1

1. CARACTERISTICILE FUNCIONALE ALE REDRESORULUI MONOFAZAT CU NUL LA ALIMENTAREA SARCINILOR

REZISTIVE I REZISTIV - INDUCTIVE

1.1. CONSIDERAII TEORETICE

Redresorul monofazat cu nul este un convertor cu comutaie natural, alctuit dintr-un transformator monofazat cu priza median (n cazul lucrrii de laborator un autotransformator), i din dou tiristoare care au anozii conectai la capetele nfurrii secundare a transformatorului de alimentare. Catozii celor dou tiristoare, conectai n comun, materializeaz borna de ieire pozitiv P a convertorului, borna de ieire negativ N fiind chiar priza median a transformatorului. Schema electric de principiu a redresorului studiat este prezentat n figura

1.1. n prezentarea teoretic se neglijeaz pierderile n nfurrile transformatorului, iar tiristoarele sunt considerate ntreruptoare ideale. Funcionarea redresorului este puternic influenat de tipul sarcinii. Se vor studia trei cazuri posibile.

1.1.1. Cazul sarcinii pur rezistive ( LB=0 ).

n acest caz, tensiunea redresat ud la bornele sarcinii va fi:

unde:

Esena fenomenului const n faptul c la

momentele t=k, kN, tensiunea sinusoidal de alimentare a convertorului se anuleaz, determinnd ud =0, iar curentul de sarcin id=ud/R fiind n faz cu tensiunea, se va anula i ea, determinnd deci stingerea natural a tiristoarelor la fiecare trecere prin zero a tensiunii de alimentare.

a).

22s

21

11s

21

d

Tconduce2tu

blocatT,Tt0

Tconducetu

blocatT,Tt00

)t(u

u u U t U ts s s s1 2 2 max sin sin

u u u U ts s s s 1 2 2 2 sin

b).

Figura 1.1. Schema electric de principiu a redresorului monofazat cu nul alimentnd o sarcin pasiv R-L, (a); schema echivalent a circuitului din secundar (b), unde Rd=RB+R, Ld=LB

2

Convertorul funcioneaz n regim de conducie ntrerupt, C, pe intervalele tk, k+, pe aceste intervale ambele tiristoare fiind blocate, unul n polarizare direct, cellalt n polarizare invers. Diagramele de tensiuni i cureni sunt reprezentate n figura 1.2. pentru unghiul de

comand =450.

Figura 1. 2. Forme de und caracteristice redresorului monofazat cu nul debitnd

pe o sarcin pur rezistiv, pentru =450

3

Valoarea medie a tensiunii redresate este:

unde Udo este tensiunea redresat maxim ideal, dedus n 1. Valoarea medie a curentului prin sarcin este:

Valoarea medie a curentului de conducie printr-un tiristor este:

1.1.2. Cazul sarcinii rezistiv-inductive, R0, LB0.

Dac sarcina conine i o inductivitate LB0, atunci curentul fiind defazat n urma tensiunii, la trecerea prin zero a tensiunii de alimentare, curentul rmne diferit de zero i pozitiv, tiristoarele meninndu-se n conducie.

n funcie de valoarea inductivitii LB, i a unghiului de comand a tiristoarelor se disting urmtoarele situaii:

1.1.2.a. Inductivitatea LB introdus este de valoare mic i >. n acest caz:

u t

t

u t

t

u t

d

s

s

( )

0

0

2

1

2

Ca urmare, n forma de und a tensiunii redresate apar i poriuni de semialternan negativ,

tiristoarele stingndu-se natural la t=k+, kN, unde este defazajul dintre tensiune i

curent, definit prin tg=Ld/Rd. Convertorul funcioneaz n conducie ntrerupt. Variaia n timp a tensiunii i curentului pe sarcin sunt reprezentate n figura 1.3. Valoarea medie a tensiunii redresate este:

U U td tU

Ud ss

do

1

22

11

2

sin coscos

IU

R

U

Rdd d

0 1

2

cos

IRU td t

U

RT med s

d

1

01

2

2 1

4

sincos

Figura 1. 3. Formele de und ale tensiunii i curentului redresat la convertorul monofazat cu nul alimentnd o sarcin R-L de inductivitate mic

pentru =600 i >.

4

Se observ c pentru acelai unghi de comand , valoarea medie a tensiunii redresate pe sarcina R-L este mai mic dect n cazul sarcinii pur rezistive.

1.1.2.b. Inductivitatea LB introdus este de valoare mic, i /2, valoarea medie a tensiunii redresate (ideale) este nul, convertorul efectund numai un schimb de energie reactiv ntre reea i sarcin.

1.2. SCOPUL LUCRRII Lucrarea de laborator este destinat scoaterii n eviden a particularitilor ce apar n

funcionarea unui convertoare c.c/c.a, cu precdere urmrindu-se procesele legate de comutaia curentului. Se studiaz funcionarea convertorului monofazat cu nul pe sarcin rezistiv, caz n care convertorul funcioneaz cu stingere natural a dispozitivelor semiconductoare de putere. Se analizeaz apoi acelai redresor, debitnd pe o sarcin rezistiv inductiv, alegndu-se dou valori pentru inductivitatea din sarcin, n aa fel nct convertorul s funcioneze cu stingere natural, n regim de conducie ntrerupt, respectiv, cu comutaie natural, n regim de conducie permanent. n acest fel se faciliteaz nelegerea funcionrii acestui redresor n cazul sarcinii rezistiv-inductive cu tensiune electromotoare, caz n care convertorul poate fi de asemenea n regim de conducie permanent sau ntrerupt, i cnd n mod suplimentar mai apare ca posibil i regimul de invertor al convertorului.

U u d t Ud d d

1

20

0

cos cos

u tu t

u tds

s

( )

1

2 2

U u d t U Ud d s d

1 2 2

0

cos cos

5

1.3. MERSUL LUCRRII

1.3.1. Se realizeaz montajul experimental din figura 1.5. care const din urmtoarele echipamente i aparate de msur i control : * TrS - transformator de separare 220V/220V; 1KVA * ATR-18 - autotransformator monofazat 0- 220 V, max. 18 A

T1, T2 - module tiristor + protecie, MTA I. Electrotehnica

Rt1, Rt2, Rt - rezistene traductor de curent, 0,8 / 20W

A - ampermetru de curent continuu 0 - 10A

Figura 1. 4. Forme de und de tensiuni i cureni la convertorul

monofazat cu nul, pe sarcin R-L cu LB de valoare mare i la =600

6

V - voltmetru de curent continuu 0 - 125V

R - reostat cu cursor 29 , 5A

LB - bobin de netezire a curentului, cu inductivitate variabil realizat cu autotransformator monofazat ATR - 8, 0 - 250V, 8A

c - contactor alimentare for cu contactele normal deschise 1c, 2c.

1.3.2. Se studiaz funcionarea convertorului prin oscilografierea i nregistrarea n caiete, la scar,

pentru =600, a mrimilor caracteristice redresorului enumerate mai jos. Pentru aceasta, se folosete un osciloscop cu dou canale ce se vor fixa succesiv n punctele a, b, etc., indicate n figura 1.5, alegnd corect punctul de mas al osciloscopului i innd cont de semnul mrimilor oscilografiate. Se vor vizualiza pe ecranul osciloscopului simultan cte dou mrimi, de exemplu ( us1, uT1 ) , (uT1 , iT1 ) , etc. Se folosesc sonde cu atenuator. Oscilografierile de tensiuni i cureni sunt urmtoarele:

tensiunea din secundarul transformatorului, us1 tensiunea pe tiristorul T1 , uT1 curentul prin tiristorul T1 , iT1 tensiunea din secundarul transformatorului, us2 tensiunea pe tiristorul T2 , uT2 curentul prin tiristorul T2 , iT2 curentul prin sarcin , id tensiunea pe sarcin , ud tensiunea pe rezistena R, uR tensiunea pe bobina de inductivitate LB , uLB 1.3.3. Se msoar i se nregistreaz n tabelul 1 : tensiunea direct uTdir i tensiunea invers, uTinv pe tiristoare; timpul de negativare al tiristoarelor tq . Msurtorile se fac cu osciloscopul calibrat. 1.3.4. a. Se fixeaz o valoare a rezistenei R pentru care valoarea medie a curentului redresat este Id=3A. Se regleaz , din butonul poteniometrului blocului de comand

unghiul de comand =0 i se msoar valoarea tensiunii pe sarcin, Ud.

b. Se pstreaz i se regleaz cu ajutorul cursorului reostatului R, urmtoarele valori medii ale curentului de sarcin Id 3,5A; 4A; 4,5A; 5A. Pentru fiecare valoare a curentului se noteaz valoarea tensiunii pe sarcin.

c. Se regleaz apoi succesiv la 300; 600; 900; 1200; 1500 i pentru fiecare valoare a acestuia se repet msurtorile de la punctele a i b.

Figura 1.5. Montaj experimental la studiul redresorului monofazat cu nul cu sarcin rezistiv - inductiv

7

1.3.5. Introducnd n circuitul de sarcin o bobin cu inductivitate mic se reiau toate operaiile de la paragrafele 1.3.1-1.3.4 1.3.6. Se introduce n circuitul de sarcin o bobin cu inductivitatea suficient pentru a asigura funcionarea convertorului n conducie permanent. Se reiau operaiile de la paragrafele 1.3.1. -

1.3.4 . dar pentru unghiuri