Redresoare monofazate

CIRCUITE REDRESOARE MONOFAZATE

Manual pentru studeni ver. 1.1 2 __________________________________________________________________________________________

Obiectivele experimentelor:

Conceptele de baz ale redresoarelor:

Natura neliniar a circuitelor redresoare,

Funcionarea redresoarelor este strict dependent de sarcin,

Rolul diodei de nul. Funcionarea redresorului cu priz median. Funcionarea punii monofazate:

Sarcina inductiv,

Sarcina capacitiv detecia de vrf Avantajele i dezavantajele dintre punte i configuraia cu priz median Dublorul de tensiune

Redresor trifazat simplu cu diode:

Funcionarea sub forma a trei redresoare monofazate, cu curent de sarcin interschimbabil cnd sarcina este inductiv (analogia cu circuitul SAU)

Principiul de funcionare al redresorului trifazat n punte, sub forma a dou redresoare trifazate simple, independente:

Sarcinile inductive i capacitive,

Avantajele i dezavantajele redresorului n punte n comparaie cu redresorul trifazat simplu.

Proiectarea redresorului trifazat cu punte.

Simularea se va efectua folosind pachetul CASPOC. Dac nu se specific altfel, toate tensiunile sunt raportate ca referin n funcie de nodul de mas. Pentru a urmri formele de und ale tensiunii i curentului, cu acelai osciloscop, folosii butoanele de amplificare la afiarea curenilor. Pentru fiecare experiment amplitudinea tensiunii de intrare se va msura separat nainte de alte msurtori.

Tema 1 Redresor monoalternan sarcin rezistiv Mai nti Simulai apoi Rulai Experimentul 1: Redresor monoalternan sarcin rezistiv Tema 1.1 Analizai formele de und ale tensiunii de intrare v2 i tensiunii de ieire v0. Explicai de ce amplitudinea tensiunii de ieire este puin mai mic dect tensiunea de intrare. Tema 1.2 Examinai spectrul tensiunii de intrare i tragei concluziile referitoare la puritatea sa spectral. Msurai valoarea sa efectiv, amplitudinea sa i THD-ul su, verificnd dac se poate atribui tensiunii de intrare un caracter

sinusoidal. ntr-o astfel de situaie, estimai valorile medii i efective ale tensiunii de ieire. Tema 1.3 Msurai valorile medii i efective tensiunii de ieire folosind butoanele de msurare corespunztoare, amplasate deasupra osciloscopului. Comparai valorile msurate cu cele teoretice, calculate anterior. Analizai spectrul tensiunii de ieire i forma i und i tragei concluziile referitoare la frecvena sa fundamental i la armonici (pare i impare). Tema 1.4 Vizualizai pe acelai osciloscop curentul de ieire i0 mpreun cu de tensiunea de ieire i estimai teoretic valoarea sa medie i efectiv. Cum sunt asociate aceste valori valorilor corespunztoare ale tensiunii de ieire? Dai un PrintScreen (tiprire ecran) al spectrului curentului de sarcin (se va folosi ulterior pentru comparaie). Reinei c v2 este

R

25

~

ro 1

D

vo

v2

io

50V

50H

z

i2

r2 1

Exp 1


tensiunea din secundarul unui transformator. Analizai curentul absorbit de la surs i corelai-l cu curentul de ieire. Care este dezavantajul folosirii unui astfel de redresor din punctul de vedere al formei curentului de intrare.

Tema 2 - Redresor monoalternan sarcin rezistiv Mai nti Simulai apoi Rulai Experimentul 2: Redresor monoalternan sarcin inductiv

Tema 2.1 Analizai formele de und ale tensiunii de intrare v2 i tensiunii de ieire v0. Explicai din punct de vedere calitativ partea negativ a formei de und din tensiunea de ieire. Msurai tensiunea de ieire medie. Tema 2.2 Examinai curentul de ieire corelat cu tensiunea de ieire i specificai dac valoarea unghiului de conducie al diodei este mai mare sau mai mic dect jumtatea perioadei reelei (180o ntr-o abscis unghiular). Msurai vrful curentului de sarcin i efectuai PrintScreen-uri separate ale

spectrelor tensiunii de ieire i curentului de ieire (se vor folosi ulterior n experiment).

Mai nti Simulai apoi Rulai Experimentul 3: Redresor monoalternan sarcin inductiv ntr-o astfel de situaie configuraia circuitului este aceeai cu excepia faptului c

valoarea rezistorului de sarcin a sczut la 25. Tema 2.3 Ce s-a ntmplat cu partea negativ a tensiunii de ieire? Dai o explicaie fizic a fenomenului. Efectuai msurarea tensiunii medii de ieire i explicai de ce este mai mic dect aceeai valoare msurat la Tema 1.3 i Tema 2.1. Msurai, de asemenea, ct timp este n conducie dioda i prin urmare unghiul de conducie al diodei . Tema 2.4 Lund n considerare rezultatele de la toate temele de mai sus, deducei ecuaia diferenial a curentului prin inductor. Soluionai literal aceast ecuaie i determinai valoarea de vrf a curentului de sarcin i unghiul de conducie al diodei. Indiciu: pentru a determina unghiul de conducie al diodei impunei, pentru a doua oar, valoarea zero pentru curentul prin inductor (evident c, curentul inductor pornete de la zero la nceputul fiecrei perioade). Reinei c este dat de o ecuaie transcendent care trebuie rezolvat numeric. Verificai dac, calculele dumneavoastr corespund cu msurtorile efectuate prin calculul teoretic al tensiunii medii de ieire. Tema 2.5 Msurai valoarea medie a curentului de sarcin. Aceast valoare este mai mic sau mai mare dect cea din cazul rezistiv (Tema 1.4)? Explicai de ce. Msurai valoarea vrfului curentului de sarcin i comparai-o cu aceeai valoare msurat la Tema 2.2. i dai explicaii referitoare la diferene. Comparai, de asemenea, spectrul tensiunii i curentului cu cele salvate anterior la Tema 2.2 raportnd toate armonicile la valoarea medie. Ce putei spune despre natura sarcinii vzute ca un filtru de curent?

Tema 3 - Redresor monoalternan sarcina inductiv i dioda de nul Mai nti Simulai apoi Rulai Experimentul 4: Redresor monoalternan sarcin inductiv

i diod de nul. Acest experiment prezint conceptul diodei de nul, asociat ntotdeauna

sarcinilor inductive.

Tema 3.1 Analizai simultan formele de und ale tensiunii de intrare v2 tensiunii de

L

60mH

1.15

R

94

(25)

~

ro 1

D

vo

v2

io

50V

50Hz

i2

r2 1

Exp 2

(Exp3)

R

25

ro 1

D1

vo

io

D2

rD2 1

iD2

~ v2 50V

50Hz

i2

r2 1

Exp 4

L

60mH

1.15


ieire v0, curentului prin dioda redresoare D1 i2 i curentului prin dioda de nul iD2. Lund n considerare felul n care conduc cele dou diode, explicai forma tensiunii de ieire. Reinei c tensiunea de ieire este uor negativ n jumtatea negativ a perioadei tensiunii de intrare. Care este cauza unui astfel de comportament?

Tema 3.2 Msurai tensiunea medie de ieire i comparai-o cu valoarea msurat n cazul rezistiv (Tema 1.3). Explicai diferena ntre cele dou valori. n ce situaie, tensiunea de intrare i tensiunea de ieire se pot considera n ambele situaii identice? Tema 3.3 n aceeai fereastr vizualizai curenii diodelor i2 i iD2 i curentul de sarcin io. Indicai o relaie ntre valorile instantanee i verificai experimental corelaia dintre valorile lor medii. Comparai valoarea medie a curentului de sarcin i spectrele cu cele din cazul rezistiv i din cazul cu sarcin inductiv (Tema 1.4 i 2.4). Examinai curentul de sarcin i decidei dac atinge zero sau nu. Demonstrai matematic rspunsul dumneavoastr. Prezentai dou avantaje importante de folosire a diodei de nul n cazul unei sarcini inductive.

Tema 4 - Redresor monoalternan sarcin capacitiv Mai nti Simulai apoi Rulai Experimentul 5: Redresor monoalternan sarcin capacitiv

Tema 4.1 Examinai formele de und ale tensiunii de intrare v2 i tensiunii de ieire v0 alturi de curentul prin diod i2. Cum este asociat ncrcarea capacitiv cu conducia diodei? Cu ce fel de circuit analogic

seamn aceast configuraie? Care va fi tensiunea de ieire medie n situaia unei valori capacitive deosebit de mari?

Tema 4.2 Msurai tensiunea medie de ieire i explicai de ce rezultatul nu este n conformitate cu valoarea teoretic specificat mai sus. Estimai pulsaia

tensiunii de ieire n funcie de constanta de timp a sarcinii RC, frecvena tensiunii de intrare f i amplitudinea VM. Lund n consideraie formula pulsaiei, mbuntii estimarea dumneavoastr asupra valorii tensiunii de ieire. Msurai pulsaia vrf la vrf a tensiunii de ieire i comparai-o cu ateptrile dumneavoastr teoretice, apoi explicai de ce apar diferene. Tema 4.3 Msurai valorile unghiului de conducie a diodei , curentul mediu i curentul de vrf al diodei. Msurai, de asemenea, curentul mediu de sarcin i comparai-l cu valoarea medie a curentului prin diod. Explicai de ce cele dou valori medii sunt identice, dei formele de und sunt complet diferite. Tema 4.4 Examinai spectrul curentului de intrare i msurai THD-ul su (se va face referire la el mai ncolo n cadrul experimentului).

Mai nti Simulai apoi Rulai Experimentul 6: Redresor monoalternan sarcin capacitiv

Acest experiment este la fel ca cel anterior, dar cu jumtate din valoarea condensatorului.

Tema 4.5 Msurai pulsaia tensiunii de ieire. Ce a determinat creterea pulsaiei tensiunii de ieire fa de valoarea msurat la Tema 4.2? Msurai unghiul de conducie al diodei , valoarea medie i de vrf a curentului prin diod, dup care comparai aceste valori cu cele msurate la Tema 4.3. Explicai diferenele.

C

470F

(235 F)

R

94

ro 1

D

vo

io

~ v2 50V

50Hz

i2

r2 1

Exp 5

(Exp 6)


Tema 4.6 Examinai spectrul curentului de intrare, msurai THD-ul su i comparai-l cu cel din Tema 4.4. Tragei cteva concluzii calitative cu privire la diferene. Afiai tensiunea i curentul de ieire mpreun i urmrii forma lor similar.

Tema 5 Redresor bialternan cu priz median Mai nti Simulai apoi Rulai Experimentul 7: Redresor bialternan cu priz median sarcin inductiv

Tema 5.1 Examinai cele dou tensiuni de intrare v21 i v22 i urmrii proprietatea lor de defazare. Aceste tensiuni sunt obinute n secundarul unui transformator cu priz median. Explicai funcionarea redresorului, considernd c prin sarcin curentul nu atinge niciodat zero i descompunei-l n dou redresoare monoalternan independente, fiecare alimentat de una din cele dou tensiuni de intrare. Explicai funcionarea gsind asemnrile cu un circuit logic SAU. Tema 5.2 Afiai tensiunea de ieire i

specificai frecvena sa fundamental. Aproximai tensiunea medie de ieire n funcie de amplitudinea tensiunii de intrare. Msurai aceast valoare i verificai dac rezultatul dumneavoastr este ntemeiat. Afiai tensiunea pe dioda D1, vD1 i reinei valoarea sa de vrf (solicitarea n tensiune a diodei). Reinei c tensiunea de ieire prezint valori negative mici la trecerea prin zero a tensiunii de intrare. Explicai acest comportament. Indiciu: Luai n considerare faptul c diodele nu au comutaia ideal. Cum putei explica faptul c nu exist pri negative semnificative ale tensiunii de ieire (la fel ca n cazul monoalternan) dei se conecteaz aceeai sarcin inductiv? Tema 5.3 Examinai curentul de sarcin i formele de und ale tensiunilor. Care sunt motivele pentru care curentul de sarcin este mult mai neted dect n cazul monoalternan? Msurai valoarea media a curentului de sarcin. Dai relaia dintre curentul mediu de sarcin i valoarea tensiunii de sarcin. Aceast valoare medie este influenat de inductor? Explicai de ce. Afiai spectrele v0, i0 i i2 i dai un PrintScreen pentru fiecare dintre ele (se vor folosi pentru comparaie). Tema 5.4 Afiai curentul i2 alturi de tensiunea i curentul de ieire. Cum explicai formele lor i care este unghiul de conducie al diodei ? Msurai valoarea medie a lui i2 i comparai-o cu valoarea medie a curentului de sarcin. Explicai modul n care aceste valori sunt corelate ntre ele.

Mai nti Simulai apoi Rulai Experimentul 8: Redresor bialternan cu priz median sarcin capacitiv. Se folosete aceeai sarcin cu acelai filtru capacitiv, la fel ca n cazul monoalternan (Experiment 5).

Tema 5.5 Examinai tensiunea de ieire i msurai valoarea sa medie, frecvena fundamentalei i pulsaia vrf la vrf. Explicai de ce pulsaia este aproximativ jumtate comparativ cu cea din cazul monoalternan (Tema 4.2.) dei sarcina este aceeai. Reinei c dei forma tensiunii de ieire este diferit fa de cazul sarcinii inductive (analizat anterior), armonicile

tensiunii de ieire sunt la aceleai frecvene.

R

25

ro 1

D1

vo

io

D2

v22

~ v21

50V

50Hz

i21

r2 1

~

50V

50Hz

Exp 7 vD1

L

60mH

1.15

R

25

(94)

ro 1

D1

vo

io

D2

v22

~ v21

50V

50Hz

i21

r2 1

~

50V

50Hz

C

470F

Exp 8

(Exp 9)


Comparai spectrul tensiunii de ieire cu cel din cazul sarcinii inductive. Care spectru este mai bun?

Tema 5.6 Msurai valoarea medie a curentului de sarcin. Comparai spectrul curentului de sarcin n cele dou cazuri i explicai diferenele. Tema 5.7 Msurai valoarea de vrf a curentului diodei D1 i unghiul su de conducie . Examinai spectrul curentului de intrare i comparai-l cu cazul sarcinii inductive (Tema 5.3). Care este frecvena fundamentalei curentului de intrare?

Mai nti Simulai apoi Rulai Experimentul 9: Redresor bialternan cu priz median sarcin capacitiv. Acesta este acelai experiment ca cel anterior, dar cu o valoare a rezistenei de sarcin mai mare. Tema 5.8 Msurai valorile medii ale tensiunii de ieire i curentului i explicai de ce ele s-au schimbat fa de experimentul anterior. Tema 5.9 Examinai pulsaia tensiunii de ieire i explicai de ce aceasta a sczut. Msurai, de asemenea, valoarea vrfului curentului de intrare i unghiul de conducie al diodelor i comparai-le cu cazul anterior. Furnizai anumite explicaii calitative pentru aceste valori diferite.

Tema 5.10 Enumerai cel puin patru avantaje principale ale topologiei cu priz median fa de redresorul monoalternan. Indiciu: urmrii calitatea tensiunii de ieire comparativ cu o tensiune continu pur, solicitarea n curent a diodei i netezimea curentului de sarcin.

Tema 6 Redresorul bialternan n punte Mai nti Simulai apoi Rulai Experimentul 10: Redresor bialternan n punte sarcin inductiv

Tema 6.1 Examinai formele de und ale tensiunii de ieire i curentului. Msurai frecvena fundamentalelor i valorile medii i comparai-le apoi cu cazul cu priz median (Tema 5.2, 5.3). Explicai de ce valorile medii n cazul punii sunt puin mai mici dect n cazul cu priz median. Comportamentul este similar din punct de vedere al formelor de und ale tensiunii de ieire i curentului? Explicai de ce, cele dou poriuni redresate pe jumtate de perioad ale tensiunii de ieire

nu sunt identice n ceea ce privete valoarea lor de vrf i prin urmare, exist o asimetrie n forma pulsatorie a curentului de sarcin. Tema 6.2 Comparai curentul iD2 cu curentul printr-una din diodele din cazul cu priz median. (vezi Printscreen corespunztor de la Tema 5.3). Comparai, de asemenea, valorile lor medii (vezi Tema 5.4) i explicai de ce sunt aproape egale. Msurai solicitarea n tensiune a diodei D1 i comparai-o cu solicitarea similar a diodei la redresorul cu priz median (Task 5.2). Explicai valorile acestor solicitri. Tema 6.3 Trasai teoretic formele de und vP i vN i aproximai valorile lor medii. Apoi, vizualizai aceste forme de und i msurai valorile lor medii i comparai-le cu ateptrile teoretice. Dovedii c redresorul cu punte se poate diviza n dou redresoare monoalternan independente (eventual cu diode de nul)? Redesenai schema pentru a scoate n eviden cele dou redresoare independente. Tema 6.4 Afiai curentul de intrare i2 i spectrul su. Verificai c exist numai armonici impare i c nu exist o component continu. Comparai-l cu spectrul curentului de intrare din cazul cu priz median (Tema 5.3). Estimai modul n care transformatorul este solicitat

R

25

ro 1

D1

vo

io

D4

D2

D3

rD2 1

iD2

~ v2 50V

50Hz

i2

r2 1

Exp 10

N

P

L

60mH

1.15


din punctul de vedere al magnetizrii n cazul punii i n cazul cu priz median. Indiciu: raportai toi curenii la primar. Msurai THD-ul curentului de intrare i factorul de putere de intrare.

Mai nti Simulai apoi Rulai Experimentul 11: : Redresor bialternan n punte sarcin capacitiv Tema 6.5 Examinai formele de und ale tensiunii i curentului de ieire. Msurai frecvena fundamentalei tensiunii de ieire, valoarea medie i pulsaia, dup care comparai-le cu cazul cu priz median (Tema 5.5). Comportamentul este similar din punctul de vedere al formelor de und ale tensiunii i curentului de ieire? Msurai valoarea medie a curentului de sarcin. Tema 6.6 Comparai curentul iD2 cu curentul prin una din diode din cazul cu priz median (Tema 5.7).

Tema 6.7 Afiai curentul de intrare i2 i spectrul su i facei un PrintScreen. De ce este valoarea negativ maxim mai redus dect valoarea maxim pozitiv? Exist n spectrul curentului de intrare numai armonici impare? Motivai-v rspunsul. Comparai-l cu spectrul

curentului de intrare n cazul cu priz median (Tema 5.7) i n cazul punii cu sarcin inductiv (Tema 6.4). Tema 6.8 Msurai THD-ul curentului de intrare i factorul de putere de intrare. Tragei cteva concluzii despre factorul de putere n cazul sarcinilor inductive i capacitive. Facei o comparaie ntre redresoarele cu punte cu sarcin inductiv i capacitiv. Urmrii urmtoarele aspecte: ct de aproape este tensiunea de

ieire comparativ cu o tensiune continu pur, ct de aproape este curentul de ieire comparativ cu un curent continuu pur, solicitrile n curent ale diodei n funcie de curentul mediu de sarcin, consideraii asupra factorului de putere.

Tema 6.9 Comparai puntea cu topologia cu priz median n toate aspectele pe care vi le putei imagina. Furnizai rezultatele n forma unui tabel.

Tema 7 Dublorul de tensiune Mai nti Simulai apoi Rulai Experimentul 12: Dublorul de tensiune sarcin rezistiv Tema 7.1 Explicai funcionarea dublorului de tensiune privindu-l ca dou redresoare monoalternan independente, cu sarcin capacitiv, avnd sarcina conectat ntre ieirile lor. Specificai elementele care aparin fiecruia din cele dou redresoare monoalternan. Tema 7.2 Msurai tensiunile vP i vN i tragei o concluzie cu privire la starea diodelor D2 i D3. Corespunde aceast concluzie consideraiilor teoretice anterioare referitoare la funcionarea dublorului de tensiunea. Explicai de ce vP i vN sunt n oglind una fa de cealalt i defazate.

Tema 7.3 Msurai tensiunea medie de ieire i frecvena sa. Realizai o simulare cu un condensator egal cu 235F i investigai din nou frecvena tensiunii de ieire. Argumentai de ce frecvena difer de cazul de simulare.

Tema 7.4 Determinai teoretic solicitarea n tensiune a diodei D1 i comparai-o cu cazul cu punii capacitive. Verificai rspunsul

R

25

ro 1

D1

vo

io

D4

D2

D3

rD2 1

iD2

~ v2 50V

50Hz

i2

r2 1

C

470F

Exp 11

R

94

ro 1

D1

vo

io

D4

D2

D3

~ v2 50V

50Hz

i2

r2 1

C

470F

C

470F

S

Exp 12 P

N


prin msurarea solicitrii n tensiune a diodei D1, vD1. Tema 7.5 Msurai curentul mediu de sarcin i comparai-l cu valoarea msurat n cazul punii (Tema 6.5). Comparai forma de und i2 cu cazul n punte (Tema 6.7). Msurai valoarea sa de vrf i explicai de ce vrfurile curentului de intrare sunt mai mari n comparaie cu cazul n punte.

Documents

Redresoare monofazate