Redresoare comandate si semicomandate trifazate

Redresoare comandate si semicomandate trifazate

Redresorul trifazat comandat cu punct median are schema de principiu data in figura 1a.

  Pentru cazul sarcinilor pur rezistive (figura 1b) si pentru unghiuri de comanda a³T/ 6 ( u.nghi masurat din punctul de comutatie naturala A - punct in care cele doua tensiuni de faza se intersecteaza ) ventilele se blocheaza la trecerea prin zero a curentului ( simultan cu trecerea prin zero a tensiunii pe faza respectiva, deci ne aflam in situatia unui regim de curent intrerupt.
        Valoarea tensiunii medii redresate este in acest caz:

pentru.
        In cazul sarcinilor rezistiv inductive sau pur inductive regimul de functionare poate fi de curent intrerupt sau de curent neintrerupt in functie de marimea inductivitatilor de pe sarcina si de valoarea unghiului de comanda. (vezi figura 1b+1c). Pentru unghiuri de comanda mai mici decat unghiul de comanda limita ( a1), daca inductivitatea este suficient de mare se poate functiona numai in regim de curent neintrerupt.
        

In acest caz valoarea medie a tensiunii redresate este:

unde

este tensiunea medie redresata ideala obtinuta pentru unghi de comanda egal cu zero.
        Se observa aceeasi forma a caracteristicii de comanda Udm/Udmo = cos, ca si la redresorul monofazat comandat in regim de curent neintrerupt, dar avand origini diferite pentru masurarea unghiului de comanda.
        Functionarea in regim de curent neintrerupt la unghiuri de comanda >1, presupune si in acest caz trecerea redresorului in regim global de invertor, adica existenta pe sarcina a unei surse de tensiune continua capabila sa cedeze energie reteei de a1imentare a redresorului trifazat.
        Se remarca si in acest caz o diferenta intre valorile medii ale tensiunilor redresate in cazul functionarii in regim de curent intrerupt, de aceea este interzisa trecerea in timpul functionarii dintr-un regim in celalalt.
        Redresorul comandat trifazat in punte este prezentat in figura a.

        In figura 2b este prezentata forma tensiunii redresate pentru un unghi de comanda mai mic decat unghiul de comanda limita (<l).
        Pentru sarcini rezistive si unghi de comanda >/3, ventilele se blocheaza la trecerea curentului prin zero. In acest caz ne aflam in situatia functionarii in regim de curent intrerupt. Valoarea medie a tensiunii redresate este in acest caz:

        Pentru sarcina inductiva sau rezitiv inductiva si functionare in curent neintrerupt valoarea tensiunii medii redresate este:

        Redresorul trifazat semicomandat in punte are schema de principiu in figura 3a.

        In figura 3b este prezentata forma tensiunii redresate pentru acest caz. Tensiunea redresata Ud nu poate lua valori negative, deoarece diodele din punte pot functiona ca diode de recuperare, acest redresor neputand trece in regim global de invertor. Valoarea medie a tensiuni redresate este:

        Caracteristica de comanda este asemanatoare cu cea de la redresoarele semicomandate monofazate. In acest caz tensiunea medie redresata ideala este:

        Pentru comanda redresoarelor trifazate se poþ folosi trei DCG realizate spre exemplu cu circuite integrate BAA 145, sincronizate cu reteaua de alimentare printr-un transformator de sincronizare trifazat in conexiune Dyl, ca cel din figura 4a.

        Comanda redresoarelor trifazate se poate face utilizand blocuri de comanda pe grila realizate pe un singur modul. Acest modul este conectat pe de o parte la transformatorul de sincronizare trifazat iar pe de alta parte la circuitele de poarta ale tiristorului.
        In figura 4b sunt prezentate diagramele fazoriale pentru tensiunile de sincronizare Us1, Us2, Us3.    

  Tensiunea Us12 este in urma tensiunii U12 cu 30 grade electrice iar tensiunea Us1, pentru sincronizarea lui DCG1, este in urma tensiunii retelei U1 tot cu 30 de grade electrice. Acest lucru este necesar datorita faptului ca unghiul de comanda se masoara din punctul de comutatie naturala, la redresoarele trifazate, punct defazat in urma cu 30 de grade electrice fata de momentul trecerii prin 0 a tensiunii pe faza respectiva.

1 Regimul de functionare fara intreruperi de curent

Cand Lc=0 si Ls=¥ tiristoarele sunt succesiv in conductie; fiecare tiristor amorseaza atunci cand este polarizat in sens direct si cand are aplicat semnalul de comanda pe poarta, la un unghi a (are ca referinta momentele de comutatie naturala, la egalitatea a doua tensiuni pozitive pe faza). Deoarece inductanta de filtraj Ls este considerata de valoare infinita, circulatia de curent prin tiristorul aflat in conductie se mentine pana la momentul comenzii urmatorului tiristor, chiar daca tensiunea fazei respective devine in acest interval negativa. Aceasta se datoreaza generarii unei tensiuni de autoinductie de polaritate opusa tensiunii redresate si care, insumata cu tensiunea fazei care conduce, asigura circulatia neintrerupta a curentului prin sarcina. Valoarea unghiului de comanda a se numeste unghi critic si este:    a_crt p p/m.

Daca se conecteaza o dioda in paralel cu sarcina la iesirea redresorului comandat (este desenata punctat in figura), portiunile negative pot fi blocate, obtinandu-se imbunatatirea unor parametri de redresare (ondulatiile tensiunii redresate si puterea reactiva consumata sunt mai scazute la aceeasi valoare medie, U_da). Dioda mentine tensiunea nula din momentul anularii tensiunii fazei aflate in conductie pana cand se comanda faza urmatoare. Deschiderea si mentinerea in conductie a acestei diode de nul (DN) pe portiunea negativa se datoreaza procesului de autoinductie din inductanta Ls. Curentul prin sarcina se inchide in acest interval prin DN, tiristoarele fiind blocate. In cazul deconectarii instantanee a alimentarii, DN asigura protectia tiristoarelor la supratensiune, fapt important in circuitele cu sarcina pronuntat inductiva.

Valoarea medie a tensiunii redresate se modifica in cazul conectarii DN:

U_da=3*U₂/ 2*[1-sin(a p/m)]

Cand Lc¹0, Ls=¥ , prezenta inductantelor de comutatie Lc, determina aparitia intervalului de comutatie g in care conduc simultan doua faze succesive, la sfarsitul procesului de comutare ramanand in conductie faza care a fost comandata. Forma de unda a tensiunii redresate se constituie in acest caz din semisuma tensiunilor fazelor succesive prezente in comutatie si din tensiunea fazei comandate.

2 Regimul de invertor

In regim de invertor fluxul de energie este orientat spre reteaua de c.a. In cazul ideal al redresorului comandat, analizand relatia: U_da=U_do*cos a, rezulta ca tensiunea redresata devine negativa in ipoteza ca exista o sursa de energie care sa mentina curentul pentru a > p/ In circuitul de sarcina este necesara introducerea unei tensiuni electromotoare, intrucat prezenta unor valori medii negative ar conditiona un curent de circulatie invers prin dispozitivele de redresare unidirectionale, fapt evident nerealizabil in functionare. Daca convertorul debiteaza pe reteaua de c.a. comutatia este dirijata in acest caz pe retea si transmisia de energie se face pe frecventa acesteia. Disparitia tensiunii retelei determina intreruperea comutatiei intrucat tensiunile din ramurile tiristoarelor devin nule, iar sursa de tensiune continua s-ar afla practic in scurtcircuit.

Functionarea unui redresor in regim de invertor este posibila numai in cazul in care valoarea instantanee negativa a tensiunii redresate devine mai mare in valoare absoluta decat tensiunea electromotoare, ceea ce se realizeaza prin prezenta in circuitul sarcinii a unei inductante de netezire si prin eliminarea unui posibil regim de dioda de nul. Cazul tipic in care redresorul functioneaza ca invertor este regimul de franare cu recuperare de energie, la un motor de c.c. aflat in circuitul de sarcina.

3 Redresorul trifazat in punte comandata

Ipoteze: a) L_s=0 deci avem curent neintrerupt; b) I_d=i_d=ct

La aceste redresoare . Se poate varia

Pentru avem regim de invertor.

4 Metode de comanda pe grila

Tiristoarele din constructia redresoarelor trebuie sa comute direct dupa anumite unghiuri de comanda. Circuitele care produc impulsuri de comanda pentru tiristoare se numesc dispozitive de comanda pe grila D.C.G. Ele trebuie sa asigure:

o variatie a defazajului impulsurilor de comanda intre 0 si 180^o lucru care se realizeaza cu ajutorul unei tensiuni continue numita tensiune de comanda care se variaza cu ajutorul unui potentiometru.

sincronizarea impulsurilor de comanda cu tensiunea alternativa din circuitul de forta. Aceasta se asigura cu un transformator de sincronizare.

sa prezinte o intrare de inhibare sau de blocare care in functie de tensiunea ce i se aplica poate determina blocarea impulsurilor de comanda.

sa asigure la iesire un singur impuls de o anumita durata sau trenuri de impulsuri cu o anumita frecventa.

In practica se utilizeaza urmatoarele tipuri de scheme:

- cu componente discrete - cu tranzistoare bipolare sau cu TUJ

- cu integrate specializate (ex.: bAA145)

- cu ajutorul unui microcontroler ce contine un microprocesor care realizeaza aceste functii.

Circuitul de comanda al tiristorului

Tiristoarele sunt dispozitive semicomandabile, conductia lor putand fi

modificata prin comanda doar intr-un singur sens, din starea blocata in starea

deschisa, prin injectarea unui curent pozitiv de valoare minima data I_GT    -

curentul de amorsare pe poarta (gate trigger current), in grila (G) in raport cu

catodul (K). Acest curent se realizeaza in prezenta unei tensiuni intre (G) si (K),

V_GT - tensiunea de amorsare pe poarta (gate trigger voltage). In aceste conditii,

in cazul in care in circuitul de forta, de la anod (A) la catod, poate lua nastere un

curent pozitiv, mai mare decat o valoare minima I_L - curentul de 'agatare'

(latching current), se produce amorsarea (deschiderea tiristorului). Aceasta

stare se mentine si in absenta semnalului de comanda, atata timp cat curentul

in circuitul principal (de forta) nu scade sub o limita maxima data I_H - curentul de

automentinere (holding current). Durata minima a impulsului in grila trebuie sa

fie mai mare decat o valoare maxima data t_gt - timpul de amorsare pe poarta

(turn-on time).

Circuitul (G)-(K) mai este caracterizat de producator si printr-o pereche

de valori maxime I_GD, V_GD care reprezinta curentul, respectiv tensiunea la care

nu se produce amorsarea.

Blocarea tiristorului nu este accesibila prin comanda, ea fiind dictata

doar de circuitul de forta, producandu-se la scaderea curentului ce-l strabate de

la (A) la (K) sub valoarea I_H.

Jonctiunea (G)-(K) este de tip p-n, iar din punct de vedere extern este

o dioda    [1t. Din acest motiv buna sa functionare este conditionata de

neaplicarea in sensul (G)-(K) a unei tensiuni mai mari de (520)V (functie de

tipul tiristorului), si de puterea disipata maxim admisibila P_GM (puterea maxima

disipata pe poarta, "gate power loss") ce ar putea conduce la scoaterea

tiristorului din uz.

Fig. 1    Caracteristica de poarta pentru tiristoarele din seria T63N.

Caracteristica curent-tensiune a portii, U_G=f(I_G), este furnizata in

cataloage sub forma grafica (fig. 1) [2t, facilitand proiectarea circuitului de

comanda.

Aria de amorsare sigura (AS) este limitata de temperatura de

functionare, dispersia caracteristicilor si puterea disipata in comanda functie de

durata si nivelul impulsului aplicat in acest circuit, conform tabelului de mai jos,

valabil pentru tiristoare din seria T63N, la V_D>6V.

Dependenta dintre durata si nivelul impulsului aplicat in comanda este

exprimata grafic in fig. 2, valabila pentru o gama larga de tiristoare [1t.

Conceperea circuitului de comanda mai este influentata si de

urmatoarele aspecte:

- a). La polarizarea directa, in stare blocata, apare o cadere de

tensiune de ordinul voltilor in jonctiunea (G)-(K), functie de tensiunea (A)-(K) si

de tehnologia de fabricatie a tiristorului.

Din acest motiv, in scopul reducerii acestei tensiuni, pe de o parte, precum si

pentru reducerea sanselor de parazitare a circuitului de comanda, pe de alta

parte (deci pentru evitarea unei intrari accidentale in conductie), se sunteaza

jonctiunea (G)-(K) cu ajutorul unei rezistente;

- b). Curentul de sarcina al tiristorului in stare de conductie produce de

asemenea o cadere de tensiune importanta in jonctiunea (G)-(K) care, daca

depaseste potentialul aplicat grilei prin comanda, poate genera un curent invers.

Limitarea acestui curent se realizeaza de asemenea printr-o rezistenta in serie

cu grila;

- c). Forma impulsului de comanda este dictata de aplicatie. In acest

sens se disting doua tipuri de comenzi: cu impulsuri 'slabe' utilizabile in aplicatii

cu sarcina rezistiv-inductiva in care viteza de crestere a curentului imediat dupa

amorsare este relativ mica, de ordinul a 2A/ s (fig. 3a) si cu impulsuri

'puternice' in cazul in care aceasta viteza este mai mare, in convertoare cu

sarcini de tip capacitiv, la echipamente pentru controlul factorului de putere sau

destinate unor medii puternic perturbate, la utilizarea conexiunilor serie sau

paralel a mai multor tiristoare (fig. 3b).

In fig. 4 este prezentata grafic dependenta dintre valoarea normata a

variatiei curentului prin tiristor, (di_T/dt)_n (raportata la viteza critica de crestere a

curentului de conductie specificata in catalog), amplitudinea normata a

semnalului de comanda (raportata la I_GT) si timpul de 'crestere' t_r al acestuia;

- d). In cazul in care durata t_g a impulsului de comanda si amplitudinea

acestuia I_G sunt relativ mici, variatia sau valoarea curentilor de sarcina fiind de

asemenea mica, o importanta deosebita o prezinta curentul de acrosaj I_L si

modul in care acesta este dependent de semnalul de comanda (fig. 5, pentru

tipurile specificate de tiristoare);

Fig. 3    Comanda in grila cu impuls: a) "slab";    b) "puternic".

- e). O caracteristica a deschiderii tiristorului este timpul de intarziere la

amorsarea prin poarta t_gd, fig. 6, definit ca durata masurata intre frontul

crescator al impulsului de comanda si momentul in care tensiunea pe tiristor,

V_D, scade la 90% din valoarea initiala, dependent de caracteristicile impulsului

de comanda.