Variatoare de Tens Alternativa

19
s INTERA CTIUNILE: REDTESOR-SARCINA ; REDR ESOR_RETEA. CONCLUzrr Pentru a evita rezonanta, * rcalizeaz| perfect acordarea filrrului (relatia 5.76) pentru pnma armonica. Ace$ filtru este conectat primul in circuir qi deconecrar. ultimul. La intrare se leagA un numar de filtre rezonante egal cu numdrul de armonici de suprimat. punerea sub tensiune a frrltrului nu pune probleme particulare, deoarece induciantele amonrzeaza fenomenele tranzitorii, dar derchiderea trebuie str se facl cu intreruptoar. fer^ ,.u*orr-" u arcului electric. penlru a se evita supratensiunile. 5.10 Concluzii asupra redresoarelor Redresoarele sunt practic convertoarele cele mai raspindite. Srudiul lor. fecut in capitolele anterioare qi in acev capitor, ne permire sa tragem urmitoarere concluzii: I performantele redresorului din punct de vedere al calitetii formelor de unda absorbite (sarcina pentru retea) gi eliberate la ieqire (surstr pentru recepror) sunt cu atat mai bune cu cat p este mai mare; o dintre cele doutr scheme de redresare monofazata p2 (t"{2) 5i pDZ (B2), a doua esre ner superioari (vezi tabelele 5..1 qi 5.5 gi paragraful 2.7.2). p2 (M2) nu va fi utilizar decat pentru tensiun i i* scAzwe Ei pentru curenti nominali 1r, de valoare nrare. o dintre schemele de redresrre rifazati cu p=6, cele mai bune sunt redresoarele in punre PD3' s3 (86) (vezi tabelele 5-a qi 5.4). Redresorul in srea dubla cu BIF va fi utilizat in Iocul redresoarelor in punte pentru valori scazute ale rensiunii {4^ $i pentru curentl nominali Io, de vatoare mare. o dacA este nevoie de un redresor cup=12. se utilizeazd un pD3 5i un 53 montate rn serie sau in paralel, in funclie de caracteristicile nominale ale sarcinii- o dace receptorul nu trebuie str f'^rcfioneze decat in primur cadran ar pianului (u,tr), atunci se alege alimentarea printr-o punte semicomandarA (mixti). i se Poate reduce puterea reacdve absorbiti, de un redresor comandat subsriruindu-l printr- un ansamblu de doud sau mai mutte redresoare de acelaqi tip, comandate secvential (decalat). VARIATOARELE DE TENSIUNE ALTERNATIVA 6.1 Generalititi t Variatoarele de tensigne altemativi (WA) sunt convertoare altemativ-altemativ (fig.6. 1). La intrarea lor se aplici o tensiune altemativi monofazatA sau trifazatA cu frecvenla / 5i de valoare efectivA constanti U ", iar la iegire se obline o tensiune altemativA monofazati sau trifazattr de aceea5i frecvenlAJ dar de valoare efectivl U' reglabill- l- ua u- sau3- sau3- Ug regtabiltr U" constanll Fig.6.l Variaton:l de tensiune alternatjvi" Dh punctul de vedere al tensiunii de ie5ire, se disting VTA monofazate gi trifazate' 193

description

variatoare

Transcript of Variatoare de Tens Alternativa

Page 1: Variatoare de Tens Alternativa

s INTERA CTIUNILE: REDTESOR-SARCINA ; REDR ESOR_RETEA. CONCLUzrr

Pentru a evita rezonanta, * rcalizeaz| perfect acordarea filrrului (relatia 5.76) pentrupnma armonica. Ace$ filtru este conectat primul in circuir qi deconecrar. ultimul. La intrarese leagA un numar de filtre rezonante egal cu numdrul de armonici de suprimat. punerea subtensiune a frrltrului nu pune probleme particulare, deoarece induciantele amonrzeazafenomenele tranzitorii, dar derchiderea trebuie str se facl cu intreruptoar. fer^ ,.u*orr-" uarcului electric. penlru a se evita supratensiunile.

5.10 Concluzii asupra redresoarelor

Redresoarele sunt practic convertoarele cele mai raspindite. Srudiul lor. fecut incapitolele anterioare qi in acev capitor, ne permire sa tragem urmitoarere concluzii:

I performantele redresorului din punct de vedere al calitetii formelor de unda absorbite(sarcina pentru retea) gi eliberate la ieqire (surstr pentru recepror) sunt cu atat mai bune cucat p este mai mare;

o dintre cele doutr scheme de redresare monofazata p2 (t"{2) 5i pDZ (B2), a doua esre nersuperioari (vezi tabelele 5..1 qi 5.5 gi paragraful 2.7.2). p2 (M2) nu va fi utilizar decatpentru tensiun i i* scAzwe Ei pentru curenti nominali 1r, de valoare nrare.

o dintre schemele de redresrre rifazati cu p=6, cele mai bune sunt redresoarele in punrePD3' s3 (86) (vezi tabelele 5-a qi 5.4). Redresorul in srea dubla cu BIF va fi utilizat inIocul redresoarelor in punte pentru valori scazute ale rensiunii {4^ $i pentru curentlnominali Io, de vatoare mare.

o dacA este nevoie de un redresor cup=12. se utilizeazd un pD3 5i un 53 montate rn seriesau in paralel, in funclie de caracteristicile nominale ale sarcinii-

o dace receptorul nu trebuie str f'^rcfioneze decat in primur cadran ar pianului (u,tr),atunci se alege alimentarea printr-o punte semicomandarA (mixti).

i se Poate reduce puterea reacdve absorbiti, de un redresor comandat subsriruindu-l printr-un ansamblu de doud sau mai mutte redresoare de acelaqi tip, comandate secvential(decalat).

VARIATOARELE DE TENSIUNEALTERNATIVA

6.1 Generalititit

Variatoarele de tensigne altemativi (WA) sunt convertoare altemativ-altemativ(fig.6. 1). La intrarea lor se aplici o tensiune altemativi monofazatA sau trifazatA cu

frecvenla / 5i de valoare efectivA constanti U ", iar la iegire se obline o tensiune altemativA

monofazati sau trifazattr de aceea5i frecvenlAJ dar de valoare efectivl U' reglabill-

l-ua u-sau3- sau3-

Ug regtabiltrU" constanll

Fig.6.l Variaton:l de tensiune alternatjvi"

Dh punctul de vedere al tensiunii de ie5ire, se disting VTA monofazate gi trifazate'

193

Page 2: Variatoare de Tens Alternativa

6 \"{RI,{TOARELE DE IENSIUNE ALTER\ATI\'A

Coman.la lor, prin reglarea valorii efective a tensiunii dr ieqire. se poate face dupitioui pnncipii:

r reglajul de iazT;

r controlul numtrrului de perioade de conductie-Prirna nretodx este cea mai utilizatA, deoarece ea presupune o schemA de comandtr

foane simpia. Acest capitol nu trate^za dec6t VTA comanda(e prin reglaj de fu5.Ca pnncipiu, \rTA trebuie sa lase s, ueace curentul in cele douA sensuri. Deci,

djspozitivele semiconducloare legate pe fiecare cale sunt bidirectionale in curent. Prin

urmare, se utilizeazi triacul sau, pentru puteri ridicate, doud tiristoare in monlaj anti-paralel.Tensiunea aplicad fiind altemativtr, curentul de sarciri are aceeaqi formA qi se

aruleazA periodic, deci VTA sunt convertoare cu comutatie narurali. Dispozitiveleserniconductoare se blocheazd la fecerea naturalA prin zero a curentului care le parcurge.

6.2 VTA monofazate

6.2.1 VTA format din doui tiristoare montate antiparalel(sau un triac)

Schema este prezentate in fig. 6-2,a.

Fig. 6.2 vTA monofazat: a) schema electrictr; b) sarcLnA R; c) sarcina RL

Cele oouA tiristoare in antiparalel I Si I pot fi inlocuite de clrre rriacul !. Se va

stuciia fun;tionarea \TA cu sarcinA rezistivA R (fig- 6.2.b), apoi cu sarcinA rezisliv-inductivirRL tfie. 6.1,c)

M

I.t_.1

N

N{

+aatIO{

cl(

.)N

c)b)a)

S

RcIN

19.1r95

6.2 VTA monol-azate

6.l.I.I Functionarea cu sarcinl R (fig.6.2,b)

Tensiunea retelei esre sinusoirlalA:

o,=fl"tin,ot

Coman-da u,nyo4rel.or (sau a rriacului) se face prin regla.} de fazl.com:Lndtr G sunt mesurate in raport cu punctul de trecere pnn zero a ten-riu;rii u

Tiristorul I .orCu.i. in t-impul semialternantelor pozitive ale rensiunljtimpul celor !eg11-rl3.

In inren alele de conductie alealimentare ir,.

Fig- 6-3 arate formere de unda pentru doutr unghiuri de comanda diferite g = cr, si

t. lnstoarele sunt comandate la amorsare cu o int6rziere O.ih timpul duratelor de conductie a tiristoarelor, pnn sarcind circuli un curenr. gind

tinstoarele sunt blocare. ele trebuie si tini in direct tensiunea t".Tensiunea directi maxima in starea blocal, care apare Ia bomele tin$oarelor. este

uT=u"'In perioada de conduc$e. s-a consideral caderea de tensiune .la bomele lrnstoarelor

negli.labili in raporr cu rensiunea de alimentare (reprezenrale nuri in fic. 6.3).

Valoarea efecrivi a tensiunii aplicare sarchii esre:

r6.t)

L nghiuile de

tiristoarelor, se aplicA sarcinii rensiunea de

i{i,l r,1, :.,'-T,, rrr"I.(-) = rF . , t.

l "; l-/:

Din relaria (6.]i se obtine:

A = 0 ::+ U, = L/"-, A = n =- U \ = 0 r5 -i)

Legea U."(a) reprezinti caracrerisrica de cornandi qi este dati in fig. 6..1.a.Deci. se poate modifica valoarea efecdvd a tensiunii aplicate sarcinii intre

vaioarea 0 5i vaioarea efectivi a tensiunii de alimenlare U".p.in regJajul unqhrtrlui a ininten'alul (0'a). Sarcina fiind rezisri'i, curenrul i, are aceea5i iormi cu rensiunea.

Astfel, r,aloarea sa efectivl este:

tt(r.-11

Se obsen'a din fig.6.3 ci formere de undi, cuenl i., qi rensiune rr.. au devenrr. pnnregla.jul de fazi, marimi nesinusoidale.

Chiar ii pentru sarcina rezistrvd fundamentala curentului i, e-ste defazara -rn raportcu lensiunea de alimentare t- cu unghiul E, , dar de relaria (6_5).

ll tl

PD +1"-o*],,nzolt1T\ I )

Page 3: Variatoare de Tens Alternativa

comand,illa

d=al

comandila

g=dz

6 VARIATOARELE DE TENSIUNE ALTERNATIVA

I

-lu.f

"ii'L-t__

i

l\lu.:

It--

t,

Fig.6.3 Formele de unCl penru VTA monofazat cu sarcini rezistivi R.

196

6.2 VTA monofazate

sinragr=arctan- I *

7t- G.+ - Srrl::g'

Este vorba deci de un consum de putere reactiva datorita comenzii' Puterea reacuva

B, a fundamentalei (relalia 1.47), dupe ielatia (6'5) esre maximA Pentru d = 90o $i nula

Pentrud=05i4=fi.PutereaacivAPe$emaximaPentrud=0giscadeodaticucreltereaiui a. Legile p(a), Q,(a) qi E, (c) sunt Prezentate in fig- 6'4'b'

A', I

I.-lua| 0.8

o't i

I

0.4 |0,4

-- il /2R

0;0' 0' 30" 60' 90" 120'

9l100'l

I

I

50"

40"

20"

(6 5)

(6.6.a)

(6.6.b)

(6.7)

(6.8)

60" 90" 120" 150' 180"

----.>q

a)

Fig. 6.4

b)

Legite: a) ur(a);b) P(a):Q@); 'P,(a)'

6.2.L-2 Func$onarea in sarcintr RL (fig' 6'2'c)

Pe durata conducliei unui tiristor, pentru montajul djn fig' 6'2' se poate scne ecuatia

diferentialtr:

sau:

uo=0osinot=4,r*191-

0, sinarr -- ni, +f ar;ffi

Ecuatia (6.6.b) are sotulia ir(or) compusa djntr-un termen fo4at ir\ar), de forma

tensiunii altemarive 5i un termen tiber' i,(alr) care se amortizeazA in timp:

i,(at) = i,(ot) *t,(ot)

ir(at)=ltsin(rt - P)

197

Page 4: Variatoare de Tens Alternativa

6 r' \ill-11 OA|ELE Dtl TENSIU;\-E ALTERNATIVA

de unde:

_ i.,- -,- _ ,l @LZ=lIi' +l(DLt sr @=arctan-IR

--l r,i,(at) = ke 'L

.A.-stiel. cu ajurorul relatiilor (6-8) ii (6. l0), relalia (6.7) se scrie:

t(arr) = !rin(ar, - q) * k"-*''L

Constanta & se determinl din conditia initialA:

tl -4"rr(a)= 0+ 0 = :3 sin(a- E)+ ke "

z

fiLut=-il.sin(a-rt\e"L

z

(6.9)

(6. t 0)

(6.1r )

(6. r 3)

(6. r 3)

(6. 15 r

utiliz6nci

(6. l6)

(6. 1 7)

lnlocuind in relaqia (6.11) pe t cu valoarea sa din (6. t3), rezulttr:

fi | -ar.,-or -i

i,(,a,t)=\lsin(arr- 9)-sin(a- e). -' I re.r+,Lt IL-

\raloarea maxima a lui i, se obune din condjtia *- = 0. care. inlrodusa in relaria' d(arr)

i6.6.b) 5i notanO atrl ,r=rr"* = 60,{ii:

i-" sin g^=-

^calculeazi cu relatia (6. l4)

. -4(ar-oto=sin(0, -9)-sin(a- e)e "

0. rezulu din ecuatia (6.16), care se pune sub forma:

- atp, -.)sin(o, - E)= sin(a- g)e " '

L; sin0o = R1r-. - /ro-

Durau conductiei dristorului- a.r = 0, se

conditia: rr(0,)=g'

Ecuaria (6. l7) se poate rezolva prin metode numerice-Fig. 6.5 prezintA formele de undi pentru functionarea cu sarcina RL, la un unghi de

comandi a mai mare decdt g.Se observd ca pentu zunorsarea tiristorului T. la r+a este necesar ca L sl fie

blocat in prealabil, de unde:

0r<t+a,

r98I

i

6.2 VTA mooofazate

Fig. 6.5 Formele de undi pentu fim4ionarea cun sarcni RL.

lnbcuind (6-18) in (6.t7), se o[ine:

ll+e't {sin(c-9)=9

q= Q= *"r*'LR

(6. r8)

de unde:

199

(6.19)

Page 5: Variatoare de Tens Alternativa

6 VARIATOARELE DETENSIUNEALTERNATIVA

Relatia (6. l9) da Iimita conductiei discontinue.. Daca o > g conducgia este discontinui, formele de undtr sunt cele din fig- 6-5 qi schema

din fig. 6.2 functioneaztr ca variator monofazat. Valoarea efectivA a tensiunii la bomelesarcinii este:

t= rl? ! tt - coszat)a(ar) =

U;

G(6.:0)

- | [U- srn a;r I d( rrrrnJ' "

a) t condtrii, 1 .tt" comandar la x+a, dar el gese$re t tn conductie. Tl esre polarizatnegativ, deci nu poate trece la siarea de conduc$e. Daci impulsul siu de comandA esrescurq I rimdne blocat dupi blocarea lui T la trecerea prin zero a curentului siu-Iv{onrajul funcrioneazA in regim de_r,e$1e,soq monofazat monoaltemantA.

b) t conduce. T. este comandat la x+ a- EI nu poairi amorsa" dar ilpulsul pe poana sa estelung. DupA blocarea narurali a lui l. T: infe in conductie. Conductia esre conrinue sischema se compona ca un intrerup,lo_! inc,fug in permanente.

in concluzie, functionarea in regim de variator nu are loc decAr pentru unghiuri decomandi a >.9.

6.2.2 VTA constituit dintr-o punte monofazatd si un tiristorSchema este prezenratA in fig. 6.6.

lN IlAt

^ /;-= 0

" lfto' - a*1(sinzo, - sin2a)lY:,, -

r Daci c < g, e.rista douA posibilirili:

M

i--l-_-:T.' Vts T^^l- -,--Tr=a=

A c-----------iI

D2 D4rl"l ol

N

Fig. 6.6 VTA format dinr-o punre monofazattr gi un tiristor.

Tiristorul T este legat in diagonala de curent continuu a unei punti monofazare cudiode. Pe durata semiahemanlelor pozitive ale tensiunii n", D, qi Dn sunt polarizate in directgi curentul se inchide prin calea A, D' T, D. , sarcini, B.

I

i

^rlRcI

i", I

i

,f

uA

Bc

20020r

6.2 \'TA monofazate

ln timpul semiahemantei negative a lui u-. D.,D. sunt polarizate in direct gi rraseulcurentului este B, s:ucirA, D^,T.D.,A.

Formele de undtr pentru functiona.rea cu sarcinA rezisrivtr R sunt prezentate infig. 6.7.

EIe sunt identice cu formele de undtr din fis. 6.3. deci relatiile stabilite insubparagraful 6.2. l.I ramdn valabile-

u" I

ur

url

-ur

's I

I'ig.6.6 Formele de undtr pentru \lriatorul dLr fig. 6.6.

Page 6: Variatoare de Tens Alternativa

6 VARIATOAREI.E DE rE\qlIrN 9A!I9I) lrII'\

6.2.3 VTA cu triac comandat prin intermediul unui diac

Schema erectrica este prezenrare in fig. 6.g. comanda se face prin reglaj de faza

ts.}->-'

RS

<a----->.us ' 't--/

i'1 R'iJ

L! iAF

--c_

ii,, --J il

r ,i -, ,ir D. tii'i -q

1 - ^,A }---

uc -- C

V

Fig' 6'3 VTA cu ffiac comandat prin rnermediul unui diac'

ir4ontajul cuPrinde:

- partea de forti. lonnati din sarcina R'' triacul I si sigurania S'

-partgadecomurdi.formatAdinpotenriometrLllR'rezistentelerSi/i'.condensatontlC|ldiacul D,.

- pane3 de protectie l:r supratensiuni de comutatte' realizat5 din ansamblul serie ft' -C".

Tensiunea,. la bOrnele condensarorului C poate fi modificati ca raloart'si faza pri;l

reglajulrezistenteiR..Aceastapermitereglareaun.ehiuluiacarecorespundemomentuluiincare u( este egaltr cu t"t"un"^i" prag a diacului L'o" adici nromentului trecerii ciiacului in

stareadeconductieiir.e.6.g).Diaculinconductiedeterminddescercareacondensaloruluilnlircuirui de poartl al rriacului T, $i amorsarea -sa'

o)

Fig.6-9 a) Diagrama vectoridla a l'nsiunilor: bt Iormele de unriir

1111

l0_1

,c llr

6.2 \'T..\ monofazate

in diagrm:r vectorieli 1fig.6.9.;r). s-a nolal cu Li^ - tens.iunea ia bornele

ansantblului R.,. R, r r;i cu LI'r. - tensiunea la bomele aceluiaqi ansamblu. dar ava,rd o altivalo:re (R') a rezistentei R, diacul 5i rriacul fiind blocate.

u', si r,. detcrmini unghiurile at. = dt Si rr)t- = d. prin comFararie cu

tensiunea de prag Ur, .

Se alege R pentru a ar.ea valoarea rna-ximi )r.Lt ,.; diacul nu poare deveni

conductor. Mic5orind valoarea rezistenlei R, la un moment dat. tensiunea trc este egalA cu

tensiunea de pr;rg +U". a diacului qi acesta inul'rn conduc.tie. Triacul prime5te pe poarrd un

impuls de conrandi gi am_orseazi periodic +9-.semiallemanrele pozirive qi negarive aletensiunii r., 1'nacul sebl,ocheaza la uecerea naturalA prin zero a curentului.

Reziil,:nta R, se calculeazi din conditia de obtinere a unui impuls de comandA pe

poarta riacull. rJe amplitudine cel mult /o* :

AI: , -LU,I"!lr^=?-4, .,-"l '6er

cu: I i 'r. r'a1i31i2 tensiunii diacului Ia comutatie;/, -* ialoarea miliima admisibile penrru impulsul

triacului. .-,nrbele valori AU, 5i 1"__, sunr date de catalo_q.

1)urata impulsului de comandi trebuie sA fie suficientd pentru a pernrite curentuluiprin triac sA alin,qi valoarea de acrosare /... Daci se consideri o druati medie de 2{,1 - ltlpr^t.

valozrrea condensatorului se deduce dir:

_. _0,- -+0 r -\

-trr

1{,

i6.l I )

de poartil (de conrandA) al

6.:l r

cu: R, exprinrat in [()1.Triacul iltri in conductie cu o intirziere G in rapon \u iJe!-ere3 prir :ero a lersiuni;

u.. atAt in semialtemantele pozitive. cit si in cele negativo. tjnghiul G se regleziz., pnnvarierea lui R (fig.6.8) qi permite modific:.rea valorii efective a lensiunii iz, aplicati s:r;i:rii.Fig. 6. l0 arad formele de undA pentru schema prezentarA in iig 6.E.

Curba realA de variatie a lui a,- esre diferitA cie cea ot'tlrutA cSnd diacul si tneiulsunt blocate (t. teoretic - desenar punctal in fig.6.l0), deoarecc'crjata atins :rivelul -!'-,.diacul amorseazA qi condensatorul desrrr.'indrr se di un irr.;,Lrls rle corr.and:i. L1 .,rnc--.r'r1.i.intimpul semialtemartelorumaloarealeluil-.ri. ajungemai devremelanivclul -1-',.. re'-j

a^ > a, li /-." > /r, (fig- 6- 10). Fenomenul se numrite histerezis dc regla,l il cL);.r!i:ir1r.

prilcipalui dezavantaj al schenrei. deoarece nu pemiile fi-rarea eraiil a unghiulr.rr ii de

functionare al VTA. Unghiul ae. pentru care tJ-iacul amorseazi esle:

R.t,4.,"":luL\ln-

LI

'rezistenta sarcinii;-curentul de acroqare al nacului,

-valoarea de rirf a tensiunii de alirlentare-

Page 7: Variatoare de Tens Alternativa

6 VARIATOARELE DE TENSIUNE ALTERNATIVA

us I

I

ilcr

Fig. 6,f0 Formele de undt pentru VTA cu triac comandar prin diac.

Rezistenta r (fig. 6-g) asigua funclionarea ra unghiul dd,. Ea se carculeaza curelatia:

,,= ' ,*[o"--ac I'

^ ranyl(=+_r

aC

204

(6.24)

superior valorii gisiteobtinerea unei valori

Daca r este ne-qativA, atunci trebuie si se aleagA un unghi a',ocu relatia (6-23)'iu calcurur se va reface. operatiile se repeta pdna rapozitive a lui r.

Rezistenla R esre dari de relatia:

ii

6.2 1/TA monofazate

t4, este calculat 5i ales astfel incat:

tiV > arccos#L

' flud

Schema din fig. 6.6 poate fi imbuntrtititi prin reducerea histerezisului slu, legind uncondensator suplimentar, C, . a;a cum se arate in fig. 6. I l.

Fig- 6.11 Schema cu histerezis redus.

DupA descircarea lui C, cind a. =Ue,, C, (egal cu 1,5*2 C) il reincarcA rapid,asigurind concordanga celoi douA curbe: t. teorerice qi n. realA (fig. 6.10).

Acest tiP de variator este foarte rispdndit. El este utilizat in insalariile de iluminat,Pentru a varia intensitatea luminoasA a llmpilor incandescente qi in aparatele elecuocasnice,pentm a varia viteza motoarelor de curent altemativ. Fig. 6. l2 arate o schemA care permirecomanda unui motor de curent altemativ.

Fig. 6.12 Reglalui vitezei unui motor de curenr altemariv prin VTA cu rriac

cnmandat prin diac.

(6.26)

R

i,

t

(6.2s)

205

Page 8: Variatoare de Tens Alternativa

6 \' A R I ATOA R ELE DI. TEN.S I T] }- T- A I.TER \ A1.I v A

Diodele D,.Dr. D.. Do 5i rezistent:lt R;'Rl'Ili au rolul de a lace srnrelrce

impulsurile .ie comandtr trinrise in timPul senrialtcmaritelor pozitir e 9i negative

aletensiuniidealimenrareSideaimpicdicaaparitiauneicomponentecontintleacurentului!n n]otor-

6.2.4 ,\lte tiPuri de VTA monofazate

h ng. O. I f se prezint) alte douA scheme de vTA monofazate

", n'

t'ig. 6.13 \'T'\ monofazatc'

Schemadinlig.6.l3.aprezintixvanlajuluneicomenzimaitt5oaredeoarececatoziicelor doui tiristoare T Si I sunl legali'

irrdecursu],.-,u1..--t.ipozitivealuirr".culentull..seirrchideprirrl,D'sisarcini. iar in cea negatir'Z prin sarcinA, T- 5i D,-

Formeledsundasuntidenticecucelealevariarorulrri<iinfig.6'1.Pentru schema din frg'6' 13,b' in timpul perioadelor de conductie a lui \ si !'

solenatiasecundariocompe-nseazApeceaprinr:rrA;inrrepuncrelea-bseafliimpedantararsformalorul'i care ale secundarul in scurtcircuit. impedanra de 'aloare

foane scizuta'

deci u., = ;1 ..

CandTllilsuntblocareinlpunintrea5ibimpedantatralsformatoruluiavir,dsecund;rrul in gol. Receptorul nu este parcurs decit de curenlul de magnetizare al

transformatorului. care este foarte scAzur' asrfel l. = 0 '

6.3 VTA trifazate

tn lTA trifazate se se folosesc pe fiecare fazi inueruptoare bidireclionale in curent

identice .u cele studiate in monofazat: triacuri sau tiristoare in antiparalel'

Sarcina e$e coneclala in stea sau tnunghi'

S

RC1

206 207

( 6.19 )

6.3 VTA trifazate

6.3.1 VTA format din doui tiristoare montate in antiparalel pefiecare fazi

Schema este prezentati in fig.6.14.a. Sarcina poare fi in Sea (fig. 6.14,b) sau inriungir-i (fig. 6. la.c).

tto

A+

Rl

I

u^rle+l--.AAA-i "^l

I

u"*lc ----->

I

3-aA AJ

ur

l"I u__

Y"

a) b) cl

Fig. 6.14 \/TA u-ifazar format din doui riristoare in andparalel pe fiecare fazi:a) schema elecrrc{ b) sarcintr rezistjvi in srea: c) sarcinA rezisor,i'rn triunghi.

Sistemul de tensiuni de alimentare este rrifazar echilibrar:

,,,,, = 0 "sin

rot; ,.,, = 0. rin( ,, -4), ,ur= i'" ,inf a, - + i ru.,rl| -1 / '' " I J,'Tiristoarele I, l. 1 sunt in conductie in decursul semialternanrelor pozitive ale

rensiunilor u,o, tr.o, rr.o qi r.iristoarel. I,. !. ! in decursul celor negative. Inrrarea inconductie a tiristoarelor este decalatd prin comanda cu un unghi a in raport cu trecerea pnnzero a tensiunilor u,o, u.^, l.-.

Functionarea \TA va fi explicati considerindu-se o sarcini rezistivd in srea(fig. 6.la'b). Tinaad cont de schema din fig.6. 14.a, se observi cA fenomenul de conducrie nuii-re loc pe o singuri faza. dour sautei tiristoare vorfi deci simultar in;onductie.

Se pot srabili formele de undi ale rensiunilor u1a. r..1,. t.:r 5i se por calcular'.'rlorile Ior efective.

lt.\ =Ll,r -lt\.-; lt^r =lt.c *r!0: I4.r =r{r. -l/...i (6.1E)

Fig. 6.15.a prezinri diagrama fazoriali a rensiunilor rerelei.Dacd cele uei rinstoare I.1,I sunt in conductie, sisremui tle rensitrni la bomele

recr'yrriirllui sirnefic R. esre echilihrar: 0:- N (fie. 6. l5.bt.

(,n.=Li,,, U:., =U.,,; Urn, =Uro, deo:i.rece Ur,, =0

Page 9: Variatoare de Tens Alternativa

6 VARTATO.{RELE DE TENSIUNE ALTERNATIVA

U:.* N Us Urr

c)

Fig.6.l5 Diagramelefazoriale:a)rtensiunilorre!€lei:b)atensiunilorcuceletrei'iristoareT,,T.,lhconductiei c) a t.nsiunilor cu doui tiristoare T: $i Tj in conduclie.

CAnd conductia are loc pre doui faze:

- colsiderand cA sunt in conductie T, Sl I sau T: Si ! , N * plaseaze ca in fig. 6. 15,c. de

unde rezult6:

It.1,l]\

?

considerand ca sunt in condu;tie

senisumei fazelor 3 5i I:

(6.i0)

T. si T sau Ii si I'. atunci N se aflt lr porentialul

Il^.,,;,a _ l.

- conside€nd in conductie ! qi

fazelor I $i 2:

(6 3l)

are potentialul semisumei

(6'32)

I{i r U..'' 1 '' )

!saut$q,N

ilr:. urz. -. - uto

u,,, =:, U.il =--: UL-l.v )' -:t .r, "fra- .,

Tinand cont de relaliile (6.28) la (6.32), formele de undi pentru & = 30o sunt

prezentate in irg. 6.16.Pe acelagi principiu, se pot construi formele de undl ale tensiunilor utr. t\x, \x

pentru alte unghiuri de comandA a, apoi se pot calcula valorile efective ale tensiunilor- De

exemplu, pentnr U,p, se obtine:

a€l 0.4I\ 3/(r x\del-.- |tl ll/-\I 7r )tcld€l-,- I\.2 6 )

U*=Us

tt - Ii

Urn = U,

t--+-su'lJda* ^,

/- \ael::,nl ::3

\6 )

| 3Ji.(^ r)-+-slnl :d,+- I2 4r \ 6/5 3a 3.(^ 7r)

I JA+- |4 2tr 4n \ 3/

208

t; - n

(6.33)

209

6.3 vTA trifazate

tro IU-*;---

?t;i

t:oT

I

Fig.6.16 Formele de undl Pentru VTA rifazat din fig- 6'la'

function6nd cu sarcini R in ste4 q=30" '

Page 10: Variatoare de Tens Alternativa

6 VARIATOARELE DE TENSIUNE ALTERNATIVA

DacA receptorul este legat in stea. monlajul se

functionarea VTA sd fie modificarA-

Avantajul acestei scheme este puncrul comun

comanda dacl se utilizeaza t'riacuri in locul tiristoarelor.

poate face ca in fig. 6.17. lSrd ca

al tirisoarelor, ceea ce u5ureazi

in antiparalel cu o

uro

Fig. 6.17 \'TA in avalul receptorului.

6.3.2 Alte scheme de VTA trifazate

Fi-e. 6.18 prezinttr schema r-rnui VTA mixt" care conlinc un iinstor

dioda pe fiecarefazL:

s

R

c

I

N

Fig. 6.18 VTA mi-rr

olo

t:c

l'lu-^Y"

2r0 2ll

6.{ Utilizarea VTA

De rceastll d:rt3. senrialtemantele pozitive ale tensiunilor r.0,r{.0./r1c sunt slrgurele

conlrolate. Diodele runt ix conduclie in decursul semialtemantelor negative qi relrezint;\calea de trecere pentru curentul corespunzetor acestor semialtemanle.

I'r t,g. O.tl este dari schema cea mai des urilizarl daci sarcina are cele 5ase bornede iesire accesibile.

0

Fig. 6.19 Nlontajui in triunghi a trei VTA monoiazate,

Se utilizeazi rrei \rfA monofazale i<ientice.Performantele sunt cele ale VTA monofazate, dar schema permite suprirnarea

armonicilor impare de rang 3 sau multiplu de 3. in curentii de linie. Din acest puncl cie

vedere, acest montaj este superior celui din fig,6.1a. dar ese mai putin bun in ceea ccpriveqte calitatea rensiunilor fumizate sarcinii.

6.4 Utilizarea VTA

\TA au numeroase aplicatii, dintre care s-au enumerat deja cele lreate de

nsralatiile cie iluminat qi de reglajul vitezei maqinilor electrice.AIe domenii ar fi: controlul puterii transmise la incilzirea cu ajutorul rezisteniclor

qi reglajul tensiunii uansformatoarelor.Plasate intre relea Ei sarcinA. ele permit schimbarea cuplajului fazelor scestrir

trecdnd. de exemplu de la triunghi la stea, fAri vreo modificare a pentru VTA.\TA asigurl reglajul in hmite largi a tensiunii retelei, dar are 5i unele ciezar u,t,r.'.

cum sunt:0 consum suplimentar de putere reactivA, chiar penlru sarcini rezisrrve;

tro

oro

l'I u-^v'"

Page 11: Variatoare de Tens Alternativa

6 VARIATOARELE DE TENSIUNE ALTERNATIVA

I este sursa de perturbatii Pentru retea. deoarece curentii absorbili au un putemic continutarmonic.

Funclionarea reald a vrA este legata de nanrra sarcinii pe care o alimenteazd-ln general, pentru a se evita poluarea relelei, se intercaleazA un liltru intre aceasta si

VTA. asa curn se arata in fie. 6.20.

Fig.6.20 Legarea unui frlnu.

212 213

CONVERTOARE DE FRECVENTACU COMUTATIE NIATURALA

Convertoarele de frecventl cu comutatie naturalA sunt convertoare altemativ-alternativ care au drept scop obtinerea de tensiuni la ieqire, de frecvenrtr diferitr (consrantAsau variabilA) in raport cu tensiunile ahemative de la intrare. Ele se mai numesc 5iconvertoare de frecventd directe.

De asemene4 exista qi o categorie de convertoare de frecvenlA cu circuit intermediarqi cu comutade comandati, deci nu nafurald.

Acest tip de convertoare va fi snrdiat in subcapitolul 9.7.Convertoarele de frecvenli directe pot multiplica sau demultiplica lrecventa

tensiunii de la intrare. Cele demultiplicatoare de frecvenlA sunt numite cicloconvertoare- Eleau scheme identice cu cele ale convertoarelor care functioneazi in cele patru cadrane ale

planului (l a,Od) prezentate in capitolul 4, dar modul lor de comandi este diferilConvertoarele multiplicatoare de frecventtr au nevoie de un numir crescut de surse

de intrare, dependent de ordinul de mulriplicare.

7.1 CicloconYertoare monofazate

Se va srudia principiul de functionare al cicloconvertorului monofazat pe schemacea mai simpll, formatA din doul convertoare reversibile in tensiune, tifazate, cu punctmedian, montate in anriparalel (lig. 7.1).

Ansamblul formeazl un convertor reversibil in curent 5i in tensiune (patru cadrane),studiat la capitolul 4.

ln principiu, se poate utiliza oricare din montajele prezentate la capitolul 4, carefunctioneazi cu sau fArA curent de circulatie.

Cele dout gnrpe de comutatie lucreazA fiecare la rindul sAu.

Page 12: Variatoare de Tens Alternativa

7 CON\IERTOARE DE TRECVENTA CU COMUTATIE NATURALA

in loc sA se obtinA un curent Si o tensiune de valori nredii qi de un singur semn.

curentul qi rensiunea de ieqire au valon medii nule. deci prezintA qi o componentA alternativeimportanta.

Analiza convenoarelor in patru cadra,le cu curenli de circulalie a aretal cA:

i., +i,. = 0=Co,= -0"r-- dro cos a, = -Dro cos a, - cos ar = - coS d: =) d.t + d^ = ft

Dat fiind faptul ci valoarea maxima admistr pentru unghiul de comandA a

convertor in doui cadrane este a,M = 150', din relatia (7.1) rezulti ci:

t7.l)

unul

druo = 30o'

Acea$e conditie impustr unghiului de comandA micqoreazA valoarea maximi a

tensiunii de iegire qi mlreqte cantitatea de putere reactivA consumatA; iatd deci, douddezavantaje ale cicloconvertoarelor cu curenli de circulatie.

Fig. 7.1 Cicloconyertorul monofazat cu p=3.

Darl sr: doregte obtirerea unei tensiuni de ie5rre u,, = U,"JI sna;,1. din relatia (7. 1)

se deduce imediat:

L'rt= -L'r'-=U,"J2sinr,-l,1 - cosa. = -cosa- =:=::sinr,.lJ r- 2)"d0

Deci, r'alorile ungh-iwilor de comandA vor vana dupA o lege sinus, dala inue -i0o $i

1500, a-5a curn se arattr in fig.7.2, in care sunt prezentate gi formele de undA ideale. aletensiunii qi curentului, pentru o sarcintr rezistiv-inductir,tr, caz cel mai des intdlnit in practici-

Studiind semnul tensiunii 5i al curentului, deducem modul de functionare al fiecArui

C'rup, in regim de redresor sau de invertor-

2t1 215

7. I Cicloconvertoa.re monofazate

u

I]

Fig. 7.2 Variatia unghiurilor de comen,li d. $i o_

> 0 , grupul i functioneazA ca redresor,, intreruptoarele grupului II sunr blocate.

> 0 - grupul I functioneazi ca invertor;- iatreruptoarele grupului II sunt blocate_

< 0 - gruput II funcrioneazi ca redresor;- intrenrptoarele grupului I sunt blocate.

< 0 - grupul II firnctioneazA in invenor;, intreruptoarele grupului I sunt blocate.

,ft-,r-----> 0. I

fuctionaea

ceior doua

grupm

a) l_>05ii,

b) rr," < 0 5i r,

c) r* <0 qi i"

d) rr* >0 si i,

Blel^cat tm-p I

tnver j q* Otm

o-t

Cind sarcina este rezistive, curentul qi tensiunea sunt ?n faza.Regimurile de functionare corespund cazuriior a) qi c). Comutaria de ra un grup Iaaltul se face ftuA pauzA de curenl, a$a cum se arali in fig. 7.3.in e.remplul dat in fig. 7,3, frecventa tensiunii la ieqire { este o cincime din

lrecvenra tensiunii la intrz fve, f,: f, =;.tU muh. valoarea tensiunii de ie;ire esre cea mai

mare pcsibili- deoarece unghiul de comanda al ririsroarelor este nul: a=0. IJeci, r.aloareatensiunii de ie5ire poate fi modificata continuu, cu ajutorur unghiului de com.ndr,Fig' 7-4 prezinti un exemplu de functionare cu sarcina rezistiva la unghi de comandiconstant, dar diferit de zero.

';l-vdol

Blocat

,lmver-

tdi

REDRESOR Bloca

Page 13: Variatoare de Tens Alternativa

7 CO\VERTOARE DE FRECVENTA CU CO}IIJTATIE \ATURALA

Fig. 7.-1 Formele de undi Ia ieqirea din cicloconverror. pentni o sarcinl rezistivi si a= 0

>-<'

otc

Fig.7.1 Formele de undi la iegireadin cicloconvenor, pentru o sarcini.rezistivtr 5i a+ 0.

Cdnd sarcina nu esle pur rezisdve, exi$e un defazaj inrre rensiune gi curenrul laiesire.

in timpul functioni.rii se regAsesc roare cazurile precedenre: a). b), c) qi d), aga cumse prezinttr in fig 7.5, care di formele de undA la ie5irea cicloconvertorului pentru o sarcinAinductivA. Ia un unghi de comandA nul.

Pentru valori constanle ale unghiului de comandd, tensiunea la iegire esre de formitrapezoidalA cu o ondularie suprapustr de frecvenltr p_f, (p = indice de pulsarie).

.A.cesta este cazul cicloconvertoarelor cu J"=f,14...f,/2; pentru f,<<J',tensiunea la ieqire devine mai curend rectangularA. Aceasri formi de undA are un continut dearmonici ridicat, ceea ce, pentnr unele utilizlri, este dezagreabil.

Variind cele douA unghiuri de comandi, se poate obtine o tensiune la ieqire care esteo mai buntr aproximare a sinusoidei, ea liind formattr toruqi dintr-o succesiune de poniuni desirusoidA.

r-,' 'v' '-'uuuRST

\i,, V 'r-/, {./'

216217

7,1 Cicloconvertoare monofazate

Fig.7.5 FormeledeundiltieSLre:dincicloconvertorpentruosarciriurjuctivl\i tl-'ir

7.1.1 Determintrrea unghiurilor de comandi a' si &'

in relatia (7.1) se inrroch:ce coeJictettrttl Ce reglal u! tenstunit'

,' E,. - '-'- -:- i ,. -'

too

Lrnghiurile de coman,ld se derermini pri;r intersectia unei uncie de referinta tr. r-tr

undele modulatoare l{-. Avem nevoie de o unde modulatoare pentru fieca-re tinstor }i in plu:

pentru fiecare arrorsare a fiectrnri tinstor <Iin cele doutr grupuri de comulatie- Accrste undc

modulatoare sunt junetiri de sinusoida cu originea timpului in punctul corespunztrtor

unghiului de comandi nul al fiecAnri tifisror, cu amplitudine egate cu Uro $i cu frecventi

Penrrugr,.,rpullcarepermitetlecereasemialtemantelorpozitivealecurentului.undele modularoare s'nr definiie pentru co"r e (0. z) ; deci, ele taie abscisa cind de'scresc

Pentm grupul II care permite trecerea semialtemantelor negative ale curentului undele

modulatoare sunt defirite pentru @.t e(n.2r) 5i taie abscisa cind cresc. Unda de referinti

poare fi reoreric de orice forma periodicd de frecvenll f,=f,. Se utilizeaza de obicei o

sinusoidtr egaltr sau proportionali cu uncla i<ieall u- pe cale dorim si o obtinenr (fig 7'6)

Ceea ce obtinem in realitate este o undA care are ca fundamentall sinusoida doritA- Tensiunea

la ieqire este periodici numai anrnci cind rapomrl l-=+ esle un numAr natural' Penru a

J. i,obrine un factor de putere mai bun, se utilizeaztr o referinttr trapezoidalA tfig 7'3)'

7.1.2 l.tndi de referinti sinusoidali

Fig. ?.6 prezintl toate cazurile posibite: intersectie undei de referinta il. Pozrtr\'l

(fig. 7.6,e,f. sau negatlvil (fig.7^6.b) cu uncle modulatoare pentrd tiristoiirele grupului I (tr-'-

tr;rsll cu lilie continrr;1) sau Il (il.- .rxsal cu linic inrreruptit)'

Page 14: Variatoare de Tens Alternativa

7 CONvERTOARE DE FRECVENTA CU COl4lJr4TIe MfL',xlj-A

Pe|recarefiguraexistAdouioriginidetimp:o,pentrutiristorulgrupuluil5io,,penfuliristorulgrupuluill.UnghiuriledecomandisemtrsoarAinraportcureferintacorespunzrtoare. De exemplu' in ng. 7'6,a avem: d't=o),lt mesurat in raport cu O' 5i

d.: a,t. mesurat in raport cu Or- Penrnr determinarea prin calcul a acestor unghiuri de

comadA, rrebuie sa se precizezepozilia originii undei de referinla o in raport cu originile o,

sau O,,.

care dau:

ur

Fig' 7'6 Determinarea unghiurilor de comardtr-

Pentnl valon pozitive ale undei de referintf,' unghiurile ar Si a' rezulttr din

ecuaLiile:

L:,. v? sintro-.4 t, + o-t ) =-;o cos a' si L',. '6 sin( ro"1l' - tr^'l = - -' o cos a-

Prnlru \alon negalive ale undri de

cc u:rt iilc:

- L:., J2 sini (D,JI, + ar ) - 70, cosa' si -1i." J2 sin ( at.lr^ -a, ) = -iJ'u cos a

azre dau:

I - rsintr,).lr'(r, = arctan--=.--- $l' r cos (d..1lt

I -rsinrrr..'il,tI. - arcliln--- ---. j

\;l' -rcostD.lll)

l*[email protected]. = arclan-- -rcQs(r),.ll

refcrintA. r,rnghiurile ar ' $l a.

1 -' r srn (r)iJ/.a. - arcliu]--- r cos (r){i/"

(7.'1 I

rezultl din

u. *r" 1

2lti

(7.5 r

219

7.1 Cicloconvertoare monofazate

Dac) se introduce variabila:

TIj +l oaca

J=([-l dacl

exprer;iile unghiurilor a, qi a" devin:

u,>0u, <o

l-srsino.dr, I*srsinrr;:1r.ar =al.clar--- sr G. = arctan , - 17.6)sr cos (D,at, - sr cos o.l.&.

7n fig- 7.7 se observi unda de rensiune la iegire determinare in modul Drezenralantericr, pentru cicloconvertorul cu p = 3 din fig. 7. 1"

Analiza armonicA ficutA in literaturd asupra tensiunii de ie5ire N^tA ca, ia afaratermenului sinusoidal dorit, de frecvenla f,, exisa incd doutr familii de armonici defrecvelrte:

fu=3(2k-1)f"!21:'f, $i /.: = 6kf,=(2k'+11i, (1 't)

unde:keN- 5i k'eN.

Tensiunea ia ieskea cicloconvertoarelor cu p=6 nu conline decir armonicile defrecvente: f".=6kf,+Qk'+l)f,,iar a celor cu p=12 are incA qi mai purine. adicd numaiarmonicile de frecvenre: L = l2kf , t (lf '- l yf .

Amplitudinea armorriciloreste din ce in ce mai micA cu cdt I' sau l:' estc din cc jnce mai mare. Deci. continutul de armonrci al rensiunii la iei;ire ciepinrJe de indicele ciepulsatie p (forma de uncil esle mai buni cfud p esre mai ridicat). cie raportul J.lj,. decoeficierrtul de reglaj in tensiune I gi de fzrcrorul de putere cosrr. al sarcurii.

Limita impusi penmr raporrul l,^", lf, esre determinarA de efectul amronitilor defoarre joasi frecventd din tensiunea de ieqire, Aceste armonici produi curenrr armonici ilrsarcini- limitati doar de rezistenta acesteia. Deci. ei pot deveni imporranri gi dinriauara:rdarnentul.

Se poate face un compromis: sd se obli.ni o ,,,aloare mai ridicari a frel enrei /.",., inschjmbul unui infice de pulsatie nrai mic-

Dupi calcuiele prezenrate in literarura de spec.ialirate, pentru i7=3, dacA se impunearmonicii de frecvend j/. - 107. condrria: il,*rcf,>)f,, vom a'ea. Ia Iirnjraf,^,, :0.25f,5i amolitudinea a:rnonicii considerare esle redusi Ia 39?-".

7n fig.7.7 se poaie otsen,a u$or cum curenlii in fiecare trisror au ralori n.:eciiidrferi te.

Cu cit raponul f ,__ I f, este mai mare. cu atat ei sunt mai dilenti. si aceasta cu cilp este nrai scizul Daci i, I i, e-\' aceleagi tiristoare sunt mereu suprasolicitare. dar nuputem grii dinainte care anune. Deci. rrebuie alese toale riristoarele pentru a face fatA acesreisarcini marime- unele tiristoare sunl astfel supradimensionate. Dacz j, I f . e,\, sarcina vaafecta pe rdnd fiecare tirisror.

irr orice caz. utilizarea tfrstoareior nu esle oplimA- Cea nrai bun;1 r,aloare a

raportttlui -[,* / j, rrebuie determinala pentru fiecare aplicatie. turi.rd cont decaracrerisricile sale_

Page 15: Variatoare de Tens Alternativa

7 CONVERTOARE DE FRECVENTA CU COMUTATIE NATURALA

-U

U

Tt T

uuuuuuuuSTRSTRST

Fig-7.7 Tensiunea la ieqire penr-u cicloconvertorul cup-3 gi sarcinA inducnvl

7.1.3 Undi de referinti trapezoidali

La cicloconvertoarele cu undA de referinlA sinusoidali tiristoarele au in permanenliun unghi de comandA a*0; deci. se consumA o cantitate de putere reactive destul de mare-Pentru a diminua acest inconvenient 5i pentru ameliorarea coeficienrului de utilizare altiristoarelor, se renunle Ia unda de. referinll sinusoidall. daci acest lucru nu esre Dreapericulos pentm receptor.

o unda de referinli uapezoidali cu un palier egal cu uro derermina periodicfunclionarea tiristoarelor cu a=0, deci cu un consum mai scazut de putere reactiva.Unghiurile de comandi ale tiristoarelor sunt dererminate intr-un mod asemAnAtor (hg. 7.8).Undele modulatoare pot ri.m6ne cosinusoide, sau pot fi inlocuite cu alte funcrii avind acela5idomeniu qi codomeniu de variatie.

U

220 22L

7.I Cicloconvertoare monolazate

Pentru un calcul mai u5or qi o inrerseclie nrai clarA la nivelul de valoare L/ro, o undA

modulato:ue liniarl esre tbarte potrivitl.

Tr>r._-.-<

Fig. 7.8 Lindl de referinli u'apezoidaltr penn-u p-6 qi sarcini inductiv5-

Cu undA de refering trapezoidaltr amplitudinea fundamentalei tensiunii Ia ieqire

creqtede laCooJ2 laaproape !r-r"J1 careestelimitamaxima,corespunzatoareuneiundeIt

de referinli rectangulare- Simultan, amplirudinea tensiunii la ieqire rimdne constanti, ea

neputdnd fi modificari- De aceea- in situaliile tn care nu este necesarA variatia amplitudiniitensiunii la iegire sau aceasta se poate face prin variatia tensiunii de intrare, se utilizeazlcicloconvertoare cu undi de referin$ uapezoidald.

De exemplu, daci se util:.,:eazA cicloconvertorul alimentat printr-un alternalor,tensiunea la ieqire este modificatA prin actionarea asupra excitaliei altematorului.

Un al doilea caz, propice pentru unda de referinlA trapezoidalA, se intahe$te dacldorim creEerea puterii debitate de cicloconvertor. Crescind referinta sinusoidali, ea

depA5e5te -10 Si o inlocuim cu o referintA trapezoidalA care prezinttr un palier constant de

valoare t,'ro, Oin ce in ce mai larg.

Deqi tensiunea la ieqire are un numit mare de armonici, scopul propus, acela de a

micsora candtatea de putere reactivA consumatr, este atins. Pentru diferite Pante ale

segmentelor de urcare 5i cobordre ale undei trapezoidale. se poate cre$te cu l5Va pinA la25Vo

puterea aparentA nomirali a cicloconverrorului-

uT u's uR tT us uR oT us oR uT

Page 16: Variatoare de Tens Alternativa

7 CONVERTOARE DE FRECVENTA CTJ COMUTATIE NATURALA

7.2 Cicloconvertoare trifazate

Un cicloconr,ertor trifazal este format din trei cicloconvertoare monofazate. deci ding.ei converroare in patru cadrane (lig. 7.9). Cele trei cicloconvertoare trebuie sA fiecomandare astfel incAt str se oblinA la ie5ire trei tensiuni de aceeaqi ampl.itudine 5i frecvenltr,

dar defazate cu 120o.

Costul materialului necesar ese desnrl de imporranl: un mare numAr de tiristoare (de

cele mai multe ori 36), ur transformator avand o constnrclie complexA, o parte de conrol qi

de reglaj complicarA. De aceea aceste cicloconvertoare se utilizeazA la puteri mari, pentru a

alimenta motoare sincrone functionind la frecvenle joase (I € (0... l5)Hz).

In acest mod. constructia maqinii poate fi mai simpli, cu un numir redus de perechi

de poli.

Fig. 7.9 Schema de principru :r unui cicloccrnvenor trrf:rzal

111

7.2 Cicloconvertoare trifazate

@ _ i

tuR ,oo,"o J

ft

s

Fig. 7.10 Diferire montaje pentru cicloconvertoarele rrfaTere

.;^!^ LJJiI receptonrl permtle funclionarea cu fazele rzolate.

'rrruconv€rtoxre cu un lralsformaror cu un silgur secundar, sarrpotrivite. se poare chiar suprim: u&,rsfornrrlorui1fig, I, l0.al.

..r 1 ,,1 , iir;renta . rlc lrcrria,:t te11l1;1g3 ;('1..]c1 (,s(:

T

!t_t

Page 17: Variatoare de Tens Alternativa

7 CONVERTOARE DE FRECVE)'TA CU COMUTATIE \ATURALA 7.3 I{ultiplicatoare de frecvenla

De obicei, cele trei faze ale receptontlui sunt legate in stea sau in triunghi. D:rctre;rptortri este tnai pulin pretentios $i permite alimentarea cu o tensiune cu 3 pulsuri, se

suprintr conductorul neutru. Sursa este fie un transformator cu un singur secundar, fie reteaua(iig 7.l0,a)-

Dactr receptorul este h stea. tensiunile pe iiecare fazA sunt:

u',n = u,n * lQ* * uu * r,r)

, TlU,J =;l,s-.!!,.r *r,r-U..,) (7.S)

J

uir = u.r- ]tr,, + u-, + u,r)J

untie u," ,u,s.il,r sunt tensiunile obtinute cu punctele neutre (ale sursei $i receptorului) legate

si :r.,-.rz-..rii, sunt tensiu,rile obti;rute cu punctele neutre (ale sursei 5i receptorului) izolate.

Dactr receptorul este in triunghi, tensiunile la ieEire sunt:

u',r, = ttir- ,:. = 1(u "

+ u,, + u,r)- u',,

=1("* +u,r'u,r)-u',r.

= 1( ,,, - u ".

+ u,r) - u',,

Pentn montajele cu 6 pulsuri transformatop.rl este obligatcriu, decarece cele reigrupuri de'cdte doui punti trebuie izolate. Esle mai simplu sA avem un transformaror cu ueisec'.rndare, tr loc de trei transformatoare identice (fig.7.10,c). O variantd cu un transformatormai simplu este cea din fig. 7. 10,d. Daca N qi N'sunr legare, rensiunile Ia ie5ire suntI{sF , ltJ-r , llsr .

ln caz contrar, ele sunt date de relatia (7.8). ih acest ultim montaj. inducranteledestinate pentru limitarea crlentului de circulatie (daci acesta existA) sunt de 3-4 ori maimici.

Tensiunile la ieqire obtinute cu toate aceste montaje nu congin armonici de frecventinuli sau rnultiplu de 37r.

7.3 Multiplicatoare de frecventi

Pentru a obtine o tensiune la ieqire de frecventl superioarl celei de inrrare

U5 = k1 ,), uebuie si avem mai multe tensiuni de alimentare. astfel incdt acestea sA formeze tperioede ale tensiunii de ieqire, pentru o perioadA a lensiunilor de inrrare, a$a crrrn se arati infig, 7. I l. Fiecare perioadA a tensiunii la ieqire se obtine cu un grup de doui tiristo,Me montatein antiparalel, plecdnd de la doul rensiuni de inuare defazare ca in fig. 7.1 l.-frebuie evitati conductia sirnultanA a celor doul tiristoare. adicJ scurtcircuitul celordoul srrrsc de tcnsiune dr intrerc.

u.r = u{- u.T

.,tTF _ ^lT ..rP

l1t )1<

De aceea, unghiul de comandi al fiecirui tiristor, mAsurar de la inceputul

senriperiodei in timpul cAreia el va conduce. esle limitat U,y.l "-i,"1\/(t

Fig. 7.I l,a prezinti cazul sarcinii rezislive.

Tiristorul se blocheazi la lrecerea pin zero a tensiunii, care corespu,rde lrecerii prlr

zero a curenrului. ln fig. 7.li.b, curentul 9i tensiunea la ieqire sunt defazate.

Din cauza sarcinii rezistiv-inductive, curentul nu are variatii bruEe la anlorsarea

tiristorului qi acesta ramine in srare de conduclie qi dupA lrecerea prin zero r tensiunii, un

rimp necesar ca energia acumularl in cimpul magnetic al sarcinii si fie disipatA.

I'--t";,,t -i^i-, rtg arnorsr.re depinde de tacrorul de calitate al sarcinii O.i O -* IurrErrrur -'-------- '- t - /( ,

( n\ ( ni5i variazaintre I z-; I si I "--l I. R.nr* 0e(o'-).\ ,. ,/ \ _^,/

(1 .9't

a ) SacinA rezistivA

-

b ) Sarcila rczistiv-inducnva

Fig. ?.ll Principiul multiplicaoarelor de hecvengi.

7.3.1 Multiplicatoare de frecventa printr'un numer impar(k=2q+l)

Fig. 7.12 prezinta montajul penhr i(=3 qi tensiunile de intrare 5i iegire pentru o

sarcintr rezistivA. S-au inscris acelea5i valori caracteristice ca in fig. 7.1 l, dar pentru cazul in

care &=3.Se observA cA, pentru a obline o tensiune monofazatl la ieqire, de frecventA de t ori

mai mare gi de valoare efectivA variabilA in domeniul

,t tensiuni defazate cu 2nf k 5i k perechi de tiristoare.

Usidu.)

Page 18: Variatoare de Tens Alternativa

] CO\VERTO'TRE DE FRECVET'TA CU COMUTATIE \ATURALA

Fig.7.l2 lr{riJtiplicator de frecventi prlntr-un nurnar Lmpat:

a) schema: b) formele de undtr.

Pentru o ie5ire n-fazatA, trebuie de n ori mai multe tiristoare 5i tensiuni la irtrare

defazate cu 2nfnk .

7.3.2 N{ultiplicatoare de frecventd printr'un numlr par lk=Zq)

Fig. 7-13 prezind monrajul pentnr l=2, tensiunila la intrare 5i la iesire penlru o

s.rrcinA rezistivi.

S-au inscris aceleasi valori caracteristice, ca in fig- 7.1 l, dar pentru k=r.

Yo"

4",

uA uB oi=-ue u'B=-us

\,, \,,,,

V i ' l,/'r' 1 V'.-.--;---i - b)_*'l

r I - comFc

' i i

- hcon

<*-l+.-<--=],',t-;------i--r,it,rr!

ti

u

->>Z. =R

l'ig. 7.13 MuitipLicator de frecvenli prinr-un nurnAr par:

a) schema; b) formele de undtr-

'h con3uc!.

Yn^

4,,^

,l

226 227

7.3 Multiplicatoare de frec,r'entd

. Se observa ce pentru o tensiune la ie5ire monofazaH a,r,em nevoie in permanentA det tensiuni defazate cu xfk, de t perechi de tiristoare, dar qi de t tensiuni in opozirie de f.azacu primele.

ln hnal, avem 2l tensiuni de intare d.efazate cu xfk.Pentru o ieqire n- fazattr, trebuie de n ori mai rnutte tirisroare qi de rensiuni de inrrare

defazate cu nfnk.

7-3-3 Multiplicatoare de frecventi printr-un numi.r fractionar

Fig.7-14 prezinti montajul penrru t=3/2, tensiuniie la i_ntrare gi ieqire penrru osarcini rezistivS.

Fig. 7.1.f trlultiplicarorul de frecventi prinrr-ur numir fraclionar: N=3; D=2a) schema; b) formele de undi.

16 =>

U

b) 9

-U

componentein conducrie

uT us 'nJut u- *T ts u- tT u's tR uT u-

(x,,)",',; ,,' 1),i' ,

T,

Page 19: Variatoare de Tens Alternativa

7 CONVERTOARE DE FRECVENTA CU COMUTATIE NATURALA

S-au inscris acelea5i valori caracteris'tice cu cele din fig. 7.11, dar pentru k=312. Se

observAce.daca k=N/D.(p,rVeN*)avemnevoiedeNtensiuni def.azarecurf N 5ideNperechi de tiristoare pentm o tensiune la ieqire monofazatd. dar qi de N tensiuni in opozitie de

faz| cu primele.ln finat, avem 2N tensiuni de intrare defazate cu nf N. Tiristoarele sunt amorsate la

intervale regulate de Dn I N .

Deci, cu acela.qi montaj qi aceleagi tensiuni se poate obtine un factor de multiplicarediferit. modificindu-se frecventa si momentul de comandd al tiristoarelor.

28 229

CHOPPERELE(VARIATOARELE DE TENSIU|{E

COI\TINUA.VTC)

8.1. GeneratitSli. Clasificare

Chopperele (fig- 8-l) sunt convertoare continuu-continuu' utilizate

alimentarea sarcinii cu cr.uent continuu' sub tensiune reglabill'

penlnr

vTC

Fig. E.l ChoPPer (VTC)'

ChopperulseintercaleazAintresursadetensiunecontinueconstanteU,lisarcila

care necesita la bomele sale o tensiune de valoare medie u, reglabila.

Chopperele(WC)sunrconvenoarecucomutatiecomandatA.Componenteleseml-conductoare utilizare in partea de fo4r sunt tidstoaf,e, t]rlslg3lg-gfo' !4atgo-t

bipolare'

MOSFET sau IGBT. tnrrarea in conduclie, ca qi bGc"reT;mfriEntelor, seiei-liTeaza la

*;ffi; ii":rtm;i""", o.n"ite prin comandi. Dacl WC este construit cu dristoare'

sp'nem cl tiristoarele au o comutat;e fo4ag, deoarece trebuie utilizat pentru blocarea lor un

circuit auxiliar special de stingere (fig' 8'2)'