Aulas anteriores. Conceitos fundamentais de fator de potência e distorção harmônica. Cargas não lineares. Correção passiva do fator de potência

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1 Aulas anteriores Conceitos fundamentais de fator de potência e distorção harmônica Cargas não lineares Correção passiva do fator de potência 1

2 Capítulo 4 Correção ativa do fator de potência Principais métodos utilizados Conversor boost em modo de condução descontínua Conversor boost em modo de condução contínua 2

3 Introdução Correção passiva do fator de potência Introduzir elementos passivos (resistores, indutores, capacitores) para aumentar o fator de potência Se o fator de potência da carga mudar, o circuito compensador projetado poderá se tornar ineficiente Circuitos passivos usualmente são simples e robustos, mas são volumosos e pesados Correção ativa do fator de potência Empregam interruptores controlados associados a elementos passivos para aumentar o fator de potência Se o fator de potência da carga mudar, o circuito compensador poderá se ajustar e continuar operando adequadamente (operação em malha fechada) Circuitos ativos usualmente são menos robustos, mas são mais leves e menos volumosos 3

4 Introdução Soluções preventivas Passivas: Indutor Montante e Jusante, Filtros LC Ativas: Pré-reguladores de fator de potência Soluções corretivas Passivas: Filtros Sintonizados Ativas: Filtros ativos 4

5 Pré-reguladores de fator de potência Retificador com filtro capacitivo i in (t) Corrente de entrada com elevada distorção harmônica v in (t) C R Tensão CC de saída não é regulada i in (t) CC-CC Pré-regulador de fator de potência v in (t) C R Inclusão de um conversor CC-CC entre o retificador e o filtro capacitivo Corrente de entrada senoidal e em fase com a tensão da rede (comportamento de um resistor) Tensão de saída regulada 5

6 Pré-reguladores de fator de potência: Conversor boost Tem sido o conversor mais utilizado para correção do FP Entrada com características de fonte de corrente e saída com características de fonte de tensão Como a corrente de entrada não é interrompida (no modo de condução contínuo), as exigências de filtro de EMI são minimizadas A tensão de saída é sempre maior que o valor de pico da tensão de entrada Pode operar em condução descontínua e contínua Fonte: J. A. Pomilio, Pré-reguladores de fator de potência 6

7 Pré-reguladores de fator de potência: Conversor buck-boost Permite ter tensões de saída menores ou maiores do que a tensão de entrada Facilidade de introdução de isolamento entre entrada e saída Característica de fonte de tensão na entrada e na saída Elevada EMI conduzida, pois a corrente de entrada é descontínua A tensão no interruptor é soma das tensões de entrada e de saída Inversão na polaridade da tensão de saída no circuito não isolado, podendo trazer alguma dificuldade adicional para o controle Fonte: J. A. Pomilio, Pré-reguladores de fator de potência 7

8 Pré-reguladores de fator de potência: Conversor buck A tensão de saída é sempre menor que a tensão de entrada Devido a isso, o conversor abaixador (buck ou forward, se for isolado) tem uso muito restrito como pré-regulador de fator de potência, uma vez que introduz uma zona de corrente nula na entrada (quando a tensão de saída é menor do que a tensão de entrada. Ainda, como a corrente de entrada é sempre descontínua (devido à ação do interruptor), apresenta valores elevados de EMI conduzida Fonte: J. A. Pomilio, Pré-reguladores de fator de potência 8

9 Pré-reguladores de fator de potência: Outros conversores Os conversores abaixo também possuem características de fontes de corrente na entrada Operam como conversor abaixador-elevador Maior número de componentes Maiores esforços de tensão e corrente nos semicondutores Cúk Sepic Fonte: J. A. Pomilio, Pré-reguladores de fator de potência 9

10 Pré-reguladores Reversíveis Utilizados em aplicações industriais monofásicas e trifásicas; Permitem regeneração de energia durante a frenagem de sistemas motrizes. Operação em 4 quadrantes. Q1 D1 Q3 D3 Q5 D5 + v1 L1 v2 L2 CO RO v3 L3 Q2 D2 Q4 D4 Q6 D6-10

11 Filtros ativos Os filtros ativos são conectados com a rede elétrica para eliminar distorções da tensão da rede (filtro ativo série) e harmônicos de corrente (filtro ativo paralelo) Um filtro ativo série protege a carga contra perturbações na tensão da rede, tais como flutuações, harmônicos e notching Um filtro ativo paralelo funciona como um caminho de baixa impedância para harmônicos de corrente. Fonte: F. Pottker, Tese de Doutorado 11

12 Filtro ativo paralelo Filtro ativo paralelo (shunt): atua como uma fonte de corrente controlada que injeta uma corrente de compensação I c que se soma à corrente da carga não linear I L, cancelando as distorções e desbalanços desta, de forma que a corrente drenada da fonte I S tenha uma forma de onda senoidal e balanceada. Fonte: Aredes et al. (SBQEE 2005) Filtro ativo paralelo (fonte de corrente controlada) 12

13 Filtro ativo paralelo 13

14 Filtro ativo Série Filtro ativo série : atua como uma fonte de tensão controlada que injeta uma tensão de compensação v h que se soma à tensão do alimentador, cancelando as distorções e desbalanços desta, de forma que a tensão na carga tenha uma forma de onda senoidal e balanceada. Sistema Alimentador Fonte Zs Vh CA Carga PCC Filtro série, configuração VSI Vcc Ccc Lv Cv Filtro ativo série (fonte de tensão controlada) 14

15 Condicionador universal de qualidade de energia (UPQC) Em situações em que as correntes drenadas pelas cargas e as tensões da rede apresentem simultaneamente distúrbios, uma combinação de filtro ativo série com o filtro ativo paralelo, o qual é conhecido como UPQC, pode ser usada. A corrente compensada I s e a tensão compensada V L são ondas senoidais e balanceadas. Ainda, o controle do filtro ativo paralelo faz com que a corrente compensada esteja em fase com a tensão, compensando o fator de potência da carga. Filtro ativo série Fonte: Aredes et al. (SBQEE 2005) Filtro ativo paralelo 15

16 Condicionador universal de qualidade de energia (UPQC) Controlar o fator de potência de entrada (deslocamento de fase e harmônicos). Regular a tensão dos capacitores do barramento CC. Regular a tensão na carga. Poderá fornecer potência ativa e reativa. A potência ativa processada pelo compensador é fornecida pela energia armazenada no barramento CC. 16