Convertoare c.a.-c.a. monofazate. Procese de comutatie

1. Obiectul lucrarii

Sunt studiate regimurile de comutatie intr-un circuit cu contactor static de curent alternativ cu sarcina R si R-L in conditiile comenzii de tip asincron mentinute (in cadrul unui numar de alternante ale tensiunii de alimentare) si comenzii cu control de faza. Este prezentat un analizor pentru studiul pe model al proceselor de comutatie.

2. Aspecte teoretice

In circuitele de curent alternativ reglajul puterii furnizate sarcinii se face pe scara larga cu contactoare statice care au rolul de a conecta, respectiv de a deconecta sarcina. Inchiderea sau deschiderea contactorului este insotita de aparitia fenomenelor tranzitorii a caror evolutie este determinata de momentul in care este actionat si de natura sarcinii.

Regimul tranzitoriu care ia nastere la comutare poate fi insotit de producerea unor supratensiuni si supracurenti care solicita suplimentar dispozitivele de comutare, instalatiile alimentate, etc. De aceea, se impune proiectarea corespunzatoare a circuitelor si luarea unor masuri de protectie adecvate.

2.1. Comanda mentinuta asincrona

In figura de mai jos (a) este reprezentat un circuit cu sarcina R-L alimentat de la o sursa de c.a. prin intermediul unui contact sau contactor static cu dispozitive ideale de comutatie si care primeste comanda mentinuta pe durata unui numar de alternante (b)

Ecuatia diferentiala atasata circuitului din figura a) este de forma:

avand solutia completa (pe durata comenzii):

,

Cazul sarcinii R

Daca sarcina este pur rezistiva ( = 0), curentul i in circuit se stabileste instantaneu la momentul t= la valoarea de regim permanent.

Cazul sarcinii R-L

La acest mod de comanda, intalnim urmatoarele situatii:

1) daca actionarea contactorului se face la , atunci in circuit se instaleaza direct regimul permanent

2) daca actionarea contactorului se face la <, termenul de regim tranzitoriu este pozitiv; el se aduna cu termenul de regim permanent si de aceea primele amplitudini pozitive sunt mai mari decat cele negative

3) daca actionarea contactorului se face la >, termenul de regim tranzitoriu este negativ; el se scade din termenul de regim permanent si primele amplitudini pozitive sunt mai mici decat cele negative.

Pentru = 0, curentul in circuit are valoarea:

.

Comanda cu control de faza

Cazul sarcinii R

Contactorul este actionat simetric cu comenzi pe intervale in cadrul fiecarei alternante a tensiunii de alimentare. Curentul i este in faza cu tensiunea u.

Cazul sarcinii R-L

La acest mod de comanda intalnim urmatoarele situatii:

1) daca actionarea contactorului se face la , termenul de regim tranzitoriu dispare si punand conditia de anulare a curentului prin sarcina, se obtine unghiul de stingere

2) daca actionarea contactorului se face la > (echivalent cu < ), solutia (2) este valabila numai pana in momentul anularii naturale a curentului prin circuit    Unghiul de stingere la care se produce anularea naturala a curentului se poate determina din relatia:

3) daca actionarea contactorului se face la < (echivalent cu    > ), forma curentului in sarcina depinde de durata impulsurilor de comanda

3. Schema electrica folosita la simularea in Spice

4. Listing-urile programelor

1) Program pentru comanda mentinuta

*csca sarcina r+l;com. mentinuta:alfa=30

.lib c:thyristr.lib

.lib c:diode.lib

rl 7 8 30

R 6 3 100

L 8 3 1.1h

V1 6 0    sin(0 60v 50hz 0 0)

D1 5 7 D1N4150

D2 7 4 D1N4150

D3 5 0 D1N4150

D4 0 4 D1N4150

X1 4 2 5 2N1596

rcom    1 2 25

Vcom 1 5 pulse(0 5 1.66m 8n 10n 38.339m 60m)

.tran 10u 40m

.options itl5=0   

.four 50 V(6) I(R)

.probe

.end

2) Program pentru comanda cu control de faza

*csca sarcina r+l;com. cntrol de faza:alfa=30

.lib c:pspicelibthyristr.lib

.lib c:pspicelibdiode.lib

rl 7 8 30

R 6 3 100

L 8 3 1.1h

V1 6 0    sin(0 60v 50hz 0 0)

D1 5 7 D1N4150

D2 7 4 D1N4150

D3 5 0 D1N4150

D4 0 4 D1N4150

X1 4 2 5 2N1596

rcom    1 2 25

Vcom 1 5 pulse(0 5 1.66m 8n 10n 8m 10m)

.tran 10u 40m

.options itl5=0

.four    50 V(6) I(R)

.probe

.end

5. Graficele obtinute

Tensiunea pe sarcina pentru cmrl30:

Variatia puterii furnizata de sursa de alimentare pentru cmrl90:

Tensiunea pe sarcina pentru cfr30:

Tensiunea pentru sarcina rezistiva cfr60 si puterea furnizata de sursa:cfr60

Puterea    furnizata de sarcina pentru cfrl45:

Tensiunea pentru sarcina RL cfrl75: