Circuite de redresare

Circuite de redresare

Diodele redresoare sunt proiectate si fabricare special pentru redresarea semnalelor alternative. Acestea prezinta o rezistenta mica la trecerea curentului direct (polarizare directa) si o rezistenta foarte mare la polarizarea inversa a jonctiunii.

Un circuit de readresare este compus în general din trei parti: transformator, redresor si filtru. Rolul circutelor de redresare este de a obtine un curent de un singur sens prin sarcina. Acest curent este, în lipsa filtrului, pulsatoriu. Filtrul are rolul de a separa componenta continua de componentele alternative ale curentului redresat. Redresoarele monofazate se utilizeaza pentru puteri mai mici de 1KW.

1. Schema de redresare monofazata, monoalternanta, cu sarcina rezistiva

Fig.4.9. Schema de redresare monofazata, monoalternanta

În semialternanta pozitiva a lui u₂(t) (u₂(t) > 0), dioda D este polarizata direct ca urmare ea conduce, u_r(t)=u₂(t); i_r(t)=. În semialternanta negativa a lui u₂(t) (u₂(t) < 0), dioda D este polarizata invers, ca urmare ea este blocata, u_r(t)=0; i_r(t)=0. Ca urmare graficele tensiunii si a curentului prin sarcina sunt prezentate în Fig.4.10.

Tensiunea redresata u_r(t) la bornele rezistentei de sarcina este alcatuita dintr-o componenta continua U₀, egala cu valoarea medie a tensiunii redresate u_r(t) si una alternativa u_~(t).

u_r(t) = U₀ + u_~(t) (4.8)

Fig.4.10.Graficele tensiunii si a curentului prin sarcina

Raportul dintre tensiunea continua U₀ si valoarea efectiva a tensiunii din secundarul transformatorului U₂, se numeste coeficient de redresare.

(4.9)

Valoarea componentei continue se determina cu relatia:

(4.10)

(4.11)

rezulta:                (4.12)

Ponderea componentei alternative în tensiunea redresata, se poate evalua prin factorul de forma F si prin factorul de ondulatie g

Factorul de forma reprezinta raportul dintre valoarea efectiva a tensiunii redresate

(4.13)

(4.14)

Tinând seama si de relatia (4.11) rezulta valoarea factorului de forma pentru redresarea monoalternanta: F=1,57. Cu cât acesta este mai apropiat de unitate, cu atât ponderea componentei alternative în tensiunea redresata este mai mica.

Factorul de ondulatie se defineste ca raportul dintre valoarea efectiva a componentei alternative U_~ si componenta continua U₀:

g                               (4.15)

Puterea utila (puterea de curent continuu) este:

P₂=U₀*I₀             (4.16)

Puterea absorbita de la retea:

(4.17)

(4.18)

Randamentul slab explica, de ce aceasta schema de redresare nu se utilizeaza în cazul unor puteri mari. Pentru îmbunatatirea randamentului se utilizeaza schemele de redresare bialternanta.

Aplicatia 4.4.

Un redresor monofazat, monoalternanta care alimenteaza o sarcina de 20KΩ, are un transformator la intrare cu raportul de transformare n₂/n₁=100/440. Considerând transformatorul si dioda ideala si U_1ef = 200V, se cer urmatoarele:

a)     valoarea de vârf a tensiunii pe sarcina

b)     valoarea medie a tensiunii pe sarcina

c)     valoarea de vârf a curentului prin sarcina

d)     valoarea medie a curentului prin sarcina

2. Scheme de redresare monofazate, bialternanta, cu sarcina rezistiva

Exista doua scheme de redresare bialternanta:

scheme de redresare cu punct median;

scheme de redresare în punte.

Deoarece cele doua sectiuni ale înfasurarii secundare sunt identice (Fig.4.11.a) cele doua tensiuni u₁₁ si u₁₂ vor fi în opozitie de faza (defazate cu 180⁰). Diodele D₁ si D₂ conduc alternativ, fiecare câte o semialternanta, astfel încât tensiunea redresata si curentul redresat are forma din Fig.4.12.

Fig.4.11. Schema de redresare cu punct median (a),

si respectiv în punte (b)

Fig.4.12. Formele de unda ale tensiunilor si curentului prin sarcina pentru redresarea bialternanta

Referitor la redresorul în punte, în timpul semi-alternantei pozitive a tensiunii u₂ conduc diodele D₁ si D₃ , D₂ si D₄ fiind blocate. În semialternanta negativa conduc D₂ si D₄, D₁ si D₃ fiind blocate. Ca si în cazul redresoarelor monoalternanta si în cazul redresoarelor bialternanta, tensiunea si curentul prin sarcina au doua componente: o componenta continua (U₀ respectiv I₀) si o componenta alternativa.

Tema

Sa se determine coeficientul de redresare, factorul de forma si randamentul schemelor de redresare bialternanta.

3. Filtrarea tensiunii redresate

La toate schemele de redresare studiate a rezultat ca tensiunea redresata care se aplica sarcinii nu este ideal continua. Obtinerea la bornele rezistentei de sarcina a unei tensiuni cât mai continue (cu factor de ondulatie mic) necesita diminuarea componentei alternative din tensiunea redresata, operatie ce se realizeaza cu ajutorul filtrelor. Functionarea filtrelor se bazeaza pe proprietatea bobinelor conectate în serie cu R_s de a avea o rezistenta neglijabila pentru componenta continua a curentului si o reactanta mare pentru componena alternativa din curentul redresat, respectiv pe proprietatea capacitatilor mari, conectate în paralel cu sarcina de a sunta componenta alternativa.

Fig.4.13. Tipuri de filtre

Filtrele utilizate frecvent la redresoarele de mica putere au schemele din Fig.4.13.

Schema unui redresor monofazat monoalternanta cu filtru capacitiv este prezentata în Fig.4.14.

Fig.4.14. Redresor monofazat monoalternanta cu filtru capacitiv

Tensiunea la bornele condensatorului u_C este în acelasi timp tensiunea la bornele rezistentei de sarcina si tensiunea dupa elementul redresor.

Fig.4.15. Graficul tensiunilor u₂ si u_C

Tensiunea pe dioda este u_d = u₂ - u_C. Consideram tensiunea u₂ sinusoidala de forma si condensatorul este initial descarcat.

În intervalul de timp 0..t₁, u₂>u_C si deci u_D>0. Ca urmare dioda D conduce si condensatorul se încarca prin secundarul transformatorului si dioda. Rezistenta de încarcare R_i este foarte mica: R_i=r_D+r_Tr.

r_D – rezistenta în conductie directa a diodei

r_Tr – rezistenta înfasurarii secundare a transformatorului

Constanta de timp de încarcare a condensatorului T_i=R_i*C, rezulta foarte mica, deci condensatorul se încarca rapid.

Dupa intervalul de timp t₁, tensiunea u₂ scade, astfel ca u_d=u₂-u_c este negativa si deci dioda se blocheaza, iar condensatorul începe sa se descarce prin rezistenta de sarcina R_s. Constanta de timp de descarcare a condensatorului T_d=R_s*C >>T_i si deci tensiunea u_C scade lent pâna în momentul t₂, când dioda se deschide iar si condensatorul se încarca iarasi pâna în momentul t₃. Tensiunea pe condensator are mici oscilatii în jurul valorii U₀, care reprezinta componenta continua a tensiunii la bornele sarcinii. Valoarea tensiunii continue U₀ precum si amplitudinea componentei alternative depind mult de valoarea rezistentei de sarcina R_s. Odata cu micsorarea lui R_s, scade U₀, iar componenta alternativa creste.