Convertorul in punte monofazata

Convertorul in punte monofazata

Este schema cel mai des intalnita si folosita pentru gama de putere relativ fara

pretentii mari de netezire a curentului transformatorul in aceasta schema(fig5.4)

poate lipsi ,el se foloseste la un randament mai bun in sensul ca secundarul

acestuia lucreaza in intregime tot timpul.Puterea transformatorului va rezulta

mult mai mica decat in cazul convertizorului cu punct median.

In permanenta conduc doi tiristorii :unul pe partea pozitiva P, celalalt pe

partea negativa N.

Fig. 5.4. Convertizor monofazat in putere

Ca exemplu :pentru alternanta pozitiva conduc tiristorii T1 (pe bratul P) si T2

(pe bratul N) .

Cand curentul se comuta pe T3 respectiv T4 convertorul va conecta sursa US la

sarcina cu polaritatea inversata astfel ca tensiunea redresata va fi:

Unde Str= puterea transformatorului.

Se constata ca puterea exprimata este transmisa prin transformator si este

egala cu puterea absoluta de la retea P de un convertor monofazat cu 2 pulsuri

indiferent de schema folosita.

Aceasta afirmatie este demonstrata si matematic:

P=Up*Ip=1.11*PM , unde PM -puterea motorului sau putere de sarcina.

In schema se poate vedea ca puntea este formata din 2 convertoare cu nul

conform notatiilor din figura 5.4.

Tensiunile de iesire ale celor doua punti sunt masurate fata de nulul artificial

considerat in mijlocul infasurarii secundarului.

Tensiunea redresata ud=udp-udN pentru care us=usmax*sin 􀣓t

Tensiunea din jumatatile de desfasurare ale secundarului sunt egale cu:

Fig. 5.5. Formele de unda ale curentilor si tensiunilor convertorului monofazat in punte pentru unghiurile de comanda de 45° si 135°

Tensiunea USP respectiv USN este tensiunea de la intrarea convertizorului ,

tensiunea Udp si respectiv UdN este tensiunea de la iesirea convertizorului a caror

suma algebrica compune tensiunea Ud .

Udp-UdN=Ud

Tensiunea de suprapunere anodica

Fig. 5.6. Fenomenul comutatiei la convertorul monofazat in punte

Comanda asimetrica

Dezavantajele determinate de dubla comutatie prezentata in figura 5.6 pot fi

eliminate partial prin comanda asimetrica a puntii cand

Datorita diferentei dintre cele doua unghiuri sarcina ajunge scurtcircuitata de

o latura a puntii unde vor conduce 2 tiristori de pe acelasi brat.

Aceste tiristoare vor conduce pe intervalul de timp

Acest fenomen poate fi urmarit in figura 5.7. Se poate vedea ca atunci cand

tiristorul T3 primeste impuls de comanda T4 este mentinut in stare de blocare.

Comutatia exista pe T1 si T3 tiristorul T1 blocandu-se iar sarcina este

scurtcircuitata pe tiristorul T2 respectiv T3 aducand tensiunea medie rederesata

la valoarea zero.

Fenomenul de anulare a tensiunii poate fi urmarit si in diagramele tensiunilor

din fig 5.8 unde s-au pus in evidenta decalajele dintre impulsurile de comanda.

Luand in considerare fenomenul de suprapunere anodica rezulta ca acesta are

efect asupra formei tensiunii redresate numai la comutatia intarziata.

Fig. 5.6. Fenomenul comutatiei la convertorul monofazat in punte

Anularea tensiunii care ar avea loc dupa momentul 􀢻 p nu are nici un efect

asupra lui UD deoarece acesta este anulat datorita functionarii puntii comandate

asimetric.

Fig. 5.8. Formele de unda la convertorul in punte monofazata in cazul comenzii asimetrice

5.3 Calculul bobinei de netezire

In realiate curentul sarcinii nu poate fi filtrat complet (id).Datorita pulsatiei

tensiunii redresate UD' curentul id va avea o variatie cu atat mai mica cu cat

bobina de netezire LB are inductivitatea cat mai mare.La aceasta se adauga

inductivitatea masinii LA ,prezenta in circuitul de sarcina.Suma:

Ld=LB+LA

Reprezinta inductivitatea de pe partea de curent continuu si determina pulsatia

curentului .

Neglijand fenomenul de suprapunere anodica tensiunea rederesata Ud la

schemele cu nul respectiv in punte variaza la fel:astfel calculul bobinei de

netezire este valabil pentru ambele cazuri.

Daca convertorul alimenteaza o masina de curent continuu singurele marimi

electrice utile:tensiunea medie redresata Ud si curentul mediu redresat Id' care

asigura in circuitul indusului echilibrul tensiunilor.Conform celor studiate ,

curentul Id produce cuplul electromagnetic util al masinii care acopera frecarile

si sarcina pe arbore(de obicei constante in timp).

Componenta alternativa id~ a curentului id trebuie amortizata deoarece

produce un cuplu parazit pulsatoriu ,nu contribuie la dezvoltarea cuplului util si

cauzeaza deteriorarea periilor la colector.De aceea este necesara introducerea in

circuitul indusului a unei bobine de netezire.

Fenomenul de filtrare a curentului poate fi urmarit in figura 5.9. unde sunt

puse in evidenta atat componentele de curent continuu propriu-zise cat si cele

alternative ale curentului id si tensiunii redresate ud pentru care pot fi scrise

urmatoarele relatii:

ud=Ud+ud~ ; id=Id+id~

deci:

care rezolvata in raport cu id~ ne da variatia in timp a componentei alternative.

Aceasta suprapunandu-se peste valoarea medie Id determina variatia curentului

redresat id care are ondulatia ΔId si poate sa se anuleze daca scade sarcina,deci

masina ajunge in conductie intrerupta.

Astfel pentru calculul bobinei de netezire exista doua criterii:

a) limitarea ondulatiilor curentului redresat la o valoare data admisibila :

ΔId<ΔIdadm , impusa de evitarea incarcarii termice a motorului si

inrautatirii comutatiei;

b) limitarea valorii medii a curentului redresat la o valoare minima Ider<Idmin

din care poate functiona sarcina ,impusa de evitarea functionarii

convertorului in conductie intrerupta.

Functionarea convertorului cu pulsatia max=900 la limita conductiei

permanente si determinarea suprafetei necesara calculului bobinei de netezire

este prezentata in figgura 5.9.

Fig. 5.9. Functionarea convertorului la limita conductiei

In figura 5.9 estre aratat cazul critic , functionarea convertorului la limita

Fig. 5.10. Variatia marimii caracteristice a pulsatiei tensiunii redresate in functie de unghiul de comanda al convertorului monofazat α si de unghiul de suprapunere anodica γ

La convertoarele monofazate datorita pulsatiei mari a tensiunii,rezulta o

inductivitate apreciabila pentru filtrarea curentului de multe ori neglijabila

practic.

Din acest motiv functionarea cu doua pulsuri comandate nu poate fi

considerata indeplinita aproape niciodata .Aceasta nu inseamna nicidecum o

depreciere a convertorului cu doua pulsuri.

Se va utiliza la puteri relativ mici sau la aplicatii mai putin pretentioase din

punct de vedere al netezirii curentului sau a conductiei intrerupte.

Repercursiunile filtrarii incomplete au insa adesea o atentie speciala si anume

necesitatea de completare a teoriei conventionale prezentate in vederea unei

teorii mai exacte ,luand in considerare pulsatia curentului.

5.4 Convertorul trifazat cu nul

In general pentru alimentarea masinilor de curent continuu se folosesc

convertoare cu mai multe pulsuri decat doua, deoarece tensiunea are pulsatii

mai reduse iar filtrarea curentului necesita o bobina mai mica.Cu alimentarea

monofazata nu se pot obtine decat doua pulsuri insa de la o relatie trifazata cu

ajutorul transformatorului de alimentare ,poate fi obtinut un numar de pulsuri

oarecare.

Vom considera cazul convertorului ideal deci se neglijaza inductivitatea de

scapari a transformatorului ,adica fenomenul comutatiei,iar tiristoarele se

considera intreruptoare perfecte.De asemenea se presupune ca sarcina are un

caracter puternic inductiv ceea ce inseamna ca curentul redresat este complet

redresat si filtrat , id=Id=const.

Fig. 5.11. Convertorul trifazat cu nul

Schema unui convertor trifazat cu nul este prezentata in fig. 5.11. Cele trei

tiristoare vor intra in conductie pe rand ,conectand faza corespunzatoare a

Fig. 5.12. Schema echivalenta a convertorului trifazat cu nul

Pentru T1 pot exista trei cazuri conform celor trei etape de functionare pe o

perioada indicata de relatiile de mai sus.

. Conduce T1;uT1=0;

. Conduce T2;uT1=uS1-uS2;

. Conduce T3; uT1=uS1-uS3;

In figura 5.13 poate fi urmarita variatia tensiunii tiristorului T1.Punctul de

comutatie naturala A este in momentul cand dispozitivul devine direct polarizat.

Tensiunea maxima care apare pe un tiristor blocat polarizat invers sau

polarizat direct este:

Astfel unghiul de comanda poate varia teoretic pe un domeniu masurat din A.

Daca impulsurile de comanda coincid cu punctele de comutatie naturala se

obtine tensiunea redresata maxima Ud0 ca la convertorul necomandat cu diode.

Cu marimea unghiului de comanda valoarea medie a tensiunii redresate Ud se

miscoreaza.

De la .. >300 tensiunea redresata Ud va fi compusa din portiuni negative ale

tensiunilor din secundar iar peste 1500

tensiunea Ud ramane tot negativa.

Astfel Ud la ..=900 se anuleaza iar peste aceasta valoare devine negativa.

Curentii din primarul transformatorului au aceeasi variatie ca si componenta

alternativa a curentului din secundarul corespunzator.

Daca se considera raportul de transformare K=1 atunci se poate scrie:

ipi=iSi~; i=1,2,3.

Unde iSi~=iSi-ISmed ; i=1,2 si 3

ISmed fiind valoarea medie a curentului dintr-o faza din secundar .

Curentii absorbiti din retea pot fi determinati din insumarea corespunzatoare a

curentilor din primar astfel pentru faza R:

iR=iP1-iP2

stiind ca tensiunea de faza:

uR=uP1-uP2=uS1-uS2

defazajul .. 1 al fundamentalei curentului iR fata de tensiunea uR rezulta:

.

Fig. 5.14. Redresorul trifazat in punte cu transformator in conexiune stea-stea

Us - tensiunea efectiva de faza in secundarul transformatorului deoarece p=6

Ud0=2.34Us

In cazul utilizarii unui transformator cu conexiune de tip triunghi in secundar

si conexiune de tip stea (fig.5.15) sau triunghi in primar tensiunea medie

rederesata maxima se determina cu relatia:

Pentru a stabili modul de aplicare a impulsurilor de comanda pe grila

tiristoarelor se va calcula durata maxima de conductie a unuitiristor in cazul

sarcinii cu inductivitate ce tinde spre infinit.Pentru puntea trifazata:

􀢼=600. Se impune ca impulsurile de comanda sa fie decalate in timp la 3600

pentru acelasi tiristor ,iar amorsarea tiristorului T2 urmator tiristorului T1 aflat

in conductie sa se faca la un decalaj de timp corespunzator a 600 (fig 5.16).

Fig. 5.15. Redresorul trifazat in punte cu transformator in conexiune stea-triunghi

Fig. 5.16. Comanda tiristoarelor la puntea trifazata, α=0°

Formele de unda corespunzatoare tensiunii medii redresate pentru 􀢻=300, 600

sunt prezentate in figura 5.17 . Se observa ca pentru 􀢻􀗐(0,600) a regimului de

functionare al redresorului este in curent neintrerupt, pentru 􀢻􀣕(600,900)

regimul de curent este intrerupt.

Practic se impune limitarea valorii minime a unghiului de comanda la 300 .

Fig. 5.7. Tensiunea medie redresata pentru comanda la 30° si 60°

Simularea SPICE a redresorului cu sarcina pur rezistiva

In figura 5.19 se prezinta schema de simulare a unui redresor alimentat de la

reteaua de tensiune alternativa trifazata prin intermediul unui transformator

pentru care se considera reactantele de scapari de valoare L.3mH rezistenta

de sarcina se considera ca are valoarea Rs=10f¶.

In figura 5.18 sunt prezentate formele de unda ale curentului de faza prin

sursa de tensiune sinusoidala.Se constata continutul de armonici de curent

generate de receptorul neliniar alimentat de la sursa de tensiune sinusoidala .

Forma de unda a tensiunii redresate este prezentata in figura 5.20.

Sistemul trifazat de tensiuni este:

Fig. 5.19. Schema de simulare SPICE a redresorului in punte trifazata complet comandata cu sarcina rezistiva

Fig. 5.20. Forma de unda a tensiunii redresate

Fig. 5.21. Influenta armonicilor de curent generate de redresor asupra retelei de alimentare

Datorita impedantei interne a sursei functionarea redresorului va influenta

comportarea unui intreg sistem alimentat de la aceeasi sursa .

In figura 5.21 sunt prezentate variatii ale potentialului nodurilor 9,23,24,25.

Modelul SPICE al motorului de c.c alimentat de la redresorul in punte

trifazata complet comandata:

Schema de simulare este prezentata in figura 5.22.In continuare este dat

fisierul de program SPICE corespunzator.

Fig. 5.22. Alimentarea motorului de curent continuu de la un redresor complet comandat

In figura 5.23 este prezentata variatia curentului si a turatiei motorului de

curent continuu cu datele specificate in aplicatiile de la paragraful 2.1.2.1 in

cazul unei porniri in gol prin conectare directa la sursa de tensiune redresata la

un unghi de comanda de 300 .In figura 5.24 este prezentata variatia curentului si

tensiunii redresate la acelasi unghi de comanda de 300.

Fig. 5.23. Variatia curentului in indusul motorului de cc si a vitezei rotorului la pornirea in gol a motorului

Fig. 5.24. Variatia curentului si a tensiunii redresate dupa stabilizarea turatiei motorului