Retificadores monofásicos controlados

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1 etificadores monofásicos controlados Nikolas ibert Aula 6 Eletrônica de Potência ET53B Tecnologia em Automação Industrial

2 etificador de ½ onda etificador monofásico controlado de ½ onda Vantagens: Simplicidade. Número de componentes. Custo. Desvantagens: Baixo fator de potência. Compromete qualidade da energia. Corrente assimétrica na entrada. Filtros maiores em relação ao de onda completa. DAET Nikolas ibert 2

3 etificador de ½ onda Carga esistiva etificador monofásico controlado de ½ onda com carga resistiva () DAET Nikolas ibert 3

4 etificador de ½ onda Carga esistiva v () π 2π 3π Intervalo entre 0 e : Tensão positiva sobre o SC, mas ele não conduz. Instante : Pulso de corrente aplicado à porta do SC. Início da condução. Intervalo entre e π: O SC continua conduzindo. Mesmo com a extinção da corrente. Instante π: SC para de conduzir pois a corrente is chega a zero. DAET Nikolas ibert 4

5 etificador de ½ onda Carga esistiva v p () π med = 1 π 2 π 2π (ω t)d ω t (ω t)=v p sen(ω t ) 3π Tensão Média: med = v p 2 π [1cos()] DAET Nikolas ibert 5

6 etificador de ½ onda Carga esistiva 0,318 med v p med = v p 2 π [1cos()] 0, DAET Nikolas ibert 6

7 etificador de ½ onda Carga esistiva v p () π med = 1 π 2 π 2π (ω t)d ω t med = 1 π (ω t ) d ω t 2 π (ω t)=v p sen(ω t ) 3π Corrente Média: med = v p 2 π [1cos()] DAET Nikolas ibert 7

8 etificador de ½ onda Carga esistiva = i 1 Sef 2 π π 2 (ω t)d ω t Corrente Eficaz: v p v i v ef = 1 2 π π [ v(ω t ) ] 2 d (ω t)=v p sen(ω t ) ef = 1 π 2 π ( v p ) 2 sen 2 (ω t)d ω t π 2π 3π ef = v p π sen(2) 4 π 2 Potência média: P S = ef DAET Nikolas ibert 8

9 etificador de ½ onda Carga etificador monofásico controlado de ½ onda com carga indutiva () i S DAET Nikolas ibert 9

10 etificador de ½ onda Carga Com carga indutiva: A corrente cruza o zero depois da tensão () O SC continua a conduzir mesmo quando a tensão é negativa. π β 2π 3π Haverão tensões negativas na carga. DAET Nikolas ibert 10

11 etificador de ½ onda Carga v p () π β 2π 3π med = 1 β 2 π (ω t)d ω t Tensão Média: (ω t)=v p sen(ω t ) med = v p 2π (cos cosβ) DAET Nikolas ibert 11

12 etificador de ½ onda Carga med =v med v med v med =0 Corrente Média: () med =v med med = v med med = v p (cos cosβ) 2 π Quanto mais indutiva a carga, maior será o ângulo β. Além disso, o ângulo β depende do ângulo de disparo. DAET Nikolas ibert 12

13 etificador de ½ onda Carga I ef* Corrente eficaz 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 o o o o o o o o φ=atan( ω ) I * v ef p I Sef = 2 (ω ) 2 0, DAET Nikolas ibert 13

14 etificador de ½ onda Carga Exemplo: Qual a corrente eficaz na saída se =60? 220 V 60 Hz 100 mh 10Ω.: I Sef =4,79 V.: P S =229,44 W DAET Nikolas ibert 14

15 etificador de ½ onda Diodo de roda livre etificador monofásico controlado de ½ onda com carga indutiva e diodo de roda livre () i G DAET Nikolas ibert 15

16 etificador de ½ onda Diodo de roda livre Quando a tensão no SC fica negativa, o mesmo entra em corte. v() A corrente passa a fluir pelo diodo de roda livre. π β 2π 3π Deixam de haver tensões negativas na carga. DAET Nikolas ibert 16

17 etificador de ½ onda Diodo de roda livre 0 0 Tensão Tornandose Tensão Nula Negativa 0 0 Tensão Negativa DAET Nikolas ibert 17

18 etificador de ½ onda Carga v p v() π β med = 1 π 2 π 2π 3π (ω t)d ω t Tensão Média: med = v p 2 π (1cos ) (ω t)=v p sen(ω t ) (como para carga puramente resistiva) DAET Nikolas ibert 18

19 etificador de ½ onda Ângulo de condução β Cálculo do ângulo β de extinção da corrente na carga. A equação que relaciona, β e ϕ é complexa. Não há solução analítica para β. (impossível isolar β) É necessário obter β numericamente. O ábaco de Puschlowski facilita a obtenção do ângulo de extinção. DAET Nikolas ibert 19

20 Ábaco de Puschlowski O ábaco de Puschlowski pode ser usado para retificadores trifásicos e monofásicos. É válido para uma carga E genérica. v() E Parâmetros do ábaco: cos φ= ( 2 ω 2 2 ) 1= {, se m=1, ou 2 30, se m=3 60, se m=6 a= E v p β c = 2 π m 1 m: número de pulsos do retificador (meia onda: m=1, onda completa: m=2, três pulsos: m=3, seis pulsos: m=6) β c : ângulo de condução crítico (para ângulos maiores a corrente nunca chega a zero na carga) DAET Nikolas ibert 20

21 Ábaco de Puschlowski β( ) cos(ϕ)= v() cos(ϕ)=0,2 E cos(ϕ)=0,4 cos(ϕ)=0,6 220 cos(ϕ)=0,8 cos φ= ( 2 ω 2 2 ) 1= {, se m=1, ou 2 30, se m=3 60, se m=6 a= E V p cos(ϕ)=0,9 a = 0 cos(ϕ)=1,0 a = 0,2 a = 0,4 a = 0,6 a = 0,8 a = 1, ( ) DAET Nikolas ibert 21

22 Ábaco de Puschlowski Exemplo: Achar β Dados: v(t)=220 2 sen(2 π 60t) β( ) cos(ϕ)=0 v() =100 mh =10Ω = cos(ϕ)=0,2 cos(ϕ)=0,4 cos(ϕ)=0,6 cos(ϕ)=0,8 cos(ϕ)=0,9 a) a= E V p = cos(ϕ)=1,0 a = 0 a = 0,2 a = 0,4 b) c) 1 ==60 cos φ= cos φ=0, (ω ) 2= 10 2 (2 π 60 0,1) a = 0,6 a = 0,8 a = 1, ( ) DAET Nikolas ibert 22

23 Ábaco de Puschlowski β( ) cos(ϕ)=0,2 270 cos φ=0, cos(ϕ)=0,4 250 β cos(ϕ)=0,6 cos(ϕ)=0,8 cos(ϕ)=0,9 cos(ϕ)=1,0 a = 0 a = 0,2 a = 0, ( ) 1 =60 a=0 DAET Nikolas ibert 23

24 Ábaco de Puschlowski d) 1 =60 β c = 2 π m 1 β 262 β c = 2 π 1 60 =420 A condução não será crítica pois β<β c (logo, a corrente se extingue antes que o SC volte a ser disparado) v() DAET Nikolas ibert 24

25 etificador de onda completa etificador monofásico controlado de onda completa Vantagens: Maior tensão média de saída. Sem componente média de corrente na entrada. Possibilidade de fator de potência maior. Frequência de saída é o dobro (filtros menores). Desvantagens: Número de componentes. DAET Nikolas ibert 25

26 etificador de onda completa Carga esistiva etificador monofásico controlado de onda completa com carga resistiva T 1 () T 2 I S T 3 T 4 () v 2 v 2 T 1 T 2 I S DAET Nikolas ibert 26

27 etificador de onda completa Carga esistiva v p π π 2π 2π 3π T 1 () T 2 T 3 T 4 I s med = 1 π π ( )d Tensão Média: (ω t)=v p sen(ω t ) med = v p π [1cos()] DAET Nikolas ibert 27

28 etificador de onda completa Carga esistiva 0,637 med v p med = v p π [1cos()] 0, DAET Nikolas ibert 28

29 etificador de onda completa Carga esistiva v p π π 2π 2π 3π T 1 () T 2 T 3 T 4 I S med = 1 π π (ω t) ef = 1 π π (ω t)=v p sen(ω t ) d Corrente Média: med = v p π [1cos()] ( (ω t ) ) 2 d Corrente Eficaz: ef = v p 2 1 π sen(2) 2π DAET Nikolas ibert 29

30 etificador de onda completa Carga etificador monofásico controlado de onda completa com carga indutiva T 1 () T 2 () v 2 T 1 T 3 T 4 v 2 T 2 DAET Nikolas ibert 30

31 etificador de onda completa Carga As equações do circuito mudam caso haja condução contínua ou não. v p v p π Condução contínua β π Condução descontínua DAET Nikolas ibert 31

32 etificador de onda completa Carga Condução descontínua v p () i v S S β Tensão Média: med = v p π [cos() cos(β)] Corrente Média: med = v p π [cos() cos(β)] β med = 1 π ( )d med = 1 π β (ω t) (ω t)=v p sen(ω t ) d DAET Nikolas ibert 32

33 etificador de onda completa Carga Condução contínua v p () i v S S π Tensão Média: med =2 v p π cos() Corrente Média: med =2 v p π cos() π med = 1 π ( )d med = 1 π v π E (ω t) d (ω t)=v p sen(ω t ) DAET Nikolas ibert 33

34 etificador de onda completa Carga Condução contínua Funcionamento como inversor de tensão π () etificador med =2 v p π cos() π 0 π 2 med 0 π 2 <<π med <0 Inversor DAET Nikolas ibert 34

35 etificador de onda completa Carga 0,637 med v p med =2 v p π cos() ,637 med >0 med <0 etificador Inversor DAET Nikolas ibert 35

36 etificador monofásico semicontrolado etificador monofásico semicontrolado (ponte mista) T 1 v() T 2 D 1 D 2 DAET Nikolas ibert 36

37 etificador monofásico semicontrolado Etapa 1: T 1 e D 2 conduzindo T 1 v() T 2 v p D 1 D 2 T 1 e D 2 estão diretamente polarizados. Um pulso é aplicado na porta de T 1. T 1 T 1 D 2 D 2 π DAET Nikolas ibert 37

38 etificador monofásico semicontrolado Etapa 2: T 1 e D 1 conduzindo T 1 () T 2 v p v i D 1 D 2 D 1 passa a conduzir no lugar de D 2, pois fica polarizado diretamente. T 1 só para de conduzir quando a corrente chega a zero ou quando houver outro caminho para a corrente (disparo de T 2 ) T 1 D 1 π DAET Nikolas ibert 38

39 etificador monofásico semicontrolado Etapa 3: T 2 e D 1 conduzindo T 1 () T 2 v p D 1 D 2 T 2 e D 1 estão diretamente polarizados. Um pulso é aplicado na porta de T 2. π T 2 D 1 DAET Nikolas ibert 39

40 etificador monofásico semicontrolado Etapa 4: T 2 e D 2 conduzindo T 1 v() T 2 v p D 1 D 2 D 2 passa a conduzir no lugar de D 1. T 2 só para de conduzir quando a corrente chega a zero ou quando houver outro caminho para a corrente (disparo de T 1 ) T 2 D 2 π T 2 D 2 DAET Nikolas ibert 40

41 etificador monofásico semicontrolado v p π T 1 v() T 2 D 1 D 2 med = 1 π π ( )d Tensão Média: (ω t)=v p sen(ω t ) med = v p π [1cos()] Como no caso de ponte completa com carga resistiva DAET Nikolas ibert 41

42 etificador monofásico semicontrolado 10 Exercício. Esboce as tensões e v T1. Qual a tensão média na saída? =40. v T1 T 2 is 127 V D 1 60 Hz D 2 med = 100,96 V DAET Nikolas ibert 42

43 eferências BABI, Ivo. Eletrônica de Potência, 6ª Edição, Ed. do Autor, Florianópolis, AHMED, Ashfaq. Eletrônica de Potência, Prentice Hall, 1ª ed., São Paulo, 2000 DAET Nikolas ibert 43