Redresoare Dirijate

1.1. Scopul lucrrii: 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 teoreticaGENERALITATI

Redresarea reprezint un procedeu de transformare a tensiunii alternative n tensiune continu. n funcie de numrul de faze ale transformatorului, redresoarele se pot clasifica n: redresoare monofazate (folosite la puteri mai mici, de pn la 1KW) i redresoare polifazate (folosite la puteri mari, de peste 1KW). n funcie de numrul de alternane redresate se deosebesc cele de tip monoalternan, cnd se redreseaz o singur alternan, respectiv cele bialternan, cnd sunt redresate ambele alternane.

Un redresor monofazat are schema bloc din fig.1. Transformatorul modific mrimea tensiunii alternative i izoleaz circuitul de reea, blocul redresor conine elemente de circuit care realizeaz redresarea propriu-zis prin aceea c permit conducia curentului numai ntr-un sens iar filtrul reduce pulsaiile (netezete) formei de und.

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.

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 2 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 monoalternan este cel mai simplu redresor. Practic el permite trecerea doar unei alternane prin consumator.Redresoare monofazate monoalternanta Se numesc monoalternanta pentru ca redreseaz doar o alternanta a tensiunii monofazate. Schema electrica: Forma de unda a tensiunii din secundarul transformatorului. Forma de unda a us dup redresare. c) Forma de unda a id cnd C nu este conectat. d) Forma de unda a us cnd C este conectat. e) Forma de unda a id cnd C este conectat Funcionare: a)- cu C neconectat. Cnd u are polaritatea fara paranteze (din schema electrica) D este polarizata direct si uS = u - uD unde uD este cderea de tensiune pe dioda D. Cnd u are polaritatea din paranteze D este blocata si uS = 0 (in realitate D este parcursa de iinvers ~ nA si care se neglijeaz).

Schema electrica acestui tip de redresor este n figura 1:

Funcionareaare loc astfel: la aplicarea unei tensiuni alternative n primar, ia natere n secundar tot o tensiune alternativ, ce se aplic pe anodul diodei redresoare.Pe durata alternanelor pozitive dioda conduce, n circuit apare un curent proporional cu tensiunea aplicat, deci avnd aceeai form ca ea. Pe durata alternanelor negative, dioda este blocat i curentul prin circuit este nul. Curentul prin sarcin circul deci ntr-un singur sens, sub forma unor alternane (curent pulsatoriu).Valoarea componentei continue la bornele sarcinii este:

. Valoarea maxim a componentei alternative sinusoidale fundamentale:

. Factorul de ondulaie , este definit astfel:

. Randamentul este definit ca raportul dintre puterea util de c.c. furnizat n sarcin i puterea consumat, absorbit de la reea:

Schema de baz a redresorului este prezentat n Fig.7, unde D reprezint o diod semiconductoare, denumit diod redresoare, iar R este rezistena de sarcin a redresorului.

Fig.7. Schema redresorului monofazat monoalternan

n Fig.8. sunt prezentate tensiunea de intrare respectiv de ieire a redresorul monofazat monoalternan.

Fig.8. Variaia tensiunilor de intrare respectiv de ieire a redresorului monofazat monoalternan.

Funcionarea redresorului depinde de alternana tensiunii sinusoidale de intrare. Astfel, n alternana pozitiv, cnd tensiunea de intrare este pozitiv (mai mare dect 0), dioda D este polarizat direct. Deoarece amplitudinea tensiunii de intrare este mult mai mare dect valoarea tensiunii de prag a diodei (VD(0,7V), aceasta din urm se poate considera nul. n consecin, comportamentul redresorului pentru cazul n care avem alternana pozitiv este aceea c tensiunea de ieire este egal cu tensiunea de intrare.

n alternana negativ, cnd tensiunea de intrare este negativ (mai mic dect 0), dioda D este polarizat invers. Deoarece dioda D este alimentat invers ea este blocat i nu permite trecerea curentului prin ea. n acest caz tensiunea de ieire devine la rndul su zero.

Se observ c variaia tensiunii de ieire s-a redus la jumtate din variaia tensiunii de intrare. Chiar i cu aceast reducere, rezultatul nu este satisfctor este de dorit ca la ieirea redresorului s se obin o tensiune de variaie ct mai redus, ideal de variaie zero, adic o tensiune continu.

Pentru obinerea unei variaii i mai reduse pentru tensiunea de ieire a redresorului, la ieirea acestuia, n paralel cu R, se introduce un condensator de capacitate foarte mare, denumit condensator de filtrare (Fig.9). Rolul condensatorului este de a limita variaia tensiunii de ieire.

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

n Fig.10 se prezint variaia tensiunii de ieire pentru cazul n care redresorul dispune de un condensator de filtrare.

Fig.10. Variaia tensiunilor de intrare respectiv de ieire a redresorului monofazat monoalternan cu condensator de filtrare.

Pentru cele mai multe aplicaii redresarea obinut n urma redresorului monoalternan nu este suficient. Un mare defect a acestui redresor este acela c sursa de alimentare nu furnizeaz putere consumatorului dect pe o singur alternan i prin urmare sursa este folosit doar la jumtate din capacitatea ei.

Redresoarele monofazate dubl alternan se utilizeaz sub forma a dou montaje fundamentale: montajul cu transformator cu priz median n secundar (fig.4 a) i montajul n punte (fig.4 b). Formele de und prezente n funcionarea circuitelor sunt nfiate n fig. 5 i 6.

Fig.4. Redresoare bialternan

Fig. 5. Forme de und aferente redresorului bialternan cu priz median

Fig. 6. Forme de und aferente redresorului bialternan n punte

1.3 Descrierea machetei de laboratorStandul 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 = 0.5R2max . 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=8,2Vc. VD2, R3, R4

U0=5,52 VUSmax=7 V d. VD2, R3, R4

U0=4,25USmax=8,1Ve. VD2, R3, R4

U0=4,35 VUSmax=8,2Vf. VD2, R3, R4

U0=1,37 VUSmax=4,3Vg. VD2, R3, R4

U0=2,65 VUSmax=3,9 V

h. VD2, R3, R4

U0=2,76 VUSmax=2 Vi. VD2, R3, R4

U0=1,65 VUSmax=3,7VII. Redresor monofaza bialternanta

a. VD1, VD2, R3, R4

U0=2,76 VUSmax=5 V

b. VD1, VD2, R3, R4

U0=3,6 VUSmax=2 V

c. VD1, VD2, R3, R4

U0=3,6 VUSmax=1 V

d. VD1, VD2, R3, R4

U0=6,76 VUSmax=6 V

e. VD1, VD2, R3, R4

U0=6,82 VUSmax=6 V

f. VD1, VD2, R3, R4

U0=2,73 VUSmax=4,5 V

g. VD1, VD2, R3, R4

U0=3,6 VUSmax=2 V

h. VD1, VD2, R3, R4

U0=3,65 VUSmax=1 V

i. VD1, VD2, R3, R4

U0=2,92 VUSmax=2 V

R e d r e s o r u l

Transformator

Redresorul

propriu-zis

Filtru

S a r c i n

uS

iS

u1

u2

~

~

~

~

+

+

-

-

u2

u1

u1

N1

Rs

N2

D1

iS

u22

uS

r2

D3

D2

D2

D1

r1

Tr

uS

Tr

D4

-

+

u21

Rs

iS