se notează 6-:, sau similar.

Fig. . 1

Limitatorii cap de cursă se fabrică ntr)o gamă foarte largă, atât cadomenii electrice de tensiuni $i curen&i, cât $i ca forme constructive $i clase deizola&ie.

6omanda elementului de eecu&ie se poate face direct, sau prinmi8locirea unor relee, n sc#eme de repetoare sau n congura&ii complee de

automatizare.- variantă este utilizarea unor limitatori fără contact mecanic,

interac&iunea producându)se prin câmp magnetic. 'e piesa ă se amplasează

44



o olă cu contact 5EE> (tub de sticlă vidat sau umplut cu gaz inert, n care segăse$te un contact electric, format din lamele feromagnetice!, iar pe organulmobil, n locul camei, se montează un magnet permanent, care, la deplasareapiesei mobile, a8unge n imediata vecinătate a olei 5eed (g.=.!.

Fig. .

6ontactoare mecanice cu protec&ii9*unt contactoare cu ac&ionare mecanică (manuală!, n care se introduc

elemente de sesizare a supracurentului $i de deconectare, astfel ncâtcontactorul ndepline$te $i func&ia de siguran&ă.

*istemele electromecanice de protec&ie sunt bazate pe două tipuri deelemente9

) lamele bimetalice (cu ncălzire directă sau indirectă!, utilizate pentrusuprasarcini mici dar de durată. La ncălzire, lamelele bimetalice se curbează,ac&ionând printr)un sistem de pârg#ii mecanismul de deconectare al

contactorului. Au ac&iune lentă, ind bazate pe un proces termic.)electromagne&i, a căror bobină este parcursă de curentul de sarcină, $i a

căror armătură mobilă ac&ionează mecanismul de deconectare alcontactorului. Au ac&iune rapidă, dar func&ionează doar la suprasarcini mari.

6ele două tipuri de protec&ii se pot utiliza separat, dar de regulă suntcombinate, ncât deconectarea să se realizeze atât la suprasarcini mici, cât $imari, n timp util.

6ontactoare electromagnetice9

*ub acest nume sunt cunoscute contactoarele formate dinelectromagne&i a căror armătură mobilă ac&ionează grupe de contacte.>iferen&a fa&ă de relee este minimă, costând n special n func&ia indeplinită(ultim element de comandă ntr)o sc#emă de automatizare! $i de intensitateacuren&ilor comuta&i. *uplimentar pot prevăzute cu dispozitive de stingere aarcului electric care se poate forma intre contacte.

6onstructiv, contactoarele ale căror bobine sunt ecitate n curentcontinuu se deosebesc de cele cu ecita&ie n curent alternativ. Ecita&ia ncurent alternativ prezintă un avanta8 ma8or9 ini&ial, circuitul magnetic are ntreer mare deoarece armătura mobilă este depărtată< inductan&a bobineieste mică, deci curentul prin aceasta este mare, ceea ce implică for&ă mare deatragere. 'e măsură ce armătura mobilă se apropie de cea ă, inductan&a

4/



bobinei cre$te, curentul scade, for&a se păstrează sucient de mare (variazădirect propor&ional cu curentul $i invers propor&ional cu ntreerul!. 6ândarmătura este complet apropiată, curentul are valoare minimă, ceea ce implicăo disipa&ie minimă de căldură pe rezisten&a bobinei. La contactoarele ecitate n curent continuu această scădere a curentului nu se produce, motiv pentrucare bobina este proiectată să reziste n regim permanent la curentul de

atragere, sau se realizează circuite auiliare de limitare a curentului prin nfă$urare. ig.=.2 prezintă o sec&iune prin electromagnetul unui contactor cuecita&ie n curent alternativ. *unt vizibile armătura mobilă (1!, cea ă (!, nfă$urarea (2!, spira n scurtcircuit (H!, cu rol de defazare a Duului magnetic ntr)o coloană magnetică a miezului, pentru ca for&a de atrac&ie să nu seanuleze, respectiv electromagnetul să func&ioneze fără trepida&ii.

Fig. .3

6-Q%A6%-A5E ELE6%5-Q+6E (*%A%+6E!9>urata de via&ă a contactoarelor (electro)! mecanice este invers

propor&ională cu frecven&a conectărilor $i deconectărilor. ?zual, n cataloage seindică numărul mediu de comutări suportate de contactor.

;nlocuirea contactelor mecanice prin dispozitive electronice, cu douăstări9 conduc&ie $i blocare, fără piese n mi$care, a permis construc&ia unor

contactoare cu o abilitate superioară. %otu$i, contactoarele statice, de$iprezintă avanta8ul incontestabil al duratei de via&ă, la care se adaugăposibilitatea ob&inerii unor frecven&e mari de comutare, au $i dezavanta8e fa&ăde contactoarele conven&ionale9

) de$i, n condi&ii normale de func&ionare, au durată superioară de via&ă,sunt mult mai sensibile la suprasarcini<

) prezintă o cădere de tensiune "pe contact" mult mai mare decâtcontactoarele mecanice<

) n blocare au rezisten&ă inferioară celor mecanice.

;n trecut s)au utilizat ca dispozitive electronice tuburi electronice sauionice< n prezent contactoarele statice se bazează n eclusivitate pesemiconductoare, tranzistoare, tiristoare (inclusiv %-!, triace, completate

4=



uneori cu diode.6ontactoarele statice pot construite pentru curent continuu sau pentru

curent alternativ, eistând variante care func&ionează n ambele situa&ii.*e pot utiliza tranzistoare de comuta&ie, care sunt comandate ncât să

func&ioneze n satura&ie sau n blocare. %rebuie asigurate comenzi puternice,astfel ncât tranzistoarele să comute cât mai rapid n vederea minimizării

pierderilor de putere n comuta&ie. 'entru tensiuni $i curen&i mici, tranzistorulpoate lucra $i n curent alternativ, dar pentru tensiuni superioare (@ 107!, estenecesară conectarea tranzistorului n diagonala de curent continuu a unei pun&iredresoare, ca n g.=.H, pentru a ob&ine un comutator bilateral.

Fig. .4

%iristoarele pot ec#ipa contactoare de curent continuu, dar trebuieprevăzute circuite de stingere (de blocare! ) pentru tiristoarele conven&ionale.;n curent alternativ, stingerea este asigurată, dar trebuie conectate câte douătiristoare antiparalel, pentru a asigura conduc&ia bilaterală.

%riacele pot utilizate n contactoarele de curent alternativ, neindfolosite pentru curent continuu.

6ontactorul cu tiristoare de 14A, tip 659+n instala&iile *6 se utilizează n mod curent, circuite de cale cu

codicare n impulsuri, la care semnalul de control este o tensiune alternativăsinusoidală de /3Rz, modulată n amplitudine, cu grad de modula&ie 100I, deun semnal dreptung#iular generat de emi&ătorul de cod O'%)10 (codul estegenerat prin contacte ac&ionate de came rotite de un electromotor printr)unreductor< sunt disponibile două semnale de comandă identice ca formă $idefazate ntre ele!.

'uterea consumată n circuitele de cale este superioară cu mult celei pecare o pot comuta contactele generatorului de cod. ;n varianta clasică, ecarecircuit de cale este alimentat de un releu transmi&ător, cu contacte ntărite,comandat de generatorul de cod. >e$i special concepute pentru comutărirepetate pe sarcini inductive, releele transmi&ătoare au o abiliate scăzută,ind necesare lucrări de vericare $i ntre&inere la ecare 2 ) 4 luni.

Eliminarea releelor transmi&ătoare s)a făcut prin introducereacontactoarelor statice< acestea sunt n număr de maimum 4 pe sta&ie (câteunul pe ecare secven&ă n sta&ie $i, similar, pentru blocul de linie automat dincapătul Z $i X!, minimum , n sta&iile mici, fa&ă de releele transmi&ătoare, câte

4



unul pe ecare sec&iune (respectiv câteva zeci!.*c#ema contactorului static de 14A este ilustrată n g. =.3.

Fig. ."

'entru func&ionare n curent alternativ, contactorul este format din douătiristoare, montate antiparalel, %#1 $i %#. Acestea sunt comandate n curentcontinuu. %ensiunea de comandă, 07 /3Rz, n impulsuri, se aplică peprimarul unui transformator coborâtor, %r, care are două nfă$urări secundare,identice, separate galvanic, uneori prezentând $i prize mediane pentru regla8ulbrut al tensiunii de ie$ire. %ensiunile alternative furnizate de nfă$urările

secundare sunt redresate de două pun&i redresoare '51 $i '5, $i apoi ltrateprin celulele "'+", formate din 611, '1, 61, respectiv, 61, ', 6, astfelob&inându)se tensiunile continue de comandă n poartă pentru tiristoare.5ezisten&ele 51 $i 5, conectate ntre poarta $i catodul ecărui tiristor, descarcăcondensatoarele din celulele de ltrare pe perioadele de pauză ale codului, mpiedicând totodată stocarea sarcinilor electrice n por&ile tiristoarelor, ceeace asigură men&inerea fermă n blocare a acestora. 'oten&iometrele '1 $i ',montate ca rezisten&e variabile, permit un regla8 n $i individual al curen&ilorde comandă n por&ile tiristoarelor. rupul 56, conectat n paralel pe cele două

tiristoare, le prote8ează pe acestea mpotriva supratensiunilor n impuls carepot apare n circuit, datorită sarcinilor inductive, iar la amorsare, asigură vitezanecesară de cre$tere a curentului anodic. 6ontactorul con&ine două siguran&efuzibile, 1, ultrarapidă, nseriată cu tiristoarele, $i , normală, montată nprimarul transformatorului.

>atorită utilizării a două tiristoare antiparalel, cu circuite de comandăindividuale, eistă posibilitatea să apară o componentă de curent continuu ncurentul anodic, datorită desc#iderii ntârziate a unuia dintre tiristori (respectiv,unul dintre tiristoare poate să nu conducă pe semialternan&a care icorespunde, sau să conducă pe mai pu&in de 1=0o!. >eoarece contactorulpoate amplasat $i n dulapurile blocului de linie automat, ind alimentatprintr)un cablu cu lungime de ordinul Jilometrilor, tensiunea minimă pentru

/0



func&ionarea normală trebuie să e de 130 ... 1=07. 'oten&iometrele sereglează astfel ncât la tensiunea minimă ambele tiristoare să e desc#isecomplet, iar diferen&a ntre tensiunile de desc#idere totală a tiristoarelor să nue mai mare de 07.

*c#ema prezentată are unele nea8unsuri9)necesită regla8 individual pe ecare tiristor<

)comanda nu este discretă "conduc&ie" ) "blocare", tensiunea n poartăvariind destul de lent intre aceste două stări, la grani&a dintre impuls $i pauză,ceea ce duce la apari&ia unor regimuri tranzitorii necontrolate, cu efectenegative asupra tiristoarelor<

)reglarea poten&iometrilor la valoare minimă provoacă curen&i mari decomandă prin tiristoare, ducând la mbătrânirea prematură a acestora $i a altorelemente de circuit.

6ontactorul poate simplicat, conform g. =.4, n care tensiunea decomandă este preluată din tensiunea anodică. Qu sunt necesare regla8eindividuale, iar puterea disipată pe poartă scade mult. >ezavanta8ul metodeieste că nu se mai pot comanda mai mul&i contactori de acela$i contact alemi&ătorului de cod, deoarece nu se mai asigură separare galvanică ntrecircuitele de comandă $i cele de sarcină.

Fig. .#

MATERIALE:

) limitatoare cap de cursă buc.<) micrometru<

) contactor cu protec&ie tip A:5-<) contactor electromagnetic %6 2<) contactor static cu tranzistor n punte de diode<) contactor static cu tiristoare tip 65<) contactor cu tiristoare, modicat<) becuri9 07 100U, 17 3U<) catalog Electroaparata8<) cabluri de legătură.


) autotransformator reglabil ) A%<

/1



) transformator tip "L" ) %L<) transformator tip "E" ) %E<) transformator coborâtor, 07 17 ) %6<) sursă de c.c. /.37 A ) E<) ampermetru de c.a. 20A ) A<) osciloscop ) -<

) sondă cu atenuator 1091 ) Atn<) voltmetru numeric ) 7.

MOD DE LCR:

A%EQ%+EW n această lucrare se folosesc tensiuni periculoase.

1. *e identică limitatorii cap de cursă. *e demontează $i se studiazăconstruc&ia mecanică.

. 'entru limitatorul de interior, se determină, cu a8utorul micrometrului,pozi&iile de conectare $i de deconectare, $i se calculează diferen&a dintreacestea.

2. *e studiază construc&ia contactorului tip A:5- $i se caută n catalogcaracteristicile acestuia.

H. *e realizează circuitul din g.=./. *e verică ac&ionarea protec&iei culamele bimetalice, pentru curen&i de 10, 13 $i 0A, cronometrând timpul de

răspuns.

Fig. .$

3. *e studiază construc&ia contactorului %6 2, amplasarea bobinei,numărul $i tipul contactelor, articularea contactelor.4. *e alimentează contactorul tip %6 2, conform g.=.= $i se verică atragereaacestuia, n condi&ii normale, sau cu corp străin ntre armături. Qu se vamen&ine alimentat contactorul peste 3 secundeW

Fig. .

/. 6ontactorul static cu tranzistor se alimentează conform sc#emei ding.=.. *ursa E va reglată la /.37W *e vizualizează cu osciloscopul forma

/



tensiunii pe sarcină (bec! $i pe contactor.

Fig. .

=. *e realizează circuitul din g.=.10, care cuprinde contactorul tip 65.*e reglează autotransformatorul ncât voltmetrul să indice 1307. *e regleazăpoten&iometrele, evitând pozi&ionarea acestora la minim, pentru a ob&inedesc#iderea completă a tiristoarelor la această tensiune, iar diferen&atensiunilor de desc#idere totală să nu depă$ească 07. >esc#idereatiristoarelor se va observa pe osciloscop.

Fig. .10

. *e vizualizează forma tensiunii pe contactorul n conduc&ie.10. *e alimentează contactorul cu tiristoare modicat, ca n g.=.11. *e

vizualizează formele de undă pe sarcină $i pe contactorul n conduc&ie.

Fig. .11


1. *ă se eplice func&ionarea mecanică a contactoarelor mecanice,identicând rolul pieselor.

. 6um variază timpul de deconectare cu coecientul de suprasarcină lacontactorul tip A:5-K

2. 6e se ntâmplă dacă armătura unui contactor electromagnetic nu se

/2



nc#ide perfectKH. +nterpreta&i formele de undă vizualizate pe contactoarele statice n

conduc&ie.3. 6alcula&i pierderea de putere datorată amorsării ntârziate, pentru

contactorul modicat, fa&ă de contactorul tip 65.4. -bserva&ii personale.

+L+-5A+E9)oicu +., *tan A.+. )Electroalimentare, curs, +' 1//<)*tan A.+., >avid *. )6entralizări electrodinamice $i bloc de linie automat,

Ed.>idactică $i pedagogică, uc. 1=2<)ure&ea L.>. )>ouă metode de cre$tere a abilită&ii contactoarelor

statice cu tiristoare, uletin informativ, :%%c, >L+, 1=/.MMM

/H



Lucrarea . EA

AMPLIFICATOARE MA%NETICEAmplicatorul magnetic, sau bobina cu miez saturabil, este un dispozitivutilizat pentru reglarea curentului alternativ sinusoidal, de regulă, n frecven&e

industriale. %ermenul "amplicator" este folosit impropriu, acest dispozitivneavând o caracteristică de amplicator conven&ional, la care semnalul deie$ire este propor&ional cu semnalul de intrare, adică9

s#t in,t-. 8 ,t- s s K

n care O s este factorul de amplicare. 'entru amplicatorul magnetic,semnalele de intrare $i ie$ire au forme diferite (cel de intrare este un curentcontinuu, sau lent variabil n timp, iar semnalul de ie$ire este un curentalternativ!. *ensul de amplicator poate 8usticat doar prin considerenteenergetice, respectiv, cu puteri de ordinul 1 ... 0U se pot comanda varia&ii aleputerii n circuitul de ie$ire de ordinul 1 ... 10JU.

Fig. .1

+n circuitul din g..1, rezisten&a de sarcină 5L este alimentată n curentalternativ de la o sursă de tensiune ?, constantă ca valoare efectivă, n seriecu o bobină de inductan&ă Lv, variabilă $i de valoare considerabilă. *enegli8ează rezisten&a nfă$urării bobinei, aceasta ind mult mai mică decâtrezisten&a de sarcină $i decât reactan&a bobinei. 6urentul prin sarcină este datde rela&ia9

: :v L

U I .

, 1 - L Rω

>acă se modică, printr)un mi8loc oarecare, inductan&a bobinei Lv, atuncicurentul n sarcină se va modica la rândul său. 'entru ca modicareacurentului da sarcină să e cât mai pronun&ată, este necesar ca reactan&abobinei să e cât mai mare n raport cu rezisten&a de sarcină.

+nductan&a bobinei este mare dacă are miez de er. 7aloarea inductan&eise poate modica ac&ionând asupra permeabilită&ii relative a materialului dincare este confec&ionat miezul magnetic.

+nductan&a unei bobine cu miez magnetic din er este dată de rela&ia9:

+ "

S n L .

! µ µ

n care, "n" este numărul de spire al bobinei, "*" este sec&iunea miezului,

/3



"l" lungimea medie a liniilor de câmp magnetic, ^0 H10)/ Rm estepermeabilitatea absolută, iar ^r permeabilitatea relativă a miezului bobinei.

'entru a comanda din eterior valoarea inductan&ei bobinei, deci a ^r, sefolose$te o nfă$urare suplimentară parcursă de un curent continuu, + c, ca ng... >eoarece acest curent este continuu, iar caracteristica de magnetizarenu este liniară, prezentând atât satura&ie cât $i #isterezis, cre$terea curentului

de comandă duce la intensicarea câmpului magnetic, ceea ce are ca efectscăderea permeabilită&ii miezului.

Fig. .

:ic$orarea permeabilită&ii miezului provoacă scăderea inductan&ei,respectiv cre$terea curentului prin circuitul de sarcină.

6urentul de comandă are o valoare sub 1A, cu o tensiune pe nfă$urareade comandă, de ordinul vol&ilor, iar curentul n sarcină variază cu zeci deamperi, provocând varia&ii de tensiune de zeci sau sute de vol&i, ceea ce nseamnă că amplicatorul magnetic are amplicarea n putere de ordinulmiilor sau zecilor de mii.

6ircuitul din g.. reprezintă cel mai simplu amplicator magnetic,având comanda n curent continuu $i sarcina n curent alternativ. Aceastăsc#emă nu se utilizează practic deoarece curentul de sarcină +s induce otensiune alternativă n nfă$urarea de comandă, tensiune care se suprapune

peste tensiunea de comandă $i duce la modicarea curentului de comandă. >eaceea, n practică, se recurge la nfă$urări multiple, n antifază, prin care să seanuleze inducerea unei componente alternative peste tensiunea de comandă.- variantă n care se folosesc două nfă$urări de sarcină, montate pe coloanelelaterale ale unui miez n formă E C +, este prezentată n g..2. ;nfă$urărilesunt astfel fazate, ncât câmpul indus n coloana centrală este nul. ;namplicatoarele magnetice de putere mare se separă prin diode alternan&elecurentului alternativ.

/4



Fig. .3

;n g..H este ilustrată caracteristica f(R! pentru materialemagnetice. 6aracteristica desenată este idealizată, n sensul că pierderile prin#isterezis n material au fost negli8ate, iar gracul a fost liniarizat.

Fig. .4

%ensiunea maimă care se poate aplica unei nfă$urări de bobină astfel ncât miezul să nu intre n satura&ie9

+0 mU . =5==8 8 8 8 * & S )

'entru această tensiune curentul prin nfă$urare este9

+ m >

0

! ? . I

&

unde9

) ?, +9 valorile maime efective ale tensiunii, respectiv curentului pentrucare miezul nu intră n satura&ie<

) lm, *m9 lungimea, respectiv sec&iunea circuitului magnetic<) Q19 numărul de spire ale nfă$urării<) f9 frecven&a tensiunii aplicate.6re$terea curentului de comandă prin nfă$urarea Q conduce la

cre$terea curentului efectiv de sarcină +1ef prin nfă$urările Q1. Atunci cândmiezul este saturat pe toată perioada curentului de sarcină, acesta din urmăatinge valoarea sa maimă, denumită valoare de scurtcircuit +sc.ef , sau, dacă

curentul de sarcină este redresat, se pot utiliza valorile medii ale curen&ilor(redresa&iW!.

//



Fig. ."

;n g..3 este reprezentată caracteristica tip a unui amplicatormagnetic9

)(

*

2

*

.1 I * I med = n care cu asterisc sunt notate valorile normate ale curen&ilor (normareareprezintă mpăr&ire la curentul de scurtcircuit $i reDectare la nfă$urarea desarcină!9

05med 805med

sc5med

I . I

I

05e* 805e*

sc5e*

I . I

I

: :8:

sc5med 0

& I . I & I

>5med 8 >

sc5med

I . I

I

>in caracteristica tip se pot determina9) actorul de amplicare al amperspirelor9

22

1.1

*

2

*

.1

& I

& I

I

I med med ==λ

) actorul de amplicare n curent9

1

*

2

2

*

.1

2

.1

& I

& I

I

I K med med

i∆

∆=

∆

∆=

sau9

actorul de amplicare n curent, care, uzual are valori de ordinul zecilor,cre$te n cazul utilizării reac&iei pozitive. 'entru a ob&ine reac&ia, curentul desarcină, sau o parte din el, se aplică redresat pe o nfă$urare amplasată similar

cu nfă$urarea de comandă. ;n func&ie de sensul nfă$urării de reac&ie, reac&iaeste pozitivă pentru cadranul + al caracteristicii $i negativă pentru cadranul ++,sau invers.

6urentul de comandă devine prin aplicarea reac&iei9/=

1

*

2

2

*

.1

2

.1

& I

& I

I

I K

e* e*

i∆

∆=

∆

∆=



*.1

*2

*med p scc I K K I I ±=

+n această rela&ie9O s9 raportul numerelor de spire al nfă$urărilor de reac&ie, respectiv, de

sarcină<O p9 raportul dintre curentul care intră n bucla de reac&ie $i curentul de

sarcină.'rodusul O sO p O r este coecientul de reac&ie. >acă tot curentul de

sarcină intră n bucla de reac&ie9

" "

0

& . K

&

actorul de amplicare n curent al amplicatorului magnetic cu reac&ieeste9

ii5"

"

K . K

02 K λ Amplicarea devine innită pentru valori care anulează numitorul. +n

acest caz, amplicatorul magnetic se comportă ca un bistabil.

MATERIALE:

)placa cu amplicator magnetic, având congura&ia din g..4.

Fig. .#


)transformator coborâtor 07137 ) %r<)ampermetru de curent alternativ ) A<)sursă de curent continuu /.37, A ) E<)conductoare de legătură.

MOD DE LCR:1. *e identică monta8ul, conform plan$ei .4.. *e realizează circuitul amplicatorului magnetic fără reac&ie, conform

/



g../. *e determină caracteristica amplicatorului magnetic, pentru un curentde comandă variind ntre )H00mA $i H00mA, cu pas 30mA, reglat din sursa E $icitit pe ampermetrul sursei. 'e ampermetrul A se va citi curentul de sarcină.

Fig. .$

*e completează următorul tabel9

+6(mA!

)H00

)230

... )30 0 30 ... 230 H00

+*(mA!

*e reprezintă grac această caracteristică.2. *e modică circuitul pentru a ob&ine coneiunile din g..=.

Fig. .

*e repetă determinările de la punctul anterior, pentru coecient dereac&ie 0.22 (coneiune ntre ZH $i Z3! $i apoi pentru coecient de reac&ie 1.00(coneiune ntre ZH $i Z4!. 'entru coecient de reac&ie 1.00, măsurătorile sevor efectua n ambele sensuri, de la )H00mA către CH00mA $i de la CH00mA

către )H00mA, cu aten&ie, manevrând poten&iometrul sursei E ntr)un singursens. (altfel este posibil să nu se poată pune n eviden&ă #isterezisul!.*e reprezintă grac.

!ERI"ICAREA C#O%TI#TELOR:

1. >escrie&i principiul de func&ionare a unui amplicator magnetic.. 6um se ob&ine reac&ia ntr)un amplicator magneticK +n ce mod

inDuen&ează func&ionarea amplicatorului magneticK 6e este coecientul de

reac&ieK2. 6alcula&i amplicarea n curent a amplicatorului magnetic.

+L+-5A+E9=0



)oicu +., *tan A.+. ) Electroalimentare, curs, +' 1//<)*tan A.+., *andu >. ) 6entralizări electrodinamice $i bloc de linie

automat, Ed.>idactică $i pedagogică, uc.1=2<)Lozneanu *., Arpad L. ) :emoratorul radiote#nicianului, Ed. Nunimea,

+a$i, 1=3<)'opescu 7. ) *tabilizatoare de tensiune n comuta&ie, Ed. de 7est,

%imi$oara, 1.MMM

=1



Lucrarea 10. EA

CIRCUITE INTE%RATE PENTRU COMANDA N FAZĂ ATIRISTOARELOR SI TRIACELOR

;n practică se utilizează o mare varietate de circuite de comandă pentrutiristoare sau triace, tipul adoptat pentru o aplica&ie dată ind dictat departicularită&ile circuitului comandat. 6ircuitele simple de comandă pot realizate cu componente discrete, dar cre$terea preten&iilor utilizatorilor nprivin&a performan&elor electrice ale circuitelor, concomitent cu scăderea costuluide fabrica&ie $i dezvoltarea te#nologiilor de integrare, au condus inevitabil laapari&ia unor circuite integrate specializate. ;n prezent to&i producătorii de circuiteintegrate au n fabrica&ie cel pu&in o variantă de circuit de comandă n fazăpentru tiristoare $i triace, ma8oritatea prezintă o ntreagă gamă de astfel deproduse, care se deosebesc ntre ele prin unele op&iuni suplimentare func&iei debază $i c#iar micii producători posedă licen&e de fabrica&ie. Avanta8eleutilizatorului pentru a recurge la circuite integrate specializate constă nreducerea costului produsului nal datorită simplicării sc#emelor prinmic$orarea numărului de componente $i ob&inerea unei calită&i superioare.

*impla amorsare a unui tiristor sau triac necesită circuite de micăcompleitate. 'rin utilizarea circuitelor integrate specializate se poate controlaputerea disipată pe sarcină.

>in punctul de vedere al amorsării, func&ionarea circuitelor integrate

produse de diverse rme se aseamănă9 sunt furnizate impulsuri de curent(pozitive sau negative! pe poarta tiristorului (triacului!. 6ircuitele se deosebesc, nsă, prin modalitatea de control a puterii disipate pe sarcină. >in aceastăperspectivă, eistă trei solu&ii de comandă a puterii pe sarcină9

1. 6omandă prin fază<. 6omandă prin zero cu referin&ă constantă n timp<2. 6omandă prin zero cu referin&ă liniar variabilă n timp.7ariantele $i 2 de comandă sunt cunoscute sub denumirea de "comandă

cu undă plină" ("tVo)points driver", respectiv "proportional driver"!.

ig.10.1 pune n eviden&ă tensiunile $i curen&ii care caracterizeazăcomenzile 1, , $i 2, pe un circuit sc#ematic.



Fig.10. 1

) v* tensiune propor&ională cu puterea disipată n sarcină. Aceastătensiune poate utilizată la inc#iderea unei bucle de reac&ie negativăcare să stabilizeze puterea pe sarcină<

) v5 tensiune internă de referin&ă, cu care se compară tensiunea v*<) v tensiunea de ie$ire a comparatorului, adică rezultatul compara&ieidintre v* $i v5<

) i% pulsul de curent pentru comutarea n conduc&ie, care poate validat sau nu de v<

) v*+Q6 tensiunea de sincronizare (n ma8oritatea aplica&iilor, aceastaeste tensiunea alternativă a re&elei!.

1.6-:AQ>A '5+Q A_A9

6aracteristica acestui tip de comandă este tensiunea de referin&ă liniarvariabilă, cu perioada egală cu cea a re&elei $i sincronizată cu aceasta.+mpulsurile de amorsare se generează la coinciden&a rampei tensiunii de referin&ăv5 cu tensiunea v*. ormele de undă ilustrate n g.10. demonstrează că sepoate regla puterea pe sarcină cu o ne&e ridicată, ind posibile varia&ii foartemici de putere. >ezavanta8ele acestei metode de comandă constau n regimulputernic deformant care duce la apari&ia de armonici superioare, precum $i nposibilitatea ob&inerii unei componente continue prin sarcină.



Fig.10.

.6-:AQ>A '5+Q _E5- 6? 5EE5+QYT +ZT9;n această variantă, v5 este o tensiune de valoare ă $i n intervalul de

timp n care v*Bv5, la ecare trecere prin zero a tensiunii re&elei $i implicit a

tensiunii de sincronizare, se generează impulsuri de amorsare. ;n acest fel,curentul prin sarcină iL cuprinde un număr ntreg de semiperioade, de unde $idenumirea de comandă cu "undă plină". ig.10.2 pune n eviden&ă principaleleforme de undă ale acestui tip de comandă< se observă că modicarea puterii pesarcină nu se mai poate face continuu, ca n varianta precedentă, ci estecuantizată, varia&ia minimă care se poate ob&ine ind puterea asociată uneisemiperioade.



Fig.10.3

>eoarece v5 este o tensiune ă, varia&ia tensiunii v* este interesantă doar n măsura n care curba acesteia intersectează curba tensiunii de linia tensiuniide referin&ă, respectiv contează două situa&ii9 v*Bv5, sau v*@v5, celor două cazuriasociindu)li)se comanda sau non)comanda dispozitivelor de putere. >enumireade "tVo)points driver" este generată de criteriul binar de comandă. 5ezolu&ialimitată inferior a puterii disipate pe sarcină $i timpul mare necesar ob&inerii unuiregim sta&ionar mic$orează domeniul de aplica&ie al acestui tip de comandă la

procese foarte lente, de eemplu termice.

2.6-:AQ>A '5+Q _E5- 6? 5EE5+Q%A 7A5+A+LA9Această variantă de comandă mbină caracteristicile celor două anterioare<

tensiunea de referin&ă este liniar variabilă, dar perioada sa este de ordinul zecilorde perioade ale re&elei, impulsurile de amorsare sunt generate la trecerile prinzero ale tensiunii de sincronizare cu condi&ia ca v*Bv5. 6u cât tensiunea v* estemai mare, cu atât intersec&ia sa cu referin&a v5 este mai ntârziată $i, prin urmare,impulsurile de amorsare se produc pe un interval mai scurt. *e ob&ine astfel o

reac&ie negativă intrinsecă de stabilizare a puterii pe sarcină, evitându)seeventualele supracre$teri ale acesteia, ce pot apărea n modul de comandă cuundă plină anterior.

6omanda este propor&ională cu diferen&a dintre v* $i v5, ceea ce permitealimentarea sarcinii cu doze de energie cu atât mai mari cu cât regimul defunc&ionare este mai ndepărtat de cel prescris. >enumirea de "proportionaldriver" se 8ustică prin arma&ia anterioară.

'rincipalele forme de undă sunt prezentate n g. 10.H.



Fig.10.4

6ircuitele integrate pentru comanda tiristoarele sau triacelor se potclasica după te#nologia de fabrica&ie n9 bipolare sau unipolare $i dupăfacilită&ile oferite9

) numărul $i tipul surselor de alimentare<) nivelul $i polaritatea semnalelor de ie$ire<) protec&ia la scurtcircuit pe poarta dispozitivului comandat<) posibilitatea in#ibării impulsurilor de comandă<) posibilitatea detec&iei momentului anulării curentului anodic al tiristorului

(triacului!, pentru a controla optim comuta&ia pe sarcini inductive<) posibilitatea reglării duratei impulsurilor de comandă.

6+56?+%?L AA 1H39abricat de mul&i producători de semiconductoare (?AA 1H3 ) AE

%elefunJen!, acest circuit este destinat comenzii prin fază a tiristoarelor $itriacelor, n frecven&ă industrială. Este unul din circuitele relativ simple, dar cuperforman&e bune n utilizare. AA 1H3 poate comanda un tiristor, douătiristoare, câte unul pe ecare semialternan&ă, sau un triac. *c#ema bloc este

prezentată n g. 10.3, circuitul integrat aDându)se n interiorul c#enarului "linie )punct". Qumerele din cercurile de pe c#enar reprezintă numărul terminaluluicircuitului integrat.

) >etectorul de nul9 sesizează trecerile prin zero ale tensiunii desincronizare, limitând totodată semnalul pe terminalul la )0.43 ... C0.437. Laecare trecere prin zero, detectorul generează la terminalul 14, impulsuri cuamplitudinea de C=7. >ivizorul etern format din 53 $i 54 ează o valoarepotrivită pentru viteza de varia&ie a tensiunii de sincronizare n intervalul )0.43 ...C0.437. - viteză prea mare determină nedeclan$area circuitului, iar o viteză prea

mică provoacă o incertitudine n sesizarea trecerii prin zero, care duce la erori n



comanda ung#iului de amorsare. 53 limitează curentul care circulă prin terminalul la o valoare permisă de circuit.

) eneratorul de rampă9 ncarcă rapid capacitatea eternă 62 la C=7 laecare impuls produs de detectorul de nul pe terminalul 14 $i o lasă să sedescarce lent prin 5/ $i ', către )=7, tensiune care eistă pe terminalul 13.>escărcarea se ntinde pe intervalul dintre două treceri prin zero (10 ms pentru

30Rz!. *e ob&ine pe terminalul / o tensiune variabilă căzătoare (pantă!. Aceastătensiune se aplică intern pe intrarea neinversoare a comparatorului.

) 6omparatorul9 se alimentează intre C7C $i )=7. 'e intrarea neinversoareare tensiunea variabilă n pantă $i pe intrarea inversoare tensiunea de comandă$i de regla8 a ung#iului de conduc&ie, care se aplică pe terminalul =. 6ândtensiunea pe terminalul / coboară sub tensiunea de pe terminalul =,comparatorul $i sc#imbă starea, declan$ând monostabilul. 'e acest timp,tiristorul (triacul! este blocat, amorsarea acestuia producându)se ca efect aldeclan$ării monostabilului. %erminalul 4 serve$te la in#ibarea impulsurilor decomandă.

) :onostabilul9 ează durata impulsului de aprindere prin constanta detimp a grupului 61, '1 $i 52. La ecare trecere prin zero, detectorul de nul ncarcă61 la valoarea tensiunii de alimentare pozitive C7C.

) locul logic $i eta8ele de ie$ire9 au rolul de distribui impulsul negativfurnizat de monostabil către ie$irea 1H (corespunzătoare semialternan&eipozitive! sau către ie$irea 10 (corespunzătoare semialternan&ei negative!. 6eledouă ie$iri nu sunt active simultan. +e$irile sunt "colector n gol", necesitând

rezisten&e către tensiunea pozitivă de alimentare (5

$i 5H

!.;n sc#ema din g.10.3 eistă n afara componentelor de8a amintite,următoarele9

) un bloc de alimentare, cuprinzând un transformator de re&ea %r1, puntearedresoare '5, condensatoarele de ltra8 6H $i 63, stabilizatoarele paralel formatedin 51)>2 $i 512)>H, siguran&a . %ensiunile ob&inute din acest bloc sunt9 07alternativ, separat galvanic de re&ea, C17 $i )17 curent continuu<

) rezisten&e de balast pentru diodele _ener interne circuitului 5= $i 51<) condensatorul de decuplare 6<

) diodele >1 $i >, care prin tensiunea lor de desc#idere mpiedică circula&iade curent din rezisten&ele 5 $i 5H prin nfă$urările primare ale transformatoarelorde impulsuri %r $i %r2, când tranzistoarele de ie$ire ale circuitului (terminalele 1H$i 10! sunt saturate<

) transformatoarele de impulsuri %r $i %r2, care sunt coborâtoare $iseparatoare galvanic<

) rezisten&ele de limitare a curen&ilor de poartă 511 $i 510<) tiristoarele n monta8 antiparalel %#1 $i %#<) becul cu incandescen&ă, folosit ca rezisten&ă de sarcină.



T r 3

D 11 N 4 0 0 1

T r 1 F - 1 A

- +

P R

1 P M 0 5

3

220V

50Hz

+ C 40 ! " m F

+

C 50 ! " m F

D 21 N 4 0 0 1

R 1 21 5 0

R 1 3

1 5 0

C 31 0 0 #

D 3

1 0 D Z 1 2

D 4

1 0 D Z 1 2

a

R 1 11 " 0

R $1 0 K

+12V

R 3! K 2

P 12 5 0 K

R 41 K "

C 14 $ #

R 2

1 K "

P 22 5 0 K

21

13

11

-12V

b

15

R 11 K 5

R 52 M 2

a

R !5 ! 0 K

9

Detector

de nul

Generator

de rampa

16

C o m %

8

Monostabl

R 1 01 " 0

T & 1

T 1 N 4

!loc

lo"c

T & 2T 1 N 4

#ta$

esre

#ta$

esre

+C 2m 4 $

1%

10

& 6

P 31 0 K

R "1 K

R '1 0 K

2 2 0 V / 4 0 W

B e (

!'' 1%5

T r 2

b

Fig.10."



6+56?+%?L ::' /0=9Este realizat n te#nologie ':-* $i ndepline$te mai multe func&ii decât

AA 1H3. ::' /0= este un circuit programabil pentru comanda tiristoarelor,triacelor sau tranzistoarelor. *c#ema bloc este prezentată n g. 10.4. 6ircuitulpoate utilizat pentru comanda n fază sau cu undă plină, cu referin&ă ă.

5eferin&a de tensiune se generează intern $i are valoarea )2 ... )37. 'entrucomanda n fază se se conectează la +-%*X o re&ea 56 cu a8utorul căreia seformează o tensiune liniar variabilă. ;ntârzierea la amorsare se modică prinvaloarea 5. Această ntârziere se transmite conectând pinul +7 la +-%*X. 'entruregla8e n buclă de reac&ie negativă, rezisten&a se nlocuie$te cu un tranzistor ncongura&ie de generator de curent comandat n tensiune.

Fig.10. #

6ircuitul poate lucra n "undă plină" n vederea reducerii componentelorcontinue din curentul de ie$ire, ceea ce se ob&ine n programele de func&ionare'010, '011, '10, când se ob&ine conduc&ia doar pe un număr par desemisinusoide.

+n programele '011 $i '10 la ie$irile -1 $i - se generează impulsuri pentrucomanda triacelor, putând comandate simultan două sarcini independente.

'rogramul '011 asigură comanda pentru conduc&ie pe un număr par desemisinusoide.

;n '10, -1 produce impulsuri pentru comanda n fază a unui triac, iar -

func&ionează ca n programul '011.



MATERIALE:

) placă pe care se aDă componentele din g. 10.3.

APARATE DE LABORATOR:)osciloscop ) -<)sondă cu atenuator 1091 pentru osciloscop ) A%Q<)cordoane de alimentare.

MOD DE LCR:

1. *e identică componentele din plan$ă cu cele de pe placă. *e identicăpunctele de măsură de pe placă $i se trec pe desen.

. *e reglează ' astfel ncât panta tensiunii să aibă amplitudine maimă $i

durata de o semiperioadă. orma tensiunii n pinul / trebuie să e triung#iulară,cu frontul de cre$tere foarte abrupt.

2. *e vor oscilograa tensiunile din placă, conectând masa osciloscopului lamasa monta8ului, n următoarele puncte9

) pin <) pin 14<) pin /<) pin =<) pin <

) pin 11<) pin 1H<) pin 10<) poarta %#1<) cu sonda atenuatorW anod %#1.*e va remarca inDuen&a modicărilor poten&iometrului '2 asupra ung#iului

de conduc&ie $i ale poten&iometrului '1 asupra duratei impulsurilor de comandă.

!ERI"ICAREA C#O$TI#TELOR:1. 6e moduri de comandă pentru tiristoare $i triace se folosescK 'rin ce se

caracterizează ecareK. Eplica&i sc#ema bloc a 6+ AA1H3.2. >escrie&i func&ionarea circuitului din g.10.3, precizând rolul

componentelor eterne integratului.H. *ă se deseneze forma tensiunii pe bec, cunoscând forma tensiunii n

anodul %#1.3. *ă se calculeze raportul dintre puterea pe sarcină $i puterea maimă pe

sarcină, n func&ie de ung#iul de conduc&ie.



4. *ă se calculeze con&inutul n armonici al tensiunii pe sarcină, n func&iede ung#iul de conduc&ie.

),[),0[,0)( α π π α ω +∈= t t # L

)2,[),[,sin)( π α π π α ω ω +∈= t t t # L

*ă se determine maimele ca func&ie de "alfa" ale acestor armonici.

/.-bserva&ii personale.

+L+-5A+E9) odea :., $.a. ) 6ircuite integrate lineare, :anual de utilizare, vol.+7,

Ed.%e#nică, uc. 1=3<) MMM ) >ata booJ, :icroelectronica, :-* +ntegrated 6ircuits, *econd Edition

1=<) Oelemen A., $.a. ) Electronică de putere, Ed.>idactică $i pedagogică, uc.

1=2.MMM

ACUMULATOARE ELECTRICE

Documents

Transcript of ACUMULATOARE ELECTRICE