TOE-50: Correção do fator de potência para cargas não lineares. Prof. Cassiano Rech

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1 TOE-50: Crreçã d fatr de ptência para cargas nã lineares Prf. Cassian Rech cassian@ieee.rg 1

2 Capítul 4 Crreçã ativa d fatr de ptência Principais métds utilizads Cnversr bst em md de cnduçã descntínua Cnversr bst em md de cnduçã cntínua Prf. Cassian Rech

3 Intrduçã O cnversr bst perand n md de cnduçã descntínua pde perar cm pré-reguladr de fatr de ptência Neste md de peraçã, a crrente n indutr é nula durante uma parte d períd de cmutaçã O circuit pera cm uma freqüência de cmutaçã cnstante e a amplitude da tensã de saída é determinada pela razã cíclica d interruptr A razã cíclica é calculada a partir da realimentaçã da tensã de saída e de um cntrladr prprcinal-integral (PI), via mdulaçã pr largura de puls (PWM) A malha de crrente é dispensada neste md de peraçã, pis a frma de nda da crrente n indutr seguirá naturalmente a frma de nda da tensã de entrada Prf. Cassian Rech 3

4 Cnversr bst: Estrutura básicas Diferentes representações d cnversr bst i D b i D i + i D b i D in i S S C R in S i S _ D b i D i S I S Prf. Cassian Rech 4

5 Bst em cnduçã descntínua: Tensã CC 1ª ETAPA: Carga d indutr t 0 t t 1 (0 t t n ) in i D b i D i S S N instante t 0, interruptr S entra em cnduçã. Durante esta etapa, indutr armazena energia prveniente da fnte in. A crrente n indutr cresce linearmente até atingir seu valr de pic em t 1. in di dt in i t t Prf. Cassian Rech 5

6 Bst em cnduçã descntínua: Tensã CC ª ETAPA: Descarga d indutr t 1 t t (0 t t d ) in i i D i S di in dt S D b N instante da abertura d interruptr S, em t = t 1, did bst D b entra em cnduçã, transferind energia para a fnte de saída. Durante este temp, indutr e a fnte in frnecem energia para a carga, desmagnetizand indutr. A crrente n indutr diminuirá linearmente até ser nula em t = t. in i t Imax t Prf. Cassian Rech 6

7 Bst em cnduçã descntínua: Tensã CC 3ª ETAPA: Repus t t t 3 i D b i D in i S S Nesta etapa, interruptr S e did D b estã blqueads. A fnte in nã frnece energia durante esta etapa e a crrente n indutr é nula. A crrente na carga é frnecida pel capacitr. Prf. Cassian Rech 7

8 Bst em cnduçã descntínua: Características Baixas perdas pr cmutaçã Blquei natural d did bst Entrada em cnduçã d interruptr em zer de crrente Elevadas perdas em cnduçã devid as elevads pics de crrente Ganh estátic dependente da carga in D in 1 f I Prf. Cassian Rech 8

9 Bst em cnduçã descntínua: Operaçã cm PFP D b v in (t) f D 1 D C f i (t) S C r R max in I t v t DT D 3 D 4 alr de pic da crrente n indutr bst é diretamente prprcinal à tensã de alimentaçã O valr de pic da crrente n indutr apresentará uma envltória senidal retificada em fase cm a tensã de entrada retificada Prf. Cassian Rech 9

10 Bst em cnduçã descntínua: Operaçã cm PFP O interval de diminuiçã da crrente, de seu valr de pic até zer, em cada períd de cmutaçã, é: in i t Imax t t d t vin v t in 0 DT DT vin t vin t t Existe uma máxima razã cíclica que ainda permite cnduçã descntínua, a qual é determinada n pic da tensã de entrada: d Dmax 1 nde: p Prf. Cassian Rech 10

11 11 Bst em cnduçã descntínua: Operaçã cm PFP - Prjet Cálcul d indutr bst nrmalizad 1 bp Onde: 1 1 atg 1 Ganh estátic para cndiçã de tensã máxima na entrada e α: p

12 Cálcul d capacitr de saída: Prf. Cassian Rech 1 s b r f f D C 8 Cálcul d indutr bst (b) s p b b f P p Para cálcul da razã cíclica deve-se cnhecer a crrente média na carga: p b s f I D

13 Bst em cnduçã descntínua: Operaçã cm PFP Sistema de cntrle O cnversr bst em cnduçã descntínua deve regular a tensã de saída, mantend a crrente de entrada cm reduzida THD e em fase cm a tensã de entrada Para regular a tensã de entrada é necessári medir apenas a tensã de saída, pis a crrente de entrada segue naturalmente a frma de nda da tensã de entrada Entrada + _ Cmpensadr Mduladr Cnversr Saída Sensr Prf. Cassian Rech 13

14 Metdlgia de prjet Especificações iniciais: in 0 Tensã eficaz da rede elétrica; p alr de pic da tensã da rede elétrica; in 400 Tensã média na carga; P 300W Ptência média na carga; 0, 05 Ondulaçã de tensã na carga; f s 50kHz Frequência de cmutaçã; f 60Hz Frequência da rede elétrica. Prf. Cassian Rech 14

15 Metdlgia de prjet Ganh estátic para cndiçã de tensã máxima na entrada: Prtant, 1,86 1 0, 778 p Onde: atg 1 1 4, 034 Prf. Cassian Rech 15

16 Metdlgia de prjet Cálcul d indutr bst nrmalizad : bp 1 bp 0,56 Cálcul d indutr bst (b) b P b p p f s b 63H Prf. Cassian Rech 16

17 Metdlgia de prjet Para cálcul da razã cíclica deve-se cnhecer a crrente média na carga: I P I 0, 75A Cm iss: D I fs b D 0, p Prf. Cassian Rech 17

18 Cálcul d capacitr de saída: C r 8 b D f f s C r 136F Prf. Cassian Rech 18

19 Resultads 400 in A Iin 0A -4.0A 84.0ms 86.0ms 88.0ms 90.0ms 9.0ms 94.0ms 96.0ms 98.0ms 100.0ms Time Tensã e crrente na fnte alternada de entrada. Prf. Cassian Rech 19

20 Resultads 6.0A I(lb) Ip = 5,40A 4.0A Ief = 1,88A.0A 0A -.0A 83ms 84ms 86ms 88ms 90ms 9ms 94ms 96ms 98ms Time Crrente n indutr bst. 100ms Prf. Cassian Rech 0

21 Resultads 410 () P ms 86.0ms 88.0ms 90.0ms 9.0ms 94.0ms 96.0ms 98.0ms 100.0ms Time Tensã e ptência na carga. Prf. Cassian Rech 1

22 In/I1 Resultads 0,3 Análise Harmônica 0,5 0, 0,15 0,1 0, Orden das Harmônicas Prf. Cassian Rech

23 Resultads Cálcul Simulaçã I pic (A) (indutr bst) 5,6 5,4 I ef (A) (indutr bst) 1,84 1,88 () P (W) ,3 FP -- 0,96 Prf. Cassian Rech 3

24 Bibligrafia J. A. Pmili, Pré-reguladres de fatr de ptência. Dispnível em: < Schuch, Sistema CA/CC cm um cnversr PWM bidirecinal para interface entre barrament CC e banc de baterias, Dissertaçã de Mestrad, UFSM. A.. Batschauer, A. C. Net e C. A. Petry Cnversr BOOST perand em cnduçã descntínua e malha aberta aplicad à crreçã de fatr de ptência, UFSC, Flrianóplis 000. Prf. Cassian Rech 4