Tecnologie Elettriche-elettroniche e Applicazioni, Presentazione Teea

Resistori e Condensatori

TEEA
TECNOLOGIE ELETTRICHE-ELETTRONICHE E APPLICAZIONI
RESISTORS
CAPACITORS UF
DYNAMIC
DYER TENE
1 129 16 2 454
SHORT DPS
880
SPARE
MON 2200
200 47 10
12 13
RP4
PP6
U2
CR20.12
CR286
tapeElettronica di potenza

Convertitori di Potenza

Tipologie di Conversione

Convertitori
TEEA
CONVERSIONE AC/DC : si passa un alimentazione di tipo alternato ad un regime continuo
CONVERSIONE DC/AC : passo da un sistema alimentato in corrente continua ad uno in corrente alternata
CONVERSIONE DC/DC : rimango all'interno della stessa alimentazione, ma ho necessità di passsaggi intermedi
AZIONAMENTI ELETTRICI: l'elettronica di potenza viene impiegata per sostituire/migliorare determinati azionamenti
difficili o impossibili da realizzare con i metodi classiciElettronica di potenza

Convertitori AC/DC

Raddrizzatori a Semplice e Doppia Semionda

Convertitori AC/DC
TEEA
Esempi già noti e trattati sono quelli inerenti i raddrizzatori a singolo e/o doppia semionda
i (t)
V, (t)
vul (t)
RADDRIZZATORE
a doppia semionda
Ponte di Graetz
1
D2
D.
1
3
V
2
f = 50 Hz
D4 C12
RIE
Vo
2
intervallo di
scarica del
condensatore
Vo
:AV
intervallo di
conduzione
del diodo
t
v (t) = tensione di ingresso sinusoidale
v (t) = tensione di uscita raddrizzata
i(t) = corrente di uscita (o corrente al carico)
v„(t)
R
T
periodo
ampiezza
Per regolarizzare le grandezze in uscita è sufficiente ricorrere ad
altri due componenti
un'induttanza in serie per livellare la corrente
una capacità in parallelo per livellare la tensioneElettronica di potenza

Schema a Blocchi Convertitore AC/DC

Convertitori AC/DC
TEEA
SCHEMA A BLOCCHI GENERALE PER UN CONVERTITORE AC/DC
Segnale in
ingresso
Circuito a
semiconduttori
Stadio di
regolarizzazione
(filtro in uscita)
Segnale sinusoidale
Circuito a diodi per esempio
Uso di componenti
Quali induttore e condensatoreElettronica analogica: il tiristore

Il Tiristore

Struttura e Funzionamento

TEEA
TIRISTORI
I tiristori sono dispositivi a tre morsetti e quattro zone di drogaggio (due tipo P e due
tipo N) simili al diodo.
Anche tale componente possiede anodo e catodo, con l'aggiunta di un terzo terminale,
detto GATE, che serve per il controllo (attivazione o meno del componente)
A
V
GO >
la
K
A Q
P
N
GO
(gate)
P
N
Simbolo circuitale del Tiristore
KOElettronica analogica: il tiristore

Caratteristiche del Tiristore SCR

TEEA
Utilizzando un tiristore di tipo SCR (Silicon Controlled Rectifier), si
realizza un dispositivo analogo al diodo ma con una tensione di soglia Vs
variabile
A
+
+ V
VI VI VỊ
V
GO>
K
Caratteristica del tiristore SCR
NB: sono dispositivi comandati in corrente, ovvero fin quando non si inietta una corrente nel GATE, il tiristore non conduce,
Nonostante ai suoi capi è presente una tensione che lo polarizzi.
L'impiego tipico si ha nei raddrizzatori di tensione controllabili, in grado di fornire tensioni continue
regolabili da una tensione alternata fissa. Altri impieghi si hanno negli inverter (convertitori da DC ad AC).Elettronica di potenza: convertitori AC/DC

Raddrizzatore Monofase con Trasformatore a Presa Centrale

Componenti e Segnale di Ingresso

TEEA
Raddrizzatore monofase con trasformatore a presa centrale
D,
ips (t)
O
D
D
C
D
R
L
-
C
D
V21 (t)
v (t)
D
D21
ipi (t)
Segnale in ingresso
v;(t) = EM . sen(@t) = \2 · E · sen(@t)
Un trasformatore a presa centrale, ossia dotato di due avvolgimenti secondari
aventi un morsetto in comune
due diodi, uno collegato all'avvolgimento secondario superiore e uno
all'avvolgimento secondario inferiore
V25 (t)
v, (t)
DElettronica di potenza: convertitori AC/DC

Primo Step di Funzionamento

TEEA
Raddrizzatore monofase con trasformatore a presa centrale
Primo step del funzionamento:
D2.
ips (t)
O
D
D
C
D
R
L
V; (t)
-
D
V21 (t)
Vu (t)
D
C
D2
İp¡ (t)
İps (t)
DIODO IN
CONDUZIONE
25 (t)
R
L
W
Vu (t)
DIODO
INTERDETTO
D2s=conduce
D2i= non conduce
V.(t) = V25(t)
Quando la tensione di ingresso v (t) è posi-
tiva, lo sono anche le tensioni vas(t) e v2(t) su-
gli avvolgimenti secondari.
O
v;(t) = EM · sen(@t) = V2 · E ·sen(@t) (1.3)
V 25 (t)
D
nElettronica di potenza: convertitori AC/DC

Tensione e Corrente nel Primo Step

TEEA
V, (t)
E
Tensione in ingresso
t
0
T
T
2
-EM
M
DIODO IN
CONDUZIONE
Vu (t)
25 (t)
Tensione parziale in uscita
(diodo superiore)
E
R
7
Vm
t
0
İps (t)
+
Vm /R
Corrente che scorre nel carico
(ho un valore medio di tensione)
t
1
0
T
T
2
Vu (t)
DIODO
INTERDETTO
DS (t)Elettronica di potenza: convertitori AC/DC

Secondo Step di Funzionamento

TEEA
Raddrizzatore monofase con trasformatore a presa centrale
Secondo step del funzionamento:
D25
İps (t)
O
D
C
D
R
v; (t)
M
m
C
D
V21 (t)
v (t)
D
C
D21
ip (t)
DIODO
INTERDETTO
R
L
Vu (t)
V21 (t)
DIODO IN
CONDUZIONE
İp (t)
D2s = non conduce
D2i = conduce
v_(t) =- V21(t)
nuovamente positiva
(effetto da raddrizzatore)
v, (t)
EM
t
V21(t) = v(t) < 0
Quando la tensione di ingresso v (t) è negativa,
lo sono anche le tensioni v25(t) e v21(t)
Tensione in
uscita
v;(t) = EM · sen(@t) = V2 · E ·sen(@t) (1.3)
D
V25 (t)
D
OElettronica di potenza: convertitori AC/DC

Tensione e Corrente nel Secondo Step

TEEA
v; (t)
Tensione in ingresso
0
T
1
T
2
-E
-M
DIODO
INTERDETTO
v„ (t)
R
Tensione parziale in uscita
(diodo inferiore)
E.
M
1
1
JE
Vu (t)
t
V21 (t)
0
DIODO IN
CONDUZIONE
İp (t)
İp¡ (t)
Vm/R
Corrente che scorre nel carico
(ho un valore medio di tensione)
t
0
T
2
T
tElettronica di potenza: convertitori AC/DC

Potenze e Valori Medi

TEEA
Complessivamente abbiamo
Quando i diodi conducono, la corrente che li attraversa è
costante grazie all'induttanza L (che funge da filtro su di essa)
v, (t)
ips (t)
E
M
Vm/R
t
0
T
T
2
0
IN
2
-E,
M
vu (t)
İDI (t)
Vm/R
t
t
0
T
T
0
Per quanto riguarda le potenze si ha:
Potenza raddrizzata fornita al carico
.
Potenza apparente per la quale
dimensionare il trasformatore
(circa il 34 % in più rispetto a Pd)
S= 1,34 . Pa
2
I=VIR
Vm == Vmax =
2*12
Veff
TU
Vm = 0,9 Veff
t
E
M
VmElettronica di potenza: convertitori AC/DC

Raddrizzatore Monofase a Ponte Non Controllato

Configurazione a Ponte di Graetz

TEEA
Raddrizzatore monofase a ponte non controllato (configurazione a ponte di greatz)
A
D, Z
1
D
3
O
C
4
L
V; (t)
V2 (t)
vu (t)
R
O
D
D, Z
D
v; (t) = V2 (t)
B
Funzionamento già studiato
e realizzato)
Si utilizza un trasformatore normale
Si hanno 4 diodi a ponte di greatz (svantaggio nella realtà
legato al fatto che i diodi reali hanno una caduta di tensione ai
loro capi)
Funzionamento identico al precedente, ma struttura diversa,
con realizzazione più veloce e notevole risparmio in termini
di potenza di dimensionamento trasformatore (11%)
S = 1,11 . Pa
İD1 (t) = İD4 (t)
t
Vu (t)
ip2 (t) = İp3 (t)
EM
Vm
-
-
1
tElettronica di potenza: convertitori AC/DC

Struttura Reale e Finale

RADDRIZZATORE monofase a ponte non controllato
TEEA
Struttura reale/finale
A
D, Z
Z
D2
3
O
C
C
Vu (t)
V; (t)
V2 (t)
R
D
D2
D
4
B
Vu (t)
EM
1
1
1
t
4.6cm
FAD26J12V3A2S
OUT
DC12V
3A MAX
Y
IN
AC 10-28 V
AD20-40V
R
R
1.8cm
Ledmo®
AC ADAPTER
A CAUTION
AT TENTICH
CODICE
MADE INCHINA
AC-DC CONVERTER
1440
AC-DC CONVERTER
CE F
AC-DC CONVERTER
CE X
3.2cm
AC/DC-DC CONVERTER
B
1Elettronica di potenza: convertitori AC/DC

Raddrizzatore Monofase a Ponte Semi-Controllato

Componenti e Controllo

TEEA
Raddrizzatore monofase a ponte semi-controllato
A
T.
1
T.
3
O
L
v, (t)
V2 (t)
vu (t)
R
O
D.
1
D
4
B
L'elettronica permette di creare componenti più
efficienti e sofisticati.
Per realizzare tale convertitore, vengono
sostituiti due diodi con due tiristori di tipo SCR.
Dato che i tiristori sono sostanzialmente dei
diodi comandabili in accensione, tramite il
morsetto di gate, fino a quando non si inietta
corrente in questo terminale il componente
non può condurre, nemmeno se ai propri capi è
presente una tensione che lo polarizza
direttamente.Elettronica di potenza: convertitori AC/DC

Ponte di Graetz Monofase Controllato

TEEA
Ponte di Graetz monofase controllato
e/2
-e/2
t
V
t
Vn
Vo = Vp - Vn
Vo
t
a: è il ritardo di accensione dei tiristori,
espresso come angolo
(o comunque sia anche come secondi)
Agendo sul ritardo di accensione, si può
modificare il valore medio della tensione di
uscita (quindi anche la corrente media al carico)
senza dover modificare la tensione di ingresso
Ricordando che -> Vm = 0,9 VeffElettronica di potenza: convertitori AC/DC

Raddrizzatore Trifase a Ponte

Alimentazione e Connessioni dei Diodi

RADDRIZZATORE TRIFASE A PONTE
TEEA
e(t) = EM · sen(@t) = \2 · E · sen(@t)
1
.
JE1
E3
É2
2
1
V (t)
A
A
A
D1
D2
D
3
L
Vu (t)
R
3
e3 (t)
e2 (t)
2
K
Z
DA
D5
D6
'6
VB (t)
B
In questo caso abbiamo una terna trifase
(120°) che alimenta il circuito a diodi.
Dal circuito notiamo che:
I tre diodi superiori (D1, D2, D3) sono
connessi a catodo comune (morsetto A),
mentre i tre diodi inferiori (D4, D5, D6)
sono connessi ad anodo comune
(morsetto B);
I diodi superiori conducono solo con tensioni positive (conduce un solo diodo
alla volta con tensione positiva maggiore).
Analogamente, i diodi inferiori conducono solo con tensioni di fase negative
(un solo diodo conduce, quello con tensione più negativa di tutte)
A
3
e, (t)Elettronica di potenza: convertitori AC/DC

Conduzione dei Diodi

RADDRIZZATORE TRIFASE A PONTE
TEEA
I diodi superiori conducono solo con tensioni positive (conduce un solo diodo alla volta con tensione positiva maggiore).
Analogamente, i diodi inferiori conducono solo con tensioni di fase negative (un solo diodo conduce, quello con tensione
più negativa di tutte) > ANALIZZAIAMO MEGLIO QUESTO CONCETTO
℮ 1
℮ 2
℮ 3
t
Ho le mie tre tensioni che sono sfasate di 120°
tra di loro
.
LE1
E3
3
e, (t)
e2 (t)
e3 (t)
EM
M
+ VA (t)
30°
90°
W
+ VB (t)
-E
M
D1 D1 D2
D2 D3
D3
D1
DI
Diodi
in
ON
D5
D6
D6
DA
DA
D5
D5
D
6
120°Elettronica di potenza: convertitori AC/DC

Analisi del Circuito

RADDRIZZATORE TRIFASE A PONTE
TEEA
e, (t)
℮2 (t)
e3 (t)
120°
A
EM
+
+ VA (t)
1
V (t)
1
1
D.
D2
D3
5
e, (t
L
30°
90º
Vu (t)
W
n
R
VB (t)
-E.
M
DA
Ds
D6
D.
N
D2 D3
D2 D D1
Diodi
VR (t)
B
in
ON
D5
D6
DR
DA
DA
D5
D5
C
0
3
e3 (t)
e, (t)
2
A
A
AElettronica di potenza: convertitori AC/DC

Tensione Concatenata al Carico

RADDRIZZATORE TRIFASE A PONTE
TEEA
A
VA (t) = e, (t)
1
D2
2
D2
D.
.
e1 (t)
L
Vu (t)
R
1
D
6
D.
.
5
B
VB (t) = ℮2 (t)
Notiamo come il carico sia sottoposto
sempre a tensione concatenata.
Nel caso in esempio Vu = V12
120°
30°
90°
W
-EM
D
DI
Ds
D6
3
e3 (t)
e2 (t)
2
D
4Elettronica di potenza: convertitori AC/DC

Intervalli di Conduzione e Tensione di Uscita

RADDRIZZATORE TRIFASE A PONTE
Intervallo
Diodi in
conduzione (ON)
v (t)
VB(t)
v_(t)
-30°÷30°
D3 e D5
e3(t)
e2(t)
V32(t)
30°+90°
De D5
e,(t)
e2(t)
V13(t)
90°÷150°
De D6
e,(t)
e3(t)
V13(t)
150°+210°
D2 e D6
e2(t)
e3(t)
V23(t)
210°+270°
D2 e Da
e2(t)
e,(t)
V„,(t)
270°+330°
D3 e Da
℮3(t)
e,(t)
V31(t)
60°
Vu (t)
V 12
V 13
V 23
V21
V 31
V 32
V 12
V13
V
M
Vm
0
30°
90°
TEEA
e, (t)
e2 (t)
℮3 (t)
120°
+
M
VA (t)
30°
'90°
+ VB (t)
-EM
Diodi
D1 D1 D2 D2 D3 D3 D1 D1
+
in
ON
D5 D6
D6
DA
DA
D5
Ds
D6
In uscita ho che ogni 60° la tensione è pari alla tensione
concatenata "più positiva" (V12, V23 e V31) o all'opposto della
concatenata "più negativa" (V32, V13 e V21)
Vout= Vm = 3*(- Vmax) =
6*12
2*TT
Veff = 1,35 Veff
+