REDRESOARE POLIFAZATE

Intr-o serie de domenii de utilizare, energia de c.c. are pondere mai mare dect energia de ca.; electrochimie, electroliz, ncrcarea acumulatorilor, traciune electric etc. Redresorul realizeaz transformarea energiei de curent alternativ de curent continuu n energie. Energia electric se transmite de la reeaua de alimentare de ca. la receptorul (sarcina) de c.c. Instalaiile mari consumatoare de c.c. utilizeaz n special redresoare poli-fazate, care prezint o serie de avantaje fa de cele monofazate: ncrcarea reelei de alimentare este mai uniform, reducandu-se interferenele la funcionarea cu alte echipamente conectate la aceeai reea; tensiunea redresat este mai neted, ceea ce determin eventuala utilizare a unor filtre de netezire mai simple; factorul de utilizare al transformatorului de alimentare este mai mare, obinandu-se pentru o putere redresat data o reducere a gabaritului i preului de cost. Structura circuitelor energetic al redresorului depinde de sursa de energie i de natura receptoarelor alimentate. In acest context, redresoarele pot fi clasificate n funcie de dispozitivele de redresare utilizate: necomandate (cu diode), care au tensiunea de ieire fix, i comandate (cu tiristoare) cu tensiunea de ieire reglabil. Schemele de redresare pot fi realizate: cu punct median (scheme cu un tact) i n punte (scheme cu dou tacte). Alimentarea circuitelor de redresare poate fi realizat cu sau fr transformator, direct de la reea. Utilizarea transformatorului n circuitul energetic al redresorului permite multiplicarea numrului m de faze secundare n scopul realizrii unor performane superioare fa de cele corespunztoare la trei faze (m = 3). Primarul transformatorului poate fi conectat att n stea, ct i n triunghi. Pentru a reduce dezechilibrul de excitaie se folosete conexiunea n triunghi, evitndu-se astfel deformarea tensiunii n secundar [1].

Redresoare necomandatePentru nceput se va trata funcionarea redresorului trifazat cu punct median, elementele de baz putand fi generalizate i pentru alte conexiuni. Schema redresorului i diagramele de cureni pentru cazul particular m = 3 snt prezentate n figura 1.1. Pentru analiza cantitativa simplificat a procesului de redresare vom considera n prima etap c: sursa de energie este de putere infinit, avnd impedana intern nul; transformatorul furnizeaz tensiuni simetrice i sinusoidale, nu are pierderi i nici scpri (sunt neglijate impedanele de scpri); Elementele redresoare (diode) sunt ideale; inductana de filtraj Ls este de valoare infinit. Dac Ls = i admitem variaii finite de tensiune la bornele sale rezult un regim de funcionare de curent redresat constant n sarcin (fig- 1.1). Pe baza simplificrilor admise, deoarece nu exist induc-tane de scpri, se realizeaz o comutaie instantanee a curentului ntre dou faze succesive. Intrarea n conducie a unei diode se produce n punctele de comutaie natural, unde tensiunea n sens pozitiv pe diod devine mai mare dect tensiunea pe dioda anterioar, care se blocheaz. In cadrul unei perioade a tensiunii de alimentare, fiecare faz a sursei este parcurs de curent numai o dat i ntr-un singur sens 2 2 (schema cu un tact), durata de conducie a unei diode fiind radiani( pentru m3 m

faze). Tensiunea redresat este reprezentat de nfurtoarea pozitiv a tensiunilor de faz secundare.

Fig. 1.1. Redresor trifazat cu secundarul n stea: a schema; b forme de und.

Caracteristici ale redresorului pe partea de curent continuuIn regim staionar de funcionare, admiand ipotezele simplificatoare menionate, determinm o serie de mrimi ce caracterizeaz regimul redresor: valori medii ale tensiunilor i curenilor, spectrul de armonice, factorii de redresare i de form a tensiunii redresate, tensiunea invers maxim pe elementul redresor, factorul de utilizare al transformatorului etc. Valoarea medie Udo a tensiunii redresate n cazul unui redresor cu punct median cu m faze se poate determina folosind formele de und din figura 1.1,. alegnd originea la t = 0:

unde U2 este valoarea efectiv a tensiunii de faz n secundarul transformatorului Indicele 0" precizeaz c este cazul unui redresor ideal. Expresia obinut este valabil pentru m = 2, 3, ... De remarcat c n relaia de mai sus respectiv pentru conexiunea cu punct median m este egal cu indicele de pulsaie p, exprimat ca numr de pulsuri ale tensiunii redresate n intervalul unei perioade a tensiunii-de alimentare (pentru alte conexiuni redresoare p m). Valoarea efectiv Vdoef a tensiunii redresate se calculeaz astfel (v. fig. 1.1)

Remarcm din expresiile (1.1) i (1.2) c atunci cnd numrul de faze secundare crete (la limita m = ), valoarea medie i valoarea efectiv a tensiunii redresate tinde s se apropie de valoarea de varf 2 U2. Armonicele tensiunii redresate se pot determina observand c tensiunea redresat este exprimat printr-o funcie par fa de originea unghiului (fig. 1.1), adic ud( t ) = ud(- t ) ceea ce nseamn c seria Fourier corespunztoare conine numai termeni cosinus, amplitudinile spectrale calculandu-se cu relaia general [2]

Amplitudinea armonicii de ordinul n, lund n consideraie cele m segmente identice ntr-o perioad a tensiunii de alimentare, este:

Deoarece w este un multiplu de m (n=km), termenii de forma sin k = 0 i relaia (1.4) devine:

Cu meniunea cos k = 1, ceea ce determin polaritatea armonicii de ordinul n, valoarea relativ a diverselor armonice superioare se exprim astfel:

(1.6)

Din relaia (1.6) rezult c valoarea relativa a unei armonici nu depinde de numarul m de faze pe care le are redresorul.Marirea numaruluirului de faze secundare determin ns creterea frecvenei primei armonici din spectru, respectiv scderea coninutului de armonici, i n consecin pot fi utilizate filtre de netezire mai simple, cu componente de valori mai reduse etc. O Observaie. Formele de und ale curenilor de faz n secundar i prin rezistena de sarcin depind de natura sarcinii. n cazul analizat avnd Ls = = oo, curentul prin sarcin nu prezint pulsaii i are valoarea medie (i efectiv) Id. Valoarea medie a curentului de faz Iaa se calculeaz astfel:

Pentru conexiunile cu punct median, acelai curent mediu trece i prin dispozitivele redresoare. Valoarea efectiv a curentului de faza 72 este

Dac sarcina redresorului este rezistiv (Ls = 0), valorile medii i efective ale curenilor rezult direct din expresiile corespunztoare ale tensiunilor calculate anterior. Tensiunea invers maxim Uinv max pe dispozitivele redresoare se poate calcula innd cont de succesiunea fazelor. Tensiunea pe diode la orice moment de timp, pentru un sistem cu m faze, este: 21 u22, u2X w23, ... w2i u2m> iar valoarea maxim Utnvmax_ corespunde maximului acestor diferene [3]. Dac m este par i w21 = V2 U% sin 6>/, variaiile de tensiune maximale pe dioda corespunztoare fazei 1 se datoreaz fazei 2 + 1. Se va scrie deci

diferen ce are valoarea maxim negativ lawtf = Znj2, egal cu 2V 2U2. Dac m este impar, diferenele maxime se datoresc tensiunilor de faz

Uin v. max se obine la mt = 2>nf2 iz\2m i la n funcionare normal. Se obine

adic Ud este semisuma tensiunilor redresate pentru cele dou sisteme. Se obine o form de und redresat cu fi = 6, deci cea a unui redresor hexafazat, care ns are valoarea efectiv a tensiunii secundare redus cu cos Valoarea medie a tensiunii redresate n condiii ideale

adic egal cu valoarea medie a tensiunii redresate a unui redresor trifazat cu punct median, care ns are ase pulsuri n loc de trei. b) Imax >Id/2, in funcionare la sarcini reduse. Cnd Imax = apare regimul critic de funcionare, Idcrt. Sub aceast valoare snt intervale de timp n care conducia printr-o latur se ntrerupe. Curentul continuii-., circulnd numai printr-un sistem, rolul TIF-ului este anulat. Schema devine la limit, pentru Id= 0, echivalent cu una hexafazat cu punct median, tensiunea redresat urmrete nfurtoarea tensiunilor de faz secundare, iar valoarea medie este 1,35 t72. Din punct de vedere energetic, conexiunea cu TIF prezint n regim normal de funcionare avantaje. Cele dou grupuri funcionnd independent, K2 este acelai cu al unui redresor trifazat cu punct median. Curentul de sarcin este suma curenilor furnizai de grupuri, iar curentul n primar este furnizat pentru ambele grupuri, deci cu regim de circulaie dubl fa de secundar. Factorul de utilizare al primarului este:

egal cu al unui redresor trifazat in punte.