Una din aplicațiile diodei semiconductoare este transformarea tensiunii alternative (A.C.) în tensiune continuă (D.C.). Această transformare se numește redresare. Redresorul este un circuit care conține cel puțin un element neliniar care transformă tensiunea alternativă într-o formă de undă cu componentă continuă diferită de 0. Transformatorul este coborător de tensiune, care reduce tensiunea de alimentare alternativă la o tensiune necesară, tot alternativă. Redresorul mono-alternanță este cel mai simplu circuit de redresare, iar pentru multe aplicații puterea necesită soluții mai complexe; însă această configurație oferă o modalitate foarte clară de înțelegere a principiilor de bază.
Ce înseamnă redresare și cum se alcătuiește un redresor mono-alternanță
Redresarea convertește o sursă de tensiune AC sinusoidală oscilantă într-o sursă de tensiune DC de curent constant prin intermediul diodelor sau altor elemente neliniare. Redresorul mono-alternanță utilizează numai o jumătate din perioada AC, asigurând o ieșire pulsatorie care poate alimenta o sarcină rezistivă. În timpul alternanței pozitive punctul A devine mai pozitiv în raport cu punctul B, astfel dioda D este polarizată direct și permite trecerea curentului prin sarcină. În timpul alternanței negative, dioda nu conduce, iar sarcina vede zero tensiune în această parte a ciclului.
Valoarea de vârf a tensiunii pe intrarea redresorului este VM, iar valoarea de vârf pe sarcină în regim ideal este legată de VM printr-un factor de formă specific. Pentru redresorul mono-alternanță, tensiunea medie pe sarcină este VAVE = 0,318 × VMAX, iar curentul mediu pe sarcină este IAVE = 0,318 × IMAX, unde IMAX este valoarea maximă a curentului în circuitul de redresare.
În cazul unei sarcini rezistive RL conectate la redresorul mono-alternanță, tensiunea medie pe RL este mai mică decât tensiunea maximă disponibilă, iar puterea disipată pe sarcină este PL = VDC × IDC sau PL = I^2R_L. Un exemplu tipic presupune o sursă AC de 50 VRMS și o sarcină de 150 Ω, rezultând în valori DC echivalente de aproximativ 22,5 V pentru VDC, 0,15 A pentru IDC și ~3,4 W pentru PL, presupunând diode ideale. Acest rezultat ilustrează faptul că aproximarea ideală este utilă pentru o înțelegere de bază, însă în practică căderile de tensiune pe diode (approx. 0,7 V per diodă în polarizare directă) vor reduce puțin valoarea VDC.
Limitări și comparații cu alte tipuri de redresoare
Unul dintre principalele dezavantaje ale redresorului mono-alternanță este absența unei tensiuni sau a unui curent la sarcină în jumătate din ciclu, ceea ce duce la o valoare medie DC destul de mică. Pentru a depăși această limitare, se poate utiliza un redresor bi-alternanță, care valorizează ambele semi-perioade ale formei de undă AC pentru a produce o ieșire DC pulsatoare mai stabilă și cu valoare medie mai mare. În puntea bi-alternanță, patru diode asigură trecerea atât a alternanței pozitive, cât și a celei negative, conducând prin două diode în orice moment și oferind o tensiune DC mai reflectată pe sarcină. În această configurație, pot apărea două căderi de tensiune directe în seriile diodei, ceea ce poate reduce puțin VOUT în comparație cu idealul mono-alternanță, dar crește semnificativ valoarea medie a tensiunii DC pe sarcină.
Redresoarele pot fi necomandate (diode), semicomandate (diode și tiristoare) sau complet controlate (tiristoare doar). În funcție de necesitările de control al tensiunii de ieșire, redresoarele pot fi alimentate de la rețea cu tensiune AC monofazată sau trifazată, iar componentele utilizate trebuie alese astfel încât să asigure conductanță unidirecțională în mod sigur. Redresoarele mono-alternanță sunt cele mai simple și frecvent utilizate la puteri mici, în timp ce redresoarele bi-alternanță, în punte, devin preferate pentru aplicații care necesită o tensiune DC mai constantă și o frecvență de intrare dublată prin procesul de redresare.
Oscilatii, forma de undă și reglaje în redresoare mono-alternanță
Forma de undă a tensiunii și curentului pe partea de c.a. a redresorului mono-alternanță este pulsatorie, în timp ce partea de c.d.c. poate fi filtrată pentru a obține o tensiune relativ constantă. Din punct de vedere dinamic, creșterea unghiului de comandă a poate crește forma impulsurilor și, prin urmare, poate crește atât curentul, cât și tensiunea medie pe sarcină în cazul redresorului controlat cu tiristoare. În practică, este posibil să se realizeze condiții de reglaj pentru minimizarea pierderilor și pentru obținerea unor căderi de tensiune cât mai mici prin proiectarea corespunzătoare și utilizarea tiristoarelor în punte în loc de diode. Un exemplu oferă un proces de măsurare pe osciloscop pentru a observa amploarea, durata și frecvența impulsurilor de comandă, precum și bornele tiristorului T1 în momentul vizualizării tensiunii U_d la granița comutării.
Cum funcționează un oscilator? Principiul de funcționare al oscilatorului explicat
Caracteristici matematice și relații utile
Raportul dintre tensiunea de intrare și cea de ieșire în redresorul mono-alternanță poate fi exprimat prin relații aproximative, folosind VM, VRMS, VDC și IDC. Pentru un redresor mono-alternanță ideal, VAVE = 0,318 × VM și IAVE = 0,318 × IMAX, dar dacă se utilizează RMS, atunci VAVE ≈ 0,45 × VRMS și IAVE ≈ 0,45 × IRMS. În cazul unui redresor bi-alternanță, valorile DC cresc aproximativ de două ori față de mono-alternanță, deoarece sunt prezente două vârfuri de sinusoidă pe perioada complectă. Dacă se utilizează o punte semi-controlată sau complet controlată cu tiristoare, tensiunea de iesire poate fi reglată prin unghiul de comandă, iar caracteristicile de reglaj se obțin prin comparații între valorile măsurate și cele teoretice, cultivându-se grafice ale formei de undă și ale cos φ (factorul de putere).
Un exemplu practică demonstrează relația dintre datele de intrare și cele de ieșire într-un redresor mono-alternanță: VRMS = 50 V, RL = 150 Ω, VM = 70,7 V, VDC ≈ 22,5 V, IDC ≈ 0,15 A, PL ≈ 3,4 W (presupunând diode ideale). Acest exemplu evidențiază faptul că pentru sarcini rezistive, redresarea mono-alternanță furnizează o tensiune DC pulsatorie cu o valoare medie reduse, dar poate servi ca bază pentru proiecte simple și educaționale.
Concluzii despre aplicabilitatea redresorului mono-alternanță
Redresoarele mono-alternanță reprezintă o introducere clară în tema conversiei AC-DC. Pentru aplicații de putere moderată, acestea oferă o modalitate simplă de a reduce puterea efectiv consumată pe o sarcină rezistivă, dar pentru aplicații ce necesită alimentare mai constantă, se recomandă implementarea redresoarelor bi-alternanță sau complet controlate, eventual cu tiristoare în punte. Astfel, se poate obține o tensiune DC cu o valoare medie mai mare, o formă de undă mai stabilă și un control mai fin asupra ieșirii. În plus, în cazul surselor de alimentare mari, transformatorul devine un component cheie, iar proiectarea acestuia trebuie să țină cont de pierderile, încălzirea și costurile asociate.
tags: #redresor #monofazat #monoalternanta #cu #sarcina #rezistiva
Postări populare:
- Descoperă Secția de Ortopedie Pediatrică a Spitalului de Pediatrie Sibiu: soluții complete pentru copilul tău
- Vezi detalii despre Interfonul Chicco Albastru
- Diareea la copii și SRO: ghid de prim ajutor
- Cum afectează preferința bebelușului pentru tata dezvoltarea în familie
- Dezvoltarea Fătului la 7 Săptămâni: Ce Trebuie Să știi