CS REDRESOARE 5.pdf

Convertoare statice. Curs introductiv Modulul 5

58

Modulul 5

Obiectivele modulului:

Scheme fundamentale de redresoare comandate Mrimi caracteristice Indici de performan

SCHEME FUNDAMENTALE DE REDRESOARE

COMANDATE

5.1. Redresorul monofazat cu punct median (MM)

Caracteristici

1. Acest redresor are cea mai simpl structur (fig. 5.1), coninnd numai

dou tiristoare (T1, i T2), care au catozii comuni i anozii conectai la extremitile

nfurrii secundare a unui transformator monofazat.

2. Cuplare sarcinii se face printr-o bobin de filtrare Lf, conectat ntre

catozii comuni i punctul median al nfurrii secundare a transformatorului.

Fig. 5.1. Schema de principiu a redresorului monofazat

comandat, cu punct median

3. Transformatorul este necesar att pentru adaptarea tensiunii la valoarea

cerut de sarcin, ct i pentru limitarea puterii de scurtcircuit, respectiv a

curentului de scurtcircuit. Acest ultim aspect este impus de faptul c tiristoarele pot

-u2

Tr

2'

2

1'

1

u1u2

Lf S id +

T1

T2

ud

uT1

iT1

Scheme fundamentale de redresoare comandate

59

suporta un curent mult mai mare dect valoarea nominal (curentul de oc) un

timp limitat (maxim 10 ms). Dac nu este necesar adaptarea nivelului tensiunii,

fie se folosete un transformator cu raportul de transformare unitar, fie se

nseriaz, ntre reea i redresor, bobine de limitare a curentului de scurtcircuit.

Din acelai motiv, transformatoarele destinate alimentrii redresoarelor se

deosebesc constructiv de cele de uz general i au tensiunea relativ de scurtcircuit

mult mai mare:

usc (0,050,012)

Funcionare

Tensiunile usl i us2 sunt egale i n opoziie de faz, astfel c prin

nchiderea/deschiderea alternativ a celor dou tiristoare ntr-o perioad,

tensiunea redresat este:

ud=

nchisT pentru u

nchisT pentru u

2s2

1s1 (5.1)

Rezult c se redreseaz p = 2 pulsuri ntr-o perioad, deci ntrzierea

punctului de comutaie natural fa de tensiunea ce se redreseaz este nul,

deci c=0, iar comutaia are loc ntre tiristoarele T1 i T2.

Lund ca origine a timpului trecerea prin zero spre valori pozitive, a tensiunii

us i considernd tiristoarele elemente ideale, iar curentul de sarcin constant (

)Lf , rezult urmtoarele: pentru t ) ,( + , T1 este nchis iar T2 este blocat, respectiv: ut1=0; ud =us1; it1 =Id; it2 =0. (5.3)

pentru t )2 ,( ++ , T1 blocat, T2 este n conducie, respectiv: ut2=0; ut1 =us1-us2 ; ud=us2; it2 =Id; it1 =0. (5.4)

Curentul din primarul transformatorului se obine observnd c prin cele

dou segmente ale nfurrii secundare se nchid curenii it1 i it2. Astfel, innd

seama de raportul de transformare k=u2/u1 i de sensurile curenilor, rezult:

=

=

conductie neste T ,ki

ki

conductie neste T ,ki

ki

2dT2

1dT1

(5.5)

Analiznd formele de und (fig. 1.6.), se desprind urmtoarele:

tensiunea redresat are pulsaii mari i conine, inevitabil, pentru 0,

att valori pozitive, ct i valori negative;

valoarea maxim a tensiunii ce solicit un tiristor, n stare de blocare,

este dublul amplitudinii tensiunii ce se redreseaz:


60

Ub=2 2 Us (5.6) fiecare tiristor conduce radiani ntr-o perioad, curentul avnd form

de und dreptunghiular;

curentul n primarul transformatorului este alternativ, simetric,

dreptunghiular.

Fig. 5.2. Formele de und idealizate ale redresorului comandat

monofazat, cu punct median

5.2. Redresorul monofazat n punte (MCP)

Redresorul propriu-zis (fig. 5.1) cuprinde patru tiristoare, cte dou pe

fiecare bra al punii i este alimentat de la un transformator monofazat.

Funcionare

Pentru existena curentului de sarcin, se vor afla simultan n conducie

tiristoarele T1, i T2, respectiv T3 i T4, care vor fi, de asemenea, comandate

simultan. Impulsurile de comand ale celor dou grupe de tiristoare vor fi defazate


61

cu radiani, iar comutaia are loc simultan, ntre tiristoarele T1, i T3 i respectiv, T2

i T4.

Dac se alege ca origine a timpului trecerea prin zero a tensiunii us, rezult

c punctele de comutaie natural coincid cu trecerile tensiunii prin zero, adic:

c = /2 -/p =/2 -/2 = 0 radiani

Fig. 5.3. Schema de principiu a redresorului monofazat

n punte, complet comandat

Considernd un unghi de comand , rezult urmtoarele secvene de funcionare (fig. 5.4):

pentru t ) ,( + , n conducie se afl T1 i T2, respectiv uT1=0; ud =us; iT1 =iT2= Id; is=Id; iT3 =iT4 =0. (5.7)

pentru t )2 ,( ++ , n conducie se afl T3 i T4, respectiv uT1= us; ud =-us; iT1 =iT2= 0; is=-Id; iT3=iT4= Id. (5.8)

Observaie

Formele de und (fig. 5.4) sunt identice cu cele ale redresorului monofazat

cu punct median, astfel c rezult aceleai concluzii, excepie fcnd valoarea

maxim a tensiunii ce solicit tiristoarele n stare de blocare, care este egal cu

maximumul tensiunii ce se redreseaz:

Ub= 2 Us (5.9) Diferene semnificative apar ns n ceea ce privete forma curenilor din

secundarul transformatorului de alimentare.

2'

2

1'

1

u1

Tr

u2 ud

+

-

id

R

LT3T1

T2T4

is

iT1

uT1


62

Fig. 5.4. Formele de und idealizate ale redresorului

monofazat n punte, complet comandat

5.2.1. Regimul de invertor Dup cum s-a vzut ntr-o seciune precedent, n cazul sarcinilor active

(motor de c.c., simulat n figura de mai jos prin grupul Ra, La, Ea), la unghiuri de

comand mai mari de 90 este posibil apariia regimului de invertor.

Fig. 5.5. Redresor monofazat comandat cu sarcin activ


63

Dac unghiul de comand crete peste valoarea de 90, continu

conducia curentului prin carcin dar valoarea medie a tensiunii devine negativ.

Semnificaia fizic a acestui fapt este aceea c, pentru aceste valori ale unghiului

de comand, convertorul funcioneaz ca invertor, furniznd putere ctre reeaua

de alimentare de c.a. n fig 5.6 este ilustrat acest mod de funcionare, pentru un

unghi de comand = 3/4.

Fig. 5.6. Regimul de invertor al redresorului

monofazat comandat

Din figur se poate observa c, pentru cea mai mare parte a unui ciclul de

conducie a unei perechi de tiristoare, tensiunea ud de la ieirea convertorului este

negativ (ud


64

Fig. 5.7. Funcionarea redresorului monofazat n dou cadrane

5.3. Redresorul trifazat n stea (TS)

Caracteristica principal a acestui redresor este aceea c nfurrile

secundare ale transformatorului de reea sunt legate n stea, iar sarcina este

conectat ntre punctul comun al tiristoarelor (anozii sau catozii) i nulul

nfurrilor (punctul comun).

Primarul transformatorului se conecteaz n triunghi, pentru a nu transmite n

reea componenta continu care apare datorit existenei unei singure alternane a

curentului din nfurrile secundare.

Deoarece se redreseaz cte o alternan a sistemului trifazat, rezult c

p=3, iar punctele de comutaie natural sunt defazate fa de tensiunile de faz ale

secundarului transformatorului de reea cu unghiul:

c = /2 -/p =/2 -/3 = /6 radiani

Fig. 5.8. Schema de principiu a redresorului comandat

trifazat n stea

ud

+ id

R

LfR

S

T

iR

1

2

3

T1

T2

T3

a

c b

1

23

iT1

uT1


65

Tiristoarele se comand n ordinea numerotrii, iar impulsurile de comand

sunt defazate cu 2/3 radiani. Comutaia se produce de la T1 la T2, de la T2 la T3

i de la T3 la T1, respectiv procesul de blocare a unui tiristor se declaneaz la

comanda tiristorului urmtor.

Fig. 5.6. Impulsurile de comand i tensiunea pe tiristorul T1

Fig. 5.9. Formele de und pentru redresorul trifazat comandat,

n stea: tensiunea i curentul prin sarcin [8]

Concluzii

Din analiza formelor de und idealizate se desprind urmtoarele concluzii:

1. Tensiunea redresat are i valori negative, dac unghiul de comand

este mai mare de /3 radiani i are pulsaii mai mici comparativ cu schemele

anterioare

2. Curentul din secundarul transformatorului conine o singur alternan i

este dreptunghiular, iar curentul absorbit din reea este alternativ, dar nesimetric.

3. Fiecare tiristor conduce n regim de curent nentrerupt 2/3 radiani, iar

curentul este dreptunghiular.

4. Valoarea maxim a tensiunii pe tiristoare n stare de blocare este egal

cu amplitudinea tensiunii de linie, adic Ub = 6 Us.


66

5.4. Redresorul trifazat n punte (TCP)

Aceasta este cea mai folosit schem de redresare deoarece prezint

avantajul redresrii unui numr mare de pulsuri (p = 6). Ea este constituit din 2

celule de comutaie: celula P (grupul +) i celula N (grupul -). Tiristoarele sunt

comandate n funcie de poziia lor n punte, cu impulsuri defazate cu /3 radiani. n

cazul de fa, ordinea de comand este ordinea numerotrii tiristoarelor.

Pentru amorsarea iniial a schemei i pentru ca ea s funcioneze i n

regim de curent ntrerupt, este necesar ca fiecare tiristor s fie comandat nu cu

unul, ci cu dou impulsuri. Cel de-al doilea impuls se numete impuls secundar i

este defazat n urm fa de primul cu /3 radiani.

Rezult c, n cazul acestei scheme, se comand simultan 2 tiristoare: un

tiristor din celula de comutaie P (pozitiv) i unul din celula de comutaie N

(negativ).

Funcionare

n funcionarea acestui redresor se disting dou situaii:

a) n regimul de curent nentrerupt, dintre aceste dou tiristoare, impulsurile

de comand gsesc un tiristor blocat i l amorseaz, iar pe cellalt l gsesc n

conducie i nu au nici un efect asupra sa. Tiristorul care intr n conducie (se

amorseaz) determin blocarea tiristorului aflat n conducie, pe aceeai ramur a

punii.

Fig. 5.10. Schema de principiu a redresorului trifazat

n punte, complet comandat


67

b) n regimul de curent ntrerupt, ambele tiristoare sunt gsite n stare de

blocare, iar amorsarea lor permite apariia unui circuit nchis prin care circul

curentul de sarcin.

n aceast schem, comutaia (preluarea curentului de sarcin), acest

fenomen se produce astfel:

- pe partea P - de la tiristorul T1 la tiristorul T3, de la tiristorul T3 la

tiristorul T5 i de la tiristorul T5 la tiristorul T1;

- pe partea N - de la tiristorul T2 la tiristorul T4, de la tiristorul T4 la

tiristorul T6 i de la tiristorul T6 la tiristorul T2.

Deci, n regim de curent nentrerupt, fiecare tiristor conduce ntr-o perioad

2/3 radiani. Aceasta nseamn c, pe intervale de durat /3 radiani, se afl

simultan n conducie cte un tiristor din fiecare celul de comutaie (P i N), dar de

pe faze diferite. n acest fel, pe durata unei perioade, se redreseaz ambele

(semi)alternane ale tensiunilor de linie, deci acesta este un redresor dubl-

alternan (p = 6). Pentru succesiunea direct a sistemului trifazat de tensiuni din secundarul

transformatorului, tiristoarele trebuie comandate n ordinea numerotrii, cu

impulsuri defazate cu /3 radiani. Pentru amorsarea iniial a schemei i pentru ca

aceasta s poat funciona i n regim de curent ntrerupt, fiecare tiristor mai

primete un impuls de comand, numit impuls secundar, ntrziat cu /3 radiani

fa de primul impuls. nseamn c se comand simultan cte 2 tiristoare, unul pe

partea pozitiv P i unul pe partea negativ N. n regim de curent nentrerupt,

dintre aceste 2 tiristoare, unul este gsit blocat i intr n conducie, iar cellalt

este gsit n conducie, comanda devenind inoperant. Tiristorul care amorseaz

determin blocarea tiristorului aflat n conducie, pe aceeai parte cu el.

Concluzii

Din analiza formelor de und idealizate, se desprind urmtoarele concluzii:

1. Tensiunea redresat are i valori negative, dac unghiul de comand

este mai mare de /3 radiani i are pulsaii mai mici comparativ cu schemele

anterioare.

2. Curenii din primarul i secundarul transformatorului sunt alternativi,

simetrici i dreptunghiulari.

3. Fiecare tiristor conduce n regim de curent nentrerupt 2/3 radiani, iar

curentul prin tiristor este dreptunghiular.

Valoarea maxim a tensiunii care apare pe tiristoare n stare de blocare

este egal cu amplitudinea tensiunii care se redreseaz, adic Ub = 2 Us.

Convertoare statice. Curs introductiv Modulul

68


68


Convertoare statice. Curs introductiv Modulul Convertoare statice. Curs introductiv Modulul Convertoare statice. Curs introductiv Modulul

Fig. 5.11


Fig. 5.11


Fig. 5.11


Fig. 5.11. Formele de und

comandat n punte


. Formele de und

comandat n punte


. Formele de und

comandat n punte


. Formele de und

comandat n punte


. Formele de und

comandat n punte


. Formele de und

comandat n punte


. Formele de und

comandat n punte, pentru


. Formele de und ale

, pentru


ale redresorul

, pentru


redresorul

, pentru


redresorul

= 30


redresorului

= 30


ui trifazat

[10


trifazat

[10]


trifazat ideal


ideal


ideal

Convertoare statice. Curs introductiv Modulul Convertoare statice. Curs introductiv Modulul



69

5.4.1. Efectul inductivitii de linie Datorit existenei inductanelor de linie Ls, comutarea tiristoarelor nu se

poate produce instantaneu (n momentul comenzii pe poart). S considerm

cazul n care curentul de ieire Id al redresorului trifazat din fig. 5.10 comut de pe

tiristorul T5 pe tiristorul T1, dup cum este reprezentat acest proces n fig. 5.12.

Astfel, dac se consider c la momentul se aplic pe poarta tiristorului T1 un

impuls de comand, datorit inductivitii de linie Ls curentul anodic iT1 al acestuia

nu va crete instantaneu la valoarea sa maxim Id. n acelai timp, curentul anodic

iT5 prin tiristorul T5 (care era n conducie la momentul apariiei comenzii pe poarta

lui T1), tot datorit inductivitii de linie nu va scdea instantaneu la valoarea zero,

deoarece:

IT5 = Id iT1

n consecin, un scurt interval de timp din momentul aplicrii comenzii pe poarta

tiristorului T1 vor fi simultan n conducie 3 tiristoare: T1, T5 i T6 (fig. 5.11).

Procesul de comutaie se ncheie dup un interval de timp numit timp (unghi) de

comutaie, n momentul n care curentul iT1 prin tiristorul T1 atinge valoarea

maxim Id, iar curentul iT5 prin tiristorul T5 scade la zero.

Existena timpului de comutaie are ca efect reducerea valorii medii a

tensiunii de ieire Ud. Astfel, dac se consider cazul redresorului trifazat complet

comandat din fig. 5.10, se poate demonstra c mrimea cu care scade valoarea

medie a tensiunii de la ieirea redresorului este dat de relaia [10]:

Fig. 5.12. Efectul inductivitii de linie asupra comutaiei pentru un

unghi de comand [10]


70

5.5. Mrimi caracteristice ale redresoarelor comandate

Pentru evidenierea mrimilor ce caracterizeaz un redresor comandat, se

au n vedere schemele de baz i se fac urmtoarele ipoteze:

Se neglijeaz comutaia, considerndu-se tiristoarele elemente ideale;

Se consider, ca sarcin, un motor de curent continuu care asigur un

curent Id constant (inductivitatea de filtrare este infinit);

Tensiunea redresat este periodic i are perioada T=p

2,

unde p este numrul de pulsuri redresate ntr-o perioad a tensiunii de alimentare; Curentul printr-un tiristor este periodic, dreptunghiular, de perioad 2,

iar durata pulsului de curent este: m

c

2= ; (m reprezint numrul de faze);

Curentul n secundarul transformatorului este dreptunghiular, alternativ

i simetric, fiecare alternan avnd durata c , iar originea timpului se alege astfel nct variaia acestuia s fie impar.

Mrimile ce caracterizeaz funcionarea redresoarelor comandate i intervin

n calculele de proiectare se refer la valori ale curenilor, tensiunii redresate i

puterii transformatorului care alimenteaz redresorul. Acestea sunt urmtoarele:

Valoarea medie a curentului printr-un tiristor;

Valoarea efectiv a curentului printr-un tiristor;

Valoarea efectiv a curentului prin secundarul transformatorului;

Valoarea efectiv a armonicii fundamentale a curentului prin secundarul

transformatorului;

Valoarea efectiv a tensiunii redresate;

Valoarea maxim a tensiunii ce solicit tiristoarele n stare de blocare;

Puterea aparent a transformatorului de alimentare;

Coeficientul de comutaie k .

5.6. Indici de performan

Curentul absorbit de la reea de un redresor comandat, dup cum s-a vzut

din studiul redresoarelor precedente, nu este sinusoidal. De asemenea, tensiunea

difer mai mult sau mai puin de o sinusoid, datorit procesului de comutaie i

aciunii grupurilor RC de protecie.


71

Prezena armonicilor superioare, mai ales de curent, se manifest prin

efecte nefavorabile asupra reelei de alimentare, efecte puse n eviden prin nite

indici sintetici, numii indici de performan sau indici de calitate.

Un redresor este caracterizat prin urmtorii indici de performan:

1. Factorul total de distorsiune FTD (THD n limba englez):

unde Is este curentul din secundarul transformatorului iar Is1 este amplitudinea

fundamentalei curentului. Este de dorit ca FTD s fie ct mai apropiat de zero.

0,48 pentru MM, MCP

FTD = 0,68 pentru TS

0,3 pentru TCP

2. Factorul de form FF se definete ca fiind raportul dintre valorile

efectiv i medie ale unei mrimi:

FF are valori cu att mai mari cu ct p este mai mic, iar unghiul de comand

este mai apropiat de /2 (valoarea minim se obine la = 0 i p )

3. Factorul de ondulaie FO:

FO i FF depind de numrul de pulsuri redresate p i de unghiul de comand .

4. Factorul de utilizare a transformatorului FU este definit ca fiind raportul

dintre puterea activ medie transmis sarcinii la unghi de comand nul i puterea

aparent a transformatorului:

unde puterea aparent a transformatorului, n cazul unei funcionri asimetrice,

este media aritmetic a puterilor din primar i secundar:

St = (U1I1 + Psec)

s1

s1s

III

FTD22

=

d

def

UU

FF =

( ) 1FF1UU

'UU

FO 22

d

def

d

d=

=

t

d0

SP

FU =


72

Psec este suma puterilor din secundarul transformatorului.

0,74 pentru MM

FU = 0,9 pentru MCP

0,74 pentru TS

0,96 pentru TCP

5. Factorul de putere la intrare FP i factorul de putere pe fundamental

FPF:

unde Pd=Pd0cos este puterea activ transmis sarcinii la un unghi de comand .

6. Randamentul redresorului (factorul de eficien FE):

7. Factorul de supratensiune FS se definete ca fiind raportul dintre

tensiunea maxim ce solicit un tiristor n stare de blocare i valoarea medie a

tensiunii redresate la mersul n gol i unghi de comand nul:

Factorul de supratensiune FS arat avantajul utilizrii redresoarelor cu un

numr mare de pulsuri.

FUcos SP

FPt

d==

efef

d

IUP

FE

==

d0

b

UU

FS =

CS REDRESOARE 5.pdf

Documents

Transcript of CS REDRESOARE 5.pdf