Capitolul 9

Convertoare statice. Curs introductiv Capitolul 9

Capitolul 9

REDRESOARE CU FACTOR DE PUTERE CAPACITIV

Factorul de putere (FP) al ansamblului redresor-sarcină, văzut la intrare se

defineşte ca fiind raportul dintre puterea activă Pd transmisă sarcinii la un unghi de

comandă α şi puterea aparentă St din secundarul transformatorului care

alimentează redresorul:

în care puterea activă Pd are

dP

Pd = Pd0 cos α

Factorul de putere pe

unghiului de defazaj φ1 dintr

redresor de la reţea:

FPF = cos φ1

Dacă se consideră c

fundamentală, se poate scrie

fundamentală St1:

Pd = St1 cos φ1

În cazul redresoarelor

seama de expresiile fundame

FPF = cos φ1 =

adică unghiul de defazaj φ1 d

unghiul de comandă α. Din a

dezavantaj al redresoarelor c

cu atât mai mic cu cât unghiu

Analizând funcţionarea

vedea că, la acelaşi ung

redresoarelor (împreună cu t

schemă.

Principiul de funcţion

comandate în fază, cons

expresia: tS

FP =

fundamentală FPF se defineşte ca fiind cosinusul

e fundamentalele tensiunii şi curentului absorbite de

ă puterea activă se transmite sarcinii numai pe

puterea activă Pd în funcţie de puterea aparentă pe

comandate, pornind de la această relaţie şi ţinând

ntalei curentului din primar, se ajunge la relaţia:

cos α

intre fundamentalele curentului şi tensiunii este chiar

ceastă relaţie se vede clar că acesta este principalul

omandate şi anume funcţionarea cu factor de putere

l de comandă α este mai apropiat de π/2.

diferitelor tipuri de redresoare comandate se poate

hi de comandă α, factorul de putere global al

ransformatorul de reţea) este diferit de la schemă la

are al redresoarelor cu factor de putere capacitiv,

tă în intrarea în conducţie a fiecărui element

87


semiconductor de comutaţie în punctul de comutaţie naturală şi menţinerea lui în

conducţie un unghi ψc:

ψc = 2π/m - α

în care m reprezintă numărul de faze (m = 2 pentru redresoarele monofazate,

respectiv m = 3 pentru cele trifazate), iar α este unghiul de comandă. Rezultă că

funcţionarea acestui tip de redresoare se caracterizează prin existenţa unor

perioade de timp în care elementele semiconductoare sunt blocate şi deci, pentru

menţinerea circulaţiei curentului prin sarcină, este necesară prezenţa unei diode

de nul (DN).

9.1. Redresorul monofazat în punte

9.1.1. Schema redresorului. Funcţionare Schema folosită este aceea a unui redresor în punte, la care s-a adăugat o

diodă de nul. Dispozitivele semiconductoare de comutaţie nu mai sunt însă

elemente semicomandate – tiristoare – ci elemente complet comandate.

Caracteristic acestor elemente este faptul că ele pot nu numai amorsate, ci şi

blocate prin comandă.

+ id

2'

2

1'

1

u1

Tr

u2 ud

-

S

L

Q3Q1

Q4 Q2

is

DN

Fig. 9.1. Redresor monofazat în punte,

cu factor de putere capacitiv

88


Din categoria dispozitivelor semiconductoare complet comandate, folosite

în comutaţie, fac parte: tiristoarele cu blocare pe poartă (GTO – Gate Turn –Off

Thyristor), tranzistoarele bipolare de putere, tranzistoarele unipolare de putere,

tranzistoarele cu inducţie statică şi altele, deci dispozitive care conduc tot numai

într-un singur sens.

În locul dispozitivelor complet comandate pot fi folosite şi tiristoare

prevăzute cu circuite de stingere.

Analizând formele de undă, se disting următoarele secvenţe:

- în intervalul ωt∈(0; π-α) conduc elementele comandate Q1 şi Q2,

tensiunea de la ieşirea redresorului are valoarea ud = us, iar curentul din secundar

are valoarea is = Id, unde Id ≅ const. reprezintă valoarea curentului prin sarcină, în

ipoteza unei sarcini puternic inductive;

- în intervalul ωt∈(π-α; π) în conducţie se află doar dioda de nul DN,

tensiunea de la ieşirea redresorului este nulă ud = 0, iar curentul din secundarul

transformatorului este de asemenea nul is = 0;

- în intervalul ωt∈(π; 2π-α) conduc dispozitivele comandate Q3 şi Q4,

tensiunea de la ieşirea redresorului are valoarea ud = -us, iar curentul din secundar

are valoarea is = -Id;

- în intervalul ωt∈(2π-α; 2π) în conducţie se află doar dioda de nul DN,

tensiunea de la ieşirea redresorului este nulă ud = 0, iar curentul din secundarul

transformatorului este de asemenea nul: is = 0.

Formele de undă

Sarcină inductivă (ωL >> R)

Fig. 9.2. Tensiunea redresată şi curentul prin sarcină

89


9.1.2. Mărimi caracteristice

1. Tensiunea medie redresată la mersul în gol

Din formele de undă (fig. 9.2) se observă că tensiunea redresată este

periodică şi are perioada π. Valoarea ei este:

ud = u2 pentru ωt ∈(0, π-α)

ud = u0 pentru ωt ∈( π-α, π)

( ) ( )

2cos22sin211 22

2

00

απ

ωωπ

ωπ

αππ UttdUtduU dd === ∫∫−

Fig. 9.3. Formele de undă ale curenţilor în cazul

redresorului cu factor de putere capacitiv

90


Valoarea ei maximă se obţine pentru α = 0 şi este:

2. Puterea medie absorbită de sarcină

Puterea instantanee este:

pd = udid

iar valoarea medie:

1P =

3. Puterea aparentă a transformatorului

4. Puterea aparentă pe fundamentală

5. Factorul de putere pe fundamentală

( ) ( )2

cos1 20

00

αωπ

ωπ

ππ

dddddddd IUIUtduItdp === ∫∫

παπ −

== dt IUIUS 222

2cos

2cos22

022121

ααπ dddt IUIUIUS ==

2cos

2cos

2cos

0

20

1

αα

α

===dd

dd

t

d

IU

IU

SPFPF

222 UUdo

π=

6. Unghiul de defazaj al fundamentalei curentului, în secundarul

transformatorului

Dacă se notează cu ψ1 unghiul de defazaj dintre fundamentala curentului şi

tensiune şi deoarece din formulele de mai sus se obţine:

FPF = cosψ1

rezultă că: cosψ1 =cosα/2

Concluzie: ψ1 = α/2, adică defazajul ψ1 este întotdeauna pozitiv, ceea ce

semnifică faptul că fundamentala curentului este întotdeauna în avans faţă de

tensiune cu unghiul α/2.

91


9.2. Schemă economică de redresor

cu factor de putere capacitiv

Schema redresorului

Studiul funcţionării redresorului monofazat în punte, cu factor de putere

capacitiv, a scos în evidenţă faptul că acest redresor prezintă similitudini cu

redresorul semicomandat clasic. Pornind de la această observaţie, s-a conceput o

schemă mai simplă, în care elementele comandate de pe o latură a punţii au fost

înlocuite cu diode (fig. 9.4).

Fig

+ id

Funcţionare

secţiunea precede

în conducţie în p

blocate cu un ava

Observând forme

secvenţe:

- în interv

redresorului are v

unde Id ≅ const. re

puternic inductive;

- în interva

de nul, tensiunea

transformatorului e

. 9.4. Schemă economică de redresor monofazat

2'

2

1'

1

u1

Tr

u2 ud

-

R

L

Q1

Q2

isD1

D2

în punte, cu factor de putere capacitiv

a acestui redresor este similară cu a redresorului studiat în

ntă. Astfel, dispozitivele complet comandate Q1, Q2 sunt forţate

unctele de comutaţie naturală ale tensiunii de reţea şi sunt

ns reglabil α înainte de următorul punct de comutaţie naturală.

le de undă, în funcţionarea redresorului se disting următoarele

alul ωt∈(0; π-α) conduc Q1 şi D2, tensiunea de la ieşirea

aloarea ud = us, iar curentul din secundar are valoarea is = Id,

prezintă valoarea curentului prin sarcină, în ipoteza unei sarcini

lul ωt∈(π-α; π) conduc diodele D1 şi D2, care joacă rol de diodă

de la ieşirea redresorului este nulă, iar curentul din secundarul

ste de asemenea nul;

92


- în intervalul ωt∈(π; 2π-α) conduc Q2 şi D1, tensiunea de la ieşirea

redresorului are valoarea ud = -us, iar curentul din secundar are valoarea is =-Id;

- în intervalul ωt∈(2π-α; 2π) conduc diodele D1 şi D2, care joacă rol de

diodă de nul, tensiunea de la ieşirea redresorului este nulă us=0, iar curentul din

secundarul transformatorului este de asemenea nul id=0;

Se observă că în punctele de comutaţie naturală are loc transferul de

curent (comutaţia) între cele două diode D1 şi D2.

Concluzii

Redresoarele cu factor de putere capacitiv, comandate în fază, prezintă

câteva caracteristici comune:

1. Nu consumă putere reactivă, ca în varianta clasică, ci ele însele devin

surse de putere reactivă.

2. Defazajul φ1 dintre fundamentalele curentului şi tensiunii, după cum se

observă şi din examinarea formei de undă a curentului is din secundarul

transformatorului, este întotdeauna pozitiv (fig. 8.7 şi 8.10), deci fundamentala

curentului este în avans faţă de tensiune. Se poate demonstra uşor că defazajul

este egal cu α/2.

3. Curentul din secundarul transformatorului de alimentare este, în ambele

cazuri analizate, dreptunghiular, alternativ şi simetric.

4. Acest tip de redresoare nu permit funcţionarea în regim de invertor, deci

nu permit funcţionarea în regim de frânare recuperativă, regim esenţial în cazul

acţionărilor cu motoare de c.c.

5. Datorită conţinutului mare de armonici superioare al curentului absorbit

de redresor, factorul de putere global rămâne subunitar.

6. În cazul schemei economice se observă că, pe durata unghiului α,

conducţia celor două diode D1, D2 se suprapune, ele jucând rol de diodă de nul.

Pe această durată, tensiunea de la ieşirea redresorului se anulează (fig. 8.9).

93


Formele de undă

Sarcină inductivă (ωL >> R)

Fig. 9.5. Tensiunea redresată şi curentul prin sarcină

Fig. 9.6. Formele de undă ale curenţilor

94


9.3. Redresor trifazat în punte cu factor

de putere capacitiv

Schema redresorului. Funcţionare

Fiecare element de comutaţie este închis pe durata a 2π/3 radiani în fiecare

perioadă a tensiunilor redresate, începând cu un unghi de comandă α reglabil, faţă

de punctul de comutaţie naturală. Trebuie menţionat că această schemă permite

şi funcţionarea în regim de invertor.

Dacă se consideră succesiunea directă a sistemului de tensiuni ua, ub, uc,

atunci ordinea de comandă va fi ordinea numerotării elementelor de comutaţie: Q1,

Q2….Q6.

ud

+

-

id

S

L

Q3Q1

Q4 Q2

Q5

Q6

ia

ib

ic

ub

uc

R

S

T

iR

1

2

3

ua

P

N

Fig. 9.7. Redresor trifazat în punte cu factor

de putere capacitiv – schema de principiu

Dacă se consideră ca origine a timpului tensiunea de linie:

tUu ωsin2=

care este în avan

corespunzător ele

ψ1= 2

sab

s cu π/6 faţă de tensiunea fazei a, iar unghiul de conducţie

mentului Q1 este:

π/3 - α

95


socotit chiar din punctul de comutaţie naturală βc = π/2 - π/6 = π/3, atunci valoarea

medie a tensiunii redresate la mersul în gol, pentru intervalul ωt ∈(π/3-α, 2π/3 -α)

în care tensiunea redresată este uab va fi:

Această expresie este identică cu cea de la redresorul cu comutaţie

naturală. De asemenea, toate celelalte mărimi caracteristice şi indicii de calitate

sunt identici cu cei ai redresorului cu comutaţie naturală, unghiul de comandă fiind

α.

Se observă, de asemenea, că fundamentala curentului fazei a este în

avans faţă de tensiune cu un unghi:

ψ1 = α

( ) ( ) απ

ωωπ

ωπ

απ

απ

απ

απ

cos23sin233 3/2

3/

3/2

3/ssabd UtdtUtduU =⋅== ∫∫

−

−

−

−

Fig. 9.8. Formele de undă idealizate pentru redresorul trifazat

în punte cu factor de putere capacitiv

96

Documents

Capitolul 9