Corso di ELETTRONICA INDUSTRIALE - dei.unipd.itpel/2012 Elettronica Industriale -...

E I

Corso diCorso diELETTRONICA INDUSTRIALEELETTRONICA INDUSTRIALE

Corso diCorso diELETTRONICA INDUSTRIALEELETTRONICA INDUSTRIALE

12 1

CONVERTITORI CA/CC A TIRISTORICONVERTITORI CA/CC A TIRISTORI

E I

Per la conversione dalla corrente alternata monofase o trifase alla corrente continua si usano spesso schemi a ponte di Graetz

Si usano diodi di potenza per realizzare

Convertitori alternata / continua

12 2

Si usano diodi di potenza per realizzare convertitori non controllati e tiristori per i convertitori controllati. Schemi ibridi sono attualmente poco comuni

E I

Ponte di Graetz monofase non controllato

L Ra a

+

12 3

Ee

i

v+

-

a+

-

i

o

E I

Ponte di Graetz trifase non controllato

L Ra a

12 4

eee

123

i1

E

L R

i

v

+

-

a a

a+

-

o

E I

Nella parte superiore del ponte, conduce il diodo connesso alla fase la cui tensione istantanea è massima e, nella parte inferiore, il diodo connesso alla fase la cui tensione istantanea è minima

L Ra a

.

12 5

eee

123

i1

E

L R

i

v

+

-

a a

a+

-

o

E I

L Ra a

.Vi sono sempre solo due diodi in conduzione contemporanea, uno nella parte superiore ed uno nella parte inferiore del ponte

12 6

eee

123

i1

E

L R

i

v

+

-

a a

a+

-

o

E I

L Ra a

.Il passaggio della conduzione da un diodo all’altro (commutazione) avviene naturalmente all’incrocio tra le forme d’onda delle tensioni di due fasi successive

12 7

eee

123

i1

E

L R

i

v

+

-

a a

a+

-

o

E I


t

e 1 e 2 e 3

12 8

t

t

E I

t

e 1 e 2 e 3


12 9

t

Nel circuito in continua, l’uscita positiva segue la tensione della fase con valore istantaneo massimo

E I

t

e 1 e 2 e 3 vp


12 10

t

Nel circuito in continua, l’uscita positiva segue la tensione della fase con valore istantaneo massimo

E I

t

e 1 e 2 e 3 vp


12 11

tvn

Similmente, l’uscita negativa segue la tensione della fase con valore istantaneo minimo

E I

t

e 3 vp


La tensione continua si ottiene dalla differenza fra le

12 12

t

t

vn

v = -pv nvo

fra le tensioni dell’uscita positiva e di quella negativa

E I

t

La tensione continua presenta una ondulazione, a frequenza sei volte quella di rete, sovrapposta al suo valore medio

.

12 13

t

t

vn

v = -pv nvo

E I


In un ponte di Graetz trifase, ogni fase conduce per 120 gradi sia in senso positivo che negativo. Invece per un ponte monofase le fasi conducono in ciascun senso per 180

12 14

fasi conducono in ciascun senso per 180 gradi

Con elevato valore dell’induttanza di carico l’oscillazione della corrente di uscita è ridottae nelle fasi si hanno correnti con forma d’onda prossima a quella rettangolare, in fase con le rispettive tensioni

E I


t

vp

vni

e1 e2 e3

I

12 15

vni1

i2

i3

Ia

Ia

Iat

t

t

E I

ei1

L R

i +

a a

a+

Ponte di Graetz trifase controllato

12 16

eee

123

1

Ev

--

o

Sostituendo, sia nei ponti monofase chein quelli trifase, tutti i diodi con tiristori siottengono ponti totalmente controllati

E I


ei1

L R

i +

a a

a+

12 17

eee

123

1

Ev

--

o

E I

αα max = 180

o

e2


12 18

2e1

I tiristori consentono di ritardare l’istante di commutazione, cioè di passaggio della conduzione da una fase alla successiva

E I


αα max = 180

o

e2

12 19

2

t

e1

e3

E I

αα max =

Ponte di Graetz trifase controllatoLa commutazione si ottiene dando un comando di accensione ad ogni tiristore, sia nel semiponte

12 20

e1

e3

nel semiponte positivo che in quello negativo, ritardato di un angolo α rispetto all’istante di commutazione naturale

E I


αα max = 180

o

e2

12 21

e1

2

e3

t

E I


L’accensione del tiristore comandato provoca la polarizzazione inversa e quindi lo spegnimento (naturale) del tiristore che era in conduzione nello stesso semiponte

Nel ponte trifase le commutazioni successive,

12 22

Nel ponte trifase le commutazioni successive, che si alternano tra il semiponte positivo e quello negativo, sono sfasate di 60 gradi

Il ritardo di commutazione provoca fronti ripidinella forma d’onda della tensione prodotta sul carico in c.c.

E I


t

vpe1e2 e3α

12 23

t

t

vnv = -pv nvo

E I

t

Il valore medio della tensione di uscita diminuisce all’aumentare dell’angolo α.Tale valore medio diventa negativo per valori di α maggiori di 90 gradi (funzionamento da invertitore)

.

12 24

t

t

vnv = -pv nvo

E I

Regolazione della tensione=0

t

e1 e2 e3 α o

nv

pv

v = -v v

12 25

t

nvv = -pv nvo Vo

E I


t

e1 e2 e3 α o

nv

pv

v = -v v

12 26

t

nvv = -pv nvo Vo

E I


t

e1 e2 e3 α o

nv

pv

v = -v v

12 27

t

nvv = -pv nvoVo

E I


t

e1 e2 e3 α onv

pvv = -v v

12 28

t

pvv = -pv nvo

Vo

E I


t

e1 e2 e3 α onv

vv = -v v

12 29

t

pvv = -pv nvo

Vo

E I


t

e1 e2 e3 α onv

vv = -v v

12 30

t

pvv = -pv nvo

Vo

E I

oTensione media di uscita

Si dimostra facilmente che la tensione media di uscita è proporzionale a cos(α):

6

12 31

V V

V V

o LLeff

o LLeff

=

≅

62

135

πα

α

cos( )

. cos( )

E I

Invertitore

Vmax

Vo

Tensione media di uscita

V VLLeffmax = 62π

12 32

α 0 18090

Raddrizzatore

Invertitore

-Vmax

Vo

E I

Correnti nei ponti trifase controllati

In un ponte controllato, con ritardo di accensione α la conduzione delle varie fasi dura ancora 120 gradi nei sistemi trifase, ma questa risulta sfasata dello

12 33

trifase, ma questa risulta sfasata dello stesso angolo α rispetto alla tensione di fase corrispondente

Con alti valori della componente induttiva del carico in corrente continua, nelle fasi si ha un andamento prossimo a quello rettangolare

E I

Sfasamento delle correnti

=0e1 e2 e3 α o

nv

pv

i

12 34

nv1i

2i

3i

E I

Sfasamento delle correnti

=45e1 e2 e3 α o

nv

pv

i

12 35

nv1i

2i

3i

E I

Funzionamento da invertitore

=135e1 e2 e3 α onv

pvi

12 36

pv1i

2i

3i

E I

e1 e2

Funzionamento da invertitorePer α > 90°la tensione di uscita si inverte mentre la corrente rimane positiva. Si inverte così il verso della

12 37

2i

3i

così il verso della potenza in c.c. e si richiede, nel circuito in continua, la presenza di un generatore che eroghi tale potenza verso il lato c.a.

E I


e1 e2La potenza nelle fasi diventa anch’essa negativa perché la componente fondamentale

12 38

2i

3i

la componente fondamentale della corrente di fase risulta sfasata più di 90°rispetto alla corrispondente tensione

E I


e1 e2 Per assicurare l’andamento rettangolare della corrente di fase è indispensabile la

12 39

2i

3i

corrente di fase è indispensabile la presenza di una grande componente induttiva nel carico in c.c.

E I


e1 e2 In pratica, per dare un buon margine per le commutazioni

12 40

2i

3i

commutazioni dei tiristori è necessario limitare il massimo ritardo α≤ 150°

E I

Ondulazione di corrente

Con valori limitati della componente induttiva dell’impedenza del carico in c.c. (corrente continua), la corrente nelle fasi in c.a. (corrente alternata) si allontana

12 41

(corrente alternata) si allontana dall’andamento rettangolare e si ha una sensibile ondulazione nel carico in c.c.

E I

Ondulazione di corrente

ti

v = -pv nvo

12 42

t

t

t

ai

1i

1ti

E I

Ponte di Graetz monofase controllato

i

L R

i +

a a

a+

12 43

e

i

E

i

v

-

a

-

o

E I

i

Ponte di Graetz monofase controllatoIl funzionamento del ponte monofase controllato è analogo a quello del ponte trifase.

12 44

e

i del ponte trifase.Soltanto, le commutazioni sono a 180 gradi e contemporanee nei due semiponti positivo e negativo

E I


i

L’accensione dei tiristori comandati provoca la polarizzazione inversa e quindi lo

12 45

e

i inversa e quindi lo spegnimento (naturale) degli altri due tiristori che erano in conduzione

E I


-e/2e/2

α pv

t

12 46

nv

pv

t

tv = -pv nvo

Vo

E I

.Nel ponte monofase controllato la tensione media di uscita è anch’essa proporzionale a cos(α):

= 2 2 α

12 47

V V

V V

o eff

o eff

=

≅

2 2

0 9

πα

α

cos( )

. cos( )

E I

Correnti nei ponti monofase controllati

α nv

pv

tv = -pv nvo

12 48

α n

t

v = -pv nvoVo

t

i

E I

α nvv = pvo

Correnti nei ponti monofase controllati

In un ponte monofase controllato, la corrente di fase è

12 49

α n v = pvo

i

fase è ritardata di un angolo αanalogamente a quanto si verifica nei ponti trifase

E I

+

Convertitori CA/CA a triac

La regolazione della tensione alternata applicata ad un carico si può

12 50

e+

-

ad un carico si può fare ponendo in serie al circuito di alimentazione un TRIAC

E I


L

i+ +

12 51

Ri

e+

-

v+

-

E I


+

Come è noto, il triac è un componente che si comporta come una coppia di

12 52

e+

-

si comporta come una coppia di SCR connessi in parallelo in verso opposto, con un unico elettrodo di comando

E I


+

Come tutti gli SCR, il triac viene acceso dal comando

12 53

e+

-

dal comando e si spegne quando cessa la corrente che lo attraversa

E I


+

La regolazione è ottenuta ritardando l’accensione di un angolo α rispetto all’inizio del semiperiodo. Si

12 54

e+

-

semiperiodo. Si ottiene una semionda tagliata la cui componente fondamentale è inferiore a quella dell’onda piena

E I


φ=10οt

v

12 55

α=φ

φ=10ο

α=10ο

t

t

i

E I


φ=10οt

v

12 56

φ=10ο

α=50 ο

t

t

i

α

E I


φ=10οt

v

12 57

α

φ=10ο

α=100ο

t

t

i

E I


φ=10οt

v

12 58

α

φ=10ο

α=150ο

t

t

i

E I


φ=10οt

v

12 59

α

φ=10ο

α=180ο

t

t

i

E I

v


La regolazione deforma la tensione e la corrente sul carico introducendo uno sfasamento ed una

12 60

α

i

sfasamento ed una grande quantità di armoniche. Queste ultime possono essere parzialmente filtrate dal carico se esso è induttivo

E I


1

I (pu)1

Componente di prima armonica I1di corrente su carico resistivo-induttivo, in funzione dell’angolo α

12 61

0.5

0 20 40 60 80 100 120 140 1601800 α

φ=10ο

Corso di ELETTRONICA INDUSTRIALE - dei.unipd.itpel/2012 Elettronica Industriale -...

Documents

Transcript of Corso di ELETTRONICA INDUSTRIALE - dei.unipd.itpel/2012 Elettronica Industriale -...