Ministerul Educaţiei al Republicii Moldova

Universitatea Tehnică a Moldovei

Facultatea de Inginerie şi Management în Electronică şi Telecomunicaţii

Catedra Teleradiocomunicaţii

Dare de seamaLa lucrarea de laborator N 1

La disciplina: Surse de alimentare

Tema: Redresoare dirijate

A efectuatstudenta gr.TLC-121 Semnătura Burduniuc A.

A verificatDr. conf. univ. Semnătura Bejan N.

Chişinău 2015

1.1. Scopul lucrării: Familiarizarea cu principiul de construire a redresoarelor monofazate , ridicarea parametrilor de baza pentru redresoarele monoalternanta si bialternanta, studierea filtrelor de diferite tipuri.

1.2. Sarcina teoretica

GENERALITATI

Redresarea reprezintă un procedeu de transformare a tensiunii alternative în tensiune

continuă. În funcţie de numărul de faze ale transformatorului, redresoarele se pot clasifica în:

redresoare monofazate (folosite la puteri mai mici, de până la 1KW) şi redresoare polifazate

(folosite la puteri mari, de peste 1KW). În funcţie de numărul de alternanţe redresate se deosebesc

cele de tip monoalternanţă, când se redresează o singură alternanţă, respectiv cele bialternanţă,

când sunt redresate ambele alternanţe.

Un redresor monofazat are schema bloc din fig.1. Transformatorul modifică mărimea

tensiunii alternative şi izolează circuitul de reţea, blocul redresor conţine elemente de circuit care

realizează redresarea propriu-zisă prin aceea că permit conducţia curentului numai într-un sens iar

filtrul reduce pulsaţiile („netezeşte”) formei de undă.

Fig.1. Redresor monofazat - schema bloc.

Pentru a intelege scopul unui redresor, va trebui mai intai sa analizam schema globala in care acesta este folosit. O sursa de alimentare de curent continuu transforma tensiunea alternativa, ce are valoarea efectiva de 220V si frecventa de 50Hz, ce este disponibila la priza din orice locuinta, intr-o tensiune constanta de curent continuu.

Sursa de alimentare este unul din cele mai uzuale circuite electronice. Tensiunea ce o genereaza o sursa de alimentare este utilizata la toate tipurile de aparate electronice, cum ar fi: televizoare, aparate de radio, calculatoare, CD-player, combine audio etc. Schema bloc a unei surse de alimentare este prezentata in continuare.

R e d r e s o r u l

Transformator Redresorulpropriu-zis

Filtru

S a r c i n ă

R suS

iS

u1 u2

~

~

~

~

+ +

- -

Redresorul din schema bloc poate fi monoalternanta sau bialternanta. Redresorul transforma tensiunea de intrare de curent alternativ intr-o tensiune pulsatorie de curent continuu. Filtrul micsoreaza fluctuatiile tensiunii redresate.

Stabilizatorul este un circuit ce mentine constanta tensiunea continua, indiferent de variatiile tensiunii de intrare, conditiilor de mediu, sau ale sarcinii. Sarcina este de obicei un circuit pentru care sursa furnizeaza o tensiune continua si curentul corespunzator. Efectul de redresare al curentului alternatic este obtinut cu ajutorul unei singure diode in cazul redresorului monoalternanta. Dioda este conectata la sursa de curent alternativ, ce furnizeaza tensiunea de intrare Uin si la rezistorul de sarcina Rs.

Sa analizam putin ce se intampla in timpul unei perioade a tensiunii de intrare. Consideram dioda ideala, adica tensiunea de deschidere sau "de prag" este zero. In timpul semialternantei pozitive de la intrare, dioda este polarizata direct si va conduce curentul electric prin sarcina Rs. Curentul, la randul sau produce o tensiune de aceeasi forma cu cea de la intrare pe rezistenta Rs.

Cand tensiunea de intrare ia valori negative, deci in a doua semialternanta, dioda este polarizata invers. Curentul nu circula, deci caderea de tensiune pe rezistenta de sarcina este nula.

In ansamblu, pe sarcina se transfera doar tensiunea de intrare corespunzatoare semialternantei pozitive. Deoarece tensiunea de iesire nu-si schimba polaritatea, apare o tensiune continua pulsatorie cu frecventa de 50Hz.

Valoarea medie a tensiunii de iesire pulsatorii este valoarea care ar fi indicata de un voltmetru de curent continuu. Matematic, ea se poate calcula determinand aria de sub curba pentru o perioada completa si apoi impartind-o la valoarea de 2π radiani dintr-o perioada. Valoarea Uv reprezinta valoarea maxima a tensiunii, sau valoarea de varf.

Printr-un exemplu ne edificam foarte bine. Consideram o tensiune alternativ sinusoidala ce are valoarea maxima, sau amplitudinea egala cu 50V. Cat este oare valoarea medie a tensiunii pulsatorii ?

Un redresor monoalternanta, de obicei, se cupleaza la tensiunea de intrare alternativ sinusoidala prin intermediul unui transformator. Transformatorul ne permite sa micsoram sau sa marim tensiunea de la intrarea redresorului, dupa necesitati.

In acelasi timp, transformatorul ne permita sa realizam o izolare galvanica intre tensiunea de la priza de valoare mare si tensiunea de la intrarea in redresor, de valoare mult mai mica. Astfel, se previne posibila electrocutare din secundar.

Exista o legatura foarte stransa intre numarul de spire din primar si secundar fata de tensiunile din primar si secundar. Matematic, aceasta relatie este definita astfel:

Consideram un exemplu, in care raportul de transformare este de 2:1 si tensiunea de varf de la intrarea transformatorului este de 300V.

Tensiunea de varf din secundar este:

De data aceasta vom tine cont de tensiunea de deschidere a diodei de putere si presupunem ca este egala cu 0,7V. Tensiunea de iesire de varf redresata este:

Clasificarea

Cele mai simple redresoare sunt cele monoalternanta, tensiunae rezultata fiind o tensiune pulsatorie cu o singura polaritate, dar care nu convin pentru aplicatii.

Un alt tip de redresor este cel dubla alternanta realizat cu doua diode si cu un dezavantaj ca foloseste priza mediana.

Cel mai folosit redresor insa este cel dubla alternanta cu o punte redresoare, iar transformatorul are in secundar de doua ori mai putine spire.

Nici unul din aceste redresoare nu se foloseste in aceasta forma, deoarece tensiunea este pulsatorie. De aceea se adauga un condensator de filtraj.

Redresorul monofazat monoalternanţă este cel mai simplu redresor. Practic el permite trecerea doar unei alternanţe prin consumator.

Redresoare monofazate monoalternanta Se numesc monoalternanta pentru ca redresează doar o alternanta a tensiunii monofazate. Schema electrica: Forma de unda a tensiunii din secundarul transformatorului. Forma de unda a us după redresare. c) Forma de unda a id când C nu este conectat. d) Forma de unda a us când C este conectat. e) Forma de unda a id când C este conectat Funcţionare: a)- cu C neconectat. Când u are polaritatea fara paranteze (din schema electrica) D este polarizata direct si uS = u - uD unde uD este căderea de tensiune pe dioda D. Când u are polaritatea din paranteze D este blocata si uS = 0 (in realitate D este parcursa de iinvers ~ nA si care se neglijează).

Schema electrică a acestui tip de redresor este în figura 1:

Funcţionarea are loc astfel: la aplicarea unei tensiuni alternative în primar, ia naştere în secundar tot o tensiune alternativă, ce se aplică pe anodul diodei redresoare.  Pe durata alternanţelor pozitive

dioda conduce, în circuit apare un curent proporţional cu tensiunea aplicată, deci având aceeaşi formă ca ea. Pe durata alternanţelor negative, dioda este blocată şi curentul prin circuit este nul.

Curentul prin sarcină circulă deci într-un singur sens, sub forma unor alternanţe (curent pulsatoriu).

Valoarea componentei continue la bornele sarcinii este:

. Valoarea maximă a componentei alternative sinusoidale fundamentale:

. Factorul de ondulaţie γ , este definit astfel:

. Randamentul η este definit ca raportul dintre puterea utilă de c.c. furnizată în sarcină şi puterea consumată, absorbită de la reţea: 

Schema de bază a redresorului este prezentată în Fig.7, unde D reprezintă o diodă semiconductoare, denumită diodă redresoare, iar R este rezistenţa de sarcină a redresorului.

Fig.7. Schema redresorului monofazat monoalternanţă

În Fig.8. sunt prezentate tensiunea de intrare respectiv de ieşire a redresorul monofazat monoalternanţă.

Fig.8. Variaţia tensiunilor de intrare respectiv de ieşire a redresorului monofazat monoalternanţă.

Funcţionarea redresorului depinde de alternanţa tensiunii sinusoidale de intrare. Astfel, în alternanţa pozitivă, când tensiunea de intrare este pozitivă (mai mare decât 0), dioda D este polarizată direct. Deoarece amplitudinea tensiunii de intrare este mult mai mare decât valoarea tensiunii de prag a diodei (VD0,7V), aceasta din urmă se poate considera nulă. În consecinţă, comportamentul redresorului pentru cazul în care avem alternanţa pozitivă este aceea că tensiunea de ieşire este egală cu tensiunea de intrare.

În alternanţa negativă, când tensiunea de intrare este negativă (mai mică decât 0), dioda D este polarizată invers. Deoarece dioda D este alimentată invers ea este blocată şi nu permite trecerea curentului prin ea. În acest caz tensiunea de ieşire devine la rândul său zero.

Se observă că variaţia tensiunii de ieşire s-a redus la jumătate din variaţia tensiunii de intrare. Chiar şi cu această reducere, rezultatul nu este satisfăcător – este de dorit ca la ieşirea redresorului să se obţină o tensiune de variaţie cât mai redusă, ideal de variaţie zero, adică o tensiune continuă.

Pentru obţinerea unei variaţii şi mai reduse pentru tensiunea de ieşire a redresorului, la ieşirea acestuia, în paralel cu R, se introduce un condensator de capacitate foarte mare, denumit condensator de filtrare (Fig.9). Rolul condensatorului este de a limita variaţia tensiunii de ieşire.

Fig.9. Schema redresorului monofazat monoalternanţă cu condensator de filtrare.

În Fig.10 se prezintă variaţia tensiunii de ieşire pentru cazul în care redresorul dispune de un condensator de filtrare.

Fig.10. Variaţia tensiunilor de intrare respectiv de ieşire a redresorului monofazat monoalternanţă cu condensator de filtrare.

Pentru cele mai multe aplicaţii redresarea obţinută în urma redresorului monoalternanţă nu este suficientă. Un mare defect a acestui redresor este acela că sursa de alimentare nu furnizează putere consumatorului decât pe o singură alternanţă şi prin urmare sursa este folosită doar la jumătate din capacitatea ei.

Redresoarele monofazate dublă alternanţă se utilizează sub forma a două montaje

fundamentale: montajul cu transformator cu priză mediană în secundar (fig.4 a) şi montajul în

punte (fig.4 b). Formele de undă prezente în funcţionarea circuitelor sunt înfăţişate în fig. 5 şi 6.

Fig.4. Redresoare bialternanţă

Fig. 5. Forme de undă aferente redresorului bialternanţă cu priză mediană

Fig. 6. Forme de undă aferente redresorului bialternanţă în punte

u2u1u1

N1

Rs

N2

D1

iS

u22 uS

r2

D3

D2

D2

D1r1

Tr

uS

TrD4

- +u21

Rs

iS

1.3 Descrierea machetei de laborator

Standul de laborator contine 2 redresoare monofazate, transformatorul de putere T , rezistentele active R3, R4, elemente ale filtrelor de netezire C1, C2 , R2, L si un set de intrerupatoare care permit comutarea circuitului studiat.

Macheta permite a studia redresorul monofazat monoalternanta si bialternanta si actiunea filtrelor asupra formei Uies.

1.4 Sarcina de laborator.

1. Sa se ridice dependenta U0 = f(I0) pentru redresoarele monofaza care functioneaza cu sarcina pur activa. Valoarea I0 este ridicata prin variatia nominalului rezistorului R4.

2. Cu ajutorul osciloscopului sa se studieze actiunea filtrelor de netezire pentru Rs = 0.5R2

max . Pentru aceasta sunt realizate consecutiv filtrele cu structura de tip C, L si LC.

I. Redresor monofazat monoalternanta

a. VD2, R3, R4

U0=2,8 V

USmax=2 V

b. VD2, R3, R4

U0=4,2V

USmax=8,2V

c. VD2, R3, R4

U0=5,52 V

USmax=7 V

d. VD2, R3, R4

U0=4,25

USmax=8,1V

e. VD2, R3, R4

U0=4,35 V

USmax=8,2V

f. VD2, R3, R4

U0=1,37 V

USmax=4,3V

g. VD2, R3, R4

U0=2,65 V

USmax=3,9 V

h. VD2, R3, R4

U0=2,76 V

USmax=2 V

i. VD2, R3, R4

U0=1,65 V

USmax=3,7V

II. Redresor monofaza bialternanta

a. VD1, VD2, R3, R4

U0=2,76 V

USmax=5 V

b. VD1, VD2, R3, R4

U0=3,6 V

USmax=2 V

c. VD1, VD2, R3, R4

U0=3,6 V

USmax=1 V

d. VD1, VD2, R3, R4

U0=6,76 V

USmax=6 V

e. VD1, VD2, R3, R4

U0=6,82 V

USmax=6 V

f. VD1, VD2, R3, R4

U0=2,73 V

USmax=4,5 V

g. VD1, VD2, R3, R4

U0=3,6 V

USmax=2 V

h. VD1, VD2, R3, R4

U0=3,65 V

USmax=1 V

i. VD1, VD2, R3, R4

U0=2,92 V

USmax=2 V

Concluzie: