Chopper în Punte Monofazată - Comanda Sincronă și Asincronă

1. Convertoare statice. Generalităţi. Clasificare. Utilizări

Convertoarele statice de putere sunt echipamente statice complexe intercalate între sursa de energie şi receptor, având rolul de a modifica parametrii energiei furnizate de sursă (valoare, formă, frecvenţă a tensiunii), ţinând cont de cerinţele impuse de receptor.

Convertoarele pot fi de asemenea montate între două surse de energie pentru a face posibilă funcţionarea simultană a acestora. Convertorul static are rol de receptor din punctul de vedere al sursei de energie şi rol de sursă de energie din punctul de vedere al sarcinii.

Partea de putere a convertorului este realizată cu dispozitive semiconductoare de putere comandabile (tiristoare, tranzistoare) şi / sau necomandabile (diode). Aceste dispozitive funcţio-nând în regim de comutaţie, au rolul unor întreruptoare, deci rezultă un regim permanent format dintr-o succesiune periodică de regimuri tranzitorii. Închiderea şi deschiderea succesivă a acestor întreruptoare se face dupa o logică impusă de principiul de funcţionare a convertorului. Această logică este asigurată de schema electronică de comandă.

Toate convertoarele conţin deci o parte de putere (forţă) şi o parte de comandă.

Convertoarele asigură conversia unor cantităţi importante de energie. Aceasta impune ca principalul lor criteriu de dimensionare să fie randamentul, determinînd astfel diferenţe între electronica de putere şi electronica de semnal, unde scopul principal este obţinerea unui semnal de ieşire fidel.

Clasificarea convertoarelor statice de putere se poate face, în principal, după două criterii:

1. tipul mărimii electrice la intrarea şi la ieşirea convertorului;

2. tipul de comutaţie.

După primul criteriu se disting:

-Redresoarele – sunt convertoare alternativ - continuu. Fluxul de energie este orientat de la partea de curent alternativ la partea de curent continuu.

-Variatoarele de tensiune alternativă – sunt convertoare alternativ - alternativ.

Fluxul de energie este orientat de la partea de curent alternativ a intrării spre

partea de curent alternativ a ieşirii. Frecvenţa tensiunii de ieşire este aceeaşi cu cea

a tensiunii de intrare, dar valoarea sa efectivă poate fi modificată.

-Cicloconvertoarele – sunt convertoare alternativ - alternativ. Fluxul de energie este orientat de la partea de curent alternativ a intrării, la partea de curent alternativ a ieşirii, dar frecvenţa tensiunii de ieşire poate fi modificată în raport cu cea a tensiunii de intrare, ca şi valoarea sa efectivă.

-Chopperele – sunt convertoare curent continuu - continuu. Fluxul de energie este orientat dinspre partea de curent continuu a intrării, la partea de curent continuu a ieşirii. Tensiunea de ieşire este reglabilă.

-Invertoarele autonome – sunt convertoare curent continuu - alternativ. Fluxul de energie este orientat de la partea de curent continuu a intrării la partea de curent alternativ. La ieşire găsim una sau mai multe tensiuni alternative reglabile ca valoarea efectivă şi ca frecvenţă.

În plus conversia continuu-continuu şi conversia alternativ-alternativ sunt posibile cu ajutorul convertoarelor cu o structura mai complexă, numite cu fază intermediară de conversie.

În acest caz:

• convertorul continuu - continuu conţine un invertor autonom, un circuit intermediar de tensiune alternativă şi un redresor;

• convertorul alternativ - alternativ conţine un redresor, un circuit intermediar de tensiune sau de curent continuu şi un invertor autonom.

În figura 1.1 sunt prezentate conversiile de energie electrică.

Fig. 1.1. Posibilităţile de conversie a energiei electrice

prin intermediul convertoarelor statice de putere

După al doilea criteriu distingem:

-convertoare cu comutaţie naturală: f = 50Hz (frecvenţă redusă) are loc atunci când ieşirea se face în mod natural şi frecvenţa de lucru este dictată de frecvenţa reţelei de alimentare (redresorul);

-convertoare cu comutaţie comandată (forţată): ieşirea din conducţie a dispozitivu-lui semiconductor de putere se face la un moment comandat de dispozitiv, f >>; f kHz.

Prin comutaţie se întelege trecerea succesivă a curentului de la o cale de curent la altă cale de curent a părţii de putere.

Prin definiţie, o cale de curent conţine un singur întreruptor (un singur dispozitiv semiconductor de putere). Pentru comutarea între stările închis şi deschis, un întreruptor trebuie să aibă aplicată la bornele sale o tensiune convenabilă. Aceasta tensiune este numită tensiune de comutaţie.

Există patru mari categorii de aplicaţii ale convertoarelor în regim de comutaţie:

• acţionarea motoarelor de curent continuu;

• conversia curent continuu – curent alternativ (sinusoidal) în sursele de putere neîntreruptibile;

• conversia curent continuu – curent alternativ (frecvenţa intermediară ridicată) în sursele de curent continuu izolate prin transformatoare;

• conversia curent continuu – curent alternativ utilizate ca filtre active cu injecţie de putere.

În toate aceste cazuri topologia circuitului este neschimbată, numai modul de comandă şi control este adecvat aplicaţiei. Analiza prezentată în această lucrare se referă la un convertor curent continuu – curent continuu utilizat în situaţia acţionării unui motor de curent continuu.

Dacă această tensiune este disponibilă în cadrul părţii de putere se spune că avem un convertor cu comutaţie naturală; dacă nu, ea trebuie creată şi aplicată la momente determinate de timp. În acest al doilea caz avem o comutaţie comandată. Pentru tiristoarele normale, comutaţia comandată se numeste fortaţă, deoarece blocarea unui asemenea dispozitiv se face prin intermediul unui circuit auxiliar de blocaj; el este pus în funcţiune de circuitul de comandă, la momentul potrivit.

Redresoarele, variatoarele de tensiune alternativă şi cicloconvertoarele sunt convertoare cu comutaţie naturală, deoarece tensiunea de comutaţie se găseşte în partea de forţă creată de reţeaua alternativă. Blocajul tiristoarelor sau diodelor în convertoarele cu comutaţie naturală se face la trecerea naturală prin zero a curentului care le străbate. Chopperele şi invertoarele autonome sunt convertoare cu comutaţie comandată.

Aplicaţiile convertoarelor statice de putere aparţin preponderent mediului industrial deoarece permit receptoarelor să primească energie sub forma cea mai convenabilă, deci să funcţioneze cu randament optim. În stadiul actual, mai mult 70% din energia produsă este vehiculată de convertoarele statice şi procentul creşte cu fiecare an. Se utilizează şi în domeniul casnic: sursa computerului, sursa de alimentare în toate echipamentele casnice, aspiratoare, frigidere, instalaţii de aer condiţionat.

Universitatea Politehnica din Bucureşti

Facultatea de Inginerie Electrică