Descrierea Fenomenelor de Comutație

1.1.1. Necesitatea comutatiei

Electronica de putere are ca scop conversia curentilor (din continuu în continuu, din

continuu în alternativ si invers, din alternativ în alternativ) si comanda puterii electrice

astfel convertite, pe baza dispozitivelor electronice.

Când aceste operatii se efectueaza la putere foarte mare (fata de cele, relativ usor

comandate în electronica liniara) ele trebuie sa aiba loc obligatoriu cu pierderi relative

foarte mici, nu numai pentru ratiuni de randament, dar mai ales pentru ca este exclus ca

dispozitivele electronice utilizate sa poata disipa fara risc un procent deloc neglijabil din

puterea pusa în joc.

Altfel spus, pentru puteri necesitând tensiuni si intensitati ridicate (de exemplu,

peste un kilowatt), un element al convertorului parcurs de o parte importanta a curentului

nominal nu va putea provoca decât o cadere de tensiune foarte mica pentru ca pierderile

sale sa fie compatibile cu dimensiunile sale si temperatura sa maxima de lucru si invers,

daca el suporta toata, sau o parte semnificativa a tensiunii nominale, el nu va putea fi

strabatut decât de un curent de intensitate neglijabila.

De fapt, componentele electronice de putere nu vor putea lucra decât în doua tipuri

de stari

- curent de ordinul de marime al curentului nominal si tensiune foarte mica;

- tensiune de ordinul de marime al tensiunii nominale si curent foarte slab.

Pentru a realiza conversiile dorite, este nevoie, de asemenea, ca dispozitivele

electronice sa treaca dintr-o stare în alta în cursul unor tranzitii rapide si putin disipative

(adica respectând constrângerile termice); se spune atunci ca ele comuta.

Acest mod de functionare a componentelor electronice seamana cu cel al

întrerupatoarelor mecanice.

În concluzie, electronica de putere este necesarmente o electronica de comutatie si

poate fi analizata integral înlocuind componentele electronice prin întrerupatoare

electronice (sau întrerupatoare statice), carora li se vor defini caracteristicile mai târziu.

S-a adoptat, de altfel, terminologia relativa la întrerupatoare: stare deschisa, stare închisa,

deschidere, închidere.

1.2. Functia elementara de lucru în comutatie

1.2.1. Definitie

Dispozitivele care servesc drept întrerupator în electronica de putere trebuie sa

lucreze într-una din urmatoarele stari stabile:

- starea deschisa (sau blocata), notata OFF

- starea închisa (sau conductoare), notata ON

Pentru un dipol întrerupator D, pentru care u este diferenta de potential la borne si

i este intensitatea curentului direct, aceste stari sunt descrise, când D este alimentat de la

o sursa de tensiune U, în serie cu o rezistenta R, prin relatiile:

- stare deschisa: u ˜ U; i ˜ 0

- stare închisa: u ˜ 0; i ˜ U

R

De asemenea, starilor statice trebuie sa le fie asociata o caracteristica dinamica,

adica traiectoria urmata de punctul de functionare al întrerupatorului pe parcursul

comutatiei.

1.2.2. Întrerupatorul ideal, cu sarcina rezistiva

Figura 1.1.b prezinta caracteristica unui întrerupator ideal. În stare blocata (OFF),

rezistenta de izolatie este infinita si în starea închisa (ON), rezistenta de trecere este nula.

Fig. 1.1 - Reprezentare schematica a unui întrerupator ideal

Întrerupator deschis:

iOFF = 0; uOFF = U; pOFF = iOFF·uOFF = 0 (5. 1)

Întrerupator închis: iON = U

R

; uON = 0; pOFF = iOFF·uOFF = 0 (5. 2)

În cazul întrerupatorului ideal, traiectoria urmata de punctul de functionare este

astfel încât comutatia nu induce nici o pierdere.

1.2.3. Întrerupator cu rezistenta interna si rezistenta de fuga, cu sarcina

rezistiva

Figura 1.2.b prezinta caracteristica unui întrerupator. În stare blocata (OFF),

rezistenta de izolatie ia valoarea ROFF si în stare închisa (ON), rezistenta de trecere este

egala cu RON = rON ROFF.