Cunostinta va deschide lumea intelepciunii - Referate profesionale unice

Acasa » tehnologie » electronica electricitate
Surse de electroalimentare

Surse de electroalimentare

Fisa suport 1.1. Surse de alimentare de curent continuu

O parte din aparatura electronica are nevoie in functionare de tensiune continua de alimentare. Aceste surse de alimentare de curent continuu utilizate in masurari pot fi surse electrochimice (baterii galvanice, acumulatoare) sau surse de curent continuu cu alimentare la retea (50 Hz).

1.1.a. Sursele electrochimice se utilizeaza la aparatele de masura portabile (ohmmetre, multimetre numerice), la aparatele medicale, geologice, spatiale, pentru ca au calitati tehnice foarte bune. Ele au dezavantajul de a fi neeconomice, deci nu se utilizeaza decat acolo unde cerintele tehnice primeaza inaintea celor economice. De asemenea ele pot cauza corodarea aparatelor.

Cele mai raspandite surse de alimentare c.c. electrochimice sunt:

Surse de tip baterie

1. Baterii zinc-carbune

(Zn-MnO₂)

Au la baza elementul Leclonche cu t.e.m la gol de 1,5 V cu ajutorul caruia se fabrica baterii de 1,5 - 3 - 4,5 - 9 V etc.

Rezistenta interioara a bateriei creste odata cu varsta acesteia, astfel o baterie R20, dupa un an de la fabricare, devine neutilizabila.

Durata de viata a bateriilor este scurta, 6-8 luni, de la data fabricatiei

La temperaturi sub 0 ^oC bateria nu mai functioneaza normal.

2. Baterii zinc-mercur

(Zn-HgO)

Avantaje:

- au tensiunea nominala in jur de 1,2 V / celula;

- au durata de viata mai mare (de ordinul anilor);

- se fabrica la dimensiuni mici (sub forma de pastile);

- sunt uitilizate la ceasuri cu cuart, in electronica medicala (proteze auditive, stimulatoare cardiace), aparate de masura portabile de dimensiuni mici.

Dezavantaje:

- nu functioneaza la temperaturi sub 5 ^oC. Pentru temperaturi mai coborate (de pana la - 40 ^oC) se foloseste bateria alcalina cu mangan care are forma cilindrica si t.e.m. 1,5 V/ celula.

3. Bateria cu litiu

Avantaje:

- t.e.m. este de 3 V/celula si energia specifica este de 375 Wh/kg (de 4 ori mai mare decat bateria zinc-carbune);

- functioneaza la temperaturi cuprinse intre - 40 ^oC si 70 ^oC;

- au durata mare de viata (20 de ani);

- sunt uitilizate in aplicatii spatiale, militare si in instrumentatia industriala.

Acumulatoare

1. Acumulatoare cu placi de plumb

Avantaje:

pot fi realizate la capacitati mult mai mari;

- pot fi reincarcate;

- sunt mai economice.

Dezavantaje:

- sunt mai corozive decat bateriile.

2. Acumulatoare nichel-cadmiu

1.1.b. Sursele de curent continuu cu alimentare la retea (50 Hz) sunt mai eonomice, pot debita puteri mult mai mari (zeci, sute de W) si necesita stabilizarea tensiunii de iesire. Sunt realizate cu ajutorul redresoarelor.

Prin redresor se intelege un circuit electronic care are rolul de a transforma energia electrica de curent alternativ in energie electrica de curent continuu.

Schema bloc a unui redresor, din figura 1.1.1, contine urmatoarele elemente:

Fig.1.1.1 Schema bloc a unui redresor

transformator;
element redresor;
filtru;
stabilizator;
circuit de sarcina.

Rolul elementelor din schema bloc a unui redresor:

transformatorul are rolul de a izola aparatul electronic, de reteua de curent alternativ si de a modifica tensiunea de c.a. a retelei la valoarea necesara obtinerii tensiunii redresate dorite.
elementul redresor transforma energia de curent alternativ in energie de curent continuu si este alcatuit din componente electronice (diode semiconductoare, diode cu vid, tiristoare etc.) care permit trecerea curentului numai pentru o anumita polaritate a tensiunii alternative aplicate. Datorita acestei proprietati, de conductibilitate intr-un singur sens, curentul din circuitul redresorului va fi un curent pulsatoriu.

filtrul atenueaza ondulatiile tensiunii redresate. Tensiunea de la iesirea filtrului, data de sursa de tensiune nestabilizata, depinde de tensiunea de intrare, de sarcina.

stabilizatorul are rolul de a mentine constanta si independenta tensiunea aplicata unui consumator de energie electrica, in raport cu variatiile tensiunii de intrare, ale rezistentei de sarcina, ale temperaturii si a altor factori perturbatori. Tensiunea continua stabilizata se obtine la bornele stabilizatorului.

R_s reprezintarezistenta de sarcina a consumatorului conectat la sursa.

Daca sursa de tensiune continua contine stabilizator se numeste sursa de tensiune continua stabilizata.

Redresoarele se pot clasifica dupa urmatoarele criterii:

dupa tipul tensiunii alternative redresate (numarul de faze):

redresoare monofazate, folosite pentru puteri medii (sute de wati);

redresoare polifazate (trifazate), folosite pentru puteri mari;

dupa numarul de alternante ale curentului alternativ pe care il redreseaza:

redresoare monoalternanta;

redresoare bialternanta;

dupa posibilitatea controlului asupra tensiunii redresate:

redresoare necomandate;

redresoare comandate;

dupa natura sarcinii:

redresoare cu sarcina rezistiva (R) ;

redresoare cu sarcina inductiva (RL) ;

redresoare cu sarcina capacitiva (RC).

Sugestii metodologice:

CU CE?

modele de surse de electroalimentare.

CUM?

metode de invatamant: explicatia,

observatia dirijata,

conversatia euristica.

organizarea clasei: frontal sau pe grupe de elevi

In cadrul orelor de laborator, conform SPP-ului, se propune realizarea practica a unei surse de electroalimentare, dupa o schema aleasa de cadrul didactic, respectand urmatoarele etape de lucru:

analizarea schemei electrice in vederea realizarii sursei;
stabilirea materialelor necesare pentru realizarea practica a sursei;
stabilirea sculelor, aparatelor si dispozitivelor necesare;
realizarea practica a sursei de electroalimentare;
verificarea sursei realizate.

(Exemplu: realizarea practica a unei surse de tensiune continua stabilizata ± 12V, conform schemei din anexa, figura 1.1.)

UNDE?

sala de clasa;
laborator tehnologic.

Respectand SPP-ul, cadrul didactic, stabileste numarul de ore alocat fiecarei teme si are libertatea de a dezvolta fiecare tema parcursa in functie de nivelul de cunostinte al elevilor, de ritmul lor de asimilare a cunostintelor si deprinderilor.

Fisa suport 1.2. Redresoare monofazate

Redresoarele monofazate (necomandate) de mica putere (sub 1 kW) sunt utilizate la alimentarea aparaturii electronice si a instalatiilor electronice de mica putere. Ele pot fi atat monoalternanta cat si bialternanta.

1.2.1. Redresorul monoalternanta, din figura 1.2.1, redreseaza doar o singura alternanta a tensiunii monofazate.

Fig. 1.2.1 Schema electrica a redresorului monoalternanta

a. Forma de unda a tensiunii din secundarul transformatorului;

b. Forma de unda a tensiunii la bornele sarcinii U_S cand C nu este conectat;

c. Forma de unda a curentului I_d cand C nu este conectat;

d. Forma de unda a tensiunii la bornele sarcinii U_S cand C este conectat.

Fig. 1.2.2 Schema electrica simulata a redresorului monoalternanta

Fig. 1.2.3 Formele de unda ale redresorului monoalternanta (simulate si desenate):

La functionare presupunem ca dioda este ideala in montaj si la aplicarea unei tensiuni alternative in primarul transformatorului, ia nastere in secundarul acestuia tot o tensiune alternativa, ce se aplica pe anodul diodei. Pe durata alternantei pozitive dioda conduce si in circuit apare un curent proportional cu tensiunea aplicata, de aceeasi forma cu tensiunea. Pe durata alternantelor negative, dioda este blocata si curentul prin circuit este nul. Astfel, curentul circula prin sarcina intr-un singur sens, sub forma unor alternante (curent pulsatoriu). Tensiunea la bornele sarcinii in intervalul in care dioda conduce are expresia , iar in intervalul in care dioda este blocata are valoarea ;

Marimi specifice redresorului monoalternanta cu C neconectat:

valoarea medie a tensiunii redresate U_med = 1 / T_dt , unde

u_s( t ) = U_efsin ωt

Valoarea efectiva a lui U este:

Valoarea maxima a lui U este:

factorul de ondulatie are rolul de a aprecia cat de apropiata este forma tensiunii redresate fata de tensiunea alternativa (cat de buna este redresarea).

Valoarea componentei continue la bornele sarcinii este:

Valoarea maxima a componentei alternative sinusoidale:

randamentul

unde:



reprezinta puterea utila de c.c. furnizata in sarcina si

reprezinta puterea consumata de la retea.

tensiunea inversa maxima pe dioda D - U_inv.max.

U_{inv max}= U_ef

1.2.2. Redresorul dubla alternanta cu transformator cu priza mediana in secundar

Schema electrica a redresorului dubla alternanta cu transformator cu priza mediana in secundar este prezentata in figura 1.2.4

Fig. 1.2.4 Schema electrica a redresorului dubla alternanta cu transformator cu priza mediana in secundar	c. Forma de unda a curentului I_d cand C nu este conectat; d. Forma de unda a tensiunii la bornele sarcinii U_S cand C este conectat.
Fig. 1.2.5 Formele de unda ale redresorului dubla alternanta cu transformator cu priza mediana in secundar a. Forma de unda a tensiunii din secundarul transformatorului; b. Forma de unda a tensiunii la bornele sarcinii U_S cand C nu este conectat;
La functionare, in fiecare alternanta a tensiunii din secundar se afla in conductie cate o dioda, iar cealalta dioda este polarizata invers. Priza mediana a transformatorului este punctul de masa. In alternanta fara paranteze se afla in conductie dioda D_1, iar in alternanta din paranteze se afla in conductie dioda D₂. Intr-o alternanta numai jumatate din secundarul transformatorului este parcurs de curentul electric care circula prin R_s.
Marimi specifice redresorului dublaalternanta cu transformator cu priza mediana in secundar, cu C neconectat:
Valoarea tensiunii la bornele sarcinii are expresia _, unde: componenta continua este de forma: si componenta fundamentala este:
factorul de ondulatie, in acest caz are o forma de unda mai apropiata de cea continua.
randamentul, in acest caz este dublu fata de redresorul monoalternanta.
tensiunea inversa maxima pe dioda D - U_inv.max.		U_{inv max}= 2 U_ef

1.2.3. Redresorul dubla alternanta in montaj de tip punte

Schema electrica a redresorului dubla alternanta in punte, din figura 1.2.6, ofera avantajele redresorului anterior si de asemenea evita dezavantajele lui. La acest redresor tensiunea inversa maxima este: U_{inv max}= U_ef.

Fig. 1.2.6 Schema electrica a redresorului dubla alternanta in punte

Fig. 1.2.7 Formele de unda ale redresorului dubla alternanta in punte:

a. Forma de unda a tensiunii din secundarul transformatorului;

b. Forma de unda a tensiunii la bornele sarcinii U_S cand C nu este conectat;

c. Forma de unda a curentului I_d cand C nu este conectat;

d. Forma de unda a tensiunii la bornele sarcinii U_S cand C este conectat.

Fig. 1.2.8 Schema electrica simulata a redresorului dubla alternanta in punte

Fig. 1.2.9 Forma de unda simulata a lui U_S, la redresorul dubla alternanta in punte

Cele patru diode redresoare folosite formeaza bratele unei punti, la care alimentarea in curent alternativ se face printr-o diagonala, de la secundarul unui transformator,iar tensiunea redresata se culege la bornele unei rezistente plasate in cea de-a doua diagonala.

Functionarea redresorului, din figura 1.2.6, este urmatoarea: in timpul aplicarii alternantei pozitive la o extremitate a secundarului transformatorului, conduc diodele D₁si D₃, care sunt polarizate direct, determinand un curent i_d in rezistenta R_s, iar diodele D₂ si D₄ sunt blocate, deoarece sunt polarizate invers. La aparitia celei de-a doua alternante diodele D₁ si D₃ vor fi blocate, iar D₂ si D₄ vor conduce fiind strabatute de curentul i_d. Dezavantajele acestui montaj constau in numarul mare de diode folosite si necesitatea unei bune izolari fata de restul elementelor a capatului nelegat la masa al rezistentei de sarcina R_s.

Sugestii metodologice:

CU CE?

lectii AeL: circuite_de_redresare_redresarea_monofazata_monoalternanta;

circuite_de_redresare_redresarea_monofazata_dubla_alternanta.

componente electronice;

calculatoare cu soft educational de specialitate.

CUM?

metode de invatamant: explicatia,

observatia independenta /dirijata,

conversatia euristica.

organizarea clasei: frontal sau pe grupe de elevi

In cadrul orelor de laborator, conform SPP-ului, se propune realizarea redresoarelor necomandate, monofazate, monoalternanta, dubla alternanta cu transformator cu priza mediana in secundar si dubla alternanta in punte (cu sau fara condensator conectat in schema electrica), practic cu componente analogice si/sau prin simulare computerizata cu scopul de a vizualiza:

forma de unda a U_S (tensiunii pe sarcina) cand C nu este conectat;
forma de unda a curentului I_d cand C nu este conectat;
forma de unda a U_S (tensiunii pe sarcina) cand C este conectat.

UNDE?

sala de clasa;
laborator tehnologic;
laborator de informatica.

Fisa suport 1.3. Stabilizatoare

Stabilizatoarele, in functie de marimea fizica, ce caracterizeaza semnalul de intrare, pot fi:

de tensiune continua sau alternativa,
de curent;
de frecventa;
de intensitate luminoasa, etc.

Parametrii electrici ai stabilizatoarelor de tensiune continua sunt:

valorile limita absoluta - indicate de fabricanti	tensiunea maxima de intrare
	putrea disipata
	domeniul temperaturii ambiante de functionare
	domeniul temperaturii de stocare
caracteristicile electrice - care descriu functionarea stabilizatorului	limitele de intrare si iesire
	precizia	stabilizarea de intrare
		stabilizarea de sarcina
		coeficientul de temperatura a tensiunii de iesire

in functie de modul de conectare a elementului de reglare avem:

stabilizatoare de tip serie;

stabilizatoare de tip paralel.

in functie de metoda de stabilizare avem:

stabilizatoare parametrice;

stabilizatoare cu reactie.

in functie de modul de actionare a elementului de reglare avem:

stabilizatoare liniare;

stabilizatoare in comutatie.

in functie de puterea disipata maxima admisa avem:

stabilizatoare de putere mica;

stabilizatoare de putere medie;

stabilizatoare de putere mare.

Stabilizatoarele de tensiune cu componente discrete prezentate sunt stabilizatoare liniare, de tipul celor in tabelul de mai jos:

Fig.1.3.1. Schema unui stabilizator parametric simplu

Fig.1.3.2. Schema unui stabilizator parametric cu tranzistor serie

Fig.1.3.3. Schema unui stabilizator liniar cu reactie de tip serie

Atat sursele de tensiune stabilizata, cat si cele nestabilizate, pentru a nu-si inrautati performantele trebuiesc protejate de influentele daunatoare ce pot aparea in functionare, cum ar fi: supratensiuni, suprasarcini, scurtcircuite, incalziri anormale etc. Circuitele de protectie au rolul de a imuniza stabilizatorul: la cresterea tensiunii peste o anumita valoare, la depasirea unei temperaturi limita suportata de elementul regulator, precum si la atingerea puterii limita disapata pe tranzistor.

Astfel, in functionarea alimentatoarelor stabilizate pot aparea regimuri de suprasarcini sau scurtcircuite accidentale ce duc la defectarea stabilizatorului:

Regimul de supracurent se manifesta:	in scurtcircuit	Prevenirea se realizeaza folosind dispozitive cu actiune rapida (Exemple: sigurante fuzibile rapide si ultrarapide, relee de protectie electromagnetice)
	la suprasarcina	Prevenirea se realizeaza folosind dispozitive temporizatoare (Exemple: sigurante fuzibile normale, relee de protectie termice)
Regimul de supratensiune apare:	la scurtcircuitarea la masa a iesirii stabilizatorului	Prevenirea se realizeaza folosind dispozitive de protectie la supratensiuni (Exemple: circuite limitatoare de curent, sigurante fuzibile sau relee de protectie)
	la conectarea la retea a alimentatorului, daca stabilizatorul contine o capacitate pe iesire
	la variatia brusca a sarcinii

Sugestii metodologice:

CU CE?

lectii AeL: circuite_stabilizatoare_01;

circuite_stabilizatoare_02.

calculatoare cu soft educational de specialitate;
platforma experimentala (B1115 - C pentru liceele dotate cu echipament Phare).

CUM?

metode de invatamant: explicatia,

observatia dirijata,

conversatia euristica.

organizarea clasei: frontal sau pe grupe de elevi

In cadrul orelor de laborator, conform SPP-ului, se propune, pornind de la o schema electrica, realizarea de stabilizatoare liniare, practic cu componente analogice si/sau prin simulare computerizata, respectand urmatoarele etape de lucru:

simularea sau realizarea practica a schemei electrice a stabilizatorului propus;
stabilirea sculelor, aparatelor si dispozitivelor necesare pentru verificarea functionarii stabilizatorului;
interpretarea rezultatelor obtinute.

UNDE?

sala de clasa;
laborator tehnologic;
laborator de informatica.

Politica de confidentialitate

.com	Copyright © 2024 - Toate drepturile rezervate. Toate documentele au caracter informativ cu scop educational.

Surse de electroalimentare