Redresoare semicomandate monofazate cu punct median pentru elimentarea pe rotor a motoarelor asincrone

Redresoare semicomandate monofazate cu punct median pentru elimentarea pe rotor a motoarelor asincrone

       1. Scopul lucrarii este de a studia functionarea redresoarelor comandate in regim de curent intrerupt si in regim de curent neintrerupt.
       2. Consideratii teoretice. Redresorul comandat monofazat cu punct median are schema de principiu data in figura 1a. El se compune dintr-un transformator monofazat cu punct median si din doua tiristoare V1, V2. Dioda D0 numita dioda recuperatoare poa 727c26h te lipsi in unele cazuri din circuit.

       In cazul sarcinilor pur rezistive redresorul functioneaza numai in regim de curent intrerupt; curentul redresat Id are momente cand se anuleaza.

Raportul, reprezinta. caracteristica de comanda a redresorului in regim de curent intrerupt ( figura 2a ).
       In cazul sarcinilor rezistiv inductive sau pur inductive, regimul poate fi de curent intrerupt (figura lc) sau de curent neintrerupt (figura 1d ). Chiar in cazul sarcinii inductive ideale, existenta diodei recuperatoare D0 face ca regimul sa fie de curent intrerupt din punctul de vedere al redresorului .
       Functionarea in regim de curent neinntrerupt este conditionata de existenta unei inductivitati de valoare mare pe sarcina si de limitarea unghiului de comanda la valori mai mici decit unghiul de comanda limita         1=90 grade, unghi la care pentru regimul de curent neintrerupt, tensiunea medie redresata Udm se anuleaza (vezi relatia 2) .
       Pentru regimul de curent neintrerupt , tensiunea medie redresata se poate scrie:

       In acest caz caracteristica de comanda este reprezentata in figura 2b , si este data de relatia :

       Functionarea la unghi de comanda > 90 grade in regim de curent neintrerupt presupune .trecerea in regim global de invertor, ceea ce se poate f.ace doar atunci cand pe partea de curent continuu exista surse capabile sa furnizeze energie, cum ar rotorul unei masini de curent continuu. Comparind cele doua caracteristici de comanda, obtinute pentru caz.ul functionarii in curent intrerupt si in curent neintrerupt observam ca la trecerea dintr-un regim in celalalt apare un salt de tensiune (dU) lucru nepermis intr -un sistem de reglare. Un motor alimentat cu astfel de redresoare poate functiona la fel de bine in oricare din cele doua regimuri, dar nu este permisa trecerea in timpul functionarii dintr-un regim in celalalt. Unghiul de comanda este limitat la aproximativ 150 grade datorita necesitatii ca tiristorul care intra in conductie sa fie polarizat corect un timp suficiennt pentru a prelua intregul curent de sarcina .

Redresoarele monofazate semicomandate in punte pentru alimentarea pe rotor a motoarelor asincrone

Se executa dupa schemele prezentate in figura 4a si 5a .

       Tensiunile redresate sunt identice (vezi fig. 4b si 5b). Valoarea tensiunii medii redresate este data de relatia (1). Diferentele intre cele doua scheme constau in modul de functionare, respectiv in timpii de conductie pe durata unei perioade a ventilelor si diodelor din schema .
       In schema prezentata in figura 5a se observa ca diodele Dl si D2 joaca rol de dioda recuperatoare atunci cind sunt ambele in conductie.
       Pentru comanda unui redresor monofazat complet comandat se poate utiliza un singur DCG (de exemplu cu circuitul BA 145 ). O schema bloc pentru exemplificarea modului de conectare a DCG este data in figura 6.

Redresoarele comandate trifazate sunt frecvent folosite in alimentarea alimentarea pe rotor a motoarelor asincrone precum si in alte aplicatii care necesita tensiuni continue

reglabile.

La puteri de peste 10 KVA se folosesc aproape exclusiv redresoarele comandate

polifazate deoarece furnizeaza o tensiune redresata mai neteda, asigura incarcarea simetrica a

retelei trifazate industriale, cu un factor de utilizare a transformatorului este mai redus.

In laborator se va studia un redresor trifazat cu punct median comandat, alimentat la

reteaua trifazata industriala, de joasa tensiune. (Ulinie-linie = 380V)

Circuitul de forta al redresorului

In figura 1 este reprezentat circuitul de forta al redresorului trifazat cu punct median,

in care R S T sunt fazele sistemului trifazat industrial, iar N este nulul retelei. In figura 2 sunt

reprezentate formele de unda ale unora dintre marimile care intervin in functionarea

redresorului..

Se numeste unghi de comanda, unghiul electric masurat din momentul in care un

tiristor ar intra in conductie daca ar fi dioda si pana in momentul in care i se aplica impulsul

de comanda.

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 2.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 BA 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.

        a. Se realizeaza montajul pentru redresorul trifazat comandat cu punct median, unind 1 cu 4, 2 cu 5, 3 cu 6 iar sarcina intre 8 si 12. Se oscilografiaza formele de unda ale curentilor si tensiunior. Se obtine regimul de curent intrerupt.
        b. Se realizeaza montajul de redresor trifazat comandat in punte, unind 1 cu 4 , 2 cu 5, 3 cu 6, iar sarcina intre bornele 8 si 9. Se urmareste functionarea redresorului in regim de curent intrerupt si in regim de curent neintrerupt. Se obtine regimul global de invertor utilizind un M.C.C. ca sarcina.
        c. Se realizeaza montajul de redresor sernicomandat in punte, unind 1 cu 4, 2 cu 5, 3 cu 6, iar sarcina conectata intre 7 si 9. Se observa imposibilitatea trecerii in regim global de invertor.
        d. Daca este posibila aproximarea ungiu1ui de comanda, se traseaza caracteristicile de comanda. Se trag concluzii comaparative intre aceste tipuri de redresoar

Dispozitivul de comanda pe grila     trifazat

      Dispozitivul de comanda pe grila trifazat poate fi realizat cu circuite integrate specializate pentru controlul in faza al tiristoarelor si triacelor BAA 145. Pentru comanda convertoarelor trifazate uzuale sunt necesare trei circuite integrate BAA 145. Schema prezentata in cadrul acestei lucrari poate fi utilizata pentru comanda redresoarelor trifazate simpla alternanta (in stea), redresoarelor hexafazate simpla alternanta, redresoarelor trifazate in punte complet comandata, redresoarelor trifazate in punte semicomandata, pentru comanda unui convertor de faza in cadrul unui cicloconvertor, sau pentru comanda unui variator trifazat de tensiune alternativa.
      Fiecare dintre cele trei circuite integrate BAA 145 functioneaza in cadrul unei scheme asemanatoare cu cea studiata in cadrul comenzii redresorului monofazat in punte. In acest caz sincronizarea schemei se face cu ajutorul a trei tensiuni de sincronizare UR, US, UT, aplicate prin intermediul a cate unui filtru in T pe cele trei intrari de sincronizare ale circuitelor BAA 145. Aceste trei tensiuni se obtin cu ajutorul unui transformator de sincronizare (nefigurat in schema) a carui conexiune este in functie de schema echipamentului cu tiristoare comandat. Spre exemplu, pentru comanda unui redresor trifazat in punte, intre tensiunea de sincronizare pe o faza si tensiunea de polarizare a tiristorului corespunzator acestei faze trebuie sa existe un defazaj, de 180/2-180/q grade electrice, deoarece punctul de comutatie naturala nu coincide cu momentul trecerii prin zero pe faza respectiva.
      O alta problema pe care o rezolva schemele de comanda pe grila destinate convertoarelor trifazate este realizarea unei anumite succesiuni de comenzi. Astfel, in functie de modul (succesiunea) de conectare a tensiunilor de sincronizare, va apare o anumita succesiune intre impulsurile oferite la iesirile blocului de comanda. De aceea una din precautiile importante ce trebuie luata la conectarea unui dispozitiv de comanda pe grila trifazat este respectarea succesiunii de conectare a tensiunilor de sincronizare. Aceasta operatie se mai numeste fazare.
      Un dispozitiv de comanda pe grila trifazat, destinat comenzii unei punti cu tiristoare trebuie sa realizeze si logica de comanda multipla a unui tiristor (cand acesta se afla in conductie) ori de cate ori se comanda un alt tiristor inseriat cu acesta, pentru a evita iesirea din conductie a acestuia datorita procesului tranzitoriu ce poate avea loc la comutarea curentului dintr-o ramura a convertorului in alta. Acest lucru este realizat de catre circuitele SI cu diode. Impulsurile astfel obtinute sunt amplificate cu ajutorul a cate doua tranzistoare bipolare si sunt aplicate infasurarii primare a cate unui transformator de impuls TI.

Modelarea redresorului

    Redresorul trifazat cu tiristoare este prezentat in fig. 1.
 
 

Fig. 1. Redresorul trifazat cu tiristoare

    Consideram urmatoarele ipoteze:
    - tiristoarele sunt ideale, ceea ce inseamna ca caderea de tensiune in starea de conductie este nula, iar curentul in stare de blocare este nul;

    - comanda de deschidere se face cu o intarziere unghiulara a;
    - regimul de lucru considerat este stationar pentru o sarcina cu impedanta infinita.
    In fig. 2 se arata modelul unui tiristor T.

                    a) Tiristorul                         b) Reteaua Petri

Fig. 2. Modelul tiristorului T

    Pozitia PT cu un punct reprezinta tiristorul T in stare de conductie, iar pozitia PT goala reprezinta tiristorul T blocat. In dreptul celor doua tranzitii sunt trecute conditiile electrice care trebuiesc indeplinite ca tiristorul sa se deschida, respectiv sa se blocheze. Conditia pentru tranzitia tr₁ este ca tensiunea v la bornele tiristorului sa fie pozitiva si pe poarta G sa se aplice un impuls de deschidere, iar conditia pentru tr₂ este ca curentul i sa treaca prin 0.
    Reteaua Petri care modeleaza functional redresorul este prezentata in fig. 3.

Fig. 3. Modelul (reteaua Petri) redresorului trifazat

    Pozitiile PT_i si PT_i¢, i=1 3 reprezinta tiristoarele redresorului modelat. Pozitia PC simbolizeaza comanda tiristoarelor T_i si T_i¢. Cand pozitia PC primeste un punct, un impuls de aprindere trebuie sa fie trimis pe poarta unui tiristor si acesta se va aprinde dupa o intarziere unghiulara a . Intarzierea aprinderii tiristoarelor este modelata prin pozitia Pa , pozitie la care se asociaza o temporizare d_i datorata intarzierii unghiulare (relatia (1)).
     (1)

    f fiind frecventa tensiunii retelei de alimentare.
    Punctul care ajunge in pozitia Pa este indisponibil pe durata d_i si de cand devine disponibil, tranzitia tr_j, j = 2.7, poate fi valida si asadar executata (fig. 4).

 

Fig. 4. Detaliu din modelul redresorului care arata modul de executie a tranzitiei tr_j, j=2..7

    Tranzitiile tr₂.. tr₇ sunt executate cand sunt validate conform retelei Petri si cand are loc amorsarea evenimentului corespunzand unui impuls primit pe poarta tiristorului T_i+1.
    Pozitia P_e asigura generarea de puncte de fiecare data cand exista egalitate intre doua tensiuni simple pozitive sau negative ale retelei trifazate de alimentare. Asadar, tranzitia tr₈ devine executabila cand se realizeaza evenimentul Du=0. Modelul reprezentat prin reteaua petri cu pozitii temporizate permite sa se tina cont de realizarea evenimentului Du=0 prin asocierea la pozitia P_e a unei temporizari d. Temporizarea d are o valoare cunoscuta, constanta, pe cand temporizarea di are o valoare variabila dependenta de valoarea dorita a tensiunii redresate.
    Pentru a putea descrie functionarea redresorului conform secventelor de conductie a tiristoarelor, este necesar sa se defineasca un ciclu de executare a tranzitiilor tr_j in ordinea tr₂, tr₃, tr₄, tr₅, tr₆, tr₇. De asemenea, impunem urmatoarele prioritati tranzitilor: 5 pentru tr₂, 4 pentru tr₃, 3 pentru tr₄, 2 pentru tr₅, 1 pentru tr₆ si 0 pentru tr₇, unde 5 este prioritatea cea mai puternica, iar 0 este prioritatea cea mai slaba.
    Pozitiile a₁ si a₂ ajuta la anularea conflictului structural intre tranzitiile tr₇ si tr₂ si asigura trecerea de la ultima secventa de conductie, cea a tiristoarelor T₃ si T_1¢, la prima secventa de conductie, cea a tiristoarelor T₁ si T_2¢.
    Modelul, prezentat in ciclul sau de evolutie, descrie functionarea electrica a redresorului pe o perioada t , perioada a carei valoare minima de determina conform

    3. Concluzii

    Modelul realizat, folosind un software special de tratare a retelelor Petri (de exemplu Petri Maker), poate fi transformat intr-un program de comanda a unui redresor real.

BIBLIOGRAFIE

Aubry, J.F., Sawicki, J.P., Zanne C., Exemple d¢ un convertisseur statique: la modélisation hybride améliore la fiabilité, Revue génerale d¢ éléctricité, 1, 1995.
2 Banaszak, Z., Modelling and Control of FMS. petri Net Aproach, Wroc?aw Technical University Press, Wroc?aw, 1991.
Berrue, J., Ferrier, J.L., Sechilariu, M., Faisabilité et limites d¢ une comande interactive de convertisseurs statiques, Revue génerale d¢ éléctricité, 1, 1995.