Electronică aplicată generală

Sisteme simple de comanda În cazul aplicatiilor nepretentioase, care nu necesita o precizie deosebita a comenzii, se pot utiliza circuite de comanda fara generator de semnal. Circuitele simple sunt realizate cu rezistoare R, cu grupuri RC, cu bobine saturabile sau cu punti defazare.În figura 2.3 este prezentat un circuit de comanda în componenta caruia se gasesc numai rezistoare.Amorsarea tiristorului se produce atunci când VI este pozitiv si se închide comutatorul k. Rezistorul R se dimensioneaza din conditia de amorsare .

Tensiunea pe sarcina creste mai repede decât tensiunea aplicata grilei tiristorului ( prin rezistorul R). Daca R este variabil unghiul de comanda poate fi reglat în intervalul 5,...,90 °.Rezistorul R1 se introduce pentru a creste stabilitatea comenzii la variatia temperaturii (deoarece temperatura modifica curentul de amorsare iGT).În figura 2.4 este prezentat un circuit de comanda cu circuit de defazare de tipul RC ( rezistenta si condensator).În alternanta negativa a tensiunii Vi condensatorul se încarca prin dioda D1 cu tensiune negativa pe armatura superioara.În alternanta pozitiva a tensiunii Vi dioda D1 este polarizata invers, tiristorul are conditii de amorsare si va amorsa atunci când tensiunea pe grila (care este, de fapt, tensiunea de pe condensator) ajunge la valoarea nominala VGK.Condensatorul se descarca, prin rezistorul R, de tensiunea negativa si se încarca apoi cu tensiune pozitiva pe armatura superioara. Când VC = VGK tiristorul intra în conductie. Unghiul la care amorseaza tiristorul creste cu cresterea valorii rezistorului R. Domeniul de reglaj al unghiului de comanda este ± (0, ).În figura 2.5a este prezentat un circuit de comanda cu punte defazoare. Puntea este formata din transformatorul TR cu doua înfasurari secundare, rezistorul R si condensatorul C.Condensatorul C are rolul de a defaza una din cele doua înfasurari secundare.

Se pot scrie relatiile vectoriale

relatii exprimate grafic în figura 2.5b.Se constata ca unghiul de comanda poate fi modificat cu ajutorul rezistorului R, prin modificarea lungimii vectorului VR.

Circuite specializate Rolul circuitelor de comanda a masinilor electrice este de a permite: schimbarea sensului de rotatie,pornirea si oprirea, detectarea pozitiei axului,modificarea si controlul vitezei de rotatie (turatiei).

În actionarile electrice de putere medie si mare se folosesc masini electrice cu alimentare în curent alternativ trifazat (sincrone si asincrone), uneori cu alimentare monofazata, sau masini de curent continuu. În aparatura de larg consum, în cadrul sistemelor de automatizare puterile necesare actionarilor sunt relativ mici motiv pentru care alimentarea se poate face de la o sursa monofazata de curent alternativ sau de la o sursa de curent continuu (eventual tot de la o sursa monofazata de curent alternativ, prin intermediul unui circuit de redresare). Daca sistemul se impune sa functioneze chiar în lipsa sursei de c.a. alimentarea se realizeaza de la un acumulator conectat la sursa de c.a. prin intermediul unui circuit de redresare.O alta justificare pentru utilizarea masinilor alimentate în curent continuu se refera la forma caracteristicii mecanice, care în cazul masinilor de c.a. determina un domeniu îngust de modificare a turatiei (caracteristica este dura) iar în cazul masinilor de c.c. permite un domeniu larg de modificare a turatiei.

Principalele masini electrice (în regim de motor) folosite în actionarile de putere mica sunt:masina de curent continuu cu perii;masina de curent continuu fara perii (BDLC);motorul pas cu pas;motorul cu reluctanta variabila;motorul de inductie de c.a.Motoarele de curent continuu fara perii colectoare au început sa înlocuiasca în toate domeniile motoarele cu perii, datorita avantajelor pe care le prezinta printre care eficienta ridicata, zgomotul redus, interferente electromagnetice reduse si timp de viata mai mare.O serie de aplicatii au fost monopolizate de motoarele de curent continuu fara perii colectoare cum ar fi actionarile hard – discurilor, a CD-urilor si DVD-urilor, a coolerelor si a actionarilor pentru vehicule electrice.Datorita faptului ca puterile implicate sunt moderate si datorita faptului ca circuitele de comanda sunt mai simple interfatarea motorului cu circuitul de comanda se face prin intermediul sistemelor folosind tranzistori (bipolari TBP, cu efect de câmp MOSFET sau IGBT

Circuite de forta În figura 2.34 sunt prezentate circuitele de forta pentru a) motorul de c.c. cu colector, b) motorul de c.c. fara perii, c) motorul pas cu pas cu 4 înfasurari, d) motorul cu reluctanta variabila, e) de inductie de c.a. Analizând tabelul 1 constatam ca tensiunile de alimentare si curentii sunt de valori mici ceea ce sugereaza ca por fi folositi în sistemul de forta tranzistori MOSFET sau IGBT, renuntând la tranzistori bipolari (acestora rezervându-li-se domeniul tensiunilor si curentilor mari). Avantajul consta în faptul ca comanda pe grila se face în tensiune (pe când la tranzistorii bipolari comanda pe baza se face în curent) ceea ce conduce la o simplificare a etajului final din blocul de comanda pe grila.

Datorita faptului ca viteza de comutare a IGBT este mai mica decât a MOSFET, pentru aplicatii în care frecventa este mare (peste 150 kHz) se recomanda tranzistorii MOSFET.

Daca se iau în considerare pierderile de putere la comutarea dispozitivului se recomanda adoptarea tranzistorilor MOS pentru tensiuni mai mici de 250V si a tranzistorilor IGBT pentru tensiuni mai mari de 1000 V (între cele doua limite se adopta un tranzistor sau altul în functie de costul aplicatiei).

Pentru adoptarea dispozitivului se impune a lua în consideratie faptul ca la pornirea motorului curentul absorbit este de 3,...,6 ori mai mare decât curentul de mers in sarcina, curent de vârf pe care trazistorul trebuie sa îl suporte. Pe de alta parte, pentru a lua in considerare dispersia parametrilor dispozitivelor (care este data de procesul de fabricatie) si supratensiunile care apar în functionarea sistemului de actionare, nu se poate conta decât pe 80% din valoarea tensiunii idicata de producator.

Redresorul bialternanta în punte semicomandata

Redresorul bialternanta, din figura 3.13, este numit în punte semicomandata pentru ca numai o parte din elementele puntii pot fi comandate (tiristorii T)Inductivitatea sarcinii LS se considera a fi suficient de mare pentru ca sa mentina valoarea curentului constanta indiferent de scaderea tensiunii de alimentare a sarcinii.Conduce dioda al carui catod este mai negativ decât anodul si tiristorul care are coditii de conductie si a primit impuls de comanda pe grila.Spre exemplu în punctul „Cd R” tensiunea VR este pozitiva si tiristorul TR primeste semnal pe grila pentru a intra în conductie.

Curentul plecând de la faza R se închide prin TR si dioda care are catodul la potentialul cel mai negativ. Într-o prima faza tensiunea cea mai negativa este VT, rezulta ca circuitul se va închide pe calea (faza R) VR - TR – RS,LS – DT - VT (faza T).

Tensiunea VT creste, asa încât exista un punct în care devine mai negativa tensiunea VR ceea ce face ca dioda DT sa se blocheze si curentul sa fie preluat de dioda DR .

În a doua faza a conductiei tiristorului TR curentul se va închide pe calea TR – RS,LS – DR pe seama energiei înmagazinate în câmpul magnetic al inductivitatii sarcinii (LS). Tensiunea pe sarcina, în acest interval de timp, este mica si egala cu suma caderilor de tensiune de pe tiristorul TR si dioda DR , ambele dispozitive fiind în conductie.

Fenomenele decurg similar si la comanda altui tiristor.

Tensiunea pe sarcina este de doua ori mai mare decât la redresorul monoalternanta .

De notat ca în conditiile unei sarcini rezistive ( LS = 0) curentul în circuit se va anula la iesirea din conductie a diodei DT ( în cazul exemplului nostru), ramânând egal cu zero pâna la comanda tiristorului urmator TS.

Variatorul de tensiune continua cu autotransformator (Jones)VTC cu autotransformator, din figura 5.3a, elimina dezavantajul VTC cu tiristor auxiliar pentru ca nu se mai impune a se comanda, la conectarea sursei de alimentare, un anumit tiristor din schema.La comanda T1 circula curent prin Ls, Rs ’ circulatia curentului prin L1 face sa se induca în L2 o tensiune electromotoare VL2= ’ apare curent de încarcare prin C stabilind polaritatea .

Circuitul de încarcare este D1, C, T1, L2. Când C s-a încarcat cu o tensiune HVA’ D1 se blocheaza.T1 formeaza cea mai mare parte a tensiunii Vs iar T2 formeaza o mica portiune, ca în figura 5.3b, pe intervalul Ton = .

Invertorul în punte trifazata