UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA

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1 UNVERSDADE ESTADUAL PAULSTA Júli de Mesquita Filh Faculdade de Engenharia Campus de lha Slteira Prgrama de Pós Graduaçã em Engenharia Elétrica Classificaçã, Metdlgia de Prjet e Aplicaçã de Retificadres Multipulss cm Cnexã Diferencial de Transfrmadr Priscila da Silva Oliveira Orientadr: Falcndes Jsé Mendes de Seixas. Tese submetida à Faculdade de Engenharia de lha Slteira FES/UNESP cm parte ds requisits exigids para Exame de defesa de Dutrad. Área de cnheciment: Autmaçã. lha Slteira (SP Nvembr de 2011.

2 FCHA CATALOGRÁFCA Elabrada pela Seçã Técnica de Aquisiçã e Tratament da nfrmaçã Serviç Técnic de Bibliteca e Dcumentaçã da UNESP - lha Slteira. O48c Oliveira, Priscila da Silva. Classificaçã, metdlgia de prjet e aplicaçã de retificadres multipulss cm cnexã diferencial de transfrmadr / Priscila da Silva Oliveira. -- lha Slteira : [s.n.], f. : il. Tese (dutrad Universidade Estadual Paulista. Faculdade de Engenharia de lha Slteira. Área de Cnheciment: Autmaçã, 2011 Orientadr: Falcndes Jsé Mendes de Seixas nclui bibligrafia 1. Retificadres multipulss. 2. Cnexões diferenciais. 3. Crreçã d fatr de ptência. 4. Distrçã harmônica ttal. 5. Retrfit. 6. Eletrônica de ptência.

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4 À Deus e a minha família, em especial a minha mãe que sempre acreditu em minha capacidade. DEDCO.

5 AGRADECMENTOS A Prf. Falcndes Jsé Mendes de Seixas pela rientaçã, mas principalmente pela dedicaçã, cnfiança e amizade dedicadas nestes quatr ans de trabalh. Agradeç a meus pais Osmar Batista de Oliveira e Ângela Maria Alves da Silva Oliveira pela frça e incentiv dads ns mments difíceis e pel temp que abdicaram de minha cmpanhia para que este trabalh pudesse ser cncluíd. Agradeç também a minha irmã Merielen da Silva Oliveira pr sempre me uvir, mesm nã entendend nada d assunt me incentivava. As prfessres Luiz Carls Gmes de Freitas, Rger Gules, Dinízi Paschareli Jr. e Guilherme de Azeved e Mel pr participarem da banca examinadra e deixarem suas cntribuições para a melhra d trabalh. As meus clegas e amigs d labratóri de Eletrônica de Ptência (LEP que me ajudaram n desenvlviment experimental d trabalh, em especial a amig Engenheir Lucian de Suza da Csta e Silva que participu diretamente da cnstruçã e ensai ds prtótips. A alun de graduaçã Calu E. de C. Sants pela clabraçã n desenvlviment d prgrama MultiTraf. As técnics da universidade que me auxiliaram também na parte experimental deste trabalh send sempre muit prestativs. A tds s funcináris e prfessres da pós-graduaçã que de frma direta u indireta cntribuíram para a realizaçã deste trabalh. A Universidade Estadual Paulista Faculdade de Engenharia de lha Slteira pr me aclher Agradeciment especial a agência de fment FAPESP Fundaçã de Ampar a Pesquisa d Estad de Sã Paul pel api financeir dad a prjet 2007/

6 RESUMO Os cnversres u retificadres multipulss se apresentam cm uma técnica passiva para melhrar a qualidade de energia na rede elétrica. Eles prprcinam baixa Distrçã Harmônica Ttal de crrente (DHT i, resultand um elevad Fatr de Ptência (FP e baixa ndulaçã na tensã de saída. Neste cntext apresenta-se um abrangente levantament bibligráfic, cm intuit de classificar as inúmeras tplgias CA-CC trifásicas. As tplgias retificadras CA-CC estudadas nesta tese utilizam transfrmadres nã-islads, u auttransfrmadres, cujas cnexões sã denminadas de Estrela e Delta-diferenciais, que resultam em retificadres multipulss. Cm atrativ essas tplgias apresentam baixas taxas kva (parcela de ptência prcessada pels núcles, que leva a reduzids pes e vlume. Sã estruturas cnfiáveis e rbustas, apresentam baixa cmplexidade de cnstruçã e prduzem pequena interferência eletrmagnética. Outra grande vantagem destas estruturas é a pssibilidade de bter qualquer valr de tensã de saída para qualquer nível de tensã de entrada. Cm cntribuiçã deste trabalh, análises matemáticas e fasriais fram realizadas para cada uma das cnfigurações cm tplgias Delta e Estrela, btend expressões generalizadas cm relaçã a númer de pulss d retificadr para cada uma delas. A partir deste equacinament fi pssível bter expressões unificadas para duas das cnfigurações de diferentes tplgias (denminadas de A e C. A análise unificada fi realizada tant para tensã cm para crrente, resultand n equacinament utilizad n desenvlviment de uma nva ferramenta de simulaçã e prjet para s retificadres cm essas duas cnfigurações. A partir da análise matemática de cada cnfiguraçã fi pssível desenvlver uma nva metdlgia de prjet através da análise de gráfics que relacinam pes d cbre e d ferr em funçã das relações de tensã. Para validar td estud desenvlvid, dis prtótips fram cnstruíds e aplicads a diferentes inversres cmerciais de freqüências. Ambs s prtótips apresentam 18 pulss, 220 V de entrada (linha, 315 V cm tensã média nas saídas retificadas e 2,5 kw de ptência. Estes retificadres substituíram as pntes retificadras ds inversres cmerciais - técnica chamada de retrfit. Resultads cm frmas de nda de tensã e crrente na entrada da rede elétrica e análises harmônicas para diferentes cass sã apresentads e discutids. Palavras-chave: Retificadres multipulss. Cnexões diferenciais. Crreçã d fatr de ptência. Distrçã harmônica ttal. Retrfit.

7 ABSTRACT Nwadays the theme f Pwer Quality has been ne f the mst discussed tpics. Several techniques fr pwer factr crrectin are presented in the literature. The multipulse cnverters r rectifiers resurge as a passive technique t imprve the pwer quality in the mains. They prvide lw Ttal Harmnic Distrtin f current (THD i, high Pwer Factr (PF and lw ripple n the utput vltage. This thesis shws a cmprehensive bibligraphic research with the purpse f classifying the several AC-DC three-phase tplgies that imprve the pwer quality in the mains. The tplgies studied in this thesis use nn-islated transfrmers and are called as generalized Wye and Delta-differential cnnectins. These cnnectins shw an advantage f lw kva-rating (pwer prcessed by the cre, reducing weight and vlume f these rectifier structures. The multipulse rectifiers are reliable and rbust, they shw lw cmplexity cnstructin and lw electrmagnetic interference. Anther advantage fr these cnnectins is the pssibility t chse any value f the utput vltage fr any level f input vltage. Several cnfiguratins fr Wye and Delta tplgies are presented. One f the cntributins f this thesis were the mathematical and fasrial analysis made fr all cnfiguratins in rder t btain generalized expressins related t the pulse numbers fr each cnfiguratin. Frm this equatin was pssible t btain unified expressins fr tw cnfiguratins f different tplgies (denminated A and C. The analysis was realized fr vltage and current, result in an equatin used in the develpment f a new simulatin tl and designed fr the rectifiers with this tw cnfiguratins. Thrugh the mathematical analysis it was pssible t realize a study cnnecting the rectifier average utput vltage and the weight f the multipulse structures fr different size cre and pwer. Graphics shw the weight fr the cper windings and the irn cre as a functin f the input and utput vltages. T validate the study develped, tw prttypes were designed and applied in different cmmercial frequency inverters. The prttypes perate with 18 pulses, 220 V f input line vltage, 315 V f DC utput vltage and 2.5 kw. The rectifiers were designed t replace the cnventinal six-pulse rectifiers by the cmmercial frequency inverters, - technique called retrfit. Experimental results fr vltage and current wavefrms and harmnics analysis fr the different cnditins are shwed and discussed. Keywrds: Multipulse rectifiers. Differential cnnectins. Pwer factr crrectin. Ttal harmnic distrtin. Retrfit.

8 SUMÁRO Capítul 1 ntrduçã CONSDERAÇÕES NCAS TÉCNCAS PARA CORREÇÃO DO FP E REDUÇÃO DA DHT CONVERSORES CA-CC TRFÁSCOS COM ELEVADO FP Retificadr de 18 - pulss cm cnexã Estrela - diferencial e islaçã em alta freqüência Retificadr de 18 - pulss cm cnexã Estrela - diferencial e regulaçã da tensã de saída Retificadres multipulss cm mdulaçã ativa da crrente de entrada Cnversr islad cm cnexã Sctt e crreçã d FP Cnversres híbrids CONCLUSÕES 26 Capítul 2 Retificadres trifásics multipulss CONSDERAÇÕES NCAS CONVERSORES MULTPULSOS Cnversres de 12 puls Cnversres de 18 pulss Cnversres de 24 pulss Cnversres de 30 u mais pulss CONVERSORES MULTFASES Cnversres de nve fases CONCLUSÕES 44 Capítul 3 Estud das cnexões diferenciais generalizadas de transfrmadr CONSDERAÇÕES NCAS TOPOLOGA ESTRELA Análise para cnfiguraçã A Análise para cnfiguraçã B Enrlaments auxiliares para retificadr de 18 pulss Relações de espiras Cnexões particulares Análise das crrentes 55

9 3.3 TOPOLOGAS DELTA Análise para a cnfiguraçã C Análise para a cnfiguraçã D Análise para a cnfiguraçã E Enrlaments adicinais para cnversres de 18 pulss Relações de espiras Cnexões particulares Análises das crrentes CONCLUSÕES 77 Capítul 4 Unificaçã das tplgias estrela e delta Cnsiderações iniciais Generalizaçã das expressões Unificaçã das tplgias Estrela (A e Delta (C Enrlaments adicinais para Retificadr de 18 pulss Relações de espiras generalizadas Generalizaçã das Crrentes Prgrama MultiTraf Cnclusões 92 Capítul 5 Metdlgia de prjet para reduçã de pes e vlume CONSDERAÇÕES NCAS ESCOLHA DA TOPOLOGA E CONFGURAÇÃO DO AUTOTRANSFORMADOR ESCOLHA DO MATERAL DO NÚCLEO ANÁLSES DO PESO DO NÚCLEO E DO COBRE Retificadres de 12 pulss Retificadres de 18 pulss ANÁLSE DA TAXA KVA ANÁLSE PARA PTS CONCLUSÕES 122 Capítul 6 Especificações de prjet e resultads de simulaçã CONSDERAÇÕES NCAS ESPECFCAÇÕES DO PROJETO Retificadr de 18 pulss cm cnexã Delta 123

10 6.2.2 Retificadr de 18 pulss cm cnexã Estrela RESULTADOS DE SMULAÇÃO - CARGAS NDEPENDENTES Tplgia Delta Tplgia Estrela RESULTADOS DE SMULAÇÃO - ÚNCA CARGA Tplgia Delta Tplgia Estrela CONCLUSÕES 138 Capítul 7 Especificações de cmpnentes e resultads experimentais CONSDERAÇÕES NCAS DADOS DE PROJETO PROJETOS DO NÚCLEO E DOS ENROLAMENTOS Dimensinament d núcle e enrlaments RESULTADOS DO ENSAO COM CARGAS NDEPENDENTES Tplgia Delta Tplgia Estrela RESULTADOS DE ENSAO COM CARGA ÚNCA Tplgia Delta Tplgia Estrela RESULTADOS DOS ENSAOS COM OS NVERSORES COMERCAS Ensai inversr Ensai inversr 1 cm reatância de entrada Ensais para inversr 1: aplicaçã para retrfit Ensai inversr 2: aplicaçã para retrfit Ensai inversr 3: aplicaçã para retrfit CONCLUSÕES 176 Capítul 8 Cnclusões gerais CONCLUSÕES TRABALHOS FUTUROS 181 REFERÊNCAS 183

11 10 Capítul 1 ntrduçã 1.1 CONSDERAÇÕES NCAS O prpósit desta tese é apresentar um estud inédit cm relaçã as retificadres multipulss cm cnexões diferencias de transfrmadr, sb pnt de vista de reduçã de pes e vlume destas estruturas retificadras. O estud abrange a classificaçã de algumas tplgias multipulss, apresenta uma nva metdlgia de prjet para retificadres multipulss cm cnexões diferenciais, e para finalizar e cnfirmar s benefícis que este estud acarreta, s retificadres estudads e prjetads fram aplicads cm retrfit em inversres de freqüência de diferentes marcas e mdels. Retificadres cnvencinais (pntes de Graetz sã muit utilizads cm interface CA-CC para alimentar circuits CC. Estes retificadres sã encntrads nas mais diversas aplicações cm: em dispsitivs de ajuste de velcidade (Adjustable Speed drives, aplicações cm elevadas tensões (HVDC, em fntes para telecmunicaçã, em fntes ininterruptas de energia (UPSs, em sistemas cnversres para aernaves entre utras. Na mairia dessas aplicações, sã utilizads cnversres trifásics, cntrlads u nã, sem nenhuma técnica para crreçã d fatr de ptência (FP u para reduçã de cmpnentes harmônicas. Estes cnversres injetam elevad cnteúd harmônic de crrente na rede, lg, apresentam baix FP, além de elevada ndulaçã de tensã na saída. Elevads cnteúds harmônics de crrente pdem casinar mau funcinament de equipaments u até mesm danificá-ls. Devid a elevada DHT i na rede elétrica, nrmas fram estabelecidas, limitand principalmente s harmônics de crrente na rede. As principais nrmas sã: EC e (nternatinal Electrtechnical Cmmissin para harmônics individuais de crrente em equipaments e a nrma EEE 519 (1992 que limita níveis de distrçã harmônica na tensã em funçã ds níveis da crrente n pnt de acplament cmum (PAC [1, 2]. N Brasil nã existe ainda uma nrma que limite s cmpnentes harmônics individuais de crrente na rede. Existe apenas, uma regulamentaçã cm relaçã a fatr de ptência e a cnsum de reativs e um módul da ANEEL (Agencia Nacinal de Energia Elétrica, que limita distrções ttais de tensã e crrente na rede de alimentaçã [3].

12 11 Em respsta a esta situaçã, inúmers trabalhs que buscam uma melhria na qualidade de energia elétrica vêm send publicads. Trabalhs cm diferentes prpstas, prém, cm um bjetiv cmum, bter baixa injeçã de cnteúd harmônic na rede e fatr de ptência próxim da unidade. Técnicas ativas, passivas e híbridas vêm send largamente explradas. Retificadres trifásics passivs, quand assciads em paralel a estágis reguladres CC-CC, cm estágis Bst u SEPC (Single Ended Primary nductr Cnveter, resultam em cnversres híbrids [4-10]. Cnversres cm crreçã ativa d fatr de ptência PFC (Pwer Factr Crrectr reduzem significantemente as crrentes harmônicas prduzidas em retificadres trifásics de seis pulss crrigind fatr de ptência na entrada da rede [11-20]. Além diss, estes cnversres híbrids e ativs pssuem adaptabilidade a diferentes tensões de linha devid à pssibilidade de se aplicar técnicas de cntrle de tensã e crrente. Muitas vezes técnicas de cntrle sfisticadas e de difícil implementaçã devem ser aplicadas a estes cnversres pdend elevar cust ds mesms. O cntrle destes cnversres muitas vezes é cmplex, gerand custs elevads de implementaçã. Cnversres CA-CC trifásics pdem ser classificads em ativs, híbrids u passivs[21-30]. Dentre s cnversres CA-CC trifásics ativs s retificadres multipulss cntrláveis (flux de ptência bidirecinal utilizam elements cm tiristres em sua estrutura retificadra (pnte trifásica cmpleta [21]. Cnversres híbrids reúnem elements da crreçã ativa e passiva, sã frmads basicamente pr pntes retificadras a did assciadas a um estági CC-CC que pde ser uma tplgia Bst, u entã a tplgia SEPC [4-7]. Técnicas de cmutaçã suave e estratégias de cntrle digital também sã apresentadas de frma a se bter baixas perdas e elevad fatr de ptência em estágis CA- CC. Pr fim, cm técnica passiva destaca-se s retificadres multipulss CA-CC trifásics que utilizam elements passivs (dids em sua estrutura retificadra (pnte de Graetz. A Figura 1 Apresenta um diagrama para a classificaçã geral das estruturas cnversras trifásicas CA-CC. Uma maneira inicial de classificar s cnversres multipulss trifásics é separand-s em duas grandes famílias, cm apresentad em [21]: 1 Unidirecinais: s cnversres que tem flux de ptência apenas da rede para a carga e em geral utilizam cmpnentes nã-cntrlads, cm dids e transfrmadres e 2 Bidirecinais: aqueles que têm flux de ptência cntrlável. Nrmalmente, esses cnversres empregam cmpnentes cntrlads, cm tiristres e GBTs (nsulated Gate Biplar Transistr.

13 12 Dentr destas duas grandes famílias, s cnversres pdem ainda ser classificads cm islads u nã-islads, e também separads de acrd cm númer de pulss, cm 6, 12, 18, 24, etc. Além diss, s cnversres (u retificadres multipulss sã ainda classificads quant à tplgia aplicada a estági retificadr, pdend ser de nda cmpleta (full-wave u em pnte (bridge. Existem também s cnversres multifases. Estes cnversres também geram múltipls pulss na crrente de entrada e tensã de saída de baixa ndulaçã, prém, cnversr cnsiste na utilizaçã de uma pnte única de dids, alimentada pr um sistema simétric de tensões, cm múltiplas fases e igualmente defasadas. A pnte de dids pssui um braç (dis dids pr fase gerada a partir de transfrmadres defasadres. Figura 1 - Classificaçã de Cnversres trifásics CA-CC. Cnversres CA-CC trifásics Cntrláveis Híbrids Nã cntrláveis slads Nã islads Unidirecinais (crrente Bidirecinais (crrente Multipulss Multifases slads Nã islads 9, fases Pnte (bridge Pnt médi (full-wave Cm regulaçã de tensã Sem regulaçã de tensã Pnte (bridge Pnt médi (full-wave 12,18,24, pulss Retificadres multipulss reaparecem cm uma técnica passiva para crreçã d FP. É uma técnica bem aceita cm se apresenta em [21], pis prmve baixa ndulaçã na tensã de saída e uma reduçã na taxa de distrçã harmônica ttal (DHT i da crrente de entrada. Este capítul apresenta algumas tplgias cnversras trifásicas CA-CC, além de um breve estud sbre filtrs. N capítul 2 é apresentad algumas estruturas multipulss. O principal bjetiv d capítul 3 é estudar as cnexões generalizadas Estrela (Y e Delta (- diferenciais de transfrmadr, que cmpõem s retificadres multipulss. O estud detalhad destas cnexões é imprescindível para que critéris sólids pssam ser estabelecids na esclha da cnexã diferencial mais adequada a ser utilizada, que minimizem pes e vlume da estrutura retificadra. As cntribuições da tese estam ns capítuls 4 e 5. N capítul 4 sã

14 13 apresentadas expressões generalizadas para crrente e tensã que representam uma família de retificadres cm cnexões Estrela e Delta diferenciais para 12 u 18 pulss. Este equacinament é vist cm uma frma de dinamizar prcediment de prjet. Resultads cm relaçã a pes e vlume ds elements magnétics que cnstituem s retificadres multipulss sã apresentads n capítul 5. Estes resultads levam a uma metdlgia de prjet a ser aplicada na esclha da melhr tplgia e cnfiguraçã de transfrmadr a ser empregada. Os capítuls 6 e 7 apresentam resultads de prjet, de simulaçã e experimentais para dis retificadres de 18 pulss, um cm tplgia Estrela e utr cm tplgia Delta. Uma tensã adequada na saída fi esclhida para que retificadr prjetad pudesse ser empregad cm retrfit em inversres de freqüências cmerciais, u seja, substituir retificadr cnvencinal trifásic, que cnstitui estági CA-CC d inversr pels retificadres multipulss prpsts. O bjetiv é melhrar a qualidade de energia na rede, uma vez que, é sabid que retificadres trifásics cnvencinais apresentam elevad cnteúd harmônic e baix fatr de ptência. 1.2 TÉCNCAS PARA CORREÇÃO DO FP E REDUÇÃO DA DHT Nesta seçã, serã apresentas algumas técnicas empregadas para a crreçã d fatr de ptência e reduçã da DHT i em cnversres trifásics CA-CC. O circuit retificadr trifásic básic cm pnte de dids (pnte de Graetz e filtr capacitiv de saída, empregad em inversres, é mstrad na Figura 2 (a. A Figura 2 (b apresenta crrente na rede para este retificadr, neste cas a taxa de distrçã harmônica chega a 150%, resultand em um fatr de ptência (relaçã entre ptência ativa e aparente de apenas 0,55. Figura 2 - Retificadr cnvencinal cm filtr capacitiv (a pnte de Graetz, (b tensã e crrente na rede. (a Fnte: Seixas (2001. (b

15 14 Filtrs passivs, ativs e híbrids. Uma sluçã passiva, simples e de baix cust cnsiste na intrduçã de indutres em série cm as linhas de alimentaçã. A adiçã das indutâncias em série cm a linha de alimentaçã, apesar de aumentar deslcament angular entre tensã e crrente, prmve uma diminuiçã da DHT i que pde chegar a 20 %. É imprtante dizer que, a adiçã de filtrs a sistema pde acarretar alguns prblemas de ressnância, além de apresentarem elevad pes e vlume. Outra frma de minimizar s harmônics injetads na rede seria utilizar um indutr de filtragem na saída d retificadr, n barrament CC. Prém, este indutr de filtragem deve ser bastante vlums, para que suprte a máxima crrente de carga sem que haja a saturaçã d núcle. Para este cas, a DHT i é n mínim de 30%, mas fatr de ptência pde chegar a 0,95. A filtragem passiva também inclui filtrs sintnizads. Nrmalmente, utilizam-se estes filtrs para mitigaçã de harmônicas de baixa rdem, cm 5ª e 7ª. A tecnlgia que abrange filtrs ativs vem send desenvlvida há algum temp. Filtrs ativs sã btids a partir de cnversres VS (Vltage Surce nverter u CS (Current Surce nverter. Eles pdem ser classificads cm relaçã a sua tplgia série, em derivaçã (shunt u híbrida send esta última uma cmbinaçã de filtrs ativs e passivs. A Figura 3 apresenta estas três tplgias de frma esquemática. A tplgia em derivaçã de filtrs ativs, Figura 3 (a realiza a cmpensaçã harmônica injetand crrentes harmônicas de mesm valr, prém, cm fases pstas, de frma que crra cancelament das mesmas [25-27]. Os filtrs ativs série, Figura 3 (b peram na rede cm reguladres de tensã e isladres de harmônicas. Sã recmendads especialmente para cmpensaçã de tensões desbalanceadas e distrções de tensã e sã cnectads em série cm a rede, geralmente através de um transfrmadr de acplament [28]. Filtrs ativs pdem ser usads cm mitigadres de harmônicas em sistemas elétrics de ptência de aernaves cm apresentad em [29]. Cmumente a mitigaçã de harmônicas nestes sistemas se dá através d us de filtrs passivs sintnizads. Prém, este métd gera muits prblemas cm ressnâncias n sistema. Além diss, ns filtrs passivs a cmpensaçã harmônica é fixa.

16 15 Figura 3 - Filtrs ativs e híbrids; (a Filtr ativ em paralel, (b filtr ativ série, (c Filtr hibrid cm filtr ativ em série e passiv em paralel e (d filtr ativ e passiv em série. Filtrs híbrids sã assciações de filtrs ativs e filtrs passivs. Esta assciaçã permite que apenas parte da ptência seja prcessada pel filtr ativ, assim a parte ativa atua apenas nas cmpnentes nã crrigidas pela parte passiva. A Figura 3 (c apresenta uma tplgia de filtr híbrid cmpsta pr um filtr ativ cnectad em série cm a rede de alimentaçã e um filtr passiv em derivaçã. Neste arranj, filtr ativ cnstitui uma impedância elevada para freqüências harmônicas, enquant que filtr passiv prpicia um caminh de menr impedância às crrentes harmônicas. Outra tplgia híbrida seria cnectar filtrs passivs em série cm filtr ativ através de transfrmadres de acplament, cm mstra a Figura 4 (d [30]. Cnversres ativs PFCs. Os cnversres ativs pdem ser classificads de acrd cm sua tplgia cnversra, cm pr exempl, cnversres Buck, Bst, Buck-Bst etc. A Figura 4 (a apresenta um cnversr PFC cm tplgia Bst clássic, já a Figura 4 (b uma mdificaçã d Bsst clássic chamad de retificadr Vienna. Outras tplgias cnversras pdem ser usadas paraa crreçã ativa d FP cm, Buck, Buck-Bst entre utras.

17 16 Figura 4 - Cnversres ativs (a Bsst clássic e (b retificadr Vienna. (a Fnte: Singh (2004. (b Cnversres híbrids. Cnversres híbrids sã frmads basicamente pr um retificadr de seis pulss nã-cntrlad e tplgias cnversras chaveadas, assciadas em paralel a retificadr. Neste arranj, estági nã cntrlad prcessa a mair parte da ptência ativa ttal requerida pela carga. Assim, estági cntrlad pera em alta freqüência e prcessa a fraçã restante da ptência ativa [4-10]. Nestes cnversres uma crrente é impsta de maneira que, quand cmbinada cm as crrentes de entrada típicas de um retificadr trifásic de seis pulss, se btenha uma crrente de linha cm baixa DHT i e elevad FP. Os cnversres híbrids sã estruturas que se mstram versáteis, pis, diferentes frmas de nda de crrente na entrada pdem ser btidas alterand a crrente de referência impsta, prém, ist pde implicar em mair cmplexidade da estrutura cm relaçã a cntrle e mdulaçã. Retificadres multipulss. Os retificadres multipulss se apresentam cm uma crreçã passiva d FP e mitigaçã de harmônics injetads na rede. Sã cnversres cm mais de seis pulss na crrente drenada da rede. Cnstituíds pr um transfrmadr especial, islad u nã, e pr pntes retificadras trifásicas (pntes de Graetz, pdem apresentar 12, 18, 24 u mais pulss, geralmente múltipls de seis [20-24, 31-71]. Uma maneira clássica de se bter um retificadr de 12 pulss é utilizand as cnexões: primári em Delta ( e secundáris em Delta ( e Estrela (Y, btend assim, a defasagem natural de 30 entre s sistemas de tensões secundárias Delta e Estrela. A Figura 5 (a apresenta cnversr de 12 pulss cm cnexã / -Y. Cnversres de 12 pulss também pdem ser btids utilizand cnexões especiais de transfrmadr cm, cnexões ziguezague e plígn. Estas cnexões permitem islament em baixa freqüência, prém,

18 17 apresentam elevads pes e vlume [22-25]. Na Figura 5 (b bserva-se a tensã e a crrente em uma das fases da rede, esta crrente é característica de um retificadr de 12 pulss. A Figura 6 (a, (b e (c apresenta retificadres cm cnexões plígn ziguezague e cnexã Delta-diferencial nã-islada, respectivamente. Nestes cass se btêm um sistema defasad de +15 e utr de -15 cm relaçã à tensã de referência (rede, btend s 30 entre s sistemas secundáris. Figura 5 - Retificadr de 12 pulss (a Cnexã / -Y, (b frma de nda da crrente típica. (a Fnte: Fernandes (2009. (b Figura 6 - Retificadres de 12 pulss (a cnexã Plígn, (b cnexã Ziguezague, (c cnexã delta diferencial. (a (b (c

19 18 A defasagem requerida pels retificadres multipulss é dada pela expressã 60 /n send n númer de pntes retificadras. Assim, para um retificadr de 18 pulss a defasagem é 60/3, u seja, igual a 20. A Figura 7 apresenta uma cnexã islada para um retificadr de 18 pulss. Figura 7 - Retificadr de 18 pulss, (a Cnexã / Z-Y-Z, (b frma de nda da crrente típica. L +50 C R Z L A 30 B C R C Y L 10 C R Z (a Fnte: Fernandes (2009. (b Retificadres multifases. Retificadres multifases sã btids através de cnexões especiais de transfrmadres. Neste cas, as tensões secundárias geradas devem ter mesm defasament entre as tensões secundárias. Pr exempl, para um retificadr de 18devem ser geradas nve tensões secundárias defasadas de 40 entre si, u seja, para retificadres multifases defasament entre as tensões secundárias geradas deve seguir a expressã, 360 /n send n númer de tensões geradas. Neste métd, nã se btém três sistemas trifásics, cada um defasad entre si de +20º u -20º, e sim nve fases defasadas entre si de 40º. Este retificadr, nã apresenta três pntes de seis pulss e sim apenas uma pnte cm nve braçs, lg se trna dispensável us de PT (nterphase Transfrmer - ndutres de nterfase. Genericamente, um cnversr de p pulss requer p/ 2 fases defasadas de 360 /(p/2 graus. A Figura 8 apresenta um cnversr multifase de 18 pulss cm cnexã Delta diferencial.

20 19 Figura 8 - Retificadr Multifase de 18 pulss. 1.3 CONVERSORES CA-CC TRFÁSCOS COM ELEVADO FP Nesta seçã serã apresentads alguns cnversres trifásics cm elevad FP e baixa taxa de distrçã harmônica de crrente encntrads na literatura Retificadr de 18 pulss cm cnexã Estrela-diferencial e islaçã em alta frequência [31-35] Três estágis full-bridge. É apresentad pr Seixas e Barbi em [32] um cnversr que agrega as qualidades ds retificadres multipulss e as vantagens ds cnversres CC-CC islads. Este cnversr além de prmver a islaçã permite a regulaçã de tensã n lad CC d retificadr de 18 pulss. A Figura 9 mstra retificadr apresentad pr Seixas e Barbi em [32]. Ele é cmpst pr um retificadr trifásic CA-CC de 18 pulss cm tplgia Y-diferencial de transfrmadr e três cnversres full-bridge assciads às saídas retificadras. Filtrs LC sã cnectads entre a pnte trifásica (did e cnversr full-bridge. Estes filtrs peram em alta freqüência, lg pssuem vlume e pes reduzids.

21 20 Figura 9 - Cnversr trifásic cm islament em alta freqüência. Fnte: Seixas (2004. O cnversr chavead apresenta apenas uma malha de tensã, na qual é aplicad cntrle clássic de mdulaçã pr largura de puls PWM cm deslcament de fase (phase-shift. Ele é de simples cnstruçã, pssui grande rbustez e pde ser cnstruíd para ptências de alguns kw. Um prtótip é apresentad pr Seixas e Barbi [32] para 12 kw, 60 V/200 A. Cm resultads cnversr apresentu FP de 0,99 e DHT i de 8.6 %. Alguns pnts psitivs apresentads para este cnversr fram: nã precisar de sensr de crrente, circuit de cmand das chaves é simples, PTs sã eliminads, cnversr apresentu eficiência mair que 90 % entre utras. A Figura 10 apresenta a crrente na rede cm reduzida DHT i. Figura 10 - Cnversr de 18 pulss cm estági CC na saída, crrentes na rede de alimentaçã, escalas 2 ms/div., 100 V/div. 10 A/ div. Fnte: Seixas (2004.

22 21 Outras tplgias isladas pdem ser usadas para substituir a tplgia fullbridge, cm a tplgia push-pull apresentada pr Seixas em [34]. A tplgia push - pull pssui a vantagem de utilizar um menr númer de elements chaveads cm relaçã à full - bridge, prém, s interruptres devem pssuir mair capacidade de blquei em tensã Retificadr de 18 pulss cm cnexã Estrela-diferencial e regulaçã da tensã de saída [35] Quand a islaçã nã é necessária, uma prpsta apresentada pr Seixas e Barbi em [35]. Sã cnectadas as saídas retificadras apenas cnversres CC-CC nã-islads, prmvend a regulaçã de tensã e eliminand s PTs. A Figura 11 apresenta um retificadr CA-CC de 18 pulss cm cnexã Y-diferencial e um segund estági CC-CC cm cnversres d tip Bst cnectads a cada uma das pntes retificadras trifásicas de seis pulss, prmvend a regulaçã de tensã na saída e a cnexã das saídas retificadras em paralel, e sem a utilizaçã de PTs. Figura 11 - Retificadr de 18 pulss cm estági Bst.(auttransfrmadr mudar na fig.. Fnte: Fernandes (2009. Uma das vantagens desta estrutura é cm relaçã a pes e vlume d auttransfrmadr utilizad. A cnexã Y-diferencial utilizada nesta estrutura prcessa apenas 22% da ptência ttal entregue a carga, prtant, pssui pes e vlume reduzids. A cmpensaçã de crrente, mduladr PWM e circuit de cmand da chave (GBT fram nesse trabalh realizads simultaneamente cm circuit integrad LM A regulaçã de tensã de saída é realizada pr um cmpensadr únic para s três estágis

23 22 elevadres de tensã (bst. Os três estágis peram independentes, lg, as freqüências de chaveament das chaves nã requerem sincrnism. A crrente de referencia, usada para a cmpensaçã de crrente, é a mesma para s três estágis elevadres de tensã, e prvém d cmpensadr de tensã. Esta estrutura apresentu um rendiment glbal de acrd cm Seixas e Barbi em [35] de 94% a plena carga, FP de 0,99 e DHT i de 8,8% Retificadres multipulss cm mdulaçã ativa da crrente de entrada Tplgias full-bridge entrada em crrente. Esta prpsta fi baseada em um cnversr nã-islad de 12 pulss cm cnexã Delta-diferencial aliad a técnica de waveshaping, apresentad pr Chi e Bae em [15], resultand em uma crrente na rede próxima da senóide cm FP unitári. O cnversr apresenta elevada eficiência e um númer reduzid de filtrs de entrada. Prprcina islament e tensã regulada, além diss, cnversr pde ser aplicad em ptências elevadas. A Figura 12 apresenta a cnfiguraçã para cnversr prpst pr Chi e Bae em [15]. Também é apresentad pr Chi em [16] um cnversr de 12 pulss nã-islad cm cnexã Delta-diferencial, que também utiliza a técnica de mdulaçã da frma de nda, prém, cnversr CC-CC utilizad nas saídas retificadras nã é islad. Uma das grandes vantagens da utilizaçã de cnversres multipulss nã-islads é a reduçã n pes e vlume da estrutura retificadra, cm exempl auttransfrmadr cm cnexã Delta-diferencial utilizad pr Chi em [15, 16] pssui uma taxa kva (prcessament de energia de 0,24 cntra uma taxa de 1,035 para cnversres cnvencinais cm cnexã Delta / Delta-Estrela de transfrmadr. A Figura 13 apresenta alguns resultads para a estrutura prpsta pr Chi e Bae em [15]. Através d cntrle das crrentes ns indutres, a crrente na entrada da rede pde resultar em uma frma de nda senidal cm FP unitári e baixa DHT i. Os cnversres fullbridge peram em md de cnduçã cntínua, mduland a crrente ns indutres L 1 e L 2 de frma a se bter uma crrente senidal na entrada da rede de alimentaçã.

24 23 Figura 12 - Cnversr trifásic 12 pulss cm cnversr islad na saída. Fnte: Chi (2005. Figura 13 - Crrentes (acrrente mdulada n indutr il1 (b Crrente na entrada (rede fase A. (a Fnte: Chi (2005. (b Cnversr islad cm cnexã Sctt e crreçã d FP Um retificadr trifásic cm crreçã de FP é apresentad pr Badin e Barbi em [36]. O cnversr utiliza a cnexã islada cm transfrmadr Sctt, gerand um sistema bifásic que é cnectad a duas pntes retificadras mnfásicas, pr sua vez as saídas destas pntes sã cnectadas a dis cnversres CC-CC d tip Bst. Usand apenas duas chaves ativas retificadr é capaz de gerar crrentes simétricas e tensã de saída balanceada. A Figura 14 apresenta cnversr trifásic cm cnexã Sctt. O estagi CC-CC é utilizad na crreçã d FP. A crrente ns indutres é frçada a seguir a frma de nda da tensã retificada n secundári d transfrmadr Sctt.

25 24 Existe uma malha de crrente para cada estági Bst e uma malha para a regulaçã da tensã que também garante equilíbri das tensões de saída em relaçã a pnt de referencia (pnt médi. Resultads experimentais mstram uma DHTi de cerca de 4,5% e fatr de ptência 0,99. Figura 14 - Cnversr trifásic islad cm cnexã Sctt. Fnte: Badin ( Cnversres híbrids Cnversres híbrids sã frmads basicamente pr um retificadr trifásic a did assciad em paralel cm tplgias chaveadas em alta freqüência cm tplgias Bst, SEPC, Cùk entre utras. Cnversr híbrid utilizand cnversres SEPC. O cnversr híbrid apresentad na Figura 15 emprega três móduls SEPC cnectads a cada um ds braçs de uma pnte retificadra trifásica (pnte de Graetz. Observa-se na estrutura que algumas mdificações fram feitas n estági SEPC para que perassem de frma independente, cm pr exempl, a divisã d indutr de entrada d estági SEPC em dis indutres cm metade da indutância ttal, e também há a necessidade de dids adicinais [4-7]. A crrente drenada para a rede é a sma instantânea da crrente que flui pela pnte trifásica e pr uma crrente impsta pel cnversr SEPC. Esta crrente é prgramável, assim, a crrente de entrada pde chegar a baixs níveis de harmônics. De acrd cm Freitas em [4], uma maneira de se bter uma crrente de entrada cm 12 pulss é smar as crrentes i a1 (t e i a2 (t, para bter a crrente de entrada na fase A da rede i a(in (t cm mstra a Figura 16.

26 25 Figura 15 - Cnversr híbrid cm cnversres CC-CC SEPC [4-7]. Fnte: Freitas (2006. Figura 16 - Crrentes para btençã de 12 pulss na crrente de entrada. Fnte: Freitas (2006. O cnversr apresentad pr [4-7] apresenta características de um retificadr de 12 pulss cm DHT i de crrente de 14,7 % e FP de 0,989. É apresentad um cnversr híbrid (tplgia SEPC cm cntrle digital, através de FPGA (Field Prgrammable Gate Array pr Freitas em [6], para gerar a crrente de referência para s cnversres CC-CC, facilitand a btençã de uma crrente senidal na entrada da rede.

27 26 Cnversr híbrid cm tplgia Bst Neste cas sã utilizads cnversres cm tplgia elevadra de tensã (Bst. Os cnversres Bst sã alimentads pr transfrmadres mnfásics island-s d sistema de ptência. A ptência ttal prcessada pels cnversres Bst é apenas uma fraçã da ptência ttal, pde variar de 20 a 33%. A Figura 17 apresenta a estrutura prpsta pr Freitas [8]. Figura 17 Estrutura híbrida prpsta pr [8]. Fnte: Freitas (2006. Alguns resultads apresentads mstram que quand cnversr da Figura 1.24 pera cm um retificadr de 12 pulss, a frma de nda a ser impsta, afim de se bter 12 pulss na crrente de entrada, é a mesma da Figura Obteve-se neste cas uma DHT i de aprximadamente 14% para uma ptência prcessada pels cnversres Bst de 19,2%. Outra prpsta de cnversr híbrid utilizand cnversres CC-CC elevadres de tensã é discutida pr Fnt em [10]. Neste cas estági CC-CC elevadr de tensã (Bst é incrprad a retificadr trifásic nã - cntrlad, permitind a regulaçã de tensã na saída. Resultads btids pr Fnt em [10] mstram que para uma ptência nminal prcessada pela pnte retificadra de 50% e s 50 % restantes dividids entre s estágis CC- CC btend-se a mínima DHT i de aprximadamente 3%. 1.4 CONCLUSÕES Cnversres multipulss passivs vêm send cada vez mais explrads cm uma técnica para reduçã d cnteúd harmônic de crrentes na rede e crreçã d FP. Estes

28 27 cnversres pdem ser assciads a estágis cnversres CC-CC, a fim de prmver a regulaçã da tensã e islament em altas freqüências. Prém retificadres cm dupl estági pdem elevar nível de cmplexidade d sistema, além de, reduzir rendiment glbal, elevand cust d cnversr. Está técnica pde ser dita mens cnfiável, pis, prblemas cm elevadas interferências eletrmagnéticas, devid chaveament em freqüências elevadas pdem crrer. Retificadres multipulss sã estruturas rbustas cm relaçã a sua cnfiabilidade. Em aplicações nde a islaçã nã é necessária a melhr pçã é a utilizaçã de cnversres multipulss nã - islads. As cnexões Estrela u Delta-diferenciais generalizadas sã uma ótima pçã, pis, além da vantagem d pes e vlume reduzids existe a pssibilidade de esclha da tensã secundária resultante, uma vez que a tensã média é 2,34 vezes da tensã eficaz secundária de fase, pssibilitand a esclha da tensã média na carga. Nestas tplgias generalizadas é pssível esclher qualquer valr de tensã secundária para qualquer valr de tensã de entrada. Esta é uma grande vantagem quand se pensa na utilizaçã ds cnversres multipulss cm aplicações de retrfit.

29 28 Capítul 2 Retificadres trifásics multipulss 2.1 CONSDERAÇÕES NCAS Neste capítul sã apresentadas algumas estruturas multipulss Será dada uma atençã especial as retificadres multipulss nã-islads, pel fat de ser principal bjet de estud desta tese. A busca pr técnicas que melhrem a eficiência de equipaments que geram elevad cnteúd harmônic vem crescend. Muits métds vêm send desenvlvids a lng ds ans cm bjetiv de melhrar a qualidade da energia na rede elétrica. Retificadres multipulss apresentam características próprias, que prprcinam uma cnsiderável melhria na qualidade da energia. Um levantament bibligráfic bastante abrangente fi realizad, a fim de apresentar algumas das inúmeras estruturas multipulss encntradas na literatura Retificadres multipulss apresentam uma significativa reduçã harmônica na crrente da rede prmvend um elevad FP. Além diss, apresentam baixa ndulaçã na tensã retificada e baix pes e vlume, quand cmpsts pr auttransfrmadres (retificadres nã-islads em baixa freqüência. 2.2 CONVERSORES MULTPULSOS Os cnversres classificads cm multipulss utilizam em sua cnfiguraçã retificadra pntes trifásicas de seis pulss. As múltiplas fases que alimentam as pntes retificadras sã balanceadas, prém cm defasament assimétric. A Figura 18 apresenta um exempl da cnfiguraçã pnte para um cnversr de 18 pulss, bserva-se que as tensões secundárias geradas nesta tplgia sã assimétricas, para que as pntes retificadras perem de maneira adequada, quand cnectadas em paralel, é necessári empreg de ndutres de nterfase (PTs nas saídas psitivas e negativas das pntes retificadras para cnversres cm tplgia de transfrmadr nã-islad. Para tplgias isladas s PTs sã necessáris apenas em uma das saídas das pntes. As principais técnicas de cnversres multipulss baseiam-se estritamente em elements passivs, através de transfrmadres, auttransfrmadres, filtrs indutivs e/u

30 29 capacitivs, retificadres a dids, de nda cmpleta (full-wave u em pnte (bridge e elements adicinais chamads, transfrmadres u reatres de interfase (PT-nterphase Transfrmer u PR- nterphase Reactr. Os PTs sã usads para a cnexã em paralel das pntes retificadras a fim de alimentar uma única carga. Estes elements se fazem necessáris para absrver as diferenças instantâneas de tensã que existem entre as pntes retificadras, devid à defasagem existente entre as tensões secundárias. [48-52]. Cnversres multipulss sã gerads a partir de grups de cnversres de seis pulss, adequadamente defasads entre si. A defasagem ds grups deve ser de (60º/númer de grups, send que númer de pulss destes cnversres é dad pr seis vezes númer de grups. Existem ainda s dbradres de pulss, que utilizam transfrmadres de interfase assciads a dids, para prduzir, pr exempl, 24 pulss a partir de uma cnfiguraçã de 12 pulss [48-50]. Figura 18 - Cnfiguraçã da estrutura retificadra para 18 pulss, tensões assimétrica [53]. (a Fnte: Sun (2008. (b Para cada sistema gerad (V 1, V 4, V 7, (V 2, V 5, V 8 e (V 3, V 6, V 9 é mantida a simetria de Cnversres de 12 pulss. Os cnversres de 12 pulss pdem ser islads u nã. Quand a islaçã nã se faz necessária s cnversres nã-islads sã uma melhr pçã, pis, apresentam menr pes, tamanh, vlume e cnseqüentemente um menr cust. Estas reduções de pes e vlume se devem a fat destes cnversres usarem na sua cnstruçã auttransfrmadres, que prcessam apenas parte da ptência entregue a carga reduzind, assim, seus elements magnétics. Os cnversres CA-CC de 12 pulss utilizam duas pntes retificadras de seis pulss, que pdem ser independentes, cnectadas em paralel u em série. As pntes devem

31 30 estar defasadas de 30 entre si, send que esta defasagem é btida empregand diferentes cnexões de transfrmadr u auttransfrmadr. Cnversres de 12 pulss eliminam tds s harmônics pares e s impares, excet das rdens J.12±1 (J=1, 2, 3... Cnversres de 12 pulss apresentam em geral FP de 0,98 e DHT i de aprximadamente 14 %. slads. Cnversres de 12 pulss frmads pelas cnexões de transfrmadres Estrela/Delta- Estrela u Delta/Delta-Estrela e duas pntes cmpletas de seis pulss sã cmumente utilizad pr serem de fácil cnstruçã, pr este mtiv sã chamads de cnvencinais. A Figura 19 apresenta cnversr cnvencinal de 12 pulss cm cnexã Delta/Delta-Estrela e saídas em paralel. Este cnversr apresenta uma taxa kva (relaçã entre ptência aparente ttal e ptência média de 1,03% [41]. Uma das vantagens ds cnversres islads é um menr númer de PTs. Figura 19 - Cnversr de 12 pulss cnvencinal. Fnte: Chi (1996. Na Figura 20 tem-se um cnversr de 12 pulss islad cm cnexã Ziguezague (Z de transfrmadr. O cnversr pssui um primári cnectad em delta e secundáris em Z ( / Z-Z. Assim, têm-se dis grups trifásics de tensões secundárias, um defasad de +15 e utr de -15 cm relaçã à tensã de fase primária. Cada um ds grups alimenta uma pnte, lg, tem-se uma defasagem de 30 entre as tensões retificadas. A cnexã Z pde ser substituída pela cnexã Plígn (P.

32 31 Figura 20 - Cnversr de 12 pulss cm cnexã / Z-Z. A Figura 21 apresenta um cnversr de 12 pulss a pnt médi (full-wave este cnversr apresentad pr Singh e Gairla em [21] é frmad pr dis primáris, um em Delta e utr em Estrela e dis secundáris em dupla Estrela. Figura 21 - Cnversr de 12 pulss cm cnexã Estrela/ dupla Estrela e Delta/ dupla Estrela. Fnte: Singh (2004. Nã-islads. Uma atençã especial deve ser dada as cnversres cm tplgia nã islada de transfrmadr, estes cnversres utilizam na sua cnstruçã auttransfrmadres, que pr sua vez chegam a prcessar mens de 20% (taxa kva de 0,20 da ptência entregue à carga, resultand em uma diminuiçã n pes, vlume, tamanh e cust d cnversr. A Figura 22 apresenta um cnversr nã - islad de 12 pulss cm cnexã Estreladiferencial chamada de abaixadra de tensã [34, 53-55]. Existe também a cnexã Estreladiferencial elevadra de tensã. Em terms de qualidade de energia s cnversres cm

33 32 cnexões elevadra u abaixadra de tensã apresentam resultads semelhantes, prém a taxa kva ds auttransfrmadres é diferente, 25% cntra 21,3% respectivamente. Figura 22 - Cnversr nã - islad cm cnexã Estrela-diferencial de auttransfrmadr. A Figura 23 apresenta cnversres nã - islads de 12 pulss cm cnexões Delta - diferenciais de auttransfrmadr [19, 38, 53]. Na Figura 23 (a é apresentada a cnexã Delta-diferencial (plana u estendida, na qual s enrlaments auxiliares sã paralels as respectivas bases, este auttransfrmadr pssui uma taxa kva de 18,4%. Já na Figura 23 (b tem-se retificadr de 12 pulss cm cnexã Delta-diferencial abaixadr de tensã. Nesta cnexã a tensã gerada ns secundáris é menr que a tensã da fnte de alimentaçã, neste cas a taxa kva é de 46,4 %. Além destas duas cnexões é pssível bter um retificadr utilizand a cnexã Delta-diferencial elevadra de tensã. Neste cas s enrlaments auxiliares sã prlngament de seus respectivs enrlaments primáris. A taxa kva encntrada para este auttransfrmadr é de 52,6%. Para que as pntes sejam cnectadas em paralel indutres de interfase devem ser cnectads as dis terminais de saída das pntes retificadras. Estes indutres têm a funçã de absrver a diferença de tensã instantânea que existe devid à defasagem entre as tensões retificadas, garantind assim, funcinament adequad d cnversr. Os PTs utilizads cmumente sã elements passivs, prém, Lee e Enjeti em [49] apresentam um PT ativ. Este PT nada mais é que um estági CC-CC acplad às saídas retificadras. Este indutr de interfase apresenta taxa kva de 2%, u seja, a ptência sbre este indutr é apenas dis pr cent da ptência na carga.

34 33 Figura 23 - Cnversres nã-islads cm cnexã Delta-diferencial (a cnexã plana, (b cnexã abaixadra de tensã. bc1 ab1 2 A1 Lbc1 A Lbc2 A2 V A A V B VC B C B2 Lca2 Lab B N Lbc Lca C1 bc Lab1 C Lca1 Lab2 B1 C2 ca2 2 ab2 (a (b Os cmpnentes deste cnversr pssuem ótimas taxas kva, além diss, prduzem uma DHT i menr que 1%. Lg, cnversr apresentad pde ser uma ótima interface para váris sistemas elétrics de ptência. A cnexã T nã islada também pde ser utilizada na btençã de cnversres multipulss. A Figura 24 apresenta um cnversr CA-CC de 12 pulss cm a cnexã T de auttransfrmadr, este cnversr apresenta duas pntes retificadras ligadas em paralel através de PTs. A carga a ser alimentada pela tensã de saída d cnversr é um mtr VCMD (Vectr Cntrlled nductin Mtr Drives [43, 44]. De acrd cm Singh e Garg em [44] a DHT i para este cnversr é de 10,8% quand em plena carga e FP de 0,985, a taxa kva ds elements magnétics que cnstituem este cnversr é de 28,3%. Em um cas mais crític, para 20% da carga ttal, cnversr cm cnexã T apresenta DHT i de 17%.

35 34 Figura 24 - Cnversr nã-islad cm cnexã T de auttransfrmadr. Fnte: Singh (2007. Além da tplgia cnversra em pnte tem-se a tplgia a pnt médi (full-wave, para cnversr CA-CC de 12 pulss deve ser gerada dze tensões secundárias igualmente defasadas para alimentar s 12 dids. A Figura 25 apresenta um cnversr a pnt médi cm cnexã Estrela-diferencial de auttransfrmadr [21]. Figura 25 - Cnversr nã-islad cm cnexã Estrela-diferencial de auttransfrmadr a pnt médi. Fnte: Singh ( Cnversres de 18 pulss Os cnversres CA-CC de 18 pulss sã frmads pr elements magnétics (transfrmadres e PTs e pr três pntes retificadras trifásicas de seis pulss (bridge, u pr retificaçã a pnt médi (full wave. A defasagem entre as tensões secundárias geradas para cnversr de 18 pulss é de 20, cas s sistemas trifásics gerads sejam assimétrics

36 35 (multipulss, u de 40 n cas ds sistemas trifásics gerads serem simétrics (multifases [19-21, 31-35, 42-48, 54-56]. Ns cass em que s limites exigids para DHT i e FP sã mais rigrss cnversr de 18 pulss é uma pçã atrativa, pis apresenta melhres resultads que de 12 pulss e menres cust e cmplexidade que de 24 pulss [57-59]. Cnversres de 18 pulss apresentam DHT i de 9,5 % e FP de 0,99 cm valres teórics característics. slads. A Figura 26 apresenta um cnversr de 18 pulss islad cm um primári e três secundáris. O primári é cnectad em Delta enquant s secundáris, adequadamente defasads entre si, apresentam duas cnexões plígn (P e uma cnexã Delta cm cargas assciadas em série. Cm resultad sã prduzids 18 pulss de tensã na saída e na crrente de entrada da rede. Além da cnfiguraçã da Figura 26, utras cnfigurações pdem ser btidas, pr exempl, cnectand-se primári em Estrela (Estrela / P-Delta-P e/u substituind a cnexã Plígn pela cnexã Ziguezague (Z [19-21, 22-24, 54]. Figura 26 - Cnversr de 18 pulss islad cm cnexã / P--P. Fnte: Singh (2008. Na Figura 27 tem-se um cnversr de 18 pulss cm estági retificadr em pnt médi. O cnversr apresenta primári cnectad em Z e três secundáris cnectads em dupla Estrela, cada uma das fases ds secundáris em dupla Estrela é cnectada a um did, smand um ttal de 18 dids [60].

37 36 Figura 27 - Cnversr de 18 pulss islad cm cnexã Z/dupla Estrela. C A R G A Fnte: Singh (2008. Nã-islads [34, 45, 47]. A Figura 28 apresenta um cnversr de 18 pulss cm cnexã de auttransfrmadr Estrela-diferencial elevadra de tensã, u seja, a tensã secundária é mair que a tensã da fnte de alimentaçã, é pssível gerar também tensões secundárias cm valres menres que a tensã da fnte mudand apenas as cnexões ds enrlaments. O retificadr da Figura 28, apresenta taxa kva de 33,2%. [54-57]. Figura 28 - Cnversr de 18 pulss nã - islad cm cnexã Estrela - diferencial elevadra de tensã. Fnte: Falcndes (2001. A Figura 29 apresenta um cnversr cm cnexã de auttransfrmadr Deltadiferencial de 18 pulss cm cargas independentes. Este cnversr apresenta tensões secundárias iguais à tensã da fnte de alimentaçã, é imprtante dizer que é pssível bter tensões maires u menres que a de alimentaçã utilizand a cnexã Delta-Diferencial

38 37 generalizada apresentada n próxim capítul em maires detalhes [54-58]. O retificadr apresentad na Figura 29 apresenta taxa kva de 16,9 %. Figura 29 - Cnversr de 18 pulss nã - islad cm cnexã Delta-diferencial. Na Figura 30 é apresentada a cnexã plígn nã islada [42, 59]. Este cnversr pde ser utilizad cm uma sluçã de retrfit, pis sua estrutura fi adaptada para este prpósit segund Singh e Bhuvaneswari [42]. O cnversr apresenta taxa kva de 27,2 %. Figura 30 - Cnversr de 18 pulss cm cnexã P de auttransfrmadr. Fnte: Singh (2007. A cnexã T é mais uma das inúmeras pssibilidades de tplgias de auttransfrmadres para cmpr cnversres multipulss. A Figura 31 apresenta um

39 38 cnversr de 18 pulss cm cnexã T de auttransfrmadr. O cnversr apresenta taxa kva de 34,3% [44]. Figura 31 - Cnversr cm cnexã T de auttransfrmadr. Fnte: Singh ( Cnversres de 24 pulss Cnversres de 24 pulss sã frmads basicamente pr quatr pntes retificadras de seis pulss defasadas de 15 entre si [21, 60-65]. Estes cnversres apresentam DHT i menres que s cnversres de 18 pulss, além de gerar baixíssima ndulaçã na tensã de saída, prém, sã de custs mais elevads recmendads em aplicações que exijam um cumpriment mais rigrs da nrma, cm relaçã a geraçã de harmônics de crrente. slads. A Figura 32 apresenta um cnversr islad de 24 pulss cm dis primáris, um cnectad em Delta e utr em Estrela e secundáris cm cnexã delta estendids. As cargas sã cnectadas em série. Sã gerads quatr grups de tensões trifásicas que alimentaram as pntes retificadras.

40 39 Figura - 32 Cnversr de 24 pulss islad cm cnexã Delta-Estrela / Delta estendid. Fnte: Singh (2008. A Figura 33 apresenta um cnversr de 24 pulss, prém, utiliza-se a técnica de multiplicaçã de pulss para se bter s 24 pulss na tensã de saída e na crrente de entrada. O cnversr é frmad pr um primári em Delta, dis secundáris cnectads em Plígn e duas pntes retificadras de seis pulss. Para a btençã ds 24 pulss, adicina-se a estrutura um transfrmadr u indutr de interfase e dis dids. Além da cnexã P é pssível cnstruir este cnversr a partir de utras tplgias de 12 pulss, cm: Z, Delta estendid u até mesm a cnexã cnvencinal Delta / Delta-Estrela [40, 60]. Figura 33 - Cnversr de 24 pulss islad cm cnexã Delta / Delta estendid e circuit multiplicadr de pulss. Transfrmadr Pnte em avanç Rede 3 V cc Carga Pnte em atras Fnte: Singh (2007. cc A Figura 34 apresenta um cnversr islad de 24 pulss cm retificaçã a pnt médi (full-wave. A estrutura d cnversr é cmpsta pr dis primáris, send um cnectad em Delta e utr em Estrela, quatr secundáris cnectads em dupla Estrela e 24 dids [21].

41 40 Figura 34 - Cnversr islad de 24 pulss cm cnexã Delta-Estrela / Dupla Estrela. cc V cc C A R G A Fnte: Singh (2008. Nã-islads. O cnversr da Figura 35 é frmad pr um auttransfrmadr, quatr pntes retificadras de seis pulss e it indutres de interfase, também chamads de PRs (reatres de interfase. O auttransfrmadr gera quatr grups de tensões trifásicas defasadas de 15 entre si. Dis destes grups sã defasads de ±7,5 cm relaçã à tensã de entrada e s utrs dis grups sã defasads de ±22,5, u seja, entre s sistemas a defasagem é de 15 [62]. Figura 35 - Cnversr de 24 pulss nã-islad cm cnexã Estrela. Fnte: Lee (1996. O auttransfrmadr utilizad neste cnversr pssui uma taxa kva de 49,2%, s PRs pssuem uma taxa de 7,36%, assim a taxa ds elements magnétics deste cnversr é de 56,56%. Além da cnexã Estrela, é pssível bter um cnversr de 24 pulss através de utras cnexões cm a Sctt, Plígn, Delta entre utras [63, 64-67]. O cnversr de 24 pulss da Figura 36 utiliza a cnexã T para gerar s quatr sistemas trifásics que alimentam as pntes retificadras e apresenta taxa kva de 37,4% [63].

42 41 Figura 36 - Cnversr de 24 pulss nã-islad cm cnexã T. Fnte: Singh (2006. Assim, cm fi apresentada para a cnexã de transfrmadr islada, a técnica de multiplicaçã de pulss também pde ser usada em cnversres cm tplgias de transfrmadres nã-islads Cnversres de 30 u mais pulss Os cnversres cm 30 pulss apresentam significativa melhria cm relaçã à qualidade da energia, prém, pssuem circuits mais cmplexs. Devid a elevad númer de pulss, existe um cnsiderável aument d númer de elements, este fatr se trna uma grande desvantagem quand se leva em cnsideraçã pes, vlume, prcess de fabricaçã e custs d cnversr. O cnversr nã-islad de 30 pulss apresentad na Figura 37 é frmad pr um auttransfrmadr, respnsável pr gerar cinc cnjunts de tensões trifásicas balanceadas e defasadas de 12 entre si. Estas tensões alimentam as cinc pntes retificadras de seis pulss que cmpõe cnversr. As pntes sã cnectadas em paralel através de PTs. Os PTs sã respnsáveis pr garantir a independência n funcinament das pntes prprcinand a igual divisã entre as crrentes de saída. O auttransfrmadr da Figura 37 apresenta taxa kva de 56,2% [21, 69, 70].

43 42 Figura 37 - Cnversr de 30 pulss nã-islad cm cnexã Estrela. Fnte: Singh (2006. A Figura 38 apresenta esquema de um cnversr islad de 36 pulss. O primári deste transfrmadr é cnectad em Delta e secundári em Estrela ramificad [21, 71]. O cnversr da Figura 38 é btid através da cnexã paralela de dis grups retificadres de 18 pulss. Figura 38 - Cnversr islad de 36 pulss. Fnte: Singh ( CONVERSORES MULTFASES Os cnversres classificads cm multifases utilizam na sua cnfiguraçã retificadra uma única pnte cm númer de braçs igual a númer de tensões secundárias geradas. A Figura 39 apresenta esquema da pnte retificadra para um cnversr de 18 pulss, u seja, nve fases. N cas da cnfiguraçã em pnte única a defasagem entre as tensões secundárias geradas deve ser a mesma, u seja, tensões simétricas. Além de simétricas as tensões devem ter mesma amplitude [53].

44 43 Figura 39 - Cnfiguraçã em pnte única para um retificadr de 18 pulss, (a pnte retificadra; (b defasagem simétrica de 40. (a Fnte: Sun (2008. (b Os cnversres multifases se diferenciam ds cnversres multipulss pel fat das tensões secundárias geradas serem de mesma amplitude e mesma defasagem entre si. O cálcul da defasagem nestes cnversres é simples, devem-se dividir s 360 pel númer de fases (tensões secundárias d retificadr Cnversres de nve fases O cnversr de nve fases deve apresentar defasagem de 40 entre as tensões secundárias. Fi simulad um cnversr de nve fases cm cnexã Delta-diferencial apresentad na Figura 40. A taxa kva para este auttransfrmadr é de 55,8%. Figura 40 - Cnversr de 18 pulss (nve fases cm defasagem simétrica de 40 e cnexã Delta-diferencial. A Tabela 1 apresenta um resum das tplgias apresentadas cm relaçã a taxa kva para s auttransfrmadres de cada uma.

45 44 Tabela 1 Taxa kva. Cnversres Multipulss (nã-islads N de Pulss Fig. Taxa kva (% ,3 2.7(a 18,4 2.7(b 46, , , , , , , , ,2 Cnversres Multifases 9 fases ,8 Fnte: dads d autr 2.4 CONCLUSÕES Neste capítul fi dada uma atençã especial as retificadres multipulss em pnte nã-islads. Uma grande precupaçã cm relaçã a estas estruturas retificadras é pes e vlume que elas apresentam. Em estruturas multipulss isladas nã é pssível bter reduçã destes parâmetrs. Assim, uma atençã mair é dada as cnversres multipulss nãislads. Estes cnversres apresentam em sua estrutura auttransfrmadres que em alguns cass prcessam 20% u mens da ptência entregue a carga diminuind, assim, pes, vlume e cust d cnversr. A Tabela 1 apresenta alguns valres de taxa kva para as estruturas cnversras. Observa-se da tabela que retificadr que apresenta menr taxa kva é retificadr de 18 pulss cm cnexã Delta-diferencial. Assim, quand islament nã é necessári, cnversres nã-islads se trnam uma pçã mais atrativa. Cnversres cm múltipls pulss (multipulss u multifases vêm send cada vez mais explrads. Um indicativ sã s inúmers trabalhs publicads e a quantidade de diferentes cnexões apresentadas neste capítul. Eles apresentam grande rbustez e cnfiabilidade, sã de baix cust, pis sã frmads pr elements passivs (dids e nã

46 45 requerem técnicas de cntrle. A cmplexidade está ns transfrmadres especiais utilizads para gerar as tensões e defasagens necessárias para a cmpsiçã ds pulss. Pdem ser utilizads cm retrfit em inversres de freqüência substituind a pnte retificadra cnvencinal de seis pulss presente nestes inversres. Este é um métd segur e eficaz de reduçã de harmônics, melhrand assim a qualidade da energia na rede elétrica. Para cnversres cm mais de 30 pulss, a cmplexidade de implementaçã cresce, devid a númer grande de enrlaments secundáris necessáris para gerar as tensões secundárias. Cnversres assim, sã de difícil cnstruçã e dificilmente pderiam ser reprduzids em escala.

47 46 Capítul 3 Estud das cnexões diferenciais generalizadas de auttransfrmadr 3.1 CONSDERAÇÕES NCAS Neste capítul sã apresentadas tplgias Estrela e Delta - diferenciais de auttransfrmadr para retificadres de 12 e 18 pulss. A partir de diagramas fasriais, é apresentad equacinament detalhad para estas tplgias, a fim de se bter valres de tensã e crrente para tds s enrlaments. É válid bservar que as cnexões de auttransfrmadr apresentadas e analisadas sã cnexões chamadas generalizadas, pis permitem a esclha de qualquer tensã média na carga. Característica imprtante quand se pensa em retrfit, u seja, a substituiçã de um retificadr cnvencinal (seis pulss, que apresenta grandes prblemas de qualidade de energia, pr um retificadr multipuls sem alterar a estrutura d sistema. Um pnt imprtante deste capítul é a análise da tensã e crrente para as diferentes cnfigurações ds secundáris d auttransfrmadr, para as tplgias Estrela e Delta - diferenciais, a fim de bter tensões e ânguls necessáris para a peraçã em 12 u 18 pulss. Para a tplgia Delta-diferencial sã apresentadas três cnfigurações de cnexã ds enrlaments secundáris, qualquer uma dessas cnfigurações permite a esclha de qualquer tensã secundária para qualquer tensã de entrada. Para a tplgia Estrela fram encntradas apenas duas cnfigurações distintas para s enrlaments secundáris. É apresentad equacinament, pass a pass, para uma cnfiguraçã de cada tplgia. Para as demais cnfigurações sã apresentadas apenas as equações finais, uma vez que as demais expressões pdem ser btidas seguind s mesms passs ds exempls apresentads anterirmente. Os equacinaments das diferentes cnfigurações, tant para cnexã Delta quant para a Estrela, serã de grande imprtância para desenvlviment da metdlgia de prjet para s retificadres multipulss cm cnexões diferencias prpsta deste trabalh e que será apresentada n próxim capítul. 3.2 TOPOLOGA ESTRELA Existem duas frmas de se bter s cnjunts de tensões resultantes, s quais representam cada um ds sistemas trifásics secundáris (V R1, V R2, V RN,, ilustrads na Figura

48 A primeira frma, apresentada na literatura, é aquela que utiliza s enrlaments auxiliares N c1 e N b3 (para gerar a tensã V R1 cm mstra a Figura 41 (a, N b2 e N c4 (para gerar V R2, N b1 e N a3 (para gerar V T1, N a2 e N b4 (para gerar V T2, N a1 e N c3 (para gerar V S1 e N c2 e N a4 (para gerar V S2 denminada neste trabalh cm cnfiguraçã [57]. A segunda maneira de se bter as tensões secundárias resultantes é utilizand s enrlaments auxiliares N c1 e N a3 (para gerar V R1 cm mstra a Figura 41 (b, N b2 e N a4 (para gerar V R2, N b1 e N c3 (para gerar V T1, N a2 e N c4 (para gerar V T2, N a1 e N b3 (para gerar V S1 e N c2 e N b4 (para gerar V S2, denminada cm cnfiguraçã B. Para cnversr de 18 pulss além ds dis sistemas trifásics, é necessári um terceir sistema em fase cm a rede e sistema de tensões primári. Assim, para se bter este terceir sistema, é necessári apenas smar s enrlaments auxiliares N an, N bn e N cn, as seus respectivs enrlaments primáris N a, N b e N c. Figura 41 - Cnexã Estrela-diferencial para tensã resultante V R1. (a Cnfiguraçã A; (b Cnfiguraçã B. (a (b Análise para cnfiguraçã A As tensões V c1 e V b3, sbre s enrlaments auxiliares N c1 e N b3 sã paralelas às tensões V c e V b, respectivamente, elas sã necessárias para a btençã da tensã resultante V R1. O mesm racicíni vale para bter as demais tensões secundárias resultantes [34, 54]. A Figura 42 (a apresenta diagrama fasrial d sistema trifásic de tensões primárias (V a, V b e V c e s sistemas trifásics de tensões secundárias defasadas, chamads (V R1, V S1 e V T1 para sistema em avanç e (V R2, V S2 e V T2 para sistema em atras. O ângul determina a peraçã d cnversr em 12 pulss ( = 15 u 18 pulss ( = 20. O

49 48 cnversr de 18 pulss requer também um sistema trifásic de tensões em fase cm primári. Este sistema é dentad pr (V Rn, V Sn e V Tn. A Figura 42 (b apresenta uma maneira de cm devem ser feitas as cnexões ds enrlaments secundáris n cas da cnexã Estrela-diferencial generalizada para um cnversr de 18 pulss. N cas d cnversr 12 de pulss s enrlaments de índices n nã sã necessáris. Figura 42 - Cnexã Estrela-diferencial Generalizada cnfiguraçã A (a Diagrama fasrial; (b Dispsiçã ds enrlaments. (a Fnte: Fernandes (2011. (b A Figura 43 representa núcle magnétic trifásic, cm primári cnectad em Estrela. As espiras N a, N b e N c sã enrladas nas pernas A, B e C respectivamente, e s secundáris sã cmpsts pr 15 enrlaments para cnversr de 18 pulss e 12 enrlaments para cnversr de 12 pulss. Os enrlaments secundáris cm índices a sã mntads sbre a perna A, enquant s enrlaments cm índices b e c sã psicinads sbre as pernas B e C respectivamente. Uma das frmas de se cnectar s enrlaments da Figura 43 está representada na Figura 42 (b.

50 49 Figura 43 Núcle magnétic e bbinas d auttransfrmadr. Fnte: Gnçalves (2006. Esta cnfiguraçã é chamada de genérica, pis, a partir dela pdem-se gerar cnexões elevadras u abaixadras de tensã para cnversres de 12 e 18 pulss cm tplgia Estrela-diferencial. A tensã através ds enrlaments é representada cm mesm índice usad para designar enrlament, pr exempl: V a1 crrespnde à tensã sbre enrlament N a1. É imprtante mencinar que índice n (pr exempl, N an é em relaçã a pnt neutr e nã denta enésim enrlament. A Figura 44 apresenta s diagramas fasriais para três cass pssíveis de cnexã ds enrlaments secundáris, quand a tensã sbre s enrlaments auxiliares sã psitivas, quand uma é psitiva e utra é negativa e quand as duas sã negativas. Para V c1 > 0 e V b3 > 0. Quand V c1 e V b3 sã psitivas a Figura 43(a representa diagrama fasrial para esta situaçã. A partir d diagrama da Figura 44(a e aplicand a lei ds sens ns triânguls em destaque se btêm as expressões (1 e (2. Nestas expressões a tensã V x representa uma tensã auxiliar entre pnt neutr, e pnt cmum as enrlaments N c1 e N b3. O ângul chamad de (ângul auxiliar é definid cm ângul entre as tensões V x e V a (tensã de referência.

51 50 Figura 44 - Diagramas fasriais para a tplgia Estrela-diferencial generalizada cm cnfiguraçã A. Fnte: Gnçalves (2006. Vx VR1 Vb3 sen(120 sen(60 sen( (1 Vx Va Vc 1 sen(60 sen(120 sen( (2 Neste cas a tensã resultante (V R1 é sempre menr que a tensã de entrada, u seja, se tem uma cnexã abaixadra (step-dwn. Para V c1 > 0 e V b3 < 0. Quand a tensã V b3 é negativa, enrlament N b3 tem sua plaridade invertida, neste cas ângul esta entre e 0 e a tensã secundária resultante pde ser mair, menr u igual à tensã de entrada. O diagrama fasrial que representa esta segunda situaçã é apresentad na Figura 44(b. A partir ds triânguls em destaque na Figura 44(b btêm as expressões (3 e (4. Vx Va Vc 1 (3 sen(60 sen(120 sen( V x sen(60 VR sen(120 1 Vb3 (4 sen(

52 51 Para V c1 < 0 e V b3 < 0. Neste cas, V c1 e V b3 assumem valres negativs e varia de 0 a -60. A tensã V R1 é mair que a tensã de entrada, u seja, tem-se a cnexã elevadra de tensã (step-up. A Figura 44(c mstra diagrama fasrial para esta cndiçã, e as expressões assciadas a este diagrama sã (5 e (6. Vx Va Vc1 (5 sen(120 sen(60 sen( Vx VR1 Vb3 (6 sen(60 sen(120 sen( Cnsiderand as expressões de (1 a (6 e usand identidades trignmétricas é pssível bter uma única expressã que descreve as tensões através ds enrlaments secundáris em funçã da tensã de referência (V a e ds ânguls (ângul auxiliar e. Esta expressã é apresentada em (7, a partir dela é pssível bter s valres para as tensões V R1, V c1 e V b3 cnhecend-se s ânguls e e a tensã de entrada V a. sen(60 Va V sen(120 c1 sen(60 sen(120 sen(120 VR1 Vb3 (7 sen( sen(60 sen( O ângul auxiliar Y é btid através de (8. Y 3 Va arctg 2 V 3 cs sen 3 V 3 R1 a ( Análise para cnfiguraçã B A Figura 45 apresenta uma segunda frma de se cnectar s enrlaments secundáris d auttransfrmadr, afim de, se bter um cnversr de 18 pulss cm cnexã Estreladiferencial chamada de cnfiguraçã B. A Figura 46 apresenta s diagramas fasriais para esta cnfiguraçã. Observa-se que quand esta cnfiguraçã é utilizada existem apenas duas pções (V c1 >0, V a3 >0 e V c1 >0, V a3 <0 para se bter tensões resultantes maires, menres u iguais a tensã de referencia (V a. A partir d diagrama fasrial da Figura 46, é pssível encntrar s valres para as tensões sbre s enrlaments auxiliares e para as tensões resultantes. Para a cnfiguraçã A fi realizad desenvlviment matemátic a partir ds diagramas fasriais, a fim de se bter uma única expressã que representasse a tensã sb tds s enrlaments d auttransfrmadr e, também, a tensã resultante para s

53 52 retificadres de 12 e 18 pulss. O mesm fi feit para a cnfiguraçã B, prém, cm s passs d desenvlviment matemátic sã s mesms, neste cas é apresentada diretamente a expressã generalizada (única. Prtant, em (9 é apresentada a expressã generalizada para a cnfiguraçã B. sen(60 Va V sen(120 c1' sen(60 V sen( R1 sen( V sen(180 O ângul auxiliar Y é calculad através de (10. a3' sen( sen( (9 Y' arctg 3 V R1 sen( 3 Va VR1 sen( (10 Figura 45 - Enrlaments para tplgia Estrela-diferencial cm cnfiguraçã B. Figura 46 - Diagramas fasriais para a tplgia Estrela-diferencial generalizada cm cnfiguraçã B.

54 Enrlaments auxiliares para retificadr de 18 pulss Os retificadres de 18 pulss necessitam de um terceir sistema trifásic de tensões secundárias, qual está em fase cm primári e cm a rede. As tensões d sistema adicinal V Rn, V Sn e V Tn devem ter mesm valr, em módul, das tensões ds sistemas defasads de +20 (V R1, V S1 V T1 e de -20 (V R2, V S2, V T2. Assim, enrlament N an é mntad na mesma perna d enrlament N a, e gera a tensã V an que está em fase cm a tensã V a, mesm é válid para s enrlaments N bn e N cn. A amplitude da tensã através de N an u N an para retificadr cm cnfiguraçã B é apresentada na equaçã (11. V an V V (11 R1 É imprtante relembrar que cnversr de 12 pulss nã requer esses enrlaments adicinais, pis pssuem apenas dis sistemas um adiantad de +15 e utr atrasad de -15. a Relações de espiras As relações de espiras entre s enrlaments d auttransfrmadr sã btidas através das relações entre as tensões aplicadas sbre s enrlaments primáris e secundáris. A relaçã K a é definida para a cnfiguraçã A e a relaçã K a para a cnfiguraçã B, cm se pde ver na expressã (12. K a N N a an V V a an K N V a a a' (12 N ' V ' an an A relaçã entre V a e V c1 u V c1 define K b e K b, respectivamente, cm é mstrad em (13 K b N N a c1 V V a c1 K N N a a b' (13 Finalmente a equaçã (14 apresenta as relações entre V a e V b3, que define K c e a relaçã entre V a e V a3, que define K c. ' c1 V V ' c1 K c N N a b3 V V a b3 K N V a a c' (14 N a3 Va3

55 Cnexões Particulares Cm apresentad anterirmente às expressões de (1 a (12 descrevem tda a família ds retificadres cm tplgias Estrela-diferencial de 12 e 18 pulss. Prém, existem quatr cnexões particulares, duas para retificadr de 12 e duas para retificadr de 18 pulss, derivadas das cnexões apresentadas. Nestes cass existe uma relaçã fixa entre as tensões de entrada e de saída para cada estrutura btida, além diss, númer de enrlaments é menr. Cnexã Estrela-diferencial abaixadra de tensã (step-dwn. A Figura 47 apresenta cas particular da cnexã generalizada, a tensã secundária resultante é fixa e menr que a tensã de entrada. Figura 47 - Cnversr de 18 pulss cm cnexã particular Estrela-diferencial abaixadra de tensã. Fnte: Seixas (2001. Esta cnexã é btida quand Kc=0, u seja, s enrlaments N b3 u N a3 sã eliminads, para este cas tem-se V b3 =0 u V a3 =0 e =. Cnexã Estrela-diferencial elevadra de tensã (step-up. Esta cnexã é btida quand K b =0, u seja, enrlament N c1 é eliminad para este cas tem-se V c1 =0 e =0. A Figura 48 apresenta cas particular da cnexã generalizada, nde a tensã resultante ns secundáris é fixa, mair que a tensã de entrada.

56 55 Figura 48 - Cnversr de 18 pulss cm cnexã particular Estrela-diferencial elevadra de tensã. Fnte: Seixas ( Análise das crrentes Serã apresentadas as frmas de nda das crrentes em tds s enrlaments d auttransfrmadr e também as crrentes na rede de alimentaçã para s retificadres cm cnexã Estrela-diferencial de 12 e 18 pulss para as cnfigurações apresentadas. O retificadr de 12 pulss é frmad pr duas pntes retificadras de seis pulss, assim, pssui dis grups de crrentes secundárias um em avanç de 15 e um em atras de 15 que cnduzem 1/2 da crrente de carga. O retificadr de 18 pulss é frmad pr três pntes retificadras, lg, pssui três grups de crrentes secundárias um em avanç de 20 um em atras de 20 e pr fim um terceir em fase cm as crrentes primárias e as crrentes na rede, cada pnte cnduz 1/3 da crrente de carga. A Figura 49 apresenta um retificadr de 18 pulss cm cnexã Estrela-diferencial generalizada, na cnfiguraçã A. Cm exempl, nesta figura está indicad as crrentes ns enrlaments secundáris, primáris e na rede de alimentaçã. O mesm esquema da Figura 49 pde ser apresentad para a cnfiguraçã B basta substituir auttransfrmadr. Análise das crrentes ns secundáris. As frmas de nda das crrentes secundárias pdem ser decmpstas em Séries de Furier, através da cmpsiçã de sens e cssens, de maneira cnvencinal. O cálcul e as frmas de nda das crrentes secundárias sã s mesms para as duas tplgias Estrela apresentadas. A Figura 50 apresenta as frmas de nda das crrentes ns enrlaments

57 56 secundáris ds retificadres de 12 e 18 pulss para grup em avanç de 15 e 20 respectivamente. A Figura 50 (a apresenta as crrentes para um retificadr de 12 pulss e a Figura 50 (b, para um retificadr de 18 pulss. As expressões que representam as frmas de nda da Figura 50 sã apresentadas em (15. As crrentes R1, S1 e T1 circulam através ds enrlaments cm índices 1 e 3 que geram sistema trifásic em avanç de. Figura 49 - Cnversr de 18 pulss cm cnexã Estrela-diferencial generalizada. Figura 50 - Crrentes secundárias para sistema em avanç (a Retificadr de 12 pulss; (b Retificadr de 18 pulss. (a (b Send, 1/2 da crrente na carga para 12 pulss e 1/3 da mesma para 18 pulss e ângul que define númer de pulss d retificadr.

58 R1(t cs(k sen(k ( t k k S1 (t cs(k sen(k ( t 2 k k T1(t cs(k sen(k ( t 2 k 6 3 k A Figura 51 representa as expressões em (16. Estas crrentes circulam pels enrlaments cm índices 2 e 4, u seja, representa grup de crrentes atrasad ( R2, S2 e T2 cm relaçã à referência (crrentes primárias a, b e c. A Figura 51 (a representa as crrentes para retificadr de 12 pulss, já a Figura 51 (b, para retificadr de 18 pulss. ( R2(t cs(k sen(k( t k 6 k 4 1 S2 (t cs(k sen(k( t 2 k 6 3 k 4 1 T2 (t cs(k sen(k( t 2 k 6 3 k (16 Figura 51 - Crrentes secundárias para sistema em atras (a Retificadr de 12 pulss; (b Retificadr de 18 pulss. (a (b A Figura 52 apresenta as frmas de nda para as crrentes que circulam pels enrlaments cm índices n ( Rn, Sn e Tn, estas crrentes estã presentes apenas n retificadres de 18 pulss. É grup de crrentes em fase cm a referência (crrentes primárias. As frmas de nda da Figura 51 representam as expressões ( Rn (t cs(k sen(k ( t k k (t cs(k sen(k ( t 2 k k (t cs(k sen(k ( t 2 k 6 3 Sn Tn k (17

59 58 Figura 52 - Crrente ns enrlaments secundáris para sistema em fase (smente para retificadr de 18 pulss. O valr eficaz das crrentes secundárias pde ser calculad em funçã da crrente de carga, send mesm para as duas cnfigurações Estrela. O valr da crrente secundária eficaz é apresentad na equaçã (18 para retificadr de12 pulss e na equaçã (19 para de 18 pulss. Análise das crrentes ns primáris. sec_12 6 (18 2 sec_ (19 As crrentes ns enrlaments primáris ( a, b e c sã btidas pela cmpsiçã das crrentes ns enrlaments secundáris acplads a mesm núcle, cnsiderand as amplitudes definidas pelas relações de espiras e pels sentids ds enrlaments (marcas de plaridades. Observa-se que as crrentes cm índices a ( a1, a2, a3 a4 e an pertencem à mesma perna d núcle, mesm acntece cm as crrentes cm índices b e c pertencem às respectivas pernas d núcle. As expressões (20 apresentam as crrentes primárias ns cnversres de 18 pulss para tplgia Estrela e cnfiguraçã A, já as expressões (21, sã para cnfiguraçã B. N cas ds cnversres de 12 pulss as parcelas cm índice n devem ser descnsideradas já que estes enrlaments nã existem nestes cnversres. A Figura 53 apresenta as frmas de nda para as crrentes ns enrlaments primáris quand as tensões sã psitivas para cnfiguraçã A (V c1 >0 e V b3 >0 e quand as tensões sã pstas para a cnfiguraçã B (V c1 >0 e V a3 <0. Na Figura 52 (a estã as crrentes para cnversr de 12 pulss e na Figura 52 (b, para cnversr de 18 pulss. Quand s enrlaments da cnfiguraçã A apresentam uma das tensões negativa, (V c1 >0e V b3 <0 as crrentes primárias apresentam as frmas de nda da Figura 54 (a para 12 pulss e 3.54 (b para 18 pulss. Já para tensões negativas (V c1 <0 e V b3 <0 as crrentes

60 59 primárias apresentam as frmas de nda da Figura 55 (a para 12 pulss e Figura 55 (b para 18 pulss. Para a cnfiguraçã B quand as tensões sã psitivas (V c1 >0 e V a3 >0 as crrentes primárias pdem assumir as frmas de nda das Figuras 3.54 e (t a (t b (t c S1 T1 R1 (t K K b (t K b (t b T2 R2 S2 (t (t (t T1 R1 S1 (t K K c (t K c (t c S2 T2 R2 (t RN (t K a (t SN (t K a (t TN (t K a (20 a' b' c' (t (t (t S1 T1 R1 (t K b' (t K b' (t K b' T2 R2 S2 (t (t (t R1 S1 T1 (t K c' (t K c' (t K c' R2 S2 T2 (t RN (t K a' (t SN (t K a' (t TN (t K Figura 53 - Crrentes primárias para cnfiguraçã A (V c1 >0 e V b3 >0 e B (V c1 >0 e V a3 <0 (a 12 pulss; (b 18 pulss. a' (21 (a (b

61 60 Figura 54 - Crrentes primárias para cnfiguraçã A (V c1 >0 e V b3 <0 e B (V c1 >0 e V a3 >0 (a (b Figura 55 Crrentes primárias para cnfiguraçã A (V c1 <0 e V b3 <0 e B (V c1 >0 e V a3 >0 (a 12 pulss e (b 18 pulss. (a (b Os valres eficazes para as crrentes primárias pdem ser escrits em funçã da crrente de carga e das relações de espiras. Assim, para a cnfiguraçã A as crrentes para s retificadres de 12 e 18 pulss sã calculadas pelas equações (22 e (23, respectivamente.

62 61 ( _, 1 A K K K K c b b c rms b c (22 ( _, 1 A K K K K K K K K K c b b a c a a b c rms b c (23 As crrentes primárias para a cnfiguraçã B sã calculadas através das equações (24 para retificadr de 12 pulss e (25 para de 18 pulss. ( ' ' 2 ' 2 ' 12 3 _, 1 A K K K K c b b c rms a c (24 ( ' ' ' ' ' ' 2 ' 2 ' 2 ' 18 3 _, 1 A K K K K K K K K K b a c b c a a b c rms a c (25 Análise das crrentes na rede. As crrentes que circulam através das linhas sã btidas pela sma das crrentes em tds s enrlaments ligads a um mesm nó. Cnsiderand as expressões descritas para s secundáris (15 a 17 e as expressões ns enrlaments primáris para cnfiguraçã A (20 e as expressões para cnfiguraçã B (21, btém-se as expressões das crrentes de linha apresentadas em (26 e (27, respectivamente. ( 2 1 A ( ( ( (t t a Rn R R t t t ( 2 1 B ( ( ( (t t b Sn S S t t t ( 2 1 C ( ( ( (t t c Tn T T t t t (26 '( 2 1 A' ( ( ( (t t a Rn R R t t t '( 2 1 B' ( ( ( (t t b Sn S S t t t '( 2 1 C ( ( ( (t ' t c Tn T T t t t (27 A Figura 56 apresenta as frmas de nda das crrentes na rede, as quais pssuem a mesma frma para as duas cnfigurações apresentadas. Na Figura 56 (a tem-se as crrentes para s retificadres de 12 pulss e na Figura 56 (b, para s retificadres de 18 pulss.

63 62 Figura 56 Crrentes na rede: (a 12 pulss; (b 18 pulss. (a (b 3.3 TOPOLOGAS DELTA Assim cm a tplgia Estrela - diferencial, a tplgia Delta - diferencial apresenta maneiras diferentes de se cnectar s enrlaments secundáris d auttransfrmadr, para bter uma mesma tensã resultante. A primeira cnfiguraçã utiliza s enrlaments auxiliares N ca1 e N bc3 (para bter a tensã resultante V R1, denminada cnfiguraçã C cm mstra a Figura 57 (a. A segunda cnfiguraçã a ser apresentada, é aquela que utiliza s enrlaments auxiliares N ab1 e N bc3 (para bter V R1, denminada cnfiguraçã D cm mstra a Figura 57 (b. Pr fim, a terceira e última cnfiguraçã utiliza s enrlaments auxiliares N ab1 e N ca3, denminada cnfiguraçã E cm mstra a Figura 57 (c. A análise matemática é realizada para a cnfiguraçã C e para a tensã resultante (V R1. A mesma idéia se estende para as demais cnfigurações e tensões secundárias.

64 63 Figura 57 - Cnexã Delta-diferencial para tensã resultante V R1. (a Cnfiguraçã C; (b Cnfiguraçã D e (c Cnfiguraçã E. (a (b (c Análise para a cnfiguraçã C A Figura 58 apresenta cm sã cnectads s enrlaments auxiliares para a btençã das tensões secundárias resultantes [34, 54, 76]. A análise das tensões para a tplgia Delta - diferencial é similar àquela apresentada para a tplgia Estrela-diferencial de auttransfrmadr. N entant, as tensões aplicadas sbre s enrlaments primáris sã tensões de linha (V ab, V bc e V ca. A Figura 3.19 (a apresenta diagrama fasrial para a tplgia Delta, nele é mstrad sistema trifásic de tensões primárias (V ab, V bc e V ca, as tensões de fase e de linha d sistema adiantad de (V R1, V S1 e V T1 e (V RS1, V ST1 e V TR1, respectivamente, as tensões de fase e de linha d sistema atrasad de (V R2, V S2 e V T2 e (V RS2, V ST2 e V TR2, respectivamente, e sistema em fase cm as tensões primárias (V Rn, V Sn e V Tn. Para cnversr de 12 pulss sistema de tensões em fase, nã é necessári. N cas d cnversr Delta-diferencial de 18 pulss sã necessáris dis enrlaments auxiliares a mais pr fase em cmparaçã cm a tplgia Estrela, que precisa apenas de um enrlament auxiliar para gerar terceir sistema trifásic em fase cm as tensões primárias. A Figura 59 (b apresenta núcle magnétic para a cnexã Deltadiferencial de auttransfrmadr. A cnexã Delta de 12 pulss (=15 é cmpsta pels enrlaments primáris e 12 enrlaments secundáris auxiliares, já a cnexã de 18 pulss (=20 necessita de 18 enrlaments secundáris. Os enrlaments apresentads na Figura 59 (b sã cnectads de acrd cm a Figura 58, para cnversr de 12 pulss s enrlaments cm índices n e n1 nã sã necessáris.

65 64 Figura 58 - Enrlaments para auttransfrmadr Delta - cnfiguraçã C. Fnte: Seixas (2001. Figura 59 - Tplgia Delta (adiagrama fasrial e (b esquema d núcle magnétic. (a (b Fnte: Gnçalves (2006. Expressões para V ca1 > 0 e V bc3 > 0. Existem três pssibilidades para a cnexã ds enrlaments N ca1 e N bc3. Estas pssibilidades permitem que a tensã resultante V R1 varie, pdend ser mair, menr u igual

66 65 à tensã de entrada da rede. A Figura 60 apresenta diagramas fasriais para cada um ds cass. Quand as tensões V ca1 e V bc3 sã psitivas diagrama que representa este cas é apresentad na Figura 60 (a. A partir deste diagrama cm fi feit para cnexã Estrela se btém as expressões (28 e (29. Vx Va Vca 1 (28 sen(30 sen(150 sen( Vx VR1 Vbc3 (29 sen(90 sen(90 sen( A tensã de saída n secundári d auttransfrmadr (V R1 é sempre menr que a tensã de fase de entrada (V a. Pr este mtiv esta cnexã é chamada abaixadra de tensã (step-dwn. Expressões para V ca1 > 0 e V bc3 < 0. Quand a tensã sbre enrlament N bc3 é negativa, u seja, este enrlament é cnectad cm suas plaridades invertidas cm relaçã a enrlament primári N bc, diagrama fasrial que representa este cas é apresentad na Figura 60 (b, a partir dele, se btém as expressões (30 e (31. Vx Va Vca 1 (30 sen(30 sen(150 sen( V x sen(90 V sen(90 R1 Vbc3 (31 sen( O ângul varia entre e 0, e V R1 pde ser menr, igual u mair que a tensã de entrada. Expressões para V ca1 < 0 e V bc3 < 0. O terceir e últim cas é quand as tensões V ca1 e V bc3 sã negativas. Nesta situaçã, varia entre 0º e -30, enquant V R1 é mair que V a. A Figura 60 (c mstra diagrama fasrial para este cas. As expressões (32 e (33 sã btidas a partir d diagrama da Figura 60 (c. Vx Va sen(150 sen(30 Vx VR1 sen(90 sen(90 Vca 1 sen( Vbc3 sen( (32 (33

67 66 sland V x em tdas as expressões (28 à 33 uma expressã única é btida e apresentada em (34. Essa expressã está em funçã ds ânguls, e da tensã de entrada e descreve as tensões através de tds s enrlaments secundáris. V a sen(30 V sen(150 ca1 sen(30 sen(90 sen(90 VR 1 V 3 bc (34 sen( sen(90 sen( Os valres para V R1, V ca1 e V bc3 pdem se calculads através das expressões de (35 à (37, respectivamente. V R1 V V a sen(30 sen(90 sen(150 sen(90 (35 sen(30 sen( Va sen(150 (36 sen(30 ca1 sen(30 sen( V bc3 Va (37 sen(150 sen(90 O ângul auxiliar é btid através da equaçã (38. V 1 VR1 cs a arctg 3 (38 3 V R1 cs Figura 60 - Diagramas fasriais para tplgia Delta-diferencial generalizada - cnfiguraçã C. Fnte: Gnçalves (2006.

68 Análise para a cnfiguraçã D Esta análise prcede de frma análga à realizada anterirmente para a tplgia Delta-diferencial cm cnfiguraçã C. A Figura 61 ilustra cm s enrlaments auxiliares para esta cnfiguraçã devem ser cnectads. A Figura 62 apresenta s diagramas fasriais para s três cass estudads, assim cm fi feit anterirmente para a cnfiguraçã C [54]. Figura 61 - Esquema para s enrlaments tplgia Delta-diferencial cm cnfiguraçã D. Figura 62 - Diagramas fasriais para tplgia Delta-diferencial cm cnfiguraçã D.

69 68 Da mesma frma cm fram btidas as expressões para a tplgia Delta - diferencial cm cnfiguraçã C, se btém expressões para este cas. É imprtante bservar que equacinament é feit cm base nas tensões sbre s enrlaments auxiliares que geram a tensã V R1 cm apresenta diagrama fasrial da Figura 62. Assim, a partir d diagrama fasrial se btém a equaçã (39 através da qual é pssível bter as tensões V R1, V ab1 e V bc3. sen(150 Va V sen(30 ab1' sen(150 sen(90 sen(90 VR 1 V 3' bc (39 sen( sen(90 sen( O ângul auxiliar é btid através da equaçã (40. cs V a 3 VR1 cs 1 ( VR1 ' arctg ( Análise para a cnfiguraçã E Esta análise prcede de frma análga às realizadas anterirmente para as tplgias Delta-diferencial. A Figura 63 apresenta um esquema da dispsiçã ds enrlaments para a tplgia Delta-diferencial cm cnfiguraçã E. Figura 63 - Esquema para s enrlaments tplgia Delta-diferencial cm cnfiguraçã E.

70 69 A Figura 64 apresenta s diagramas fasriais para s três cass estudads, assim cm fi realizad para as duas cnfigurações apresentadas anterirmente. Assim, a partir ds diagramas fasriais btém-se as expressões (41 e (42 que representam as tensões sbre s enrlaments e ângul auxiliar, respectivamente. V a sen(150 sen(150 sen(150 sen(1500 Vab 1'' V R 1 V 3'' ca (41 sen(30 sen( sen(30 sen( V R1 cs( 3 sen( VR1 Va '' arctg (42 3 Va 3 cs( VR1 3 sen( VR1 Figura 64 - Diagramas fasriais para tplgia Delta - diferencial cm cnfiguraçã E Enrlaments adicinais para cnversres de 18 pulss Para btençã d terceir sistema trifásic em fase cm a rede, a cnexã Deltadiferencial necessita de dis enrlaments a mais pr fase. Os enrlaments adicinais N abn e N abn1 sã mntads sbre a mesma perna d núcle junt a enrlament primáris N ab e resultam nas tensões V abn e V abn1 em fase cm V ab, s enrlaments N bcn e N bcn1 sã mntads sbre a mesma perna d núcle junt a enrlament primáris N bc e resultam nas tensões V bcn e V bcn1 em fase cm V bc e s enrlaments N can e N can1 sã mntads sbre a mesma perna d núcle junt a enrlament primáris N ca e resultam nas tensões V can e V can1 em fase cm V ca. A sma de V a, V abn e V can1 resulta em V Rn, que deve pssuir a mesma amplitude de V R1 e V R2 e estar em fase cm a referência (V a, cm mstrad na Figura 58(d. As

71 70 tensões através ds enrlaments secundáris N abn e N abn1 pssuem mesma amplitude e sã calculadas pela equaçã (43. V R 1 V V a abn (43 2.cs30 Existe, prém, utra frma de se bter sistema trifásic em fase cm a referência, através da sma das tensões V a, V abn e V bcn1 cm é apresentad na Figura 65. Neste cas a tensã sbre s enrlaments N abn e N bcn1 é apresentada em (44 e (45. V VR1 Va V ' sen (60 sen( 30 ( VR1 Va sen(60 abn (44 bcn 1' (45 Figura 65 - Diagrama fasrial para tensã secundária gerada em fase cm a referência (V abn e V bcn Relações de espiras A relaçã K a é definida entre a tensã primária de linha V ab e as tensões V abn u V abn1, n cas em que sistema em fase é gerad pela sma das tensões V a, V abn e V abn1. N cas em que as tensões secundárias em fase cm a referência sã btidas através da sma das tensões V a, V abn e V bcn1 tem-se a relaçã de espiras K a, relaçã entre a tensã V ab e V abn e K a, relaçã entre as tensões V ab e V bcn1. A relaçã entre a tensã V ab e as tensões secundárias V ca1, V ab1, V ab1 definem as relações de espiras K b, K b e K b respectivamente. A relaçã entre a tensã V ab e as tensões secundárias V bc3, V bc3 e V ca3 definem as relações de espiras K c, K c e K c respectivamente.

72 71 Vale bservar que tds s enrlaments cm índices 1 e 2 pssuem as mesmas relações de espiras (K b, b u b e tds s enrlaments cm índices 3 e 4 pssuem mesma relaçã de espiras (K c, c u c Cnexões particulares Fram apresentadas anterirmente expressões que definem tda a família de estruturas cm cnexã Delta-diferencial de 12 e de 18 pulss. Prém, existem quatr cnexões particulares (duas de 12 pulss e duas de 18 pulss, derivadas das cnexões apresentadas, sã btidas quand um ds enrlaments (N ca1 u N bc3 é eliminad. Neste cas, existe uma relaçã fixa para cada cnversr btid e um menr númer de enrlaments. Cnexã Delta-diferencial abaixadra de tensã (step-dwn. Esta cnexã é btida quand enrlament N bc3 é eliminad (K c = 0. Neste cas, V bc3 = 0 e =. A Figura 66 apresenta a cnexã Delta-diferencial de 18 pulss, abaixadra de tensã, uma particularidade da cnexã generalizada, nesta cnexã s enrlaments cm índices 3 e 4 sã eliminads. Figura 66 - Cnexã Delta-diferencial abaixadra de tensã (K c =0 e =. Fnte: Seixas (2001.

73 72 Cnexã Delta-diferencial elevadra de tensã (step-up. Esta cnexã é btida quand enrlament N ab1 é eliminad (K b = 0 e K c = 0. Ou seja, V ca1 = 0, V bc3 = 0 e = 0. Send: N V (47 ab ab K 1 1 d N ab Vab A Figura 67 apresenta cnversr cm cnexã Delta-diferencial elevadra de tensã. Figura 67 - Cnexã Delta-diferencial elevadra de tensã (K c =0 K b e = 0. Fnte: Seixas ( Análises das crrentes As crrentes ns enrlaments secundáris d auttransfrmadr cm cnexã Deltadiferencial pssuem as mesmas frmas de nda das crrentes secundárias, apresentadas anterirmente nas Figuras 3.6 a 3.8 para a tplgia Estrela de 12 e 18 pulss. As expressões que representam as crrentes ns enrlaments secundáris também sã as mesmas apresentadas anterirmente para tplgia Estrela (12 à (14. Lg, valr eficaz das crrentes secundárias é calculad através das equações (18 e (19 para 12 e 18 pulss,

74 73 respectivamente. Já as crrentes primárias sã diferentes, pis a sma das crrentes ns nós é diferente. Análise das crrentes ns primáris. As crrentes ns enrlaments primáris ( ab, bc e ca sã btidas pela cmpsiçã das crrentes ns enrlaments secundáris acplads à mesma perna d núcle, cnsiderand as amplitudes definidas pelas relações de espiras e pels sentids ds enrlaments (marcas de plaridades. Observa-se que as crrentes cm índices ab ( ab1, ab2, ab3 ab4, abn e abn1 u bcn1 pertencem à mesma perna d núcle, mesm acntece cm as crrentes cm índices bc e ca pertencem às respectivas pernas d núcle. As expressões apresentadas em (48 sã para as crrentes primárias para s cnversres de 18 pulss cm cnfiguraçã C, n cas ds cnversres de 12 pulss a parcela cm índice n e n1 devem ser descnsideradas já que estes enrlaments nã devem existir para estes cnversres. (50. ab bc ca (t (t (t S1 T1 R1 (t K b (t K b (t K b R2 S2 T2 (t (t (t T1 R1 S1 (t K c (t K c (t K c T2 R2 S2 (t (t (t Rn Sn Tn (t - K a (t - K a (t - K Para a cnfiguraçã D as crrentes primárias sã apresentadas em (49. ab' bc' ca' (t (t (t R1 S1 T1 (t K b' (t K b' (t K b' S2 T2 R2 (t (t (t T1 R1 S1 (t K c' (t K c' (t K c' T2 R2 S2 (t (t (t Sn Tn Rn a (t - K 'a (t - K a' (t - K Para a cnfiguraçã E as crrentes primárias sã definidas n cnjunt de equações ab'' bc'' ca'' (t (t (t R1 S1 T1 (t K b'' (t K b'' (t K b'' S2 T2 R2 (t (t (t S1 T1 R1 (t K c'' (t K c'' (t K c'' R2 S2 T2 (t (t (t Sn Tn Rn a' (t - K a'' (t - K a'' (t - K A Figura 68 apresenta as frmas de nda para as crrentes ns enrlaments primáris quand as tensões V ca1 e V bc3 sã psitivas para cnfiguraçã C, V ab1 e V bc3 negativas para a'' Sn Tn Rn Rn Sn Tn Rn Sn Tn ( t ( t ( t ( t ( t ( t ( t ( t ( t (48 (49 (50

75 74 cnfiguraçã D e V ab1 psitiva e V ca3 negativa para cnfiguraçã E. A Figura 68 (a, as crrentes para cnversr de 12 pulss e a Figura 68 (b, para cnversr de 18 pulss. Figura 68 - Crrentes primárias V ca1 >0 e V bc3 >0 (a Cnversr de 12 pulss; (b Cnversr de 18 pulss. (a (b Quand V ca1 é psitiv e V bc3 é negativ para cnfiguraçã C, V ab1 psitiv e V bc3 negativ para cnfiguraçã D e V ab1 negativ e V ac3 psitiv para a cnfiguraçã E as crrentes primárias apresentam as frmas de nda da Figura 69 (a 12 pulss e Figura 69 (b 18 pulss. Figura 69 - Crrentes primárias para V ca1 >0 e V bc3 <0 (a Cnversr de 12 pulss; (b Cnversr de 18 pulss. (a

76 75 (b Figura 70 - Crrentes primárias V ca1 <0 e V bc3 <0 (a Cnversr de 12 pulss; (b Cnversr de 18 pulss. (a (b Quand V ca1 e V bc3 sã negativs para cnfiguraçã C, V ab1 e V bc3 psitivs para cnfiguraçã D e V ab1 e V ca3 psitivs para a cnfiguraçã E, as crrentes primárias apresentam as frmas de nda da Figura 70 (a 12 pulss e Figura 70 (b 18 pulss. O valr eficaz das crrentes primárias pde ser escrits em funçã da crrente na carga e das relações de espiras. As equações (50, (51 e (52 apresentam s valres eficazes das crrentes primárias para s cnversres de 12 pulss cm as cnfigurações C, D e E, respectivamente. rms _ C _ ( A 2 2 ( K K K K b c b c

77 76 rms _ D _12 rms _ E _ ( A 2 2 (51 3 K K K K 2 b' c' b' c' ( A 2 2 (52 3 K K K K 2 b'' c'' b'' c' ' As equações (53, (54 e (55 apresentam s valres eficazes das crrentes primárias para s cnversres de 18 pulss cm as cnfigurações C, D e E respectivamente. rms _ C _ 18 rms _ D _ 18 rms _ E _ ( A (53 9 K K K K K K K K K a b c a b ( A (54 9 K K K K K K K K K a' b' c' a' b' a' ( A (55 9 K K K K K K K K K a'' b'' c'' a'' b'' a a'' c c' c'' b b' b'' c c' c'' Análise das crrentes na rede. As crrentes que circulam através das linhas sã btidas pela sma das crrentes em tds s enrlaments ligads em um mesm nó. Cnsiderand as expressões descritas para s secundáris e as e as expressões ns enrlaments primáris se btém as expressões das crrentes de linha apresentadas em (56, para a cnfiguraçã C. Para a btençã das expressões das crrentes na rede para as demais cnfigurações prcediment é mesm, através da sma das crrentes ns nós. AB(t R1( t R2 ( t Rn ( t ab( t BC(t S1( t S 2 ( t Sn ( t bc( t CA (t T1( t T 2 ( t Tn ( t ca( t ca ab bc ( t ( t ( t (56 A Figura 71 apresenta as crrentes na rede de alimentaçã ( AB, BC e CA, na Figura. 71 (a tem-se as crrentes para s cnversres de 12 pulss e, na Figura 71 (b, para s cnversres de 18 pulss. Figura 71 Crrentes na rede (a Cnversr de 12 pulss; (b Cnversr de 18 pulss. (a

78 77 (b 3.4 CONCLUSÕES Este capítul apresenta uma das cntribuições deste trabalh, pis abrange tdas as cnfigurações pssíveis, para as tplgias Estrela e Delta-diferenciais. Cm vantagem essas tplgias sã aprpriadas para aplicações em retrfit, pis permitem bter qualquer valr de tensã secundária para qualquer valr de tensã de entrada, para quaisquer cnfigurações Estrela u Delta apresentadas. Outra vantagem que essas estruturas garantem é a rbustez e a cnfiabilidade. Td equacinament btid para cada cnfiguraçã é dit generalizad, pis existe uma equaçã única para cada cnfiguraçã que representa s cnversres de 12 u 18 pulss. Este trabalh dá ênfase às tplgias diferenciais nã-isladas, pis s transfrmadres sã elements que cnstituem mair pes e vlume para s cnversres multipulss. Prém, cm us d auttransfrmadr, estes parâmetrs pdem ser drasticamente reduzids quand cmparads a transfrmadres islads. A reuniã e equacinament das diversas cnfigurações para as tplgias Estrela e Delta-diferenciais, através da mudança na cmpsiçã ds enrlaments auxiliares, é uma imprtante cntribuições desta tese, pis cm esta análise fi pssível realizar um estud cm relaçã a pes destas diversas cnfigurações que será apresentad n capítul 5. O desenvlviment para equacinament de tensã e crrente fi apresentad pass a pass para as cnfigurações A e C, das tplgias Estrela e Delta respectivamente. Para s demais cass fram apresentads s diagramas fasriais e as expressões generalizadas. Este equacinament permite que qualquer cnfiguraçã para qualquer tplgia seja prjetada adequadamente. Ele permite que valres eficazes de tensã e crrente sejam btids para as cnfigurações apresentadas, assim, tds s dads necessáris para prjet físic d cnversr seja de 12 u 18 pulss.

79 78 Capítul 4 Unificaçã das tplgias estrela e delta 4.1 CONSDERAÇÕES NCAS Em capítuls anterires fram apresentads equacinaments detalhads de tensã e crrente para as pssíveis cnfigurações das tplgias Estrela e Delta-diferenciais. Estas cnexões se destacam pr apresentar baixa taxa kva, que significa pes e vlume reduzids para retificadr multipuls. Fram publicads artigs nas revistas EEE Transactins n Pwer Electrnics a SBA (Sistema Brasileir de Autmática e em cngresss cm CBA, nsduscn, T&D entre utrs cuj tema é apresentad neste capítul. Neste capítul é apresentada a unificaçã d equacinament para as cnfigurações A e C. A cnexã Estrela-diferencial cm cnfiguraçã A e a cnexã Delta-diferencial cm cnfiguraçã C. A unificaçã destas duas cnexões, já é cnhecida para tensã [54], prém, este capítul traz também a análise para as crrentes. A generalizaçã das equações tant para tensã quant para crrente visam prprcinar uma mair facilidade e rapidez na btençã destes parâmetrs para uma família de retificadres cm cnexões diferenciais. A partir das expressões generalizadas, um prgrama denminad MultiTraf fi desenvlvid pr Oliveira e Seixas em [77] para facilitar entendiment e equacinament ds retificadres multipulss. O prgrama permite bservar as principais frmas de nda de tensã e crrente para s retificadres de 12 e 18 pulss, sem a necessidade d cnheciment de algum sftware de simulaçã, além de, se apresentar cm uma eficaz ferramenta de prjet destes retificadres. Além diss, prgrama frnece tds s parâmetrs de tensã, crrente, taxa kva, tamanh de núcle, bitla de fi, númer de espiras, parâmetrs necessáris para prjet e cnstruçã ds retificadres multipulss cm cnexã Estrela-diferencial (cnfiguraçã A u Delta-diferencial (cnfiguraçã C, tant para 12 cm para 18 pulss.

80 GENERALZAÇÃO DAS EXPRESSÕES N capítul 3 fram btidas expressões generalizadas, cm relaçã a númer de pulss d retificadr, u seja, para cada cnfiguraçã fi btida uma expressã única para cálcul das tensões sbre s enrlaments d auttransfrmadr. Estas expressões representam s retificadres de 12 e 18 pulss para cada cnfiguraçã. A partir d equacinament apresentad n capítul 3 é pssível bservar uma grande semelhança entre a expressã (7 para tplgia Estrela-diferencial (cnfiguraçã A e a expressã (34 para Delta-diferencial (cnfiguraçã C. Este fat é entendid cm uma prtunidade para que estas expressões sejam reescritas, a fim de se bter uma única expressã que representasse ambas as tplgias Delta e Estrela - diferenciais de auttransfrmadr para retificadres de 12 e 18 pulss cm estas cnfigurações. A principal diferença entre as tplgias Estrela e Delta é fat de que, n primeir cas, as tensões secundárias estã relacinadas às tensões de fase e, para cnexã Delta, estã relacinadas às tensões de linha. Lg, cm a unificaçã das cnexões generalizadas se btém uma expressã única que representa ambas as tplgias, trnand fácil e rápid prcediment de cálcul ds parâmetrs de prjet para as tplgias Estrela e Delta - diferenciais cm cnfigurações A e C, respectivamente Unificaçã das tplgias Estrela (A e Delta (C O ângul entre as tensões de fase da cnexã Estrela e a tensã de linha da cnexã Delta é de 30. Assim, para a cnexã Delta ângul entre V a e V ca1 é 30º, enquant que, para a cnexã Estrela ângul entre V a e V c1 é de 60º. Cnsiderand um ângul adicinal chamad de, diagrama fasrial apresentad na Figura 58 d Capítul 3 pde ser adaptad para sistema unificad, cm mstra a Figura 72. Este diagrama representa ambas as cnexões diferenciais, Estrela e Delta. Quand é igual a 30º representa a cnexã Estrela-diferencial e quand = 0º, a cnexã Delta-diferencial. Os diagramas fasriais da Figura 72 sã usads para bter as expressões de (57 a (62, estas expressões sã válidas para ambas as cnexões, para tdas as pssibilidades desde abaixadr até elevadr de tensã. A expressã é deduzida para uma fase smente, prém, mesm resultad é aplicad às demais fases.

81 80 V ca1 > 0 e V bc3 > 0. Cm mesm prcediment realizad n Capítul 3, aplicand a lei ds sens as triânguls frmads pelas amplitudes das tensões secundárias e primárias, a partir d diagrama da Figura 72 (a as expressões (57 e (58 sã btidas. Observa-se que quand =0 tem-se a cnexã Delta - diferencial (cnfiguraçã C, prém quand =30 a cnexã que as equações representam é a Estrela-diferencial (cnfiguraçã A. V sen(30 x Va Vca 1 sen(150 sen( Vx VR 1 Vbc3 sen(90 sen(90 sen( (57 (58 V ca1 > 0 e V bc3 < 0. A partir da Figura 72 (b se btém as expressões (59 e (60: Vx Va Vca 1 sen(30 sen(150 sen( Vx VR 1 Vbc3 sen(90 sen(90 sen( (59 (60 V ca1 < 0 e V bc3 < 0. Finalmente, da Figura 72 (c, as expressões (61 e (62 pdem ser escritas. Vx Va Vca 1 sen(150 sen(30 sen( Vx VR 1 Vbc3 sen(90 sen(90 sen( (61 (62

82 81 Figura 72 - Diagramas fasriais unificads. Fnte: Gnçalves (2006. Expressã final. Observa-se que as expressões (57 a (62 apresentam s mesms parâmetrs: tensões secundárias V ca1 e V bc3, tensã auxiliar V x, tensã primária V a, tensã secundária resultante V R1 (tensã de fase e s ânguls (que determina se retificadr é de 12 u 18 pulss, (que indica tip de cnexã Estrela u Delta e (ângul auxiliar. A partir das equações apresentadas anterirmente, btêm-se expressã (63. Prtant, a partir de uma única expressã é pssível calcular as tensões em tds s enrlaments para as tplgias retificadras de 12 e 18 pulss cm cnexões Estrela e Deltadiferenciais. sen(30 Va V sen(150 ca1 sen(30 V sen( sen(90 V sen(90 sen(90 sen( R 1 bc3 (63 Os valres eficazes de V R1, V ca1 e V bc3 pdem ser facilmente calculads através das expressões (64, (65 e (66, respectivamente. Essas expressões sã simples e pdem ser slucinadas facilmente. sen(30 sen(90 V R1 Va (64 sen(150 sen(90 V ca1 V a sen(30 sen( (65 sen(150 sen(30

83 82 sen(30 sen( V bc3 Va (66 sen(150 sen(90 O ângul auxiliar é determinad a partir da equaçã (63 aplicand leis trignmétricas e é mstrad na equaçã (67. Aplicand nas equações (65 e (66, as tensões secundárias V ca1 e V bc3 sã determinadas. Va cs 3 Va sen V cs 3 V R1 cs arctg (67 3 R1 Para s retificadres de 18 pulss sã necessáris enrlaments adicinais para gerar um terceir sistema trifásic secundáris em fase cm a referência. Para a cnexã Estrela um enrlament pr fase é necessári, já para a cnexã Delta-diferencial, sã necessáris dis enrlaments pr fase Enrlaments adicinais para retificadr de 18 pulss As equações (68 e (69 definem as tensões através ds enrlaments secundáris adicinais. Nta-se que, para a cnexã Estrela ( = 30º, a tensã V abn1 é nula. Este fat crre prque este enrlament adicinal é necessári apenas para as cnexões Deltadiferenciais generalizadas. V abn1 V V R 1 V a abn 2.cs30º V 1 R V a.cs(3. 2.cs 30º (68 ( Relações de espiras generalizadas Para as cnexões Delta a tensã através ds enrlaments primáris sã as tensões de linha e quciente entre as tensões de linha e de fase resulta em 3. As equações que determinam as relações de espiras pdem ser usadas tant para tplgia Delta quant para a tplgia Estrela de auttransfrmadr. A relaçã de espiras K a, é calculada através da equaçã (70. N abn V abn K a.tan45º (70 N V 2 ab A relaçã de espiras K b é definida na equaçã (71. ab N ca1 V ca1 K b.tan45º (71 N V 2 ca ca

84 83 A relaçã de espiras K c é definida pela equaçã (72. N bc3 V bc3 K c tan45º (72 N V 2 bc bc Generalizaçã das crrentes A Figura 73 mstra cm sã cnectads s enrlaments cm cnexões genéricas para um retificadr de 18 pulss, apresenta também as crrentes que passam pr cada um ds enrlaments primári e secundári. A pnte retificadra + é alimentada pel grup de tensões adiantad cm relaçã às tensões de referência (V a, V b e V c, a pnte 0 representa grup de tensões em fase cm as tensões de referência e a pnte - é alimentada pel grup de tensões atrasad. Os enrlaments primáris N ab, N bc e N ca pdem ser cnectads em Delta da seguinte maneira: cnectand N ab 2 a N bc 1, N bc 2 a N ca 1 e N ca 2 a N ab 1. A cnexã Estrela é btida cnectand as plaridades negativas em cmum, a alimentaçã é cnectada as plaridades psitivas ds enrlaments ns dis cass. Os enrlaments auxiliares da Figura 73 pdem ser cnectads de acrd cm s diagramas fasriais da Figura 72. Neste cas eles apresentam a cnfiguraçã da Figura 72 (a psitivs, u seja, V ca1 >0 e V bc3 >0. Para s utrs cass apresentads anterirmente, basta inverter a plaridade ds enrlaments. Figura 73 - Esquema para as cnexões ds enrlaments na tplgia unificada. Para retificadr de 12 pulss existem apenas dis grups de crrentes secundárias, um grup atrasad de 15º e utr adiantad de 15º cm relaçã a um grup de crrentes fictíci (0, que está em fase cm as tensões de fase (V a, V b e V c. N retificadr de 18

85 84 pulss sã necessárias três pntes retificadras em sua estrutura cm mstra a Figura 73, lg, sã necessáris três grups de crrente um em fase cm as tensões de fase (V a, V b e V c e será a referência para s utrs dis grups, um atrasad de 20º e utr adiantad de 20º. Estes grups de crrentes representam as crrentes que entram nas pntes retificadras as quais também passam pels enrlaments secundáris. As crrentes que passam pels enrlaments secundáris e alimentam as pntes retificadras pssuem uma frma de nda quadrada e simétrica e sã facilmente escritas cm Séries de Furier. Os grups de equações (73, (74 e (75 apresentam equações genéricas para as crrentes ns enrlaments secundáris. Estas equações sã chamadas de genéricas, pis, estã em funçã d ângul que define se retificadr é de 12 pulss (=15 u se retificadr é de 18 pulss (=20. A equaçã (73 apresenta grup de crrentes em fase cm as tensões, as quais estã presentes apenas ns retificadres de 18 pulss. As equações (74 e (75 representam s grups de crrente adiantad e atrasad respectivamente. A crrente é a crrente média em cada pnte retificadra quand se tem cargas independentes. Prém, quand a carga é única (pntes cnectadas em paralel a crrente média ttal n cnvers de 12 pulss é duas vezes. Já n retificadr de 18 pulss é de três vezes. Sn Sn 4 1 Rn ( t cs( k sen( k ( t k k ( t cs( k sen( k ( t 2 k k ( t cs( k sen( k ( t 2 k 6 3 k ( R 1( t cs( k sen( k ( t k 6 k 4 1 ( t cs( k sen( k ( t 2 k 6 3 S 1 k 4 1 ( t cs( k sen( k ( t 2 k 6 3 T1 k (74

86 85 ( ( 6 cs( 1 4 ( 2 t k sen k k t k R 3 2 ( ( 6 cs( 1 4 ( 2 t k sen k k t k S 3 2 ( ( 6 cs( 1 4 ( 2 t k sen k k t k T (75 As crrentes primárias sã btidas através da sma das crrentes secundárias dividid pr suas respectivas relações de espiras K a, K b e K c. A equaçã (76 representa a crrente primária a (t para a cnexã Estrela-Diferencial, já a equaçã (77 a crrente primária ab (t para a cnexã Delta-Diferencial. a Rn c S T b S S a K t K t t K t t t ( ( ( ( ( ( (76 a Sn Rn c T T b R S ab K t t K t t K t t t ( ( ( ( ( ( ( (77 Observa-se das equações (76 e (77 algumas semelhanças, as duas equações pssuem s terms S1 (t, T1 (t e RN (t. As diferenças estã ns terms das crrentes secundárias d grup atrasad de, além diss, a crrente primária para a cnexã Delta apresenta um term em fase ( SN a mais que a cnexã Estrela. Prém, fi bservada a pssibilidade das crrentes serem reescritas uma em funçã da utra, btend assim, equações generalizadas que representam ambas as cnexões Estrela e Delta - diferenciais. A crrente R2 (t fi reescrita em funçã de T2 (t smand-se 180 para representar sinal negativ de (4.21 e subtraind 2 (send 0 para Delta e 30 para Estrela. Lg, quand a cnexã analisada fr a Delta-diferencial 0 a crrente R2_g (t apresentada em (4.22 representa a crrente R2 (t (negativa apresentada em (4.21, já se 30 a cnexã a ser analisada será a Estrela - diferencial e a crrente R2_g (t representará a crrente T2 (t presente em (76. O mesm é aplicad às demais fases, assim grup de crrentes secundárias atrasadas cm relaçã à referência é reescrit, a fim de se bter equações generalizadas para as crrentes primárias. 2 ( ( 6 cs( 1 4 ( _ 2 t k sen k k t k g R ( ( 6 cs( 1 4 ( _ 2 t k sen k k t k g S ( ( 6 cs( 1 4 ( 2 t k sen k k t k T (78 As crrentes primárias generalizadas sã apresentadas em (79, prém, algumas cnsiderações devem ser realizadas. Quand a cnexã analisada fr a Estrela-Diferencial as

87 86 parcelas Sn (t, Tn (t e Rn (t devem ser eliminadas de suas respectivas crrentes primárias ab_g (t, bc_g (t e ca_g (t. A segunda bservaçã é que as crrentes apresentadas em (79 sã para retificadr de 18 pulss. Se retificadr analisad fr de 12 pulss tdas as parcelas cm índices n devem ser eliminadas. a Sn Rn c g T T b g R S g ab K t t K t t K t t t ( ( ( ( ( ( ( 2 _ 1 2 _ 1 _ a Tn Sn c g R R b g S T g bc K t t K t t K t t t ( ( ( ( ( ( ( 2 _ 1 2 _ 1 _ a Rn tn c g s s b g t r g ca K t t K t t K t t t ( ( ( ( ( ( ( 2 _ 1 2 _ 1 _ (79 As crrentes na rede sã btidas através da sma das crrentes ns nós. Lg, AB_g (t, BC_g (t e CA_g (t, apresentadas na equaçã (80, representam as equações gerais para as crrente nas três fases da rede de alimentaçã. ( ( ( ( ( ( 2 1 _ t t t t t t g ca g ab Rn R R g AB ( ( ( ( ( ( 2 1 _ t t t t t t g ab g bc Sn S S g BC ( ( ( ( ( ( 2 1 _ t t t t t t g bc g ca Tn T T g CA (80 Existem algumas bservações que também devem ser cnsideradas cm relaçã às equações das crrentes na rede de alimentaçã. Quand a cnexã analisada fr a Estreladiferencial e retificadr fr de 18 pulss as parcelas ca_g (t, ab_g (t e bc_g (t presentes nas crrentes AB_g (t, BC_g (t e CA_g (t, respectivamente, devem ser eliminadas. Prém, se retificadr fr Estrela-diferencial e de 12 pulss, além das parcelas apresentadas tdas as parcelas cm índices n devem também ser eliminadas. N cas da cnexã Delta-diferencial as expressões descritas em (80 representam as crrentes para retificadr de 18 pulss, mas se retificadr fr de 12 pulss as parcelas cm índices n devem ser eliminadas. 4.3 PROGRAMA MULTTRAFO. A fim de trnar prcess para cálcul ds parâmetrs de prjet mais rápid e fácil, um prgrama fi desenvlvid a partir d equacinament unificad de tensã e crrente para as cnexões Estrela e Delta-diferenciais [77]. A primeira tela a ser bservada n prgrama é apresentada na Figura 74.

88 87 Figura 74 - Tela inicial d prgrama 4 Cnexões básicas. Nesta tela esclhe-se qual a tplgia de transfrmadr, Estrela (Y u Delta ( e númer de pulss desejads d retificadr, 12 u 18. O prgrama pssui uma interface gráfica de fácil entendiment. Assim, pde ser usad cm instrument para cmplementar e ajudar a cmpreender funcinament ds retificadres multipulss, sem a necessidade de cnhecê-ls a fund, e sem a necessidade d cnheciment de alguma ferramenta de simulaçã. Clicand sbre uma das tplgias, uma segunda tela é aberta, na qual se esclhe alguns parâmetrs de entrada cm tensã na rede, ptência e tensã média na saída retificadra. Pr exempl, se a tplgia esclhida de transfrmadr fr a Estrela-diferencial para um retificadr de 18 pulss a tela a ser aberta está mstrada na Figura 75. A interface gráfica para s demais retificadres cm cnexões Estrela e Delta de 12 e 18 pulss é a mesma apresentada na Figura 75. Existem três abas, uma para s resultads gráfics frmas de nda de tensã e crrente, uma para dads de prjet cm tensã e crrente em tds s enrlaments d transfrmadr e resultads relacinads à qualidade de energia DHT i e FP e, pr fim, uma aba para resultads d dimensinament d transfrmadr cm bitla de fi, númer de espiras, tamanh e pes d núcle entre utrs.

89 88 O prgrama permite visualizar a dispsiçã ds enrlaments auxiliares. Estes enrlaments assumem diferentes dispsições, afim de, se bter a tensã secundária resultante necessária para a tensã retificada desejada. A Figura 76 apresenta a tela gráfica para retificadr de 18 pulss cm cnexã Estrela-diferencial, para este retificadr fram esclhids s seguintes parâmetrs: tensã de entrada 127 V, ptência W e tensã média na saída de 315 V. Através desta tela é pssível bservar frmas de nda de tensã e crrente verificand funcinament d retificadr. As frmas de nda desejadas pdem ser esclhidas através ds btões de seleçã n lad direit da tela. Na Figura 76 bserva-se a tensã na carga V, as tensões secundárias V R1, V R2 e V Rn e a tensã na fase A. A Figura 77 apresenta as crrentes primárias. Tds s valres de tensã, crrente, FP, DHT i entre utrs pdem ser verificads na aba de resultads cm pde se bservar na Figura 78. Através ds valres apresentads na tabela de resultads é pssível realizar a especificaçã ds cmpnentes, bitla de fi, lâmina a ser usada para a cnstruçã d transfrmadr, númer de espiras, etc. A especificaçã ds cmpnentes é apresentada na Figura 79, na qual bserva-se a aba dads de prjet, nela sã apresentads resultads para a implementaçã d retificadr. Na aba dads de prjet, alguns parâmetrs pdem ser esclhids cm: indutância magnética (B m, tamanh de lâmina (D, espessura da lâmina, densidade de crrente, empilhament nv (valr a empilhament b calculad. O prgrama fi desenvlvid para as duas tplgias Estrela e Delta. As cnfigurações utilizadas fram A e C cm enrlaments auxiliares N c1 e N b3 para Estrela e N bc3 e N ca1 para Delta de 12 e 18 pulss. Lg, utr retificadr dad cm exempl é Delta-diferencial de 18 pulss. Na Figura 80 bservam-se algumas frmas de nda de tensã e crrente para retificadr Delta-diferencial de 18 pulss cm V igual a 600 V, P igual a 2,5 kw e tensã na rede de 127 V. A Figura 81 apresenta a aba de resultads cm valres eficazes de tensã, crrentes, relaçã de espiras FP, DHT i para retificadr Delta-diferencial. A Figura 82 mstra a aba de dads de prjet, cm ela é pssível implementar retificadr. É válid dizer que s resultads gráfics sã apenas para mstrar cmprtament d retificadr, cm a tabela de resultads é pssível realizar a simulaçã

90 89 destes retificadres em sftwares cm PSpice u MatLab, para bter resultads mais preciss. O prgrama é uma ótima ferramenta para prjet ds retificadres de 12 e 18 pulss cm as cnfigurações A e C para as tplgias Estrela e Delta-diferencial respectivamente. Prém, este prgrama desenvlvid é suficiente para implementar um retificadr cm as cnexões diferenciais estudadas. Figura 75 - Tela para a tplgia Estrela-diferencial - retificadr de 18 pulss. Fnte:Dads d autr. Figura 76 - Tensões secundárias para retificadr Estrela-diferencial de 18 pulss.

91 90 Figura 77 - Crrente primárias para Retificadr Estrela-diferencial de 18 pulss (V =315V. Figura 78 - Valres de prjet para a tplgia Estrela-diferencial - retificadr de 18 pulss. Figura 79 - Especificações de prjet para a tplgia Estrela-diferencial retificadr de 18 pulss.

92 91 Figura 80 - Tensã e crrentes para Retificadr Delta-diferencial de 18 pulss (V =600V. Figura 81 - Valres de prjet para a tplgia Delta-diferencial - retificadr de 18 pulss. Figura 82 - Especificações de prjet para a tplgia Delta-diferencial - retificadr de 18 pulss.

93 CONCLUSÃO Este capítul apresentu a unificaçã d equacinament generalizad para as duas tplgias Estrela e Delta-diferenciais cm cnfiguraçã A e C, respectivamente. A unificaçã d equacinament para tensã já havia sid desenvlvid pr Gnçalves em [54]. A cntribuiçã deste capítul está n equacinament de unificaçã das crrentes e na apresentaçã d prgrama desenvlvid chamad MultiTraf para fins didátics mas principalmente cm ferramenta de prjet. Através de uma única equaçã para tensã é pssível bter as tensões sbre tds s enrlaments d auttransfrmadr seja ele cm tplgia Delta u Estrela-diferencial, além diss, equacinament permite também esclher númer de pulss d retificadr 12 u 18 pulss. N cas das crrentes, um grup de equações para crrentes secundárias, primárias e na rede é btid, prém este grup de equações também é únic e permite encntrar valres de crrentes para retificadres cm tplgias Delta u Estrela de 12 u 18 pulss, assim cm para tensã.

94 93 Capítul 5 Metdlgia de prjet 5.1 CONSDERAÇÕES NCAS Em capítuls anterires fram apresentadas detalhadamente as tplgias Estrela e Delta-diferenciais de transfrmadr. Fi desenvlvid um equacinament generalizad para cada uma das cnfigurações apresentadas. Estas tplgias de transfrmadr fram esclhidas cm bjet de estud deste trabalh nã só pr apresentarem flexibilidade na esclha da tensã de saída ds retificadres, mas também pr pssuírem reduzids pes e vlume. A utilizaçã de retificadres multipulss nã-islads para aplicações embarcadas vem ganhand frça e, parâmetrs cm pes, vlume e cust, sã de grande imprtância. A busca pr uma metdlgia de prjet que ajude a reduzir estes parâmetrs é a principal cntribuiçã deste capítul e também deste trabalh. O capítul apresenta uma nva metdlgia de prjet para retificadres cm cnexões diferenciais. Através de gráfics que relacinam taxa kva, ptência ativa, pess (núcle e cbre, é pssível se bter critéris para uma melhr esclha da tplgia e cnfiguraçã d retificadr a ser utilizada em uma determinada aplicaçã. 5.2 ESCOLHA DA TOPOLOGA E CONFGURAÇÃO DO AUTOTRANSFORMADOR Uma das grandes vantagens da utilizaçã ds auttransfrmadres é a baixa taxa kva, que indica a prcentagem de ptência que núcle prcessa. Uma das desvantagens é fat de nã serem islads, prtant, este tip de retificadr é utilizad em aplicações nde a islaçã nã é necessária. Os retificadres apesar de nã-islads permitem que um segund estági CC-CC seja cnectad em suas saídas, btend assim, a islaçã em alta freqüência. As tplgias Estrela e Delta-diferencias estudadas, ditas generalizadas, permitem que seja esclhid qualquer valr eficaz de tensã secundária para qualquer valr eficaz de tensã de entrada. Uma frma de reduzir pes e vlume d núcle magnétic é analisand a ptência prcessada pel núcle (taxa kva. Através d equacinament para tensã e crrente, apresentads em capítuls anterires uma planilha fi desenvlvida, variand a tensã média

95 94 na saída e fixand a ptência em 1 kw. Fram btids diferentes valres para taxa kva, send esta taxa calculada através das equações (81 e (82. É imprtante dizer que, s valres para taxa kva sã fixs - nã variam cm a ptência ativa na carga. S kva P ttal (81 S ttal S primári S 2 sec undári (82 Os gráfics das Figuras 83 e 84 relacinam a taxa kva cm as tensões secundária e primária (tensões de fase para cnexã Estrela e de linha para cnexã Delta. Estas curvas fram btidas para as diferentes cnfigurações das tplgias Estrela e Delta. Na Figura 83 têm-se três curvas, cada uma representa uma pssível cnfiguraçã para cnexã Delta-diferencial de 12 pulss, já a Figura 84 apresenta as duas curvas que representam as cnfigurações para a cnexã Estrela-diferencial. Observa-se que as curvas sã próximas e apresentam mesm cmprtament. A taxa kva é mínima para tds s retificadres quand a relações entre as tensões é unitária. A tensã média varia de 100 V a 980 V, u seja, V R1 (tensã resultante varia de 42,7 V a 418,1 V, lg a relaçã entre as tensões varia de 0,34 a 3,3. Para s retificadres cm cnexã Delta-diferencial de 12 pulss, quand a cnfiguraçã C é analisada para a regiã nde a taxa kva esta abaix de 50%, a relaçã entre as tensões vai de aprximadamente 0,7 (V RS1 =154 V, V = 2 R,34 V V à 1,35 (V RS1 =300 V, V =400 V, quand a cnfiguraçã é a D a regiã vai de aprximadamente 0,8 (V RS1 =176 V, V =240 V à 1,8 (V RS1 =400 V, V =535 V, já quand a cnfiguraçã é a E vai de 0,7 (V RS1 =154 V, V =210 V à 1,8 (V RS1 =400 V, V =535 V cm pde-se bservar n gráfic da Figura 83. N cas da tplgia Estrela existem apenas duas cnfigurações. Quand se analisa retificadr cm tplgia Estrela-diferencial de 12 pulss pde-se bter a cnfiguraçã A e B. Na cnfiguraçã B a regiã nde a taxa kva é menr que 50% varia de aprximadamente 0,70 (V R1 =89 V, V 0 =208 V a 1,38 (V R1 =175 V, V 0 =410 V. Já para a cnfiguraçã A regiã varia de aprximadamente 0,76 (V R1 =97 V, V 0 =2226 V a 1,42 (V R1 =180 V, V 0 =422 V cm pde-se bservar d gráfic da Figura 84.

96 95 Figura 83 - Taxa kva versus Relaçã entre tensã primária e secundária para retificadres cm tplgia Delta-diferencial 12 pulss. Figura 84 - Taxa kva versus Relaçã entre tensã primária e secundária para retificadres cm cnexã Estrela-diferenciais de 12 pulss. Observa-se ns dis cass tant para Estrela quant para Delta que s limites entre as regiões para as diferentes cnfigurações sã próximas, prém, dependend d valr esclhid

97 96 para tensã de saída a taxa kva varia influenciand n pes e vlume d núcle d auttransfrmadr. A mesma análise é realizada para s retificadres cm tplgia Estrela u Deltadiferencial de 18 pulss. A Figura 85 apresenta um gráfic cm taxa kva versus relaçã de tensões (V primária /V secundária para retificadr cm tplgia Delta-diferencial, já a Figura 86 apresenta um gráfic para a tplgia Estrela-diferencial. Para retificadr cm cnexã Delta-diferencial de 18 pulss pde-se bter também três cnfiguraçã cm mstra a Figura 85. Para a cnfiguraçã C, a regiã nde a taxa kva é menr que 50% varia de aprximadamente 0,7 (V RS1 =154 V, V 0 =210 V à 1,45 (V RS1 =319 V, V 0 =431 V. A mesma faixa pde ser cnsiderada para a cnfiguraçã E. Já para a cnfiguraçã D a regiã varia de aprximadamente 0,8 (V RS1 =176 V, V 0 =238 V a 1,7 (V RS1 =374 V, V 0 =505 V. N cas da cnexã Estrela-diferencial de 18 pulss sã btidas duas cnfigurações cm mstra a Figura 86. Quand se tem a cnfiguraçã B, a regiã nde a taxa kva é menr que 50% varia de aprximadamente 0,7 (V R1 =89 V, V 0 =208 V a 1,4 (V R1 =178 V, V 0 =416 V. Já para a cnfiguraçã B a regiã varia de aprximadamente 0,7 (V R1 =89 V, V 0 =208 V a 1,6 (V R1 =203 V, V 0 =475 V. Figura 85 - Taxa kva versus Relaçã entre tensã primária e secundária para retificadres cm cnexões Delta-diferenciais de 18 pulss Taxa kva Cnversres de 18 Pulss cm Cnexã Delta-diferencial. C D E kva 27,52% kva 16,61% kva 17,30% Tensões (VRS/VAB

98 97 Figura 86 - Taxa kva versus Relaçã entre tensã primária e secundária para retificadres cm cnexã Estrela-diferenciais de 18 pulss. Taxa kva (S/P A tabela 2 apresenta um resum da faixa de peraçã para as diferentes cnfigurações nde a taxa kva apresenta menr valr. Tabela 2 Menr taxa kva. Retificadres de 12 pulss Estrela Delta A B C D E Faixa (V sec /V prim 0,8-1,7 0,33-0,8 >1,7 0,7-1,0 1,0-1,8 0,33-0,7 Retificadres de 18 pulss Estrela Delta A B C D E Faixa (V sec /V prim 0,8-2,6 >2,6 0,33-0,8 >2,6 0,7-1,0 1,0-2,9 0,33-0,7 >2,9 Fnte: dads d autr

99 ESCOLHA DO MATERAL DO NÚCLEO A funçã d núcle é cnter flux magnétic e criar um caminh magnétic bem definid MPL (Magnetic Path Length. A seleçã d material e da gemetria d núcle está baseada n cmprmiss entre pes, vlume, tamanh, perdas n núcle, aument de temperatura entre utrs parâmetrs. Muits materiais sã mal cndutres d flux magnétic. Estes matérias cm ar (vácu e materiais nã magnétics pssuem baixa permeabilidade magnética. Existem pucs materiais cm ferr, níquel, cbalt que pssuem alta permeabilidade. A vantagem d núcle magnétic cm relaçã a núcle de ar é que as linhas magnéticas (MPL sã bem definidas e flux é essencialmente cnfinad a núcle. Existe um flux limite ns matérias magnétics, acima deste limite núcle entra na saturaçã, regiã nde a densidade de flux magnétic (B é máxima. O melhr material cnvencinalmente utilizad na cnstruçã de transfrmadres trifásics é aç-silíci. Um bm material ferrmagnétic, além de uma elevada densidade de flux magnétic também deve apresentar uma elevada permeabilidade relativa (, cm baixas perdas pr histerese u pr crrentes parasitas. Existem hje n mercad duas fabricações de laminas as de aç-silíci: as de grãs rientads (GO e as de grãs nãrientads (GNO. Lâminas d tip GO apresentam espessuras menres que as d tip GNO, cm valres típics de 0,18 mm, 0,27 mm e 0,35 mm cntra 0,54 mm das laminas GNO. Uma laminaçã mais fina representa menres perdas pr crrentes parasitas. Além diss, lâminas tip GO apresentam uma estrutura (a nível mlecular rientada a fim de reduzir a relutância entre s caminhs magnétics d núcle, reduzind assim as perdas pr histerese. A Figura 87 apresenta as curvas de magnetizaçã e de permeabilidade para s materiais d tip GO e GNO a fim de se bservar as diferenças entre eles [76]. r

100 99 Figura 87 - Curvas de magnetizaçã a grãs nã rientads, b grãs rientads. Gentileza: Siderúrgica Arcellr Mittal (a (b Fnte: Fernandes (2009. Observa-se nas curvas apresentadas na Figura 87 que s pnts J GNO e J GO (jelh das curvas crrem para valres de intensidade de camp magnétic (H muit diferentes, é exatamente neste pnt que se dá iníci a regiã nã linear da curva B-H. Para material d tip GNO esta regiã cmeça em aprximadamente 150 A/m, já n material d tip GO em 26 A/m, que significa que materiais d tip GO necessitam de um módul de camp magnétic extern bem menr para levar núcle a um estad de elevada densidade de flux. A permeabilidade relativa máxima para s dis tips de materiais crrem em valres diferentes de densidade de camp magnétic, n cas d material GNO, quand r é máxim (pnt M( r GNO, B é de 1000 mt e r igual a Para material d tip GO quand r é máxim (pnt M( r GO, B é de 1200 mt e r igual a Embra as duas curvas tenham valres de B próxims, a permeabilidade relativa é muit mair para material d tip GO. Send a indutância própria ds enrlaments

101 100 diretamente prprcinal a permeabilidade magnética d mei, uma elevada permeabilidade acarreta uma elevada indutância e crrentes de magnetizaçã pequenas para transfrmadres. É imprtante dizer que n mment da esclha d parâmetr induçã magnética um valr muit elevad pde significar uma permeabilidade baixa levand transfrmadr a saturaçã, prtant, na esclha d valr de B deve-se encntrar um pnt ótim entre B e r. Outr fatr imprtante na esclha d material a ser utilizad n transfrmadr sã as perdas ttais de cada um. O material d tip GNO apresenta 1,9 W/Kg de perdas já material d tip GO apenas 0,65 W/Kg. Levand em cnsideraçã as cmparações feitas entre s dis materiais, material d tip GO apresenta menres perdas, mair permeabilidade magnética, imprtante vantagens na cnstruçã de um transfrmadr. 5.4 ANÁLSES DO PESO DO NÚCLEO E DO COBRE O pes para núcle d auttransfrmadr é calculad de acrd cm Maclyman [81]. A equaçã (83 representa cálcul d prdut das áreas A c e A j para transfrmadres trifásics. 4 3 kva P 10 4 Ac A j Ap ( cm 2 4,44 Bm f K u K (83 t Send: A c : área da perna central. A j : área da janela. Cm valr de A p é pssível calcular valr de A c através da equaçã (84. 2 Ap A ( cm 2 c 3 A (84 j A partir daí calcula-se valr d empilhament d núcle chamad de b, através da equaçã (85. 1,14 Send: A b c (cm (85 D D: Dimensã da perna central da lâmina para transfrmadres trifásics. A equaçã (86 apresenta calcul para pes d núcle.

102 101 Pes núcle ( A f 2 A j b ( kg ( Send: A f : área frntal da lâmina. A j : área da janela : pes específic d ferr 7,65 g/cm 3 Fram calculads s pess para três diferentes dimensões de D, 3 cm, 4 cm e 5 cm. A Figura 88 apresenta as dimensões de uma lâmina para um transfrmadr trifásic. Figura 88 - Dimensões lâmina E-. Fnte: O cálcul para pes d cbre é realizad através das seguintes equações. Primeir calcula-se númer de espiras de tds s enrlaments através da equaçã (87. N 10 4 Venrlament ( espiras 4,44 f Bm A (87 c (88. O segund pass é calcular a área da seçã d fi a ser utilizad através da equaçã A cbre enrlament 2 ( mm (88 J A equaçã (89 apresenta valr para L m (cmpriment médi da espira. L m 2 ( D b (0,5 D ( cm (89 (Y. Em (90 é apresentad cálcul para área da seçã d cbre para a cnexã Estrela S cbre _ Y N primári S primári 2 N sec1 Ssec 2 2 N S N S (90 sec3 sec sec n sec

103 102 S Para a tplgia Delta a área da seçã d cbre é dada pr (91 cbre 2 N primári S primári 2 N sec1 Ssec 2 N sec3 Ssec 2 N sec n Ssec (91 O pes d cbre de cada enrlament é dad pela equaçã (92. Send: S cbre : N A cbre. Pes cbre S cbre L 100 cu : densidade d cbre igual a 8,9 g/cm 3. m ( gramas A partir d equacinament para s pess d núcle e d cbre, fi pssível bter gráfics para as diferentes cnfigurações das cnexões Delta e Estrela-diferenciais, tant para s retificadres de 12 cm 18 pulss. Estes gráfics apresentam cmprtament d pes d núcle, d cbre e pes ttal para s retificadres de 12 e 18 pulss estudads. Fram btids resultads para diferentes tamanhs de lâminas 3, 4 e 5 cm para uma ptência de 1, 3 e 6 kw. ( Retificadres de 12 pulss Cnexã Delta diferencial cnfiguraçã C. Os gráfics da Figura 89 apresentam pes (kg em relaçã às tensões V RS1 (tensã de linha resultante e V AB (tensã de linha primária (V RS1 /V AB, para retificadr cm tplgia Delta e cnfiguraçã C. A Figura 89 (a apresenta resultads para pes d retificadr quand é utilizada a lâmina de 3 cm (cm tamanh da perna central. O gráfic mstra que pes d cbre é praticamente cnstante e pes ttal, prtant, segue cmprtament d pes d núcle. Na Figura 89 (b tem-se s pess para a lâmina de 4 cm, bserva-se que existe um pequen aument n pes d cbre quand se tem um menr pes n núcle (menr taxa kva, este fat é melhr bservad na Figura 89 (c para lâmina de 5 cm. Os três gráfics ainda mstram que a regiã para um pes menr que 5 Kg é mair quand se utiliza a lâmina de 3 cm, já cm a lâmina de 5 cm a uma ptência de 1 kw nã é pssível se bter pess menres que 5 Kg.

104 103 Figura 89 - Pes para retificadr de 12 pulss cm Tplgia Delta e Cnfiguraçã A, ptência de 1kW (a lâmina de 3 cm, (b lâmina de 4 cm e (c lâmina de 5 cm. Pes (kg (a (b (c Reunind em um únic gráfic as curvas d pes ttal para s diferentes tamanhs de lâminas e para a ptência de 1 kw, Figura 90, bserva-se que em aprximadamente 0,5 s pess sã s mesms para as três lâminas, entre 1,6 e 2,1 pes se trna igual para as lâminas de 3 e 4 cm e é menr pes encntrad para esta cnfiguraçã. Acima de aprximadamente

105 104 2,7 pes é menr para a lâmina de 4 cm, prém, s pes se igualam para as lâminas de 3 e 5 cm. Para uma ptência agra de 3 kw tem-se a Figura 91 nela bserva-se a aprximaçã das curvas. Além diss, para uma relaçã de tensões de aprximadamente 0,6 existe uma equivalência entre s pess das lâminas, n interval de 1,3 à 1,55 s pess das lâminas de 3 e 4 cm. sã próxims. Figura 90 - Pes ttal para retificadr de 12 pulss cm Tplgia Delta e cnfiguraçã C, lâminas de 3, 4 e 5 cm e P =1kW. Figura 91 - Pes ttal para retificadr de 12 pulss cm Tplgia Delta e cnfiguraçã C, lâminas de 3, 4 e 5 cm e P =3kW.

106 105 Aumentand a ptência para 6 kw, pde-se bservar gráfic da Figura 92. A partir de 6 kw as curvas cmeçam a se afastar, pes é menr para lâmina de 5 cm. Apenas em uma pequena regiã próxima da relaçã unitária entre as tensões s pess para as três lâminas sã próxims. Figura 92 - Pes ttal para retificadr de 12 pulss cm Tplgia Delta e cnfiguraçã C, lâminas de 3, 4 e 5 cm e P =6kW. Retificadr de 12 pulss cm Tplgia Delta e Cnfiguraçã C para P =6kW Pes (kg cm 3 cm 5 cm ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 VRS1/VAB Pes ttal (D=3cm Pes ttal (D=4cm Pes ttal (D=5cm Cnexã Delta diferencial cnfiguraçã D. Para esta cnfiguraçã diferentemente d cas anterir (cnfiguraçã C, a lâmina de 4 cm apresenta mair área crrespndente a um pes menr que 5 Kg para uma ptência de 1 kw cm mstra a Figura 93 (a para 3 cm e (b para 4 cm. O cmprtament para a lâmina de 5 cm é mesm apresentad na Figura 89 (c. Figura 93 - Pes para retificadr de 12 pulss cm Tplgia Delta e cnfiguraçã D e P =1kW (a lâmina D=3cm e (b lâmina de 4. Retificadr de 12 pulss cm Tplgia Delta e Cnfiguraçã D para D = 3 cm Pes d núcle 10 Pes núcle Pes cbre Pes ttal 5 0 Pes d cbre 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 VRS/VAB (a

107 Retificadr de 12 pulss cm Tplgia Delta e Cnfiguraçã D para D = 4 cm. 20 Pes (kg Pes núcle Pes cbre Pes ttal 5 Pes d núcle 0 Pes d cbre 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 VRS/VAB (b Para a cnfiguraçã D gráfic que reúne as curvas d pes ttal para s diferentes tamanhs de lâmina a uma ptência de 1kW é apresentad na Figura 94. Observa-se que existe uma regiã entre 0,4 e 0,5 nde s pess sã iguais para as lâminas de 4 e 5 cm e pnts cm 0,8 e 2,1 nde as curvas para lâminas 3 e 5 cm se cruzam. Figura 94 - Pes ttal para retificadr de 12 pulss cm Tplgia Delta e cnfiguraçã D cm lâminas de 3, 4 e 5 cm e P =1kW. N cas da ptência de 3 kw a tendência das curvas é a mesma, prém, existem algumas diferenças cm, pr exempl, as curvas para 4 cm e 5 cm serem muit próximas em quase tda sua extensã cm mstra a Figura 95.

108 107 Figura 95 - Pes ttal para retificadr de 12 pulss cm Tplgia Delta e cnfiguraçã D cm lâminas de 3, 4 e 5 cm e P =3kW. O cmprtament d pes para a ptência de 6 kw é próxim d apresentad na Figura 92. Cnexã Delta diferencial cnfiguraçã E. Quand a cnfiguraçã analisada é a E, s gráfics para s pess separads núcle, cbre e ttal apresentam características semelhantes as apresentads para a cnfiguraçã D. Neste cas também existe uma mair área nde pes é menr que 5 Kg quand se utiliza a lâmina de 4 cm a uma ptência de 1 kw. A lâmina de 5 cm ainda apresenta mair pes de cbre e prtant mair pes ttal. A Figura 96 apresenta curvas para pes ttal (cbre mais núcle para s diferentes tamanhs de lâminas analisads a uma ptência de 1 kw. Observa-se das curvas que em aprximadamente 0,5 s pess sã s mesms para as três lâminas, prém, acima de 2,4 pes é mesm para as lâminas de 3 e 4 cm. Figura 96 - Pes ttal para retificadr de 12 pulss cm Tplgia Delta e cnfiguraçã E cm lâminas de 3, 4 e 5 cm e P =1kW.

109 108 Para a ptência de 3 kw cmprtament das curvas é muit semelhante a apresentad na cnfiguraçã D, Figura 95. Para 6 kw cmprtament cntinua send mesm apresentad na cnfiguraçã C, as curvas cmeçam a se afastar, s pess sã equivalentes para as três lâminas para a relaçã unitária cas cntrári pes é menr quand a lâmina utilizada é a de 5 cm. Cnexã Estrela diferencial cnfiguraçã A. A Figura 97 apresenta gráfics que relacinam tensões (V R1 /V A cm pes, para retificadr cm cnexã Estrela e cnfiguraçã A. Observa-se que cmprtament das curvas é próxim d apresentad para a tplgia Delta. Neste cas a Figura 97 (a apresenta as curvas quand a lâmina a ser utilizada é a de 3 cm, bserva-se que esta curva apresenta uma mair regiã nde pes é menr. Cmparada cm as curvas das Figuras 5.15 (b e (c para 4 e 5 cm respectivamente. Quand se reúne em um únic gráfic as curvas para s diferentes tamanhs de lâmina é mais fácil bservar qual tamanh de lâmina é mais interessante de se utilizar para se bter um menr pes para a estrutura retificadra. A Figura 98 apresenta este gráfic para uma ptência de 1 kw. Observa-se da figura que em aprximadamente 0,55 existe um pnt de cruzament, assim, neste pnt qualquer lâmina que seja esclhida pes será mesm, aprximadamente 10 kg. Outr pnt nde crre cruzament, agra das lâminas de 3 e 4 cm é em aprximadamente 2. A partir de 3 s pess das lâminas de 3 e 5 cm se igualam, prém menr pes é encntrad para a lâmina de 4 cm. Quand a ptência analisada é de 3 kw bserva-se que entre 0,7 e 1,45 aprximadamente s pess se igualam para as lâminas de 3 e 4 cm, para valres menres que 0,7 e maires que 1,45 pes para as lâminas de 4 e 5 cm se trnam bem próxims cm mstra a Figura 99. Para a ptência de 6 kw existe apenas uma pequena regiã em trn da relaçã unitária nde pes é equivalente para s três tamanhs de lâminas, prém, a partir de 6 kw as curvas vã se afastand e pes ttal se trna menr apenas para a lâmina de 5 cm cm mstra a Figura 100.

110 109 Figura 97 - Pes para retificadr de 12 pulss cm Tplgia Estrela, cnfiguraçã A e de P =1kW (a lâmina de 3 cm, (b lâmina de 4 cm e (c lâmina de 5 cm. (a (b (c

111 110 Figura 98 - Pes ttal para retificadr de 12 pulss cm Tplgia Estrela e Cnfiguraçã A cm lâminas de 3, 4 e 5 cm e P =1kW. Figura 99 - Pes ttal para retificadr de 12 pulss cm Tplgia Estrela e cnfiguraçã A cm lâminas de 3, 4 e 5 cm e P =3kW. Figura Pes ttal para retificadr de 12 pulss cm Tplgia Estrela e cnfiguraçã A cm lâminas de 3, 4 e 5 cm e P =6kW.

112 111 Cnexã Estrela diferencial cnfiguraçã B. O cmprtament ds gráfics que apresentam cmprtament para pes d cbre e núcle separadamente é mesm apresentad na cnfiguraçã A. A Figura 101 apresenta pes ttal para s diferente tamanhs de lâminas (3, 4 e 5 cm reunids em um únic gráfic para ptência de 1 kw. Existem pnts nde pes das lâminas se equivale cm pdes ser vist na Figura 101. O pes das lâminas de 3 e 4 cm se igualam entre 1,65 e 2,2. O cmprtament ds gráfics para as ptências de 3 e 6 kw sã semelhantes as apresentads ns gráfics das Figuras 5.17 e 5.18 respectivamente. Figura Pes ttal para retificadr de 12 pulss cm Tplgia Estrela e cnfiguraçã B para lâminas de 3, 4 e 5 cm e P =1kW Retificadres de 18 pulss Cnexã Delta diferencial cnfiguraçã C. O cmprtament para pes d núcle, pes d cbre e pes ttal, sã s mesms apresentads para retificadr de 12 pulss. A Figura 102 serve para ilustrar esta afirmaçã, fi gerada para uma ptência de 1 kw e lâmina de 4 cm.

113 112 Figura Pes para retificadr de 18 pulss cm Tplgia Delta e cnfiguraçã C para D=4cm e P =1kW. A Figura 103 apresenta pes ttal para s diferente tamanhs de lâminas (3, 4 e 5 cm e ptência de 1kW. Para uma relaçã de tensões entre 1,1 e 1,6 pes é mesm para as lâminas de 3 e 4 cm, em aprximadamente 0,5 s pess sã s mesms para as três lâminas, acima de aprximadamente 2,7 pes é menr para a lâmina de 4 cm, prém, s pes se igualam para as lâminas de 3 e 5 cm. Para a ptência de 3 kw cm mstra a Figura 104 a regiã entre 0,8 e 1,35 aprximadamente apresenta pes equivalente para as lâminas de 3 e 4 cm, já para valres menres que 0,8 e maires que 1,35 pes encntrad para as lâminas de 4 e 5 cm sã bem próxims. Figura Pes ttal para retificadr de 18 pulss cm Tplgia Delta e cnfiguraçã C cm lâminas de 3, 4 e 5 cm e P =1kW.

114 113 Figura 104 Pes ttal para retificadr de 18 pulss cm Tplgia Delta e cnfiguraçã C cm lâminas de 3, 4 e 5 cm e P =3kW. O cmprtament das curvas para a ptência de 6 kw é semelhante a apresentad para retificadr de 12 pulss e mesmas tplgias e cnfiguraçã. Cnexã Delta diferencial cnfiguraçã D. Nã serã apresentads nvamente s gráfics para as curvas ds pess separadamente, pis, s cmprtaments das mesmas se assemelham as já apresentadas para s retificadres de 12 pulss. É interessante apresentar gráfic cm as curvas para s pess ttais e diferentes tamanhs de lâminas, pis, as regiões nde s pess se equivalem sã diferentes. A Figura 105 apresenta pes ttal para s três tamanhs de lâminas, para a ptência de 1 kw. Para s pnts 0,5 e 0,7 pes é mesm para as lâminas de 4 e 5 cm, já para pnt 0,6 as lâminas de 3 e 4 cm apresentam mesm pes. Observa-se ainda que, entre 1,45 e 1,7 pes é mesm para as lâminas de 3 e 4 cm, além diss, nesta faixa pes é menr pssível. N cas da ptência de 3 e 6 kw cmprtament das curvas é muit semelhante, assim, as regiões nde s pess se igualam sã muit próximas. N cas de 6 kw, a única regiã nde pes é mesm para as três laminas é em trn da relaçã unitária, a partir daí as curvas cmeçam a se afastar.

115 114 Figura Pes ttal para retificadr de 18 pulss cm Tplgia Delta e cnfiguraçã D para lâminas de 3, 4 e 5 cm e P =1kW. Cnexã Delta diferencial cnfiguraçã E. A Figura 106 apresenta pes ttal para s diferente tamanhs de lâminas (3, 4 e 5 cm e ptência de 1 kw. Para valres menres que 0,4 pes para as lâminas de 4 e 5 cm sã s mesms, entre 1,4 e 1,9 pes para as lâminas de 3 e 4 cm sã s mesms, n pnt 0,5 as curvas de 3 e 5 cm se cruzam, já em 0,7 as curvas de 3 e 4 cm se cruzam. Figura Pes ttal para retificadr de 18 pulss cm Tplgia Delta e cnfiguraçã E para lâminas de 3, 4 e 5 cm e P =1kW.

116 115 As mesmas cnsiderações realizadas para as cnfigurações anterires cm relaçã as curvas de 3 e 6 kw pdem ser cnsideradas neste cas. Tplgia Estrela diferencial cnfiguraçã A. A Figura apresenta curvas para lâmina de 3 cm d pes d núcle, cbre e pes ttal separadamente. Estas curvas mstram que cmprtament das mesmas é semelhante a apresentad para retificadr de 12 pulss, pr iss, elas sã apresentadas apenas para lâmina de 3 cm. O gráfic que reúne as curvas para pes ttal referentes as três tamanhs de lâminas para a ptência de 1 kw é apresentad na Figura 108. Cm fi realizad anterirmente para as demais cnfigurações bserva-se s pnts u faixas de valres nde s pess se igualam para dis u mais tamanhs de lâminas. Pr exempl, para valres menres que 0,5 s pess das lâminas de 4 e 5 cm se igualam. Existe uma pequena regiã em que s pess das três lâminas se aprximam, além diss, pde-se bservar que aprximadamente entre 1,5 e 2,4 s pess para as lâminas de 3 e 4 cm sã iguais. As Figuras 5.27 e 5.28 apresentam s gráfics para s pess ttais ds retificadres para s três tamanhs de lâminas e ptências de 3 e 6 kw respectivamente. Existe uma regiã em destaque para gráfic cuja ptência é de 3 kw nde pes para as três lâminas é praticamente mesm. Acima de 6 kw as curvas cada vez mais se distanciam ainda em 6 kw existe uma pequena regiã próxima da relaçã de tensões unitária nde s pess se igualam. Figura Pes para retificadr de 18 pulss cm tplgia Estrela e cnfiguraçã A para D=3cm e P =1kW.

117 116 Figura 108 Pes ttal para retificadr de 18 pulss cm Cnexã Estrela (V c1, V b3 cm lâminas de 3, 4 e 5 cm e P =1kW. Figura Pes ttal para retificadr de 18 pulss cm Cnexã Estrela (V c1, V bc3 cm lâminas de 3, 4 e 5 cm e P =3kW. Figura Pes ttal para retificadr de 18 pulss cm tplgia Estrela e cnfiguraçã A para lâminas de 3, 4 e 5 cm e P =6kW.

118 117 Tplgia Estrela diferencial cnfiguraçã B. As curvas para pes d núcle, pes d cbre e pes ttal sã semelhante aquelas apresentadas para retificadr de 12 pulss cm esta mesma cnfiguraçã, pr iss, nã serã apresentadas. O gráfic que reúne as curvas para s diferentes tamanhs de lâminas a uma ptência de 1 kw é mstrada na Figura 111. Observa-se que existem pnts nde s pess de duas lâminas se cruzam, cm pr exempl, em 0,5 nde as lâmina de 3 e 5 cm se cruzam. Entre 1,5 e 1,7 s pess sã equivalentes para as lâminas de 3 e 4 cm. É imprtante enfatizar que para valres de ptência de 3 e 6 kw as curvas sã muit semelhantes. Em 6 kw a única regiã nde pes é igual para as três lâminas é em trn d valr unitári da relaçã de tensões, acima de 6 kw as curvas se afastam e a melhr pçã para um menr pes é cm a lâmina de 5 cm. Figura Pes ttal para retificadr de 18 pulss cm Tplgia Estrela e cnfiguraçã B para lâminas de 3, 4 e 5 cm e P =1kW. A tabela 3 apresenta uma síntese ds resultads para pes das diversas cnfigurações para s retificadres de 12 e 18 pulss tplgia Estrela e ptência de 1 kw.

119 118 Tabela 3 Síntese de resultads para tplgia Estrela. Retificadres de 12 pulss (1 kw. Estrela A B D (cm Faixa 0,5-2,0 <0,5 <0,5 0,7-2,2 <0,5 <0,5 (V sec /V prim 2,0-3,0 >3 0,5-0,7 >1,7 Retificadres de 18 pulss (1 kw. Estrela A B D (cm Faixa 0,5-2,0 <0,5 <0,5 0,5-1,7 <0,5 <0,5 (V sec /V prim 0,5-0,7 0,5-0,7 >1,5 >1,5 Fnte: dads d autr. A tabela 4 apresenta uma síntese ds resultads para pes das diversas cnfigurações para s retificadres de 12 e 18 pulss tplgia Delta e ptência de 1 kw. As tabelas 3 e 4 apresentam para a ptência de 1 kw quais as faixas das relações de tensões (V sec /V prim nde pes é menr para s diferentes tamanhs de lâminas, u seja, diferentes valres para a dimensã da perna central das lâminas (D, u chapas, que cnstituem auttransfrmadr.

120 119 Tabela 4 Síntese de resultads para tplgia Delta. Retificadres de 12 pulss (1 kw. Delta C D E D (cm Faixa 0,5-2,1 <0,5 <0,5 - Tda <0,5 >0,5 <0,5 <0,5 (V sec /V prim >1,6 faixa >2,4 Retificadres de 18 pulss (1 kw. Delta C D E D (cm Faixa 0,7-1,7 <0,7 <0,5 0,7-1,7 <0,7 <0,5 0,7-1,9 <0,7 <0,4 (V sec /V prim >1,4 >1,55 >1,4 Fnte:dads d autr. 5.5 ANÁLSE DA TAXA KVA Além da análise d cmprtament d pes d transfrmadr cm relaçã à variaçã das relações entre as tensões, que também significa uma variaçã da tensã média na carga, a qual só é pssível devid às características das cnexões generalizadas. Uma análise d cmprtament d pes é realizada cm relaçã a variaçã da ptência para três valres diferentes de taxa kva. Observam-se nestes gráfics que pes d núcle varia linearmente cm a variaçã da ptência para uma taxa kva fixa. Esta bservaçã é valida para qualquer tplgia Estrela u Delta e para suas diferentes cnfigurações. O gráfic da Figura. 112 fi btid variand a ptência, fixand a taxa kva e esclhend a lâmina de 4 cm. Cnsiderand um valr máxim de 50 Kg para núcle d transfrmadr bserva-se que para a menr taxa kva transfrmadr pde chegar a ptência de 40 kw. Para uma taxa intermediária de 0,31 retificadr chega a 25 kw, já para uma taxa de 0,75, transfrmadr chega apenas a 10 kw.

121 120 Figura Pes vesus Ptência para um retificadr de 12 pulss cm tplgia Estrela diferencial e cnfiguraçã A de transfrmadr. 350 Pes versus Ptência Estrela - Diferencial V Taxa kva 0,3191 (380 V Taxa kva 0,1806 (310 V Taxa kva 0,7569 (600 V kw 25 kw 380 V 310 V Ptência (W A Figura 113 apresenta a variaçã d pes cm a ptência para retificadr de 18 pulss cm cnexã Delta-diferencial e cnfiguraçã C. Observa-se da Figura 113 que para um pes de 50 Kg é pssível bter uma ptência de 44 kw. Figura Pes vesus Ptência para um retificadr de 18 pulss cm tplgia Deltadiferencial e cnfiguraçã C de transfrmadr. 5.6 ANÁLSE PARA PTS Observu-se das análises realizadas que retificadres cm taxas kva reduzidas de auttransfrmadr apresentam menr pes. Retificadres de 12 pulss apresentam duas pntes retificadras independentes e retificadres de 18 pulss pssuem três pntes, prém, para alimentar uma única carga cm estes retificadres é necessári que as pntes sejam cnectadas em paralel. Para que as pntes sejam cnectadas em paralel PTs (ndutres de nterfase sã necessáris para funcinament crret ds retificadres.

122 121 Estes indutres se trnam uma desvantagem na utilizaçã destes retificadres uma vez que agrega grande pes a estrutura. O gráfic abaix dá uma pequena nçã d pes a mais que estas estruturas smam as retificadres. A Figura 114 apresenta valr da indutância versus pes para diferentes valres de crrentes de carga (. Figura Análise pes PTs. Supnha um retificadr de 18 pulss cm cnexã Delta-diferencial e cnfiguraçã C cm tensã na saída de 300 V, u seja, V RS de 220 V relaçã de tensões unitária. A ptência ttal para este retificadr é de aprximadamente 1kW, bservand gráfic da Figura 103 pes aprximad para este auttransfrmadr é de 2,7 kg. Se fr calculad um PT de 100mH para este cas pes de um PT é de aprximadamente 0,2 kg, pequen cmparad a pes d auttransfrmadr. Prém um retificadr de 18 pulss nã islad necessita de seis PTs um para cada saída (psitiva e negativa das pntes retificadras. Assim, pes ttal para s PTs é de 1,2 kg 45% d pes d auttransfrmadr. Em alguns cass pes ds PTs pde ultrapassar pes d auttransfrmadr. Nestes cass deve ser bservad cust benefíci que esta estrutura retificadra irá gerar a aplicaçã que fi prpsta. Outra sluçã seria a utilizaçã de um estági CC-CC, prém, antes de esclher a melhr pçã entre PTs u cnversres CC-CC, estuds devem ser realizads para verificar a relaçã cust benefici ds cnversres chaveads, pis pdem gerar maires custs e cmplexidade à estrutura. Além diss, estruturas CC-CC aumentam também pes d retificadr.

123 CONCLUSÕES Neste capítul fram apresentadas análises que buscam critéris para a esclha da melhr tplgia de retificadres multipulss cm cnexões diferenciais de transfrmadr bjetivand reduçã de pes vlume e, cnseqüentemente, cust d retificadr. Através d equacinament para cálcul de pes d núcle e d cbre apresentad em [81] fram btids gráfics que apresentam pes em funçã da relaçã de tensões secundária (resultante e primária. Esta relaçã está diretamente ligada à tensã média na carga, uma vez que, a tensã média é 2,34 da tensã secundária resultante (fase. Pde-se cncluir ds gráfics que apresentam s pess d núcle, cbre e pes ttal separadamente que, pes d cbre apresenta-se cnstante e que a curva para pes ttal d retificadr segue cmprtament da curva d pes d núcle e esta pr sua vez apresenta mesm cmprtament da curva para taxa kva. Fram apresentads gráfics para diferentes valres de ptência. Observu-se que para ptências abaix de 6 kw existem situações nde pes para s diferentes tamanhs de lâminas sã s mesms, prém, já em 6 kw a melhr pçã de tamanh de lâmina é a de 5 cm para a mairia das relações de tensã, apenas para relaçã igual a 1 pes se trna próxim para as três lâminas (3, 4 e 5 cm. Através de planilhas eletrônicas prduzida cm auxíli d Excel é pssível encntrar pes aprximad para qualquer retificadr cm tplgia Estrela u Delta nas suas variadas cnfigurações. Através destas planilhas fi pssível bservar que acima de 6kW as curvas se afastam e a melhr pçã de lâmina para a btençã de um menr pes é a de 5 cm.

124 123 Capítul 6 Especificações de prjet e resultads de simulaçã 6.1 CONSDERAÇÕES NCAS A partir d equacinament de unificaçã das tplgias apresentad n capítul 4 e já cm auxili d prgrama MultiTraf apresentad também neste capítul, valres de tensã e crrente fram especificads para s retificadres Estrela e Delta - diferenciais de 18 pulss prpsts. Para aplicaçã ds retificadres prjetads cm retrfit em inversres trifásics cmerciais, s mesms fram especificads segund s dads ds inversres, cm tensã de alimentaçã de 220 V (valr rms de linha, 60 Hz e ptência de 3 cv (2,2 kw. Um ds principais atrativs das cnexões generalizadas é a pssibilidade de esclha da tensã retificada para qualquer valr da tensã de alimentaçã. Assim, s retificadres prjetads apresentam alimentaçã de 220 V (mesma ds inversres cmerciais, tensã média n barrament CC de aprximadamente 315 V (mesm valr medid n estági retificad ds inversres, freqüência de 60 Hz e ptência ativa de 2,5 kw. 6.2 ESPECFCAÇÕES DO PROJETO Neste item serã determinadas tdas as tensões e crrentes para tds s enrlaments ds retificadres Retificadr de 18 pulss cm cnexã Delta Para uma tensã média na saída de 315 V, a tensã de fase resultante (V R é de aprximadamente 134,6 V (V RS =233 V de linha que resulta em uma relaçã de tensões de 1,06. Basta entrar cm este valr ns gráfics apresentads n capítul 5 para a tplgia Delta e esclher a melhr cnfiguraçã. Através d gráfic da Figura 85 é pssível bservar que retificadr Delta cm cnfiguraçã C apresenta menr taxa kva. Neste cas a cnfiguraçã C fi esclhida pr apresentar menr taxa kva e menr pes. O prgrama MultiTraf atende a esta cnfiguraçã, facilitand assim, prjet d retificadr.

125 124 A Figura 115 mstra um esquema d retificadr de 18 pulss cm tplgia Deltadiferencial e cnfiguraçã C prjetad. Os enrlaments cm índices 1 e 2 fram eliminads e s enrlaments cm índices n e n1 que frmam terceir sistema trifásic em fase cm primári fram mitids d esquema, pr questões de melhr visualizaçã da figura. Figura Esquema para retificadr cm tplgia Delta prjetad. O transfrmadr a ser implementad é apresentad na Figura 115 e, a Tabela 5, apresenta s dads de prjet para a cnexã esclhida. Tabela 5 Dads de prjet d auttransfrmadr. Tensã eficaz de entrada 220 V linha / 127 V fase Tensã eficaz de saída 134,6 V fase (V R1 Númer de Pulss 18 ( = 20 Tip de Cnexã Delta-diferencial ( = 0 Fnte: dads d autr. A partir d equacinament apresentad ns capítuls 3 e 4 e cm as especificações de prjet, tdas as tensões ns enrlaments d transfrmadr sã btidas. Estes mesms resultads também pdem ser btids através d prgrama MultiTraf apresentad n capítul 4. = 0,15º Aplicand-se s valres de V a e V R1 na equaçã (4.11 determina-se valr de. Cm valr de, V a e V R1 aplicads nas equações (4.9 e (4.10 determinam-se s valres de V ca1 e V bc3. As tensões V abn e V abn1 sã determinadas pelas equações (4.12 e (4.13 respectivamente.

126 125 1 Primáris N ab, N bc e N ca :V ab =220 / 127 V. 2 Secundáris N ab1, N ab2, N bc1, N bc2, N ca1 e N ca2 :V ca1 = 0,64 V 3 Secundáris N ab3, N ab4, N bc3, N bc4, N ca3 e N ca4 :V bc3 = - 45,7 V 4 Secundáris N abn, N abn1, N bcn, N bcn1, N cn e N cn1 :V abn = 4,4 V e V abn1 = 4,4 V Cm s valres de V ab, V abn, V ca1 e V bc3, aplicads nas equações de (4.14 a (4.16, determinam-se s valres das relações de espiras K a, K b e K c : K a = 0,0198 K b = 0,0029 K c = -0,2077 (invertid Cm auxili de sftwares matemátics u utilizand prgrama desenvlvid neste trabalh btém-se s valres nã só de tensã, mas também de crrente para tds s enrlaments. A crrente em tds s enrlaments secundáris da cnexã Delta N ab1, N ab2, N ab3, N ab4, N abn, N abn1, N bc1, N bc2, N bc3, N bc4, N bcn, N bcn1, N ca1 e N ca2, N ca3 e N ca4, N can e, N can1 é de 2,15 A. Ns enrlaments primáris N ab, N bc e N ca, a crrente é de 0,41 A. A crrente na rede é de aprximadamente 6,58 A. O prgrama desenvlvid também calcula e mstra na tela FP e DHT i, 0,993 e 9,36 respectivamente. A partir ds cálculs apresentads, retificadr prpst fi simulad através d prgrama PSpice cm cargas independentes e também cm carga única, cm pntes retificadras em paralel. Para que as pntes fssem clcadas em paralel, cm fi dit anterirmente e vist em inúmers artigs, indutres de interfase devem ser cnectads às saídas retificadas a fim de absrver as tensões instantâneas entre elas e garantir bm funcinament d retificadr. As Figuras 116 a 117 apresentam a seqüência para a utilizaçã d prgrama MultiTraf. Primeir esclhe-se a tplgia e númer de pulss desejads, depis é aberta uma tela nde sã clcads s parâmetrs cm tensã de entrada (127 V, tensã média (315 V retificada e ptência ativa (2,5 kw, depis basta esclher as frmas de nda a serem visualizadas na tela e clicar em OK. A Figura 116 (a apresenta as frmas de nda para as tensões ns secundáris V R1, V R2 V Rn e a tensã na rede V a que está em fase cm V Rn. Na Figura 116 (b pdem-se bservar as frmas de nda para as crrentes primárias, já na Figura 116 (c sã apresentadas as crrentes na rede de alimentaçã. A Figura 117 apresenta a tabela de dads, tensões, crrentes em tds s enrlaments, FP, DHT i e relações de espiras.

127 126 Figura Resultads btids através d prgrama MultiTraf, (a frmas de nda de tensã; (b frmas de nda de crrentes primárias e (c frmas de nda para crrentes na rede. (a (b (c

128 c 127 Figura Tabela de dads gerada pel prgrama para tplgia Delta Retificadr de 18 pulss cm cnexã Estrela Através d gráfic da Figura 86 é pssível bservar que retificadr Estrela cm cnfiguraçã A apresenta menr taxa kva para relaçã de tensões de 1,06. Além diss, resultads btids através das planilhas desenvlvidas para calcul d pes ttal mstram que a cnfiguraçã A para uma ptência de 2,5 kw apresenta menr pes ttal (núcle mais cbre. Neste cas a cnfiguraçã A fi esclhida pr apresentar menr taxa kva e menr pes. O prgrama MultiTraf também atende a esta cnfiguraçã. O transfrmadr implementad é apresentad na Figura 118. A Tabela 6, apresenta s dads de prjet para a cnexã esclhida. Figura Esquema para retificadr cm tplgia Estrela prjetad. b3 c1 b2 c4 c4 cn b bn c3 b1 c2

129 128 Tabela 6 Dads de prjet d auttransfrmadr. Tensã eficaz de entrada 220 V linha / 127 V fase Tensã eficaz de saída 134,6 V fase (V R1 Númer de Pulss 18 ( = 20 Tip de Cnexã Delta-diferencial ( = 30 Fnte: dads d autr. O mesm prcediment de prjet realizad para a tplgia Delta, agra é repetid para a tplgia Estrela. = 11,7º Aplicand-se s valres de V a e V R1 na equaçã (4.11 determina-se valr de. Cm valr de, V a e V R1 aplicads nas equações (4.9 e (4.10 determinam-se s valres de V c1 e V b3. A tensã V an é determinada pela equaçã ( Primáris N ab, N bc e N ca :V ab =220 / 127 V. 6 Secundáris N a1, N a2, N b1, N b2, N c1 e N c2 :V c1 = 27,13 V 7 Secundáris N a3, N a4, N b3, N b4, N c3 e N c4 :V bc3 = - 26 V 8 Secundáris N an, N bn, N cn :V an = 7,56 V Cm s valres de V ab, V an, V c1 e V b3, aplicads nas equações de (4.14 a (4.16, determinam-se s valres das relações de espiras K a, K b e K c : K a = 0,059 K b = 0,2136 K c = -0,2049 (invertid A crrente em tds s enrlaments secundáris da cnexã Estrela N a1, N a2, N a3, N a4, N an, N b1, N b2, N b3, N b4, N bn, N c1 e N c2, N c3 e N c4 e N cn é de 2,15 A. Ns enrlaments primáris N a, N b e N c, a crrente é de 0,72 A. A crrente na rede também pde ser calculada e é de aprximadamente 6,58 A. As Figuras 119 e 120 apresentam alguns resultads btids através d prgrama MultiTraf. Na Figura 119 (a é pssível bservar as frmas de nda para as crrentes ns enrlaments primáris, já a Figura 119 (b mstra as frmas de nda das crrentes na rede de alimentaçã. O prgrama além de apresentar frmas de nda gera uma tabela de dads para tensã, crrente em tds s enrlaments d auttransfrmadr e calcula FP e DHT i cm mstra a Figura 120.

130 129 Figura Frmas de nda de crrentes btidas a partir d prgrama, (a primárias, (b rede. (a (b Figura Tabela de dads gerada pel prgrama para tplgia Estrela.

131 RESULTADOS DE SMULAÇÃO - CARGAS NDEPENDENTES Tplgia Delta A Figura 121 apresenta esquema d retificadr cm cargas independentes, frmad pel auttransfrmadr cm cnexã Delta e 3 pntes retificadras de seis pulss. Figura Esquema para retificadr de 18 pulss tplgia Delta cm cargas independentes. A Figura 122 apresenta as tensã secundárias V R1, V R2 e V Rn e a tensã primária. 400V 200V Figura Tensões secundárias V R1, V R2 e V Rn e tensã primária para tplgia Delta. Vab 50 VR2 30 VRn 10 0V VR1-200V -400V 0s 5ms 10ms 15ms 20ms 25ms 30ms V(Lbc4:1 V(Lab:1,R3:2 V(Va:+ V(Lbc3:2 Time A Figura 123 apresenta as tensões retificadas nas saídas das três pntes de seis pulss. Observa-se que elas se encaixam para frmar s 18 pulss desejads.

132 131 Figura Tensã na carga para tplgia Delta. A Figura 124 apresenta as crrentes primárias típicas para retificadr cm cnexã Delta-diferencial prpst. O valr eficaz para as crrentes primárias, btid através da simulaçã, fi de 0,419 A. As crrentes secundárias btiveram valres iguais a 2,16 A. Figura Crrentes primárias. A Figura. 125 apresenta as crrentes nas três fases da rede e a tensã em uma das fases. Observa-se que as crrentes sã equilibradas e estã em fase cm respectivas tensões. As crrentes estã multiplicadas pr um fatr de 10 para melhr visualizaçã. Os valres eficazes para as crrentes na rede pr simulaçã sã de 6,59 A Figura Crrentes na rede e tensã em uma das fases. V A A B C s 5ms 10ms 15ms 20ms 25ms 30ms 35ms 40ms 45ms 50ms Time V(Va:+ -(Va*10 -(Vb*10 -(Vc*10

133 Tplgia Estrela A Figura 126 apresenta esquema d retificadr cm cargas independentes, neste cas auttransfrmadr apresenta cnexã Estrela-diferencial. Figura 126 Esquema para retificadr de 18 pulss tplgia Estrela cm cargas independentes. As tensões secundárias e a tensã primária pdem ser vistas na Figura 127, bserva-se defasament de 20 entre as tensões ds grups trifásics de tensões secundárias. Figura Tensões secundárias V R1, V R2 e V Rn e tensã primária V a para tplgia Estrela. A tensã retificada é apresentada também para esta tplgia cm mstra a Figura 128. Em um períd da rede de alimentaçã de 60 Hz pde-se bservar s 18 pulss na tensã retificada.

134 133 Figura Tensã retificada na carga (315 V rms para tplgia Estrela. A frma de nda típica para retificadr de 18 pulss cm tplgia Estrela cm tensã média na saída de 315 V é apresentada na Figura 129. O valr eficaz para as crrentes primárias, btidas através da simulaçã, fi de 0,727 A. As crrentes secundárias btiveram valres iguais a 2,17 A. Figura Crrentes primárias para tplgia Estrela. A Figura 130 apresenta as crrentes nas três fases da rede. Os valres eficazes para as crrentes na rede pr simulaçã fram de 6,61 A. A DHT i de crrente para este retificadr é de 9,5%. Figura Crrentes na rede para tplgia Estrela.

135 RESULTADOS DE SMULAÇÃO - ÚNCA CARGA Na mairia das aplicações s retificadres alimentam uma única carga. Neste cas, as pntes devem ser cnectadas em paralel cm auxili de ndutres de nterfase (PTs. A tensã aplicada sbre um transfrmadr u indutr de interfase é a diferença entre valr instantâne da tensã de saída d retificadr (que apresenta seis pulss pr períd da tensã de alimentaçã e valr médi da tensã na carga. O prjet destes indutres é feit cnsiderand a máxima ndulaçã de crrente admissível. Estes elements fram calculads de acrd cm [26, 51] para uma ndulaçã de crrente nã mair que 5%. Além diss, é pssível bservar através de resultads de simulaçã valr ótim da indutância para s PTs, pis, sabe-se que a DHT i trna-se cnstante a partir deste valr, u seja, para valres maires que ótim a DHT i sfre alterações que pdem ser descnsideradas [50]. O gráfic da Figura 131 apresenta resultads de simulaçã para DHT i vesus a indutância para s PTs. O valr ótim de indutância encntrad para estes elements adicinais fi de 100 mh. Vale bservar que a taxa kva de cada um destes elements é 8 %, prtant, sã de baix vlume e pes. Prém, para retificadres de 18 pulss nã-islads sã necessáris seis PTs, que pde agregar à estrutura retificadra pes e vlume cnsideráveis. Figura Valr ótim para indutância ds PTS. DHTi versus ndutância DHTi (% ,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045 0,05 ndutância (H Tplgia Delta A Figura 132 apresenta a cnexã d retificadr prpst cm pntes cnectadas em paralel e carga única R-L. A indutância de carga usada para simulaçã fi de 200 mh e a resistência de 40.

136 135 Figura Esquema retificadr 18 pulss cm tplgia Delta e carga única. 316V Figura 133 Tensã retificada na carga para tplgia Delta. 314V 312V 310V 100ms 102ms 104ms 106ms 108ms 110ms 112ms 114ms 116ms V(L28:1 Time A Figura 133 apresenta a tensã retificada na carga quand as pntes fram cnectadas em paralel. Observa-se que em um períd da rede tem-se na carga 18 pulss de tensã retificada. A ndulaçã de tensã é muit pequena, lg a tensã média esta em trn de 311,5 V. A Figura 134 apresenta a crrente na carga, seu valr médi é de aprximadamente 6,58 A cm ndulaçã de crrente de 0,0019 A. A crrente na carga é praticamente cnstante e é a sma das crrentes nas pntes retificadras. Figura Crrente na carga para tplgia Delta.

137 136 A Figura. 135 apresenta as crrentes nas três fases rede. Observa-se que as crrentes sã equilibradas, prém, s patamares nã se encntram perfeitamente simétrics, mas sim cm pequenas distrções. Este fat crre devid as PTs que fram incluíds a sistema. Figura Crrentes na rede para tplgia Delta Tplgia Estrela A Figura 136 apresenta a cnexã d retificadr cm tplgia Estrela prpst, cm pntes cnectadas em paralel e carga única R-L. A indutância de carga usada para simulaçã fi de 200 mh e a resistência de 40. Figura Esquema retificadr 18 pulss cm tplgia Estrela e carga única. Para a tplgia delta também fi btida a tensã na carga cm mstra a Figura 137. A tensã média na carga btida pr simulaçã fi de 311,7 V. É imprtante dizer também que a ndulaçã de tensã é muit pequena cerca de 1%.

138 137 Figura Tensã retificada na carga para tplgia Estrela. A Figura 138 apresenta a crrente na carga, valr médi para esta tplgia fi de aprximadamente 7,66 A. A crrente na carga é praticamente cnstante e é a sma das crrentes nas pntes retificadras. Observa-se também que a ndulaçã de crrente é de aprximadamente 0,0015 A. Figura Crrente na carga para tplgia Estrela. As crrentes na rede de alimentaçã sã apresentadas na Figura. 139, elas sã equilibradas, prém devid à inclusã ds PTs apresentam patamares nã simétrics. A DHT i neste cas fi de 9,8%. Figura 139 Crrentes na rede para tplgia Estrela.

139 138 Figura Espectr harmônic na crrente de rede para retificadres cm tplgia Estrela u Delta e carga única. A Figura 140 apresenta um gráfic de barras que cmpara valres individuais de harmônics de crrente ds retificadres de 18 pulss cm tplgias Estrela u Delta diferenciais cm a nrma internacinal eurpéia EC CONCLUSÕES Este capítul apresentu especificações de parâmetrs imprtantes para a realizaçã d prjet físic ds retificadres. Fram btids valres para tensões e crrentes em tds s enrlaments d auttransfrmadr a partir d equacinament e d prgrama MultiTraf desenvlvid e apresentad n capítul 4. A esclha da melhr cnfiguraçã para cada uma das tplgias fi realizada cm auxíli ds gráfics apresentads n capítul 5. Os gráfics apresentaram critéris cm taxa kva e pes ds retificadres para cada uma das cnfigurações, assim, prprcinam critéris para a esclha da cnfiguraçã que apresente menr pes e a melhr lâmina (chapa a ser utilizada. Resultads de simulaçã cmprvaram s resultads apresentads pel prgrama MultiTraf. Além diss, as frmas de nda validam a peraçã d retificadr cm um mitigadr de harmônics. É fácil bservar que a crrente na rede de alimentaçã nã é mais pulsada cm a crrente característica de um retificadr de seis pulss cm filtr capacitiv, mas ela apresenta uma frma de nda mais próxima da senidal. Além das frmas de nda e resultads para tensã e crrente ns enrlaments a simulaçã apresentu resultads de DHT i de 9,5 % para cargas independentes e 9,7 para carga única em ambas tplgias. Observa-se, prém, através d gráfic cmparativ apresentad na Figura 140 que retificadr nã se enquadra ttalmente à nrma internacinal EC para equipaments cm crrentes menres de 16 A.

140 139 Apesar d retificadr nã se enquadrar cmpletamente à nrma, ele elimina grande parte das cmpnentes harmônicas de baixa rdem existentes em um retificadr cnvencinal de seis pulss.

141 140 Capítul 7 Especificações de cmpnentes e resultads experimentais 7.1 CONSDERAÇÕES NCAS Neste capítul sã apresentads s prjets físics ds retificadres prpsts, nde serã especificads tamanh da lâmina, pes e vlume d núcle, as bitlas ds fis, além d númer de espiras e d pes ds enrlaments. Td equacinament apresentad está basead em McLyman [81, 82]. Além d auttransfrmadr, será apresentad s dads cm pes, indutância para s PTs, elements adicinais para funcinament d inversr cm carga única e pntes assciadas em paralel. Os prtótips fram implementads para tensã de alimentaçã 127/220 V, freqüência de 60 Hz, tensã média na carga de 315 V e ptência de 2,5 kw. Os retificadres implementads serã aplicads a diferentes inversres cmerciais, tradicinalmente usads n Brasil, em substituiçã a estági retificadr cnvencinal, cm retrfit. Os inversres adquirids apresentam tensã de entrada de 220 V (linha, ptência de 3 cv (2,2 kw e crrente máxima de 10 A [83-86]. Serã apresentads resultads para s retificadres alimentand cargas independentes, carga única e resultads da aplicaçã destes retificadres as inversres. 7.2 DADOS DE PROJETO A tabela 5 apresenta alguns dads para prjet d auttransfrmadr que cmpõe retificadr de 18 pulss cm tplgia Estrela, btids n capítul 6.

142 141 Tabela 5 - Dads de prjet para tplgia Estrela. Tensã de entrada Tensã de saída retificada / ptência P 127 V / 220 V 315 V / 2,5 kw Númer de pulss 18 pulss ( 20 Tip de cnexã Estrela ( 30 Tensã ns enrlaments N a1, N a2, N b1, N b2, N c1 e N c2 Tensã ns enrlaments N a3, N a4, N b3, N b4, N c3 e N c4 Tensã ns enrlaments N an, N bn e N cn Crrentes eficazes ns enrlaments secundáris Crrentes eficazes ns enrlaments primáris Fnte: dads d autr. 27,13 V -26 V 7,56 V 2,17 A 0,72 A Na tabela 6 têm-se s dads de prjet para retificadr cm tplgia Delta. Tabela 6 - Dads de prjet para tplgia Delta. Tensã de entrada 127 V / 220 V Tensã de saída retificada / ptência P 315 V / 2,5 kw Númer de pulss 18 pulss ( 20 Tip de cnexã Delta ( 0 Tensã ns enrlaments N ab1, N ab2, N bc1, N bc2, N ca1 e N ca2 0,64 V Tensã ns enrlaments N ab3, N ab4, N bc3, N bc4, N ca3 e N ca4-45,7 V Tensã ns enrlaments N abn, N bcn, N can N abn1, N bcn1 e N can1 4,4 V Crrentes eficazes ns enrlaments secundáris 2,16 A Crrentes eficazes ns enrlaments primáris 0,42 A Fnte: dads d autr. 7.3 PROJETOS DO NÚCLEO E DOS ENROLAMENTOS O prjet físic de um auttransfrmadr nã se difere muit d prjet de transfrmadres cnvencinais, deve-se cnhecer em ambs s cass as tensões e crrentes sbre tds s enrlaments. O equacinament para prjet d núcle e enrlaments d auttransfrmadr é clássic e replet de desenvlviments empírics. O equacinament apresentad é basead n métd prpst pr [81].

143 Dimensinament d núcle e ds enrlaments Tplgia Estrela. A partir d gráfic da Figura 86 encntra-se a taxa kva d auttransfrmadr que é de 0,20 para a tplgia Estrela e cnfiguraçã A. Sabend-se valr da taxa kva e a ptência ttal d auttransfrmadr, encntra-se valr da ptência prcessada pel núcle magnétic. Cm a ptência ttal (S ttal que núcle prcessa encntra-se prdut das áreas a partir da equaçã em (83. A p S 4,44 B ttal m 10 4 f K u K t 1,14 253,88cm A equaçã (83 permite cálcul d chamad Prdut das Áreas (A p, que nada mais é d que prdut da área da seçã transversal d núcle magnétic (A c pela área da janela d mesm (A j. A área da janela é uma esclha de prjet, depende apenas das medidas das lâminas de que se dispõe. Nesta equaçã estã presentes também a freqüência de peraçã (f, fatr de utilizaçã das janelas (K u, igual a 0,4 e fatr térmic (K t, igual a 304, para elevaçã máxima de temperatura de 25ºC. A seçã transversal d núcle é dada pela equaçã (84. A lâmina esclhida fi D=3 cm (dimensã da perna central. As dimensões desta lâmina estã mstradas na Figura 88. A equaçã (85 apresenta valr para empilhament d núcle. A 2 3 A A 7,52cm p 2 c c b 2,507 cm j D O pes d núcle fi apresentad na equaçã (86. O valr esclhid para empilhament fi de 2,6 cm para uma pssibilidade de execuçã de prjet 3. Pes ( A A 2 A j b 3, 1000 f núcle 1 A tabela 7 apresenta valres de tensã e crrente em tds s enrlaments d auttransfrmadr. Cm estes valres e a partir da equaçã (5.8 apresentada n capítul 5 fram btids s valres para as bitlas ds fis. kg 4

144 143 Tabela 7 - Detalhes ds enrlaments tplgia Estrela. Enrlaments Tensã eficaz Crrente eficaz Cndutr N a, N b, N c 127 V 0,72 A 24 AWG N a1, N a2, N b1, N b2, N c1, N c2 27 V 2,17 A 20 AWG N a3, N a4, N b3, N b4, N c3, N c4 26 V 2,17 A 20 AWG N a3, N b3, N c3 7,6 V 2,17 A 20 AWG Fnte: dads d autr. Resta apenas agra determinar númer de espiras para cada enrlament através da equaçã (7. A tabela 8 apresenta tds s dads e especificações para auttransfrmadr cm tplgia Estrela e cnfiguraçã A. Tabela 8 - Detalhes d Auttransfrmadr tplgia Estrela. Tensã de fase de entrada Trifásic 127 V Tensã de fase de saída Ptência ttal na carga (P Ptencia prcessada pel núcle Três sistemas trifásics 134,6 V 2,5 kw 500 VA Taxa kva 20 % Freqüência de peraçã (f Tip de núcle 60 Hz Densidade máxima de Flux magnétic (B m 1,16 Elevaçã máxima de temperatura 25 C Enrlaments N a, N b, N c N a1, N a2, N b1, N b2, N c1, N c2 N a3, N a4, N b3, N b4, N c3, N c4 N an, N bn, N cn Fnte: dads d autr. E M25 27 GO, espessura 0,27 mm Especificações 24 AWG 526 espiras 20 AWG 112 espiras 20 AWG 108 espiras 20 AWG 31 espiras O pes encntrad para cbre fi de 0,55 Kg pr fase. Pes cbre S cbre L 100 m 557g ( pr fase

145 144 O vlume d transfrmadr é dad pela equaçã (93 send D a dimensã da perna central da chapa Vlume 6 D 4,5 D ( empilhament _ nv D (93 O pes d cbre para as bbinas que cmpõem cada fase, u seja, as bbinas que sã mntadas sbre uma perna d núcle é de aprximadamente 0,556 Kg. Assim, pes ttal de cbre é de 1,67 Kg. O pes ttal d auttransfrmadr (núcle mais cbre é entã de 4,8 Kg, cm um vlume de cm 3 e densidade de ptência (W/pl 3 de 27,55. Tplgia Delta. Para a tplgia Delta prpsta, a taxa kva é de 0,18, valr btid a partir d gráfic da Figura 85. Cm valr da ptência ttal (S ttal que núcle prcessa encntra-se prdut das áreas a partir da equaçã em (83. A p S 4,44 B ttal m 10 4 f K u K t 1,14 230,3cm A seçã transversal d núcle é dada pela equaçã (84. A lâmina esclhida fi D=3 cm (dimensã da perna central em (85 é apresentad valr para empilhament d núcle. A 2 3 A A 6,82cm p 2 c c b 2,3cm j D O pes d núcle fi apresentad na equaçã (86. ( Af 2 A j b Pesnúcle 3kg 1000 Os valres de tensã e crrente em tds s enrlaments para a tplgia Delta é apresentad na tabela 7.5. Cm estes valres e a partir da equaçã (5.8, fram btids s valres para as bitlas ds fis apresentads na tabela 9. 4 A

146 145 Tabela 9 - Detalhes ds enrlaments tplgia Delta. Enrlaments Tensã eficaz Crrente eficaz Cndutr N a, N b, N c 127 V 0,42 A 25 AWG N a1, N a2, N b1, N b2, N c1, N c2 0,64 V 2,64 A 20 AWG N a3, N a4, N b3, N b4, N c3, N c4 45,7 V 2,64 A 20 AWG N a3, N b3, N c3 4,4 V 2,64 A 20 AWG Fnte: dads d autr. Resta apenas determinar númer de espiras para cada enrlament através da equaçã (7. A tabela 10 apresenta tds s dads e especificações para auttransfrmadr cm tplgia Delta e C. Tabela 10 - Detalhes d Auttransfrmadr tplgia Delta. Tensã de linha de entrada Trifásic 220 V Tensã de fase de saída Ptência ttal na carga (P Ptencia prcessada pel núcle Três sistemas trifásics 134,6 V 2,5 kw 450 VA Taxa kva 18 % Freqüência de peraçã (f Tip de núcle 60 Hz Densidade máxima de Flux magnétic (B m 1,1 Elevaçã máxima de temperatura 25 C Enrlaments N ab, N bc, N ca N ab1, N ab2, N bc1, N bc2, N ca1, N ca2 N ab3, N ab4, N bc3, N bc4, N ca3, N ca4 N abn, N bcn, N can N abn1, N bcn1, N can1 Fnte: E M25 27 GO, espessura 0,27 mm Especificações 25 AWG 997 espiras 20 AWG 0 espiras 20 AWG 207 espiras 20 AWG 20 espiras O pes para cbre pr fase para a tplgia Delta fi de aprximadamente 0,6 Kg pr fase. Pes cbre S cbre L 100 m 610g ( pr fase

147 146 O pes para cada bbina neste cas é de aprximadamente 0,610 Kg. Assim, pes ttal d cbre é de 1,830 Kg. O pes ttal d auttransfrmadr (núcle mais cbre é entã de 4,830 Kg, cm um vlume de cm 3 e densidade de ptência (W/pl 3 de RESULTADOS DO ENSAO COM CARGAS NDEPENDENTES Tplgia Delta Após a etapa de prjet vem à fase de implementaçã d retificadr prjetad. A Figura 141(a apresenta ft d prtótip para tplgia Delta. Na Figura 141 (b é apresentad ensai d retificadr cm cargas independentes. Figura Retificadr Delta-diferencial cnfiguraçã C de 18 pulss (a Prtótip e (b ensai cm cargas independentes. (a (b A Figura 142 apresenta um esquema simplificad d ensai cm cargas independentes. Figura Esquema para ensai cm cargas independentes. + Carga RL A B C Auttransfrmad r cm Cnexã Delta-diferencial 0 Carga RL - Carga RL Pntes Retificadras

148 147 A Figura 143 apresenta resultads a partir de ensais realizads para retificadr cm três cargas R-L independentes. Sã três cnjunts de cargas R-L cm resistências de 120 e indutâncias de 300 mh. A Figura 143 (a apresenta as tensões secundárias V R1, V R2 e V Rn. Estas tensões estã defasadas entre si de 20 e cada uma faz parte de um sistema trifásic cm sistema V Rn, V Sn e V Tn apresentad na Figura 143 (b. A Figura 144 (a mstra as crrentes na rede de alimentaçã. As crrentes sã simétricas e de mesma amplitude, apresentam 18 níveis em um períd de rede. A Figura 144 (b apresenta a crrente e a tensã em uma das fases da rede de alimentaçã mstrand que estã em fase, prtand fatr de deslcament para este retificadr é praticamente unitári. Figura Tensões secundárias: (a V R1, V R2 e V Rn e (b sistema de tensões secundári V Rn, V Sn e V Tn, escalas 4ms/div e 100V/div. (a Fnte: dads d autr. (b Figura Crrentes na rede e tensã de fase: (a Crrentes A, B, C e tensã Va, escalas 4ms/div, 5A/div, 100V/div (b tensã e crrente na fase A, escalas 2ms/div, 5A/div, 100V/div. (a (b A Figura 145 (a apresenta a tensã de seis pulss na saída de cada pnte retificadra, já a Figura 145 (b a tensã na saída retificadra + e a tensã de linha V RS1.

149 148 Figura Tensões retificadas : (a tensã em cada uma das saídas das pntes, escalas 2ms/div, 100V/div (b tensã retificada e tensã secundária de linha, escalas 4ms/div, 100V/div. (a (b A Figura 146 apresenta resultads para distrçã harmônica ttal de crrente para as três fases da rede. Figura Distrçã Harmônica de crrente retificadr cm tplgia Delta (a fase A, (b fase B e (c fase C. (a (b (c A tabela 11 apresenta alguns resultads pata DHT de tensã e crrente, FP e FD (fatr de deslcament para as três fases da rede.

150 149 Tabela 11 - Analise Harmônica para cargas independentes e tplgia Delta. Fase A (6,52 A Fase B (6,55 A Fase C (6,52 A DHT v (% 1,28 1,69 1,50 DHT i (% 8,24 8,20 8,12 FP 0,996 0,996 0,997 FD 0,999 0,999 0,999 Fnte: A Figura 147 apresenta um gráfic de barras para a cmparaçã das harmônicas de crrente individuais presentes n retificadr, cm a nrma internacinal EC Observa-se que apenas as harmônicas K 18 1 (K=1,2,3... nã se enquadram à nrma. Estas harmônicas pdem ser facilmente filtradas através de filtrs sintnizads u até mesm de um filtr passa baixa, já que sã harmônicas de freqüência distantes da cmpnente fundamental (acima de 1k Hz. Figura Cmparaçã entre retificadr Delta cm cargas independentes e a Nrma EC para harmônicas individuais de crrente. Cnteúd Harmônic Cnversr Delta-diferencial (Cargas independentes 2,5 2 1,5 1 0,5 Nrma EC Crrente fase A Crrente fase B Crrente fase C Ordem Harmônica Tplgia Estrela O retificadr cm tplgia Estrela e cnfiguraçã C é apresentad na Figura 148.

151 150 Figura Retificadr Estrela-diferencial cnfiguraçã A de 18 pulss. O esquema para ensai deste retificadr cm cargas independentes é mesm mstrad na Figura 142, basta substituir auttransfrmadr cm cnexã Delta pel cm cnexã Estrela. Fram utilizads também s mesms valres para as cargas. A Figura. 149 (a apresenta as tensões secundárias V R1, V R2 e V Rn, para mstrar a defasagem de 20 entre as tensões ds três sistemas trifásics. Na Figura 149 (b é apresentad sistema trifásic resultante V R1, V S1 e V T1. A Figura 150 (a apresenta as crrentes na rede de alimentaçã. Elas sã simétricas e de mesma amplitude, apresentam 18 níveis em um períd da rede. A figura 150 (b mstra a crrente e a tensã em uma das fases da rede de alimentaçã. Figura 149 Tensões resultantes secundárias : (a tensões V R1, V R2 e V Rn, (b sistema de tensões trifásicas 1, escalas 4ms/div, 50 V/div. (a (b

152 151 Figura Crrentes na rede e tensã de alimentaçã : (a Crrentes A, B, C e tensã V a, escalas 4ms/div, 50V/div, 5A/div (b tensã e crrente na fase A, escalas 2ms/div, 50V/div e 5A/div. (a (b A Figura 151 apresenta alguns resultads para distrçã harmônica ttal de crrente nas três fases da rede de alimentaçã. Figura Distrçã Harmônica de crrente retificadr cm tplgia Estrela (a fase A, (b fase B e (c fase C. (a (b (c A Figura 152 apresenta gráfic de barras para retificadr cm tplgia Estrela e cnfiguraçã A em cmparaçã cm a nrma internacinal EC

153 152 Observa-se neste cas que também apenas as harmônicas K 18 1 (K=1,2,3... nã se enquadram a nrma. Figura Cmparaçã entre retificadr Estrela cm cargas independentes e a Nrma EC para harmônicas individuais de crrente. A Tabela 12 apresenta alguns resultads para DHT de tensã e crrente, FP e FD (fatr de deslcament para as três fases da rede para retificadr cm tplgia Estrela. Tabela 12 - Analise Harmônica para cargas independentes e tplgia Estrela. Fase A (6,44 A Fase B (6,44 A Fase C (6,43 A DHT v (% 1,45 1,47 1,39 DHT i (% 8,27 8,12 8 FP 0,995 0,997 0,994 FD 0,999 0,999 0,999 Fnte: 7.5 RESULTADOS DE ENSAO COM CARGA ÚNCA Tplgia Delta A Figura. 153 apresenta um esquema simplificad d ensai cm pntes em paralel (carga única. É valid bservar que s indutres utilizads fram prjetads de acrd cm [34, 81]. Para uma tensã média na carga de 315 V, crrente média em cada pnte retificadra de 2,7 A e variaçã de crrente de 5%, valr mínim de indutância para s PTs fi de 105 mh. Cm estes valres pes para cada PT fi de 0,8 kg.

154 153 Figura Esquema para ensai cm carga única. A Figura 154 apresenta resultads a partir de ensais realizads cm retificadr Delta e única carga R-L. A resistência utilizada fi de 40 e indutância de 300 mh. A Figura 154 (a apresenta as crrentes nas três fases da rede de alimentaçã, simétricas entre si. A Figura 154 (b mstra a crrente e a tensã em uma das fases da rede em maires detalhes. O deslcament entre a tensã e a crrente é mair devid à incrpraçã de elements indutivs (PTs a sistema. Figura Resultads cm pntes em paralel para tplgia Delta: (a crrentes e tensã na rede, escalas 4ms/div, 50V/div, 5A/div (b detalhes da crrente e tensã na fase A, escalas 2ms/div, 50V/div e 5A/div. (a (b Resultads relacinads à DHT i sã apresentads na Figura 155. Sã apresentads gráfics que relacinam harmônicas de crrente em prcentagem da crrente fundamental para as três fases da rede de alimentaçã. Os dads relacinads à qualidade de energia nas três fases da rede sã apresentads na Tabela 13.

155 154 Tabela 13 - Análise Harmônica para carga única e tplgia Delta. Fase A (6,53 A Fase B (6,51 A Fase C (6,49 A DHT v (% 0,93 0,96 1,026 DHT i (% 11,17 11,05 11 FP 0,986 0,987 0,989 FD 0,994 0,996 0,996 Fnte: dads d autr. Figura Distrçã harmônica ttal de crrente, tplgia Delta e carga única (a Espectr harmônic fase A, (b Espectr harmônic fase B e (c Espectr harmônic fase C. (a (b (c A cmparaçã ds harmônics individuais de crrente, presentes n retificadr prpst, e a nrma internacinal EC é apresentada na Figura 156 em frma de gráfic de barras. Observa-se que apenas as harmônicas K 18 1 (K=1,2,3... nã se enquadram a nrma ainda, prém, huve um aument significativ em algumas cmpnentes harmônicas cm 7ª e 9ª.

156 155 Figura Cmparaçã entre retificadr Delta cm cargas única e a Nrma EC para harmônicas individuais de crrente. A Figura 157 apresenta as curvas de rendiment para retificadr cm cnexã Deltadiferencial btida através ds ensais cm cargas independentes e carga única. Figura Curvas de rendiment para retificadr cm tplgia Delta Tplgia Estrela O esquema simplificad d ensai é mesm apresentad na Figura 153 basta mudar a tplgia multipuls. A Figura 158 apresenta resultads a partir de ensais realizads cm retificadr Estrela e carga R-L cm s mesms valres utilizads n ensai cm retificadr cm cnexã Delta. A Figura 158 (a apresenta as crrentes na rede e a tensã em uma das fases da

157 156 mesma. A Figura 158 (b mstra a crrente e a tensã em uma das fases da rede em maires detalhes. Figura Resultads cm pntes em paralel para tplgia Estrela (a crrentes e tensã na rede, escalas 4ms/div, 50V/div, 5A/div (b detalhes de uma crrentes e tensã na rede, escalas 2ms/div, 50V/div, 5A/div. (a (b Esta tplgia apresentu resultads semelhantes cm relaçã à qualidade de energia, estes resultads sã apresentads na Figura 159. Figura Distrçã harmônica ttal de crrente para retificadr cm tplgia Estrela e carga única a Espectr harmônic fase A, b Espectr harmônic fase B e c Espectr harmônic fase C. (a (b (c

158 157 Resultads para DHT de tensã e crrente, FP e FD (fatr de deslcament para as três fases da rede sã apresentads na Tabela 14. Tabela 14 - Análise Harmônica para carga única e tplgia Estrela. Fase A (6,58 A Fase B (6,68 A Fase C (6,65 A DHT v (% 1,26 1,13 1,25 DHT i (% 11,03 11,08 11,19 FP 0,990 0,987 0,990 FD 0,996 0,995 0,998 Fnte: dads d autr. A Figura 160 apresenta gráfic de barras cmparativ. Apenas as harmônicas K 18 1 (K=1,2,3... nã se enquadram a nrma, prém, huve um aument significativ em algumas cmpnentes harmônicas cm 5ª e 7ª neste cas. A Figura 161 apresenta as curvas de rendiment para retificadr cm cnexã Estrela-diferencial, btidas através ds ensais cm cargas independentes e carga única. Figura Cmparaçã entre retificadr Estrela cm carga única e a Nrma EC para harmônicas individuais de crrente. Cnteúd Harmônic Cnversr Estrela-diferencial (Carga Única 2,5 2 1,5 1 0,5 Nrma EC Crrente fase A Crrente fase B Crrente fase C Ordem Harmônica Figura Curvas de rendiment para retificadr cm tplgia Estrela.

159 158 Rendiment para Retificadr de 18 Pulss cm cnexã Estreladiferencial. 1 0,99 0,98 0,97 rendiment (P/S 0,96 0,95 0,94 0,93 rendiment retificadr rendiment retificadr + PTs Plinômi (rendiment retificadr Plinômi (rendiment retificadr + PTs 0,92 0,91 0, (% Carga 7.6 RESULTADOS DOS ENSAOS COM OS NVERSORES COMERCAS Ensai nversr 1 A figura 162 apresenta estági de ptência de um inversr cmercial. Figura Estági de ptência d inversr. Fnte: Weg (2006. Cm s retificadres prpsts fram prjetads para substituir estági CA-CC d inversr trifásic cmercial, ensais cm carga fram realizads cm inversr a fim de, verificar a crrente que este equipament drena da rede. A Figura 163 (a apresenta a crrente pulsada, típica de um inversr de freqüência, e a tensã em uma das fases da rede de alimentaçã.

160 159 Figura Frmas de ndas d inversr : (acrrente drenada para rede pr um inversr trifásic, escalas, 5ms/div, 10A/div, 50V/div (b Crrentes n mtr, escalas 4ms/div, 5A/div(c tensã e crrente, escalas 4ms/div, 5A/div, 100V/div. (a (b (c As Figuras 163 (b e (c apresentam as crrentes e a tensã de saída d inversr, u seja, que alimentam mtr. Ensais fram realizads a plena carga e a carga reduzida (20% carga máxima. A Tabela 15 apresenta resultads relacinads à qualidade de energia cm taxa de distrçã harmônica ttal de tensã e crrente e fatr de ptência para inversr CFW 08. É valid bservar que s demais inversres em teste apresentam características semelhantes cm relaçã às frmas de nda de tensã e crrente, send assim, s resultads relacinads à qualidade da energia na rede apresentam puca variaçã.

161 160 Tabela 15 - Análise harmônica para inversr 1 20% carga Fase A (1,8 A Fase B (2,05 A Fase C (1,93 A DHT v (% 1,26 1,05 0,94 DHT i (% 186,8 182,1 184,3 FP 0,504 0,48 0,49 Plena carga Fase A (9,24 A Fase B (10,2 A Fase C (9,33 A DHT v (% 1,16 1,08 1,15 DHT i (% 131,5 128,9 132,4 FP 0,64 0,61 0,6 Fnte: Cmparand cm a nrma na Figura 164, inversres cmerciais injetam elevad cnteúd harmônic de crrente a rede de alimentaçã. Figura Cmparaçã entre inversr e a Nrma EC para harmônicas individuais de crrente. Cnteúd Harmônic nversr Nrma EC Crrente fase A Crrente fase B Crrente fase C Ordem Harmônica Ensai nversr 1 cm reatância de entrada de entrada. A Figura 165 apresenta um diagrama de blcs para arranj inversr mais reatância

162 161 Figura nversr 1 mais reatância de entrada. Na Figura 166 (a é mstrada a reatância de entrada, de us cmercial, especificada para inversr 1, juntamente cm s retificadres prpsts. Observa-se da figura que filtr de entrada apresenta aprximadamente mesm tamanh d auttransfrmadr que cmpões s retificadres prpsts. A Figura 166 (b apresenta uma ft d ensai d inversr cm a reatância de entrada mtr e a carga (frei. Figura (aretificadres e reatância de entrada e (b Ensai nversr (CFW08 cm reatância de entrada. (a (b A Figura 167 apresenta a crrente e a tensã em uma das fases da rede para ensai a plena carga. A crrente neste cas fi suavizada.

163 162 Figura Crrente drenada da rede pel inversr trifásic 1 cm reatância de entrada, escalas 5ms/div, 5A/div, 50V/div. A Tabela 16 apresenta resultads relacinads à qualidade de energia para s ensais a plena carga e cm carga reduzida. Tabela 16 - Análise harmônica para inversr 1 mais reatância de entrada. 20% carga Fase A (1,31 A Fase B (1,49 A Fase C (1,49 A DHT v (% 1,04 1,08 0,92 DHT i (% 99,5 95,6 94,7 FP 0,73 0,70 0,72 Plena carga Fase A (6,5 A Fase B (6,62 A Fase C (6,7 A DHT v (% 0,98 1,17 1,00 DHT i (% 51,4 47,64 47 FP 0,87 0,86 0,89 Fnte: dads d autr. Cmparand cm a nrma na Figura 168, apesar da reatância melhrar um puc da distrçã harmônica de crrente ela ainda é muit elevada.

164 163 Figura Cmparaçã entre inversr 1 cm reatância de entrada e a Nrma EC para harmônicas individuais de crrente. Cnteúd Harmônic nversr 1 cm filtr de entrada. 3 2,5 2 1,5 1 Nrma EC Crrente fase A Crrente fase B Crrente fase C 0, Ordem Harmônica Ensais para inversr 1: aplicaçã para retrfit prpsts. A Figura 169 apresenta esquema para ensai d inversr cm um ds retificadres Figura Esquema para ensai d inversr assciad a retificadr prpst. Tplgia Delta. A Figura 170 apresenta a crrente e a tensã em uma das fases da rede quand retificadr Delta-diferencial prpst substitui a pnte de seis pulss d inversr.

165 164 Figura Crrente e tensã tplgia Delta e inversr 1: (a 20% carga, escalas 5ms/div, 1A/div, 100V/div (b plena carga, escalas 5ms/div, 5A/div, 100V/div. (a (b A Figura 171 apresenta gráfic das crrentes harmônicas em funçã da crrente fundamental para a fase A de alimentaçã da rede. É imprtante dizer que s resultads para as demais fases sã semelhantes a apresentad para fase A. Figura Distrçã harmônica ttal de crrente para ensai inversr 1 cm retificadr cm tplgia Delta. A Figura 172 apresenta uma cmparaçã entre s cmpnentes harmônics existentes n sistema utilizand retificadr prpst e a nrma EC

166 165 Figura Cmparaçã entre inversr mais retificadr Delta e a Nrma EC para harmônicas individuais de crrente. Para retificadr Delta e inversr 1 s resultads relacinads à qualidade de energia entregue a rede sã apresentads na Tabela 17. Tabela 17 - Análise harmônica para inversr 1 mais retificadr Delta. 20% carga Fase A (1,12 A Fase B (1,15 A Fase C (1,14 A DHT v (% 1,13 1,06 0,947 DHT i (% 15,6 14,89 15,6 FP 0,987 0,985 0,979 FD 0,994 0,994 0,994 Plena carga Fase A (6 A Fase B (6 A Fase C (6,1 A DHT v (% 1,16 1,13 0,99 DHT i (% 13 12,3 12,6 FP 0,982 0,984 0,991 FD 0,995 0,995 0,996 Fnte: dads d autr. Tplgia Estrela. A Figura 173 apresenta a crrente e a tensã em uma das fases da rede para a tplgia Estrela e inversr 1.

167 166 Figura Crrente e tensã tplgia Estrela e inversr 1: (a 20% carga, escalas 5ms/div, 1A/div, 100V/div (b plena carga, escalas 2ms/div, 5A/div, 50V/div. (a (b Figura 174. As crrentes e a tensã que alimentam mtr a plena carga sã apresentadas na Figura Frmas de nda d inversr 1 mais retificadr Delta prpst a plena carga (a Crrentes, escalas 2ms/div, 5A/div (b tensã e crrente, escalas 4ms/div, 5A/div,100V/div. (a (b A Figura 175 apresenta gráfic das crrentes harmônicas em funçã da crrente fundamental para a fase A de alimentaçã da rede. A Tabela 18 apresenta resultads relacinads à qualidade de energia quand é intrduzid a sistema retificadr de 18 pulss cm tplgia Estrela prpst e apresentad na figura 171. A Figura 176 apresenta uma cmparaçã entre s cmpnentes harmônics existentes n sistema utilizand retificadr Estrela e a nrma EC

168 167 Figura Distrçã harmônica ttal de crrente para ensai inversr 1 mais retificadr cm tplgia Estrela. Tabela 19 - Análise harmônica para inversr 1 mais retificadr Estrela. 20% carga Fase A (1,12 A Fase B (1,15 A Fase C (1,13 A DHT v (% 1,7 1,63 1,52 DHT i (% 12,6 12,3 12,3 FP 0,98 0,982 0,979 FD 0,990 0,995 0,992 Plena carga Fase A (6,4 A Fase B (5,8 A Fase C (6 A DHT v (% 1,2 1,22 1,28 DHT i (% 12,09 12,2 11,8 FP 0,988 0,989 0,989 FD 0,993 0,996 0,995 Fnte: dads d autr Figura Cmparaçã entre inversr 1mais retificadr Estrela e a Nrma EC para harmônicas individuais de crrente.

169 Ensai inversr 2: aplicaçã para retrfit Tplgia Delta. A crrente e tensã apresentadas na Figura 177 (a, (b e (c apresentam características semelhantes às apresentadas para cas cm inversr 1. Figura Crrente e tensã para ensai cm inversr 2 e retificadr cm tplgia Delta (a 20%, carga, escalas 5ms/div, 1A/div, 50V/div (b plena carga, escalas 5ms/div, 5A/div, 50V/div e (c Crrentes na rede de alimentaçã 5ms/div, 5A/div. (a (b (c

170 169 A Tabela 20 apresenta resultads relacinads à qualidade de energia para sistema retificadr de 18 pulss cm tplgia Delta assciad a inversr 2. Tabela 20 - Análise harmônica para inversr 2 mais retificadr Delta. 20% carga Fase A (1,12 A Fase B (1,15 A Fase C (1,14 A DHT v (% 1,13 1,06 0,947 DHT i (% 15,6 14,89 15,6 FP 0,987 0,985 0,979 FD 0,994 0,994 0,994 Plena carga Fase A (6 A Fase B (6 A Fase C (6,1 A DHT v (% 1,16 1,13 0,99 DHT i (% 13 12,3 12,6 FP 0,982 0,984 0,991 FD 0,995 0,995 0,996 Fnte: dads d autr. A Figura 178 apresenta gráfic das crrentes harmônicas em prcentagem da crrente fundamental para a fase A de alimentaçã da rede. Figura Distrçã harmônica ttal de crrente para ensai inversr 2 mais retificadr cm tplgia Delta. O gráfic cmparativ da Figura 179, facilita a análise das cmpnentes harmônicas individuais de crrentes. Existem alguns valres acentuads para 5ª e 7ª harmônicas, prém, esses valres nã ultrapassam a nrma EC

171 170 Figura Cmparaçã entre inversr (CFW09 mais retificadr Delta e a Nrma EC para harmônicas individuais de crrente. Tplgia Estrela. Cm fi apresentad para a tplgia Delta, na Figura 180 é apresentad a crrente e a tensã quand crre a substituiçã da pnte retificadra pel retificadr multipulss cm tplgia Estrela. Figura Crrente e tensã para ensai cm inversr 2 e retificadr cm tplgia Estrela a 20% carga, escalas 5ms/div, 1A/div, 50V/div b plena carga, escalas 5ms/div, 5A/div, 50V/div. (a (b As crrentes e a tensã que alimentam mtr sã apresentadas na Figura 181 a plena carga. O retificadr prpst nã altera nenhuma característica d inversr apenas melhra a crrente drenada para a rede de alimentaçã.

172 171 Figura Frmas de ndas d inversr 2 mais retificadr prpst Estrela a plena carga (a Crrentes, escalas 2ms/div, 5A/div (b tensã e crrente, escalas 4ms/div, 5A/div, 100V/div. (a (b É apresentad gráfic para as harmônicas individuais de crrente para apenas uma das fases da rede na Figura 182, uma vez que, para as demais fases s resultads sã semelhantes. Na Tabela 21 sã apresentads resultads gerais, para a qualidade de energia na rede, btids n ensai a plena carga e a 20% da carga. O fatr de ptência para s dis cass ficu em trn de 0,99 e a DHT i abaix de 15%. Para este cas gráfic que apresenta a cmparaçã entre s cmpnentes harmônics e a nrma é apresentad na Figura 183. Figura Distrçã harmônica ttal de crrente para ensai inversr 2 mais retificadr cm tplgia Estrela.

173 172 Tabela 21 - Análise harmônica para inversr 2 mais retificadr Estrela. Plena carga Fase A (7,9 A Fase B (7,7 A Fase C (7,3 A DHTv (% 1,3 1,3 1,1 DHTi (% 11,7 11,8 11,5 FP 0,989 0,986 0,994 FD 0,991 0,994 0,995 20% carga Fase A (1,26 A Fase B (1,26 A Fase C (1,5 A DHT v (% 1,58 1,6 1,41 DHT i (% 14,36 14,05 14,3 FP 0,979 0,988 0,987 FD 0,987 0,993 0,993 Fnte: dads da autr. Figura Cmparaçã entre inversr 2 mais retificadr Estrela e a Nrma EC para harmônicas individuais de crrente Ensai inversr 3: aplicaçã para retrfit Tplgia Delta. A Figura 184 apresenta a crrente e a tensã em uma das fases da rede. Observa-se grande semelhança nas crrentes drenadas para a rede quand s retificadres prpsts sã adicinads a sistema as três inversres testads.

174 173 Figura Crrente e tensã para ensai cm inversr 3 e retificadr cm tplgia Delta (a 20% carga, escalas 5ms/div, 1A/div, 50V/div (b plena carga, escalas 5ms/div, 5A/div. 50V/div. (a (b Para a fase A gráfic que cntem as harmônicas individuais de crrente, btid pela análise harmônica através d sftware Wavestar é apresentad na Figura 185. A Tabela 22 apresenta resultads relacinads à qualidade de energia para sistema retificadr de 18 pulss cm tplgia Delta assciad a inversr 3. Tabela 21 - Análise harmônica para inversr 3 mais retificadr Delta. 20% carga Fase A (1,3 A Fase B (1,2 A Fase C (1,2 A DHT v (% 1,1 1,2 1,03 DHT i (% 15,8 15,4 15,8 FP 0,961 0,982 0,983 FD 0,994 0,995 0,995 Plena carga Fase A (7,47 A Fase B (7.2 A Fase C (7 A DHT v (% 1,06 1,16 1 DHT i (% 12,23 12,26 11,8 FP 0,985 0,986 0,996 FD 0,994 0,995 0,995 Fnte: dads d autr. Figura Distrçã harmônica ttal de crrente para ensai inversr (Siemens MM420 mais retificadr cm tplgia Delta.

175 174 O gráfic da Figura 186 é de suma imprtância, pis, através dele é pssível bservar quais harmônicas individuais de crrente se enquadram u nã a nrma internacinal EC Figura Cmparaçã entre inversr 2 mais retificadr Delta e a Nrma EC para harmônicas individuais de crrente. Cnteúd Harmônic Cnversr Delta-diferencial nversr 3. 2,5 2 1,5 1 0,5 Nrma EC Crrente fase A Crrente fase B Crrente fase C Ordem Harmônica Tplgia Estrela. A Figura 187 apresenta a crrente e a tensã em uma das fases da rede, nas Figuras 187 (a e (b bserva-se a crrente para carga reduzida e a plena carga, já a Figura 187 (c mstra a tensã e crrente n inversr. Estes resultads apresentam bm funcinament d inversr quand seu retificadr fi substituíd pel retificadr multipuls prjetad. Figura Crrente e tensã para ensai cm inversr 2 e retificadr cm tplgia Delta (a 20% carga, escalas 5ms/div, 1A/div, 50V/div (b plena carga, escalas 5ms/div, 5A/div, 50V/div e (c Crrentes e tensã n inversr, escalas 4ms/div, 10A/div, 100V/div. (a (b

176 175 (c Para inversr 3, as crrentes e tensã que alimentam mtr sã apresentadas na Figura 187 (c. Cm fi bservad anterirmente retificadr prpst nã altera as características de funcinament d inversr apenas melhra a crrente drenada da rede de alimentaçã. A Figura 188 apresenta gráfic das crrentes harmônicas em funçã da crrente fundamental para a fase A. Para as demais fases s resultads sã semelhantes. Na Tabela 22 sã apresentads resultads btids n ensai a plena carga e a 20% da carga. A Figura 189 apresenta uma cmparaçã entre s cmpnentes harmônics existentes n sistema utilizand cm retificadr prpst e a nrma EC Figura Distrçã harmônica ttal de crrente para ensai inversr 3 mais retificadr cm tplgia Estrela.