Eletrônica de Potência I

Transcrição

1 Universidade Federal do ABC Eng. De Instrumentação, Automação e Robótica Eletrônica de Potência I Prof. José Azcue, Dr. Eng. Retificador trifásico de onda completa (Ponte de Graetz) Retificador monofásico controlado Meia onda 1

2 Retificador trifásico de onda completa Estudo geral da estrutura, carga resistiva (ponte de Graetz) Pode ser representado como dois retificadores trifásicos de ponto médio. 2

3 Retificador trifásico de onda completa Formas de onda para o retificador trifásico 3

4 Retificador trifásico de onda completa Observações: a. Cada diodo conduz durante um intervalo igual a 120º b. Existem sempre dois diodos em condução. c. Ocorre uma comutação a cada 60º d. A frequência da componente fundamental da tensão é igual a 6 vezes a frequência das tensões de alimentação. Valor médio da tensão na carga Observação de 1/6 de período para o cálculo da tensão de carga. 4

5 Retificador trifásico de onda completa Seja Assim Consequentemente Corrente média e eficaz nos diodos (isenta de harmônicas). Corrente em um dos diodos da ponte Graetz. 5

6 Retificador trifásico de onda completa Corrente média nos diodos Assim A corrente eficaz é dada pela expressão Assim 6

7 Retificador trifásico de onda completa A tensão de pico inversa dos diodos Ou Decomposição da tensão de carga em serie de Fourier A harmônica fundamental tem amplitude reduzida em relação à componente continua da tensão de carga. Valor eficaz da componente fundamental da corrente de carga (para carga tipo RL) 7

8 Retificador trifásico de onda completa O fator de ondulação da corrente de carga é definido pela expressão Assim Portanto, Em geral é valida a seguinte expressão 8

9 Retificador trifásico de onda completa Desse modo o fator de ondulação é obtido por 9

10 Estudo do comportamento do transformador a. Conexão triângulo estrela ( Y) b. Transformador ideal. c. Relação de transformação unitária. Ponte de Graetz associada a um transformador Y 10

11 Retificador trifásico de onda completa Correntes nos enrolamentos do transformador 11

12 Retificador trifásico de onda completa Onde: As correntes de linha e são iguais a na forma e no valor, mas desfasadas de 120º e 240º, respectivamente. A corrente eficaz no enrolamento secundário do transformador é Ou 12

13 Retificador trifásico de onda completa Portanto, O valor eficaz da tensão de fase secundaria A potência aparente que circula no enrolamentos secundários do transformador Assim Ou 13

14 Retificador trifásico de onda completa O retificador ponte de Graetz propicia um melhor aproveitamento do transformador. Como a corrente primaria e secundaria são iguais, a potência aparente que a rede entrega ao transformador é igual a S2: Desse modo o fator de potência teórico que a estrutura apresenta à rede elétrica é dado por: 14

15 Retificador Monofásico Controlado (Meia Onda) 15

16 Valor médio e eficaz (revisão) (1) Retificador monofásico de meia onda (2 )Retificador monofásico de onda completa com ponto médio (3) Retificador trifásico com ponto médio 16

17 Valor médio e eficaz (revisão) (4) Retificador trifásico onda completa Exemplo Se uma fonte CC entrega 2250W a uma carga puramente resistiva e você dispõe de uma fonte de tensão alternada com tensão eficaz V0=127V/60Hz, que topologia de retificador proporcionaria uma potência equivalente à entregue pela fonte CC?, considere R=10 ohms. 17

18 Valor médio e eficaz (1) Ilef = 8,98 A P = 806,45 W (2) Ilef = 12,70 A P = 1613 W (3) Ilef = 15,11 A P = 2284 W (4) Ilef = 29,73 A P = 8839 W Se a carga opera-se com uma potência exata? 18

19 Tiristor (SCR) Polarização direta Símbolo Bloqueio reverso Bloqueio direto Característica estática v-i Se a tensão Vak é maior que tensão direta de entrada em condução (Vbo) o tiristor entra em condução. A presença de corrente no gate diminui a tensão Vbo. 19

20 Tiristor Condições normais para a operação do tiristor O dispositivo se encontra no estado de bloqueio direto (Vak é positivo). Uma corrente positiva é aplicada no gate (Ig). Quando o limiar IL (corrente de travamento) for atingido o dispositivo se manterá em condução e a queda de tensão Vak diminuirá drasticamente, tipicamente 1,5-3V. Em bloqueio reverso o tiristor se comporta como um diodo. Bloqueio através da redução da corrente a valores inferiores à corrente de manutenção (IH), uma vez que, mesmo com a inversão da corrente de gate, não é possível bloquear o tiristor. Não existe capacidade de bloqueio pelo terminal do gate após a entrada em condução. 20

21 Condução do Tiristor 21

22 Retificador monofásico meia onda (R) Retificador monofásico meia onda a tiristor Carga Resistiva Modo de condução descontinua 22

23 Retificador monofásico meia onda (R) 23

24 Retificador monofásico meia onda (R) 24

25 Retificador monofásico meia onda (R) A tensão média é uma função não linear do ângulo de disparo α Isto dificulta o projeto dos controladores 25

26 Retificador monofásico meia onda (R) 26

27 Retificador monofásico meia onda (R) (média) 27

28 Retificador monofásico meia onda (R) 28

29 Retificador monofásico meia onda (R) 29

30 Retificador monofásico meia onda (RL) Carga RL Modo de condução descontinua E=0 30

31 Retificador monofásico meia onda (RL) 31

32 Retificador monofásico meia onda (RL) Análise matemática Ângulo de extinção β é maior que π. Corrente na carga Resolvendo-se a equação anterior; Onde: 32

33 Retificador monofásico meia onda (RL) Análise matemática Composição da corrente na carga: 33

34 Retificador monofásico meia onda (RL) Ângulo de extinção β Composição da corrente na carga: Se: Então: Solução analitica impossível ábaco de Puschlowski Ângulo de disparo do tiristor: α Ângulo de extinção da corrente: β Ângulo de condução 34

35 Ábaco de Puschlowski 35

36 Retificador monofásico meia onda (RL) Análise matemática Determinação do ângulo de extinção β utilizando o Ábaco de Puschlowski. Cálculo dos seguintes parâmetros Relação entre as fontes (neste caso, E=0) Relação entre a resistência e reatância tan φ = X L R 36

37 Ábaco de Puschlowski 37

38 Retificador monofásico meia onda (RL) 38

39 Retificador monofásico meia onda (RL) Sendo π < β < 2π A tensão media VLmed para valores definidos de V0 e α, depende de β. (indesejável). Portanto, ao se variar a carga, varia-se VLmed. 39

40 Retificador monofásico meia onda (RL) 40

41 Retificador monofásico meia onda (RL) Corrente Eficaz na carga normalizada (parametrizada) 41

42 Retificador monofásico meia onda (RL) 42

43 Retificador monofásico meia onda (RL) 43

44 Retificador monofásico meia onda (RL+DRL) Carga RL+DRL Etapa 1 Modo de condução Descontinua ou continua Etapa 2 44

45 Retificador monofásico meia onda (RL+DRL) Formas de onda, condução continua e descontinua Tensão média na carga VLmed A tensão VLmed independe do ângulo de extinção β portanto independe da carga. 45

46 Retificador monofásico meia onda (RLE) Carga RLE Modo de condução Descontinua ou continua 46

47 Retificadores monofásico meia onda (RLE) 47

48 Retificadores monofásico meia onda (RLE) Análise matemática Determinação do ângulo de extinção β utilizando o Ábaco de Puschlowski. Cálculo do seguintes parâmetros Relação entre as fontes (neste caso, E>0) Relação entre a resistência e a reatância 48

49 Retificadores monofásico meia onda (RLE) 49

50 Retificadores monofásico meia onda (RLE) 50

51 Retificadores monofásico meia onda (RLE) 51

52 Próxima Aula 1. Retificador monofásico controlado (onda completa) 2. Retificadores monofásicos semicontrolados 3. Retificador controlado trifásicos 52

53 Referências Bibliográficas 1. BARBI, I. Eletrônica de Potência - Florianópolis, 6ta Edição do Autor, RASHID, M.H. Eletrônica de Potência - Circuitos, Dispositivos e Aplicações. Ed. São Paulo: Makron Books, Pomilio, J.A.; Apostilas da disciplina de Eletrônica de Potência, 4. Gonçalves, F.A.S., Apostilas da disciplina Eletrônica Industrial para Controle e Automação I Michels, Leandro, Apostilas da disciplina Eletrônica de potência I, UDESC. 53