UNIDADE RETIFICADORA TRIFÁSICA DE ALTA POTÊNCIA E ALTO DESEMPENHO PARA APLICAÇÃO EM CENTRAIS DE TELECOMUNICAÇÕES

Transcrição

1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA UNIDADE RETIFICADORA TRIFÁSICA DE ALTA POTÊNCIA E ALTO DESEMPENHO PARA APLICAÇÃO EM CENTRAIS DE TELECOMUNICAÇÕES DISSERTAÇÃO SUBMETIDA À UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA COMO PARTE DOS REQUISITOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM ENGENHARIA ELÉTRICA. MARCELO LOBO HELDWEIN FLORIANÓPOLIS, JUNHO DE 1999.

2 ii UNIDADE RETIFICADORA TRIFÁSICA DE ALTA POTÊNCIA E ALTO DESEMPENHO PARA APLICAÇÃO EM CENTRAIS DE TELECOMUNICAÇÕES Marcel Lb Heldwein Esta dissertaçã fi julgada adequada para btençã d títul de Mestre em Engenharia Elétrica, Área de Cncentraçã em Eletrônica de Ptência e Acinament Elétric em que fi realizad trabalh, e aprvada em sua frma final pel Prgrama de Pós-Graduaçã em Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Santa Catarina. Prf, Alexandre Ferrari de Suza, Dr. Eng. Orientadr Prf, Ildemar Cassana Decker, Dr. Sc. Crdenadr d Curs de Pós-Graduaçã em Engenharia Elétrica Banca Examinadra: Prf, Iv Barbi, Dr. Ing. C-rientadr Prf, Eni Valmr Kassick, Dr. Prf, Arnald Jsé Perin, Dr. Ing. Prf, Denizar Cruz Martins, Dr.

3 iii Parece que prêmi mais alt pssível para qualquer trabalh human nã é que se recebe pr ele, mas que se trna através dele. Brck Bell

4 À memória de meu avô, Hnóri, pr ter-me ensinad tant. iv

5 v A meu pai, Armand, à minha mãe Amelia e a meu irmã Flávi, que cm seu carinh, suprte e respeit trnaram pssível que eu seja que su hje.

6 vi À Jhanna, pr me dar tantas alegrias e incentivs, e que cm seu carinh e afet, prpicia s melhres mments que eu pssa querer.

7 vii AGRADECIMENTOS As primeiras pessas a quem gstaria de agradecer, sã aquelas a quem pssa ter me esquecid de citar. Peç também seu perdã. Fram tantas as pessas que me ajudaram nesta caminhada, que tenh a certeza de esquecer alguma. Agradeç a Deus, pr estar sempre a meu lad, de alguma maneira, ns mments de desânim e de realizações. A meu rientadr, Prfessr Alexandre, pr sua visã, dedicaçã, cmpetência e vluntariedade que trnaram este trabalh bem mais fácil e qualificad. A Prfessr Iv, que cm td seu cnheciment, trna a passagem pr este lugar mais clara. A Dming, que cm seu entusiasm e presteza fez cm eu me interessasse ainda mais pela Eletrônica de Ptência. As Prfessres deste labratóri: Arnald Jsé Perin, Denizar Cruz Martins, Êni Valmr Kassick, Jã Carls Fagundes, Hari Brun Mhr, que cm sua vntade e slidariedade trnaram pssível mais esta cnquista n prcess de aprendizagem. As amigs: Mell, Marcs, Muriel, Rgers, Osvanil, Faruk e Maringá, que através de sua amizade e cnvivência slidária, fizeram cm que esta etapa se trnasse bem mais agradável e prveitsa. À tds s clegas de labratóri, em especial a Alessandr, Grver, Falcndes, Luís Claudi, Celh e Pachec, pr ajudar a trnar INEP um lugar agradável, nde a eficiência é marca registrada. As utrs amigs: Adrian, Assis, Camila, Cássi, Edersn, Fabian, Fábi, Evandr, Geltn, Juci, Lidiane, Luciana, Lucian, Maria Inez, Maçã, Michelle, Odair, Raul, Renata, Rdrig, Ricard, Tiag, que me trnam uma pessa abençada, prque as amizades multiplicam as alegrias e dividem s sfriments Henry Bhn. À tds s prfessres e mestres, a quem tive a hnra de ser alun, prque sem eles jamais teria chegad até aqui. A td pv d Brasil, que cntribui para cresciment d país e financia trabalhs cm este. À CAPES pel gerenciament ds recurss financeirs. Marcel Lb Heldwein

8 viii SUMÁRIO LISTA DE SÍMBOLOS... xii RESUMO... xvii ABSTRACT... xviii INTRODUÇÃO GERAL...1 CAPÍTULO I REVISÃO DAS TÉCNICAS DE RETIFICAÇÃO TRIFÁSICA INTRODUÇÃO AS TOPOLOGIAS E TÉCNICAS EXISTENTES Pnte de Graetz cm filtr capacitiv Pnte trifásica cm capacitr de saída e filtr indutiv de entrada Pnte trifásica cm filtr LC de saída Pnte trifásica cm interruptres auxiliares cnectads a neutr Pnte cm interruptres cnectads a pnt médi ds capacitres Retificadr trifásic de 12 pulss utilizand LIT Pnte trifásica cm cnversr bst e indutr n lad CC Pnte trifásica cm cnversr bst e indutres n lad CA TÉCNICAS PARA TELECOMUNICAÇÕES E A TÉCNICA ESCOLHIDA CONCLUSÃO...23 CAPÍTULO II APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DA UNIDADE RETIFICADORA PROPOSTA INTRODUÇÃO A TOPOLOGIA ESCOLHIDA ANÁLISE DOS EFEITOS DO DESEQUILÍBRIO TÉCNICA DE CONTROLE EMPREGADA Cntrle n Md Crrente Análise das Crrentes de Entrada d Retificadr Prpst SIMULAÇÃO DA UNIDADE RETIFICADORA PROPOSTA Diagrama cmplet...38

9 ix Blc d cnversr bst Blc da funçã de transferência crrente de entrada/razã cíclica -Vi(s) Blc da f. de transferência tensã de saída/crrente de entrada Gv(s) Blc d cnversr FB-ZVS-PWM - F.B Blc da funçã de transferência d cnversr G(s) Blc da malha de tensã Blc da resistência de carga ds cnversres bst (Rb) RESULTADOS OBTIDOS NA SIMULAÇÃO CONCLUSÃO...54 CAPÍTULO III ANÁLISE DO CONVERSOR PARA OS ESTÁGIOS DE ENTRADA INTRODUÇÃO O CONVERSOR ELEVADOR FUNCIONAMENTO COM O CONTROLE POR VALORES MÉDIOS MODELAGEM DO CONVERSOR BOOST CONTROLE POR VALORES MÉDIOS DE CORRENTE Cmpensadr de crrente Cmpensadr de tensã Malha direta de cntrle da tensã de entrada (feedfrward) PARTE DE POTÊNCIA DO CONVERSOR Indutr bst Capacitr de saída d cnversr bst Interruptr principal d cnversr bst Did principal d cnversr bst ANÁLISE DOS CIRCUITOS PARA REDUÇÃO DAS PERDAS POR COMUTAÇÃO Cnversr elevadr ZVT Cnversr elevadr cm snubber nã-dissipativ CIRCUITO DE CONTROLE E COMANDO DO CONVERSOR Prcediment de prjet para circuit de cntrle CONCLUSÃO...86 CAPÍTULO IV ANÁLISE DO CONVERSOR PARA OS ESTÁGIOS DE SAÍDA...88

10 x 4.1 INTRODUÇÃO O CONVERSOR CC-CC ISOLADO Etapas de funcinament Principais frmas de nda Característica de saída Análise da cmutaçã CIRCUITO A SER PROJETADO Dimensinament d transfrmadr Dimensinament d indutr ressnante Dimensinament ds interruptres de ptência Dimensinament d capacitr de filtragem Dimensinament d capacitr de blquei em série cm transfrmadr Dimensinament d resistr de amrteciment Dimensinament ds dids da pnte retificadra de saída Circuit grampeadr d retificadr de saída MODELAGEM DO CONVERSOR FB-ZVS-PWM CONTROLE DO CONVERSOR Cmpensadr de crrente Cmpensadr de tensã CONCLUSÃO CAPÍTULO V PROJETO, SIMULAÇÃO E EXPERIMENTAÇÃO INTRODUÇÃO ESPECIFICAÇÕES DA UNIDADE RETIFICADORA PROJETO DO CONVERSOR ELEVADOR Grandezas gerais Indutr de entrada Capacitr de saída Resistr shunt Interruptr principal Did bst Especificações d snubber nã-dissipativ Especificações d circuit ZVT...119

11 xi Dissipadr Circuit de cntrle / cmand PROJETO DO CONVERSOR CC-CC Transfrmadr Indutr ressnante Interruptres Dissipadr para a pnte de MOSFET s Indutr de saída Capacitr de saída Capacitr de blquei CC Resistr de amrteciment Dids d retificadr de saída Circuit grampeadr Dissipadr para retificadr de saída Circuit de cntrle / cmand SIMULAÇÃO DAS PARTES DE POTÊNCIA DOS CONVERSORES Simulaçã d cnversr elevadr cm snubber Simulaçã d cnversr CC-CC EXPERIMENTAÇÃO Cnversr elevadr cm circuit ZVT Cnversr elevadr cm snubber nã-dissipativ Cnversr FB-ZVS-PS Frmas de nda btidas cm a unidade retificadra CONCLUSÃO CONCLUSÃO GERAL REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...160

12 xii LISTA DE SÍMBOLOS Símbls adtads ns equacinaments: Símbl Significad Unidade Ae Área efetiva de seçã transversal da perna central d cm 2 núcle Aw Área da janela d núcle cm 2 B Densidade de flux magnétic T C Capacitr de saída F C s Capacitr d snubber F D Razã cíclica D Razã cíclica cmplementar D b Did bst D ef Razã cíclica efetiva D i Taxa de variaçã da razã cíclica em funçã da crrente D v Taxa de variaçã da razã cíclica em funçã da tensã dx/dt Derivada da grandeza genérica X n temp f s Frequência de cmutaçã Hz f r Frequência de scilaçã da rede elétrica Hz G(s) Funçã de transferência i Tensã a lng d crrente A I Valr fix n temp de crrente A I 1, I 2, I 3 Crrentes de fase de entrada A I d Crrente de dren em um MOSFET A I D Crrente em um did A I i u I in Crrente de entrada A I Lin Crrente pel indutr de entrada A I L Crrente pel indutr de saída A I Lr Crrente pel indutr ressnante A I u I ut Crrente de saída A I Crrente de saída referenciada a primári A I b Crrente de saída d cnversr elevadr V I 1, I 2, I 3 Crrentes de saída V I p Crrente n primári A I ref Crrente de referência A I rr Pic de crrente de recuperaçã reversa A I S Crrente n interruptr A j Númer inteir de 1 a 3 J Densidade de crrente elétrica A/cm 2 K Ganh Kp Fatr de utilizaçã d primári Kt Fatr de tplgia

13 xiii Ku Fatr de utilizaçã da janela d núcle Kw Fatr de utilizaçã da janela lg Entreferr cm L in Indutr de entrada H L Indutr de saída H L r Indutr ressnante H L s Indutr d snubber H n Relaçã de transfrmaçã N Númer de espiras espiras N p Númer de espiras d primári Espiras N s Númer de espiras d secundári Espiras P Ptência W P cnd Perdas pr cnduçã em um semicndutr W P diss Ptência dissipada n grampeadr W P perdas Ptência perdida W R ds Resistência dren - fnte R i (s) Cmpensadr de crrente R Resistr de carga Ω R se Resistência série equivalente de um capacitr Ω R sh Resistr shunt para mnitraçã de crrente Ω R th Resistência térmica C/W R thcd Resistência térmica entre encapsulament e dissipadr C/W R thda Resistência térmica entre dissipadr e ambiente C/W R thjc Resistência térmica entre junçã e encapsulament C/W R v (s) Cmpensadr de tensã s Frequência cmplexa S Seçã transversal d cndutr cm 2 S cu Área d cbre cm 2 S p Interruptr principal t Temp s t rr Temp de recuperaçã reversa d did s T Períd s T a Temperatura ambiente C T c Temperatura da cápsula C T d Temperatura d dissipadr C T j Temperatura na junçã C T s Períd de cmutaçã s v Tensã a lng d temp V V Valr fix n temp de tensã V V 1, V 2, V 3 Tensões de fase de entrada V V 1c, V 2c, Tensões entre s pnts 1, 2 e 3 e pnt cmum V V 3c V ab Tensã entre s pnts médis da pnte de interruptres V

14 xiv V c Tensã n pnt cmum (neutr artificial ) V V cc Tensã de alimentaçã V V cn Tensã de cntrle V V cn Tensã de deslcament de neutr V V d Tensã de pic da dente de serra V V ds Tensã dren - fnte em um MOSFET V V F Queda de tensã em cnduçã (dids) V V g Tensã de grampeament V V i u V in Tensã de entrada V V in1, V in2, Tensões de entrada V V in3 V I Tensã prprcinal a crrente de saída V V Iref Tensã que estipula a referência de crrente V V n Tensã de neutr V V u V ut Tensã de saída V V Valr prprcinal a tensã de saída V V b Tensã de saída d cnversr elevadr V V p Tensã n primári V V ref Tensã de referência V V sec Tensã n secundári V V S Tensã sbre interruptr V X Taxa de variaçã da grandeza X XX Grandeza XX parametrizada Y 1, Y 2, Y 3 Admitâncias de entrada Ω -1 Z 1, Z 2, Z 3 Impedâncias de entrada Ω Prfundidade de penetraçã cm XX Variaçã u ndulaçã da grandeza XX V 0 Ondulaçã da tensã de saída V φ Ângul de defasagem grau η Rendiment µ Permeabilidade d ar π 3, θ Ângul elétric grau τ Cnstante de temp ω Frequência angular rad/s ω Frequência de ressnância rad/s ξ Ceficiente de amrteciment

15 xv Símbls utilizads ns diagramas de circuits: Símbl C D L S R V I N M T Significad Capacitr Did Indutr Interruptr cntrlad Resistr Fnte de tensã Fnte de crrente Númer de espiras MOSFET Transfrmadr Acrônims e abreviaturas: Símbl CAPES CI CC CA IEEE INEP MOSFET IGBT UFSC PFP CCM FB ZVS ZVT PS Y F.P. TDH PB Significad Fundaçã Crdenaçã de Aperfeiçament de Pessal de Nível Superir Circuit integrad Crrente cntínua Crrente Alternada Institute f Electrical and Electrnic Engineers Institut de Eletrônica de Ptência Metal-Oxide-Semicnductr Field-Effect Transistr Insulated Gate Biplar Transistr Universidade Federal de Santa Catarina Pré-reguladr de fatr de ptência Md de Cnduçã Cntínua (Cntinuus Cnductin Mde) Pnte cmpleta Cmutaçã Sb Tensã Nula (Zer Vltage Switching) Transiçã pr tensã nula (Zer Vltage Transitin) Cntrle pr defasagem de fase (Phase-shift) Cnexã trifásica em estrela Fatr de ptência Taxa de distrçã harmônica Passa-baixas

16 xvi Símbls de unidades de grandezas físicas: Símbl Ω A F H Hz m T s V db rad W Significad hm ampére farad henry hertz metr tesla segund vlt decibél radian watt Sub-índices utilizads: Símbl max min med ef p p-p cc Significad Valr máxim da grandeza. Valr mínim da grandeza. Valr médi da grandeza. Valr eficaz da grandeza. Valr de pic da grandeza. Valr de pic-a-pic da grandeza. Grandeza em crrente cntínua.

17 xvii Resum da dissertaçã apresentada à UFSC cm parte ds requisits para a btençã d grau de Mestre em Engenharia Elétrica. UNIDADE RETIFICADORA TRIFÁSICA DE ALTA POTÊNCIA E ALTO DESEMPENHO PARA APLICAÇÃO EM CENTRAIS DE TELECOMUNICAÇÕES Marcel Lb Heldwein Junh de Orientadr: Prf, Alexandre Ferrari de Suza, Dr. Eng. Área de cncentraçã: Eletrônica de Ptência e Acinament Elétric. Palavras-chave: retificadr trifásic, crreçã de fatr de ptência, cnversr elevadr, cnversr em pnte cmpleta, cntrle d flux de ptência em retificadres trifásics. Númer de páginas: 163 As especificações atuais ns sistemas de telecmunicações slicitam unidades retificadras cada vez mais cmplexas e cm melhres perfrmances, exigind prjets bem elabrads e técnicas acessíveis as prjetistas. O trabalh prpst prcura viabilizar a aplicaçã da técnica de utilizaçã de três retificadres mnfásics islads cm saídas cnectadas em paralel cm menr grau de cmplexidade e menr cust pssível, uma vez que deve-se atingir cm esta técnica excelentes níveis de perfrmance. Apresenta-se uma unidade retificadra trifásica cmpsta pr móduls mnfásics, que tem pr bjetiv cumprir as exigências das nrmas em telecmunicações. A utilizaçã de móduls mnfásics nesta aplicaçã traz cnsig a necessidade d cntrle d flux de ptência, que deve ser igual em cada uma das fases. Aqui é apresentada uma técnica simples para atendiment desta cndiçã, que cnsiste na aplicaçã d cntrle n md crrente as estágis de saída. Sã apresentads análise teórica e resultads de simulaçã e experimentaçã.

18 xviii Abstract f Dissertatin presented t UFSC as a partial fulfillment f the requirements fr the degree f Master in Electrical Engineering. THREE-PHASE RECTIFIER UNIT WITH HIGH PERFORMANCE AND HIGH POWER FOR TELECOMMUNICATIONS APPLICATION Marcel Lb Heldwein June/1999. Advisr: Prf, Alexandre Ferrari de Suza, Dr. Ing. Area f cncentratin: Pwer Electrnics and Electrical Drives. Keywrds: three-phase rectifier, pwer factr crrectin, bst cnverter, full-bridge cnverter, pwer flw cntrl in three-phase rectifier. Number f pages: 163 The current specificatins in the telecmmunicatins systems request rectifier units mre and mre cmplex, with better perfrmances, demanding well-elabrated designs and techniques accessible t the designers. The prpsed wrk tries t make feasible the use f three single-phase rectifiers, with insulatin, with the utputs cnnected in parallel with the smallest cmplexity degree and smaller pssible cst, nce that with the applicatin f this technique, excellent perfrmance levels shuld be reached. It is presented a three-phase rectifier unit cmpsed by single-phase mdules, which has fr bjective t accmplish the demands f the nrms in telecmmunicatins. The use f ne-phase mdules in this applicatin brings the need f the cntrl f the pwer flw, which shuld be the same in each ne f the phases. Here a simple technique is presented fr attendance f this cnditin. It cnsists f the applicatin f the current mde cntrl t the utput stages. Theretical analysis, simulatin and experimental results are presented.

19 1 INTRODUÇÃO GERAL A mudança em praticamente tdas as aplicações em telecmunicações, ds antigs retificadres à tiristr, cntrlads em baixa frequência, para s mderns retificadres cm interruptres ttalmente cntrlads, utilizand semicndutres de última geraçã (MOSFET s e IGBT s), perand em frequências elevadas, vei atender a exigências de melhr qualidade de energia, de reduçã de vlume, de ruíd audível e até mesm de interferência eletrmagnética. As unidades retificadras empregadas em telecmunicações devem bedecer, atualmente, a especificações extremamente rígidas quant à crrente drenada da rede de alimentaçã. Esta deve pssuir reduzid cnteúd harmônic e baix nível de ruíds eletrmagnétics cnduzids. Quant à tensã de saída, esta nã deve apresentar scilações u variações periódicas perceptíveis e respnder cm uma dinâmica extremamente rápida, além de nã apresentar err estátic apreciável, atendend a índices de desempenh extremamente rígids. A btençã de unidades que atendam a estas especificações tem sid bjet de intensas pesquisas na área de eletrônica de ptência a lng ds últims ans. Têm sid prpstas diversas técnicas de crreçã de fatr de ptência, já fram estudadas várias tplgias de cnversres estátics e diferentes técnicas de cntrle têm sid empregadas. Aliadas às características anterirmente descritas há, em grande parte das aplicações, a especificaçã de elevads valres de ptência de saída, especificaçã esta que traz cnsig a necessidade d empreg de técnicas de paralelism de unidades mnfásicas u a utilizaçã de retificadres trifásics. As técnicas para crreçã d fatr de ptência de entrada de retificadres trifásics, para atendiment a especificações de distrçã harmônica, tem sid arduamente estudadas e desenvlvidas. A seguir sã citadas algumas das técnicas mais utilizadas para este fim. Sã elas: filtragem passiva, injeçã de terceira harmônica, retificadres d tip elevadr u abaixadr cm seis interruptres, retificadres de três interruptres, retificadres de um interruptr, transfrmadres de interfase, cnfigurações especiais de aut-transfrmadres multi-pulss, três retificadres mnfásics islads cm saídas cnectadas em paralel, entre

20 2 utras. Tdas estas sluções apresentam vantagens e desvantagens, levand a um estud detalhad de cada cas e para cada aplicaçã. Cm características desejáveis para retificadres trifásics pde-se citar a cnexã cm neutr da rede nã dispnível, pis deseja-se crrentes de fase equilibradas, e a cntinuidade de peraçã deve ser assegurada mesm cm a perda de uma das fases, levand bviamente a uma diminuiçã temprária n frneciment de energia mas nã a sua cmpleta interrupçã. A prpsta desta dissertaçã é a btençã de uma unidade retificadra trifásica de alta ptência e alt desempenh que deverá ser capaz de atender às exigências das nrmas de telecmunicações. Esta unidade retificadra pssui cm principais características: pssibilidade de peraçã sem a existência de cnexã cm neutr da rede de alimentaçã, funcinament cm apenas duas fases cm diminuiçã de um terç da capacidade de frneciment, mdularidade, pssibilidade de peraçã sbre uma grande faixa de tensã de entrada, baixíssima distrçã da crrente de entrada, excelente regulaçã da tensã de saída e islament entre rede de alimentaçã e saída. A unidade prpsta é cmpsta pr três móduls retificadres mnfásics cm saídas cnectadas em paralel, cm a utilizaçã de um sistema de cntrle simples e cnversres de alt desempenh. A aplicaçã desta técnica é puc difundida, uma vez que as prpstas atualmente cnhecidas trazem cnsig elevada cmplexidade em seus sistemas de cntrle, que, em muitas situações, trna difícil prjet e a implementaçã. A cmplexidade, n cntrle deste tip de sistema, advém da necessidade de um cntrle extremamente precis da ptência prcessada em cada um ds móduls, uma vez que deseja-se crrentes de entrada equilibradas. Cada módul mnfásic é cmpst de um estági pré-reguladr d fatr de ptência seguid de um cnversr CC-CC islad. Cm pré-reguladr d fatr de ptência é utilizad um cnversr elevadr (bst) perand em cnduçã cntínua, frequência fixa, cm a utilizaçã de um snubber nã dissipativ, e cntrle pr valres médis de crrente. O estági CC-CC é respnsável pel islament, que é entã feit em alta frequência, e pela regulaçã da tensã de saída. É cmpst pr um cnversr em pnte cmpleta (FB-

21 3 ZVS-PS), cm cmutaçã sb tensã nula, saída em crrente, mdulaçã pr largura de puls e cntrle d flux de ptência pr deslcament de fase (phase-shift). Neste trabalh sã apresentads estud, metdlgia de prjet, prjet, simulações e experimentaçã de uma unidade retificadra.

22 4 CAPÍTULO I 1. REVISÃO DAS TÉCNICAS DE RETIFICAÇÃO TRIFÁSICA 1.1. INTRODUÇÃO Atualmente, as nrmas [1] [20] [21] para fntes de alimentaçã utilizadas n ram de telecmunicações exigem alt fatr de ptência e baixa distrçã harmônica da crrente drenada da rede, além de imprem limites à emissã e absrçã de ruíds eletrmagnétics. Cm já fi dit, em diverss cass, a exigência de ptência leva à utilizaçã de retificadres trifásics, s quais devem atender a tdas as especificações cntidas nestas nrmas. Estes retificadres trifásics pdem perar em estági únic, mas nrmalmente sua peraçã se dá em dis estágis principais. O primeir, estági de entrada, tem as funções de retificaçã da tensã de alimentaçã e adequaçã da frma de nda da crrente drenada, nã send sua funçã a regulaçã da tensã de saída. Esta regulaçã será realizada pr um segund estági, de saída. Este estági é, entã, respnsável pel islament entre rede e saída e, ainda, pela adequaçã da tensã de saída às exigências de regulaçã estática e respsta dinâmica. Neste capítul sã apresentadas algumas das técnicas mais utilizadas para retificaçã trifásica e a técnica a ser utilizada neste trabalh.

23 AS TOPOLOGIAS E TÉCNICAS EXISTENTES A seguir sã apresentadas algumas das técnicas de retificaçã trifásica mais utilizadas e, recnhecidamente, de melhr desempenh e aceitaçã. Sã apresentads resultads btids em algumas simulações, cm valres de fatr de ptência e taxa de distrçã harmônica, frmas de nda da crrente de entrada e análise harmônica destas e ainda tensã de saída. As simulações fram realizadas para uma ptência de saída de aprximadamente 12 kw, valr este esclhid apenas para ilustraçã. Sã ainda citads resultads btids na literatura. Para as técnicas aqui apresentadas, tem-se cm precupaçã principal a análise de sua perfrmance quand perand cm estágis de entrada. Para cada uma das tplgias citam-se principais características, vantagens e desvantagens PONTE DE GRAETZ COM FILTRO CAPACITIVO A tplgia mais utilizada e cnhecida para a retificaçã trifásica é, sem dúvida, a pnte retificadra de Graetz, u pnte trifásica de seis pulss, cm filtr capacitiv de saída, apresentada na Fig Esta é uma tplgia muit cnhecida e de fácil cmpreensã. Suas principais vantagens sã baixíssim cust e vlume. Ll D D D Ll Ll C R D D D Rede Indutâncias de linha Retificadr trifásic Filtr capacitiv de saída e carga Fig Pnte de Graetz. N entant a pnte de seis pulss cnvencinal traz cnsig um grande prblema, a crrente de entrada btida cm esta tplgia apresenta alta distrçã harmônica e baix fatr de ptência.

24 6 A tensã de saída neste cnversr é sempre superir à tensã de pic de fase de entrada. Os valres eficazes de crrente sã elevads, que leva a perdas elevadas n cnversr e n alimentadr, que deverá ser sbredimensinad. Na Fig. 1.2 apresenta-se as frmas de nda de tensã e crrente de entrada. Na Fig. 1.3 mstram-se as amplitudes de cada uma das cmpnentes da crrente drenada, até a de rdem 40. A frma de nda da tensã de saída é apresentada na Fig Vin i. 2 Iin i Fig Tensã e crrente de entrada (x2) AH_Iin n Fig Análise harmônica da crrente de entrada V i Fig Tensã de saída. Quand deseja-se cntrle da tensã de saída emprega-se nrmalmente cntrle pr defasagem, cm tiristres n lugar ds dids da pnte. Ist traz ainda mais distrçã à crrente de entrada. Na tabela a seguir mstram-se s valres de fatr de ptência e taxa de distrçã harmônica da crrente de entrada btids e dads cm típics na literatura [4]. Simulaçã Literatura F.P. TDH (%) F.P. TDH (%) 0, ,6 141

25 7 Pelas características apresentadas, a aplicaçã da pnte trifásica cm capacitr de saída em fntes para telecmunicações trna-se inviável PONTE TRIFÁSICA COM CAPACITOR DE SAÍDA E FILTRO INDUTIVO DE ENTRADA Esta tplgia é apresentada na Fig Esta é uma tplgia largamente utilizada na indústria pr ser muit rbusta e de baix cust, além de ser de fácil cmpreensã. L1 D D D L2 L3 C R D D D Rede Filtr indutiv de entrada Retificadr trifásic Capacitr de saída e carga Fig Pnte trifásica cm capacitr de saída e indutres n lad CA. Cm grandes valres de indutância pde-se atingir baixas taxas de distrçã harmônica da crrente de entrada, prém aument destas indutâncias diminui fatr de deslcament, levand prjetista a ptar pr um cmprmiss. A tensã de saída neste cnversr é dependente da carga, que também leva a um cntrle pr defasagem, cm tiristres, que degrada a frma de nda de crrente. Prém, a regulaçã de carga da tensã de saída é superir a da pnte de Graetz. Na Fig. 1.6 apresenta-se as frmas de nda de tensã e crrente de entrada. Na Fig. 1.7 mstram-se as amplitudes de cada uma das cmpnentes da crrente drenada, até a de rdem 40. A frma de nda da tensã de saída é apresentada na Fig Estes resultads sã btids para grandes valres de indutâncias de entrada.

26 8 Vin i. 5 Iin i Fig Tensã e crrente de entrada (x5) AH_Iin n Fig Análise harmônica da crrente de entrada V i Fig Tensã de saída. Esta sluçã tem cm utra grande desvantagem, vlume, pes e cust ds indutres, já que sã indutres para peraçã em baixa frequência e de alt valr de indutância. Os valres eficazes de crrente envlvids também sã elevads já que a energia reativa circulante, gerada pels grandes indutres de entrada, é elevada. Na tabela a seguir mstram-se s valres de fatr de ptência e taxa de distrçã harmônica da crrente de entrada, btids e dads cm típics na literatura [4]. Na simulaçã realizada fram utilizads indutres de valr muit elevad. Simulaçã Literatura F.P. TDH (%) F.P. TDH (%) 0,83 10,5 0,97 41 Cm a necessidade de cnversres de pequen vlume e de alt rendiment, também este cnversr nã deve ser utilizad em fntes para telecmunicações.

27 PONTE TRIFÁSICA COM FILTRO LC DE SAÍDA Esta tplgia é apresentada na Fig Esta é uma tplgia simples, de fácil cmpreensã e muit rbusta. Lcc Ll D D D Ll Ll C R D D D Rede Indutânicas de linha Retificadr trifásic Indutr chke Capacitr de saída e carga Fig Pnte trifásica cm capacitr de saída e indutr n lad CC. O aument da indutância de saída diminui a taxa de distrçã harmônica até um cert limite, mas aumenta fatr de deslcament, levand também a um cmprmiss. A tensã de saída neste cnversr é independente da carga e tem valr de aprximadamente 2,34 vezes valr eficaz da tensã de fase de entrada, valr este, que muitas vezes nã é adequad à carga. Na Fig apresenta-se as frmas de nda de tensã e crrente de entrada. Na Fig mstram-se as amplitudes de cada uma das cmpnentes da crrente drenada, até a de rdem 40. A frma de nda da tensã de saída é apresentada na Fig Estes resultads sã btids para grandes valres de indutâncias de entrada. Vin i. 5 Iin i Fig Tensã e crrente de entrada (x5).

28 AH_Iin n Fig Análise harmônica da crrente de entrada V i t Fig Tensã de saída. O limite na taxa de distrçã mínima atingível cm esta tplgia é de aprximadamente 30%, levand a um fatr de ptência de aprximadamente 0,95. Esta sluçã tem cm utra grande desvantagem, vlume, pes e cust d indutr, já que este é cnstruíd para peraçã em baixa frequência e pera cm valres médis psitivs de crrente. Os valres eficazes de crrente envlvids já nã sã muit elevads. O capacitr de saída pde ser bem menr que ns cnversres anterires para a mesma ndulaçã de tensã. Na tabela a seguir mstram-se s valres de fatr de ptência e taxa de distrçã harmônica da crrente de entrada, btids e dads cm típics na literatura [4]. Simulaçã Literatura F.P. TDH (%) F.P. TDH (%) 0, ,95 32 Cm a necessidade de cnversres de pequen vlume e alt fatr de ptência, também este cnversr nã é indicad para utilizaçã em fntes para telecmunicações PONTE TRIFÁSICA COM INTERRUPTORES AUXILIARES CONECTADOS AO NEUTRO

29 11 Esta tplgia é apresentada na Fig Esta é uma tplgia simples, de fácil cmpreensã e rbusta. Os interruptres sã acinads duas vezes pr períd de rede, cm ângul de cnduçã de até 30. D D D L1 S1 S2 L2 C R L3 Neutr S3 D D D Rede Indutres e Interruptres bidirecinais Retificadr trifásic Filtr capacitiv de saída e carga Fig Pnte trifásica cm interruptres auxiliares cnectads a neutr. Pde-se bter pequenas taxas de distrçã harmônica e alt fatr de ptência cm indutres menres que s ds cnversres anterires. A tensã de saída neste cnversr é dependente da carga prém apresenta uma regulaçã de carga razável. Deve-se, é clar, utilizar interruptres bidirecinais em crrente e tensã, que pdem ter baixa rapidez de cmutaçã. Pde-se aplicar uma frma de cntrle simples para seu cmand. Na Fig apresenta-se as frmas de nda de tensã e crrente de entrada. Na Fig mstram-se as amplitudes de cada uma das cmpnentes da crrente drenada, até a de rdem 40. A frma de nda da tensã de saída é apresentada na Fig Vin i. 5 Iin i Fig Tensã e crrente de entrada (x5).

30 AH_Iin n Fig Análise harmônica da crrente de entrada V i t Fig Tensã de saída. Esta sluçã tem cm desvantagem, vlume, pes e cust ds indutres, já que também sã cnstruíds para peraçã em baixa frequência. Prém fatr que faz cm que este cnversr tenha sua aplicaçã limitada é que deve-se ter acess a neutr da rede de alimentaçã. Os valres eficazes de crrente envlvids nã sã muit elevads. O capacitr de saída nã necessita ser de grande valr para manter a ndulaçã em baixa amplitude. Na tabela a seguir mstram-se s valres de fatr de ptência e taxa de distrçã harmônica da crrente de entrada, btids e dads cm típics na literatura [4]. Simulaçã Literatura F.P. TDH (%) F.P. TDH (%) 0, ,85 0,98 nã encntrad Cm a necessidade de cnexã a neutr da rede, também este cnversr nã pde ser utilizad em fntes para telecmunicações PONTE COM INTERRUPTORES CONECTADOS AO PONTO MÉDIO DOS CAPACITORES Esta tplgia é apresentada na Fig Esta é uma tplgia simples, de fácil cmpreensã e rbusta. Os interruptres sã acinads da mesma maneira que n cnversr anterir, havend ainda a pssibilidade de acinament em alta frequência que leva a uma

31 13 estratégia de cntrle cmplexa. Esta pçã de peraçã em alta frequência pde prduzir uma crrente de entrada de altíssima qualidade. L 1 D D D S1 C1 L2 S2 R L3 S3 C1 D D D Rede Indutres Retificadr trifásic Interruptres de entrada bidirecinais Capacitres de saída e carga Fig Pnte trifásica cm interruptres cnectads a pnt médi ds capacitres. Pde-se bter baixas taxas de distrçã harmônica da crrente de entrada e alt fatr de ptência cm indutres ainda menres que s ds cnversres anterires. A tensã de saída neste cnversr é dependente da carga prém apresenta uma regulaçã de carga razável. Há a pssibilidade de cntrle da tensã de saída para uma faixa de carga limitada. Deve-se, é clar, utilizar interruptres bidirecinais em crrente e tensã, que pdem ter baixa velcidade de cmutaçã. Pde-se aplicar um cntrle simples para seu cmand. Na Fig apresenta-se as frmas de nda de tensã e crrente de entrada. Na Fig mstram-se as amplitudes de cada uma das cmpnentes da crrente drenada, até a de rdem 40. A frma de nda da tensã de saída é apresentada na Fig Vin i. 5 Iin i Fig Tensã e crrente de entrada (x5).

32 AH_Iin n Fig Análise harmônica da crrente de entrada V i Fig Tensã de saída. t Os valres eficazes de crrente envlvids sã baixs. Necessitam-se de dis capacitres cm valres maires que d cnversr anterir. Na tabela a seguir mstram-se s valres de fatr de ptência e taxa de distrçã harmônica da crrente de entrada, btids e dads na literatura [12] [15]. Simulaçã Literatura F.P. TDH (%) F.P. TDH (%) 0, ,996 6,56 Este cnversr é uma ba esclha para aplicações de alta ptência em telecmunicações; pde-se atingir valres de rendiment de até 97%, segund a literatura RETIFICADOR TRIFÁSICO DE 12 PULSOS UTILIZANDO LIT Esta tplgia é apresentada na Fig. 1.21, cm as cndições para prjet ds enrlaments. Esta é uma tplgia que exige cnheciment sbre funcinament d transfrmadr de interfase; prém, é extremamente rbusta.

33 15 N1 N2 + N3 Núcle a b c N3 / N2 0,366 N1a N1b N1c La N2a N2b N2c C R Lb Lc N3b N3c N3a Rede Filtr indutiv de entrada Transfrmadr de interfase (LIT) Retificadres trifásics Filtr capacitiv de saída e carga Fig Retificadr trifásic de 12 pulss cm LIT. A cnversã CA-CC de 12, u mais pulss pde levar a baixs valres de distrçã harmônica e alt fatr de ptência desde que seja realizad um bm prjet. é muit ba. A tensã de saída neste cnversr é dependente da carga. A regulaçã de carga btida Na Fig apresenta-se as frmas de nda de tensã e crrente de entrada. Na Fig mstram-se as amplitudes de cada uma das cmpnentes da crrente drenada, até a de rdem 40. A frma de nda da tensã de saída é apresentada na Fig Vin i. 5 Iin i Fig Tensã e crrente de entrada (x5).

34 AH_Iin n Fig Análise harmônica da crrente de entrada V i t Fig Tensã de saída. Esta sluçã tem cm grande desvantagem, vlume, pes e cust d transfrmadr, já que este é cnstruíd para peraçã em baixa frequência e apresenta nve enrlaments. Os valres eficazes de crrente envlvids nã sã muit elevads. O capacitr de saída deve ser um puc mair que ns cnversres anterires para a mesma ndulaçã de tensã. Na tabela a seguir mstram-se s valres de fatr de ptência e taxa de distrçã harmônica da crrente de entrada, btids e dads cm típics na literatura [4]. Simulaçã Literatura F.P. TDH (%) F.P. TDH (%) 0, ,97 10 Este cnversr pde ser utilizad em fntes de elevadíssimas ptências nde vlume e pes nã sã fatres muit restritivs PONTE TRIFÁSICA COM CONVERSOR BOOST E INDUTOR NO LADO CC Esta tplgia é apresentada na Fig Esta é uma tplgia cnhecida, send que cnversr bst é muit utilizad para crreçã mnfásica de fatr de ptência.

35 17 Lb Db Ll D D D Ll Sb C R Ll D D D Rede Indutâncias de linha Retificadr trifásic Cnversr bst Filtr capacitiv de saída e carga Fig Pnte trifásica cm cnversr bst e indutr n lad CC. O cnversr bst pera em alta frequência, n md de cnduçã cntínua, e faz cm que a tensã de saída seja cntrlada, prém sempre mair que a de pic de entrada. A frma de nda de crrente de entrada é próxima a da pnte retificadra cm indutr n lad CC (chke), atingind-se valres semelhantes de fatr de ptência e taxa de distrçã harmônica. Esta sluçã tem cm utra desvantagem, vlume, pes e cust d indutr, já que, apesar da peraçã em alta frequência d cnversr, este é cnstruíd para peraçã em baixa frequência cm valr médi de crrente nã nul, cm apenas uma cmpnente de alta frequência sbrepsta. O valr de indutância necessári, prém, é bem menr que valr necessári para cnversr cm filtr LC de saída. Os valres eficazes de crrente envlvids nã sã muit elevads. O capacitr de saída pde ser pequen. A crrente média instantânea n indutr é cntrlada pela razã cíclica d interruptr. Na tabela a seguir mstram-se s valres de fatr de ptência e taxa de distrçã harmônica da crrente de entrada, dads na literatura [4]. F.P. TDH (%) 0,95 30 Este cnversr apresenta características semelhantes às da pnte retificadra cm indutr n lad CC.

36 PONTE TRIFÁSICA COM CONVERSOR BOOST E INDUTORES NO LADO CA Esta tplgia é apresentada na Fig Esta é uma tplgia simples, mas que traz a necessidade d cnheciment da frma de peraçã e características particulares da estrutura. Sã frmads cnversres bst diferentes a cada cicl de funcinament, envlvend cada indutr de entrada e s interruptres. Db Lb1 D D D Lb2 Sb C R Lb3 D D D Rede Indutres bst Retificadr trifásic Interruptr e did bst Filtr capacitiv de saída e carga Fig Pnte trifásica cm cnversr bst e indutres n lad CA. O cnversr bst pera em alta frequência, n md de peraçã descntínu, e faz cm que a tensã de saída seja cntrlada, prém sempre mair que a de entrada. A crrente de entrada é descntínua, levand a utilizaçã de filtrs de linha de grande prte e a valres eficazes de crrente elevads (perdas elevadas). Deve-se ter ainda dids rápids na pnte, uma vez que a crrente que circula pr estes é descntínua e de alta frequência. O capacitr de saída pde ser pequen. A crrente média instantânea ns indutres é cntrlada pela razã cíclica d interruptr. Na tabela a seguir mstram-se s valres de fatr de ptência e taxa de distrçã harmônica da crrente de entrada, dads na literatura [4]. F.P. TDH (%) 0,99 14

37 19 Este cnversr apresenta resultads muit bns quant a qualidade da crrente de entrada, mas s semicndutres de ptência, d cnversr elevadr, sã muit exigids TÉCNICAS PARA TELECOMUNICAÇÕES E A TÉCNICA ESCOLHIDA Existem inúmeras pesquisas, em eletrônica de ptência, para sanar as dificuldades inerentes às técnicas apresentadas e utras. Uma das técnicas que levam a sluçã de alguns ds prblemas existentes é, a seguir, apresentada. Na btençã de unidades retificadras trifásicas, para telecmunicações, de ptência elevada, cm crreçã d fatr de ptência, alimentadas a três fis, cm islament e regulaçã da tensã de saída pde-se ptar pr, basicamente, quatr pções: 1. Um únic retificadr trifásic (Fig. 1.27), empregand pntes de seis, dze, u mais pulss; 2. Um únic retificadr trifásic seguid de cnversres CC-CC cnectads em paralel (Fig. 1.28); 3. Três u mais retificadres mnfásics de ptência inferir cm saídas cnectadas em paralel [5], tend suas entradas cnectadas em Y u (Fig. 1.29); 4. Um circuit de estági únic (Fig. 1.30); As três primeiras pções devem pssuir estági de entrada para crreçã d fatr de ptência, que leva a quase brigatriedade da utilizaçã de interruptres ttalmente cntrlads neste estági, além ds interruptres cntids ns cnversres CC-CC utilizads n estági de regulaçã da tensã de saída. Cm a esclha de uma das duas primeiras alternativas, em grande parte das aplicações, s interruptres, d estági de crreçã d fatr de ptência, devem ser bidirecinais, u utilizar pntes trifásicas ttalmente cntrladas. Send que as técnicas mais utilizadas sã as apresentadas anterirmente.

38 20 Crreçã F.P. Retificadr trifásic Cnversr CC-CC islad Carga Rede de Alimentaçã Fig Opçã 1. Nrmalmente, na primeira pçã deve-se empregar, pel mens n estági reguladr de tensã, semicndutres que suprtem esfrçs elevads de crrente, uma vez que tda a crrente de carga deve ser frnecida pr apenas um cnversr. Além diss, s interruptres utilizads n estági de crreçã d fatr de ptência, numa grande parte das tplgias, devem ser bidirecinais, e quand nã, devem também suprtar alts valres de crrente. Estes fats levam em muits cass a ter-se que utilizar semicndutres em paralel, u a utilizar-se cmpnentes de grande capacidade de crrente e prtant cars. Pde-se citar ainda que em muitas técnicas as cmutações sã realizadas em baixa frequência, que leva a utilizaçã de indutres e transfrmadres extremamente vlumss. Outras técnicas cm cmutaçã em alta frequência levam a sistemas de cntrle e mdulaçã cmplexs. Crreçã F.P. Retificadr trifásic Cnversres CC-CC islads Carga Rede de Alimentaçã Fig Opçã 2.

39 21 A segunda pçã deve ainda utilizar uma das técnicas de crreçã trifásica, levand nvamente à utilizaçã de interruptres bidirecinais (dis semicndutres para cada interruptr). Faz ainda, cm que sejam empregads semicndutres de grande capacidade de crrente u em paralel. Os indutres e transfrmadres sã nrmalmente, de elevad vlume e pes. As metdlgias de prjet pdem ser cmplexas e as técnicas de cntrle e mdulaçã, sfisticadas. Cm a terceira pçã pdem ser aplicadas técnicas mnfásicas muit cnhecidas e dminadas de crreçã d fatr de ptência e de cnversres CC-CC para regulaçã da tensã de saída. Cm em praticamente tud que é prpst cm sluçã a um prblema, esta terceira pçã elimina diversas das desvantagens das duas primeiras, mas cria utras que pdem ser mais u mens expressivas dependend da aplicaçã. Esta pçã pde ser bastante cmpetitiva, uma vez que nã precisam ser empregads interruptres bidirecinais, e dependend da ptência envlvida nã há a necessidade de paralelism de semicndutres, já que flux de ptência é dividid entre s cnversres de cada fase. Nã sã utilizads cmpnentes para peraçã em baixa frequência, que reduz muit suas dimensões físicas. Atinge-se um elevad nível de cnfiabilidade, já que as técnicas empregadas sã muit bem cnhecidas e têm, cmprvadamente, alt nível de desempenh e segurança. Pde-se perar numa larga faixa de tensã de entrada, que cnfere ainda mais cnfiabilidade a sistema. Rede de alimentaçã Retificadres mnfásics Pré-reguladres PFP Cnversres CC-CC islads Carga Fig Opçã 3.

40 22 A terceira pssibilidade tem cm principal desvantagem elevad númer de cmpnentes empregads em sua cnstruçã, que levam a um cust elevad e uma certa cmplexidade de seu circuit. E tem, cm principais vantagens: a diminuiçã das dimensões físicas; a pssibilidade de cntinuidade de peraçã cm a falta de uma das fases de alimentaçã; a mdularidade, que facilita a manutençã; a alta qualidade da frma de crrente de entrada, e alt rendiment que pde ser btid. Rede de Alimentaçã Retificaçã + Crreçã F.P. + Regulaçã + Islament Carga Estági Únic Fig Opçã 4. Na quarta pçã tem-se a vantagem de se ter um númer muit reduzid de cmpnentes. Os semicndutres utilizads devem ser de alta capacidade, uma vez que tda a energia deve ser prcessada num únic estági. Em muits ds cass s interruptres devem ser bidirecinais. Cm esta pçã pde-se ter a cnfrmaçã da crrente de entrada realizada de md passiv u ativ, em alta frequência. Cm a crreçã utilizand cnfigurações especiais de transfrmadres (passiva) tem-se crrentes de entrada cm distrçã apreciável, um grande vlume e pes cnsiderável. Nas cnfigurações nde a peraçã em alta frequência realiza até a crreçã d fatr de ptência, tem-se geralmente pntes trifásicas ttalmente cntrladas e sistemas de cntrle e mdulaçã extremamente cmplexs.

41 CONCLUSÃO Pde-se, a fim deste capítul, ter uma idéia das técnicas de retificaçã trifásica mais utilizadas atualmente. Cm s dads aqui frnecids é pssível adaptar cada técnica a um tip de aplicaçã. Para a aplicaçã desejada neste trabalh, retificaçã para telecmunicações, pde-se perceber que nem tdas as técnicas pdem ser utilizadas pr suas características inerentes, pr exempl: dimensões físicas, distrçã harmônica da crrente de entrada, dificuldades de cntrle, entre utras. A técnica que é prpsta neste trabalh mstra-se interessante, uma vez que apresenta uma série de características desejáveis, tend, praticamente, cm única desvantagem elevad númer de cmpnentes envlvids, que em muitas aplicações a trna inviável. Mas, cm as fntes para telecmunicações apresentam, nrmalmente, um preç de venda elevad, graças a valr da tecnlgia empregada e nem tant a valr ds cmpnentes da fnte, esta é um aplicaçã em que a técnica prpsta tende a ser bem empregada.

42 24 CAPÍTULO II 2. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DA UNIDADE RETIFICADORA PROPOSTA 2.1. INTRODUÇÃO Neste capítul, faz-se a apresentaçã da unidade retificadra trifásica prpsta. Apresenta-se a tplgia da parte de ptência da unidade, assim cm a estratégia de cntrle utilizada. Um ds bjetivs deste capítul é indicar s cnversres utilizads e suas principais características, explicand-se a razã de sua utilizaçã nesta aplicaçã. Mstra-se também as principais dificuldades a serem superadas n trabalh, cm a necessidade de um cntrle de flux de ptência precis sem a utilizaçã de um sistema de cntrle cmplex e ners. Faz-se a análise teórica d sistema de cntrle prpst mstrand-se suas vantagens. E, pr fim, sã apresentads s resultads btids cm a simulaçã numérica d sistema cmplet A TOPOLOGIA ESCOLHIDA Esclheu-se para este trabalh a terceira pçã, apresentada n capítul anterir, u seja, a utilizaçã de móduls retificadres mnfásics, cmpnd uma unidade retificadra trifásica, pelas características apresentadas pr esta pçã. O diagrama simplificad da unidade prpsta é apresentad na Fig. 2.1.

43 25 Módul mnfásic 1 Módul mnfásic 2 Módul mnfásic 3 Rede de alimentaçã Retificadres mnfásics Pré-reguladres PFP Cnversres CC-CC islads Carga Fig. 2.1 Alternativa esclhida para a unidade retificadra trifásica. Tem-se aqui, a precupaçã de verificar seu funcinament e fazer cm que uma unidade trifásica assim cnstituída pssa ser facilmente prjetada e cnstruída, utilizand-se técnicas de cntrle simples e bem cnhecidas e cnversres de alt desempenh. O fatr que leva este tip de retificadr a ser puc utilizad na prática é a elevada cmplexidade ds circuits de cntrle que sã geralmente empregads, uma vez que sem a pssibilidade de cnexã cm neutr deve-se manter um neutr artificial num ptencial igual a d neutr da rede para pder-se realizar a retificaçã cm perfeit equilíbri das crrentes de entrada. Se ptencial deste neutr artificial fr diferente, tem-se tensões de entrada ds estágis de crreçã também diferentes, que pde levar a desequilíbris e mau funcinament d sistema. Na Fig. 2.2 tem-se circuit básic de ptência da unidade retificadra prpsta, cmpst de cnversres elevadres, cm estágis de entrada, seguids de cnversres em pnte cmpleta, cm estágis de saída.

44 26 L b D b V 1 D r D r M b C b M 1 L r T M 2 D r D r M 3 M 4 D 1 D 2 L C V L b D b V 2 D r D r M b C b M 1 L r T M 2 D r D r M 3 M 4 D 1 D 2 L L b D b V 3 D r D r M b C b M 1 L r T M 2 D r D r M 3 M 4 D 1 D 2 L Rede Retificadres Cnversres Cnversres Capacitres Mnfásics elevadres FB-ZVS-PS de saída Fig Circuit de ptência da unidade retificadra prpsta. Na esclha da tplgia para retificadr ptu-se pr uma entrada cm s estágis pré-reguladres cnectads em Y - estrela, uma vez que as tensões de entrada nesta cnfiguraçã sã menres, que é de imprtância quand trata-se de tensões máximas de semicndutres. Ns estágis de crreçã d fatr de ptência sã utilizads cnversres elevadres (bst) e a tensã de saída destes é ainda mais alta que a tensã de pic de entrada. O cnversr elevadr, funcinand n md de cnduçã cntínua, cm a utilizaçã de um snubber nã-dissipativ e cntrle pr valres médis de crrente, fi esclhid pis

45 27 sabe-se que s resultads btids em crreçã de fatr de ptência, cm este tip de cnversr, sã excelentes atingind-se crrentes de entrada cm mínima distrçã harmônica e elevad rendiment. Para s estágis de islament e regulaçã de tensã de saída ptu-se pel cnversr em pnte cmpleta (FB-ZVS-PS), cm cmutaçã sb tensã nula, saída em crrente, mdulaçã pr largura de puls e cntrle d flux de ptência pr deslcament de fase (phase-shift), pr este cnversr pssuir também elevad rendiment, send um ds cnversres, recnhecidamente, de melhr desempenh entre s atualmente existentes para cumpriment das funções estabelecidas ANÁLISE DOS EFEITOS DO DESEQUILÍBRIO Cm levantad anterirmente, cm a utilizaçã desta técnica, alimentand-se a três fis, deve-se cntrlar flux de ptência entre s móduls mnfásics para manter-se crrentes de entrada equilibradas. A análise de um pssível desequilíbri é aqui apresentada, assim cm seus principais efeits. O circuit da Fig. 2.3 apresenta mdel, cm qual pde-se representar a entrada da unidade retificadra prpsta. As entradas da unidade sã cnectadas em Y (estrela), sem acess a neutr da rede de alimentaçã. Sabend-se que as crrentes drenadas (I 1, I 2 e I 3 ) serã muit próximas de senóides em fase cm as tensões aplicadas entre s terminais 1, 2 e 3 e pnt cmum c, pela característica ds estágis de crreçã de fatr de ptência, pde-se representar s móduls retificadres de fase cm impedâncias (Z 1, Z 2 e Z 3 ) de característica resistiva. Pde-se entã utilizar a frma fasrial para representar tdas as grandezas envlvidas. A Fig. 2.4 mstra diagrama fasrial das tensões de entrada em relaçã a neutr da rede de alimentaçã. Sã representadas cm três tensões senidais equilibradas e defasadas de 120 entre si. Esta hipótese é feita para simplificaçã da análise, sabend-se que as diferenças e imperfeições apresentadas na prática sã de rdem relativamente pequena e nã retiram a eficácia da análise.

46 28 V 1 1 Z 1 Módul 1 I 1 V n V 2 2 Z 2 Módul 2 c V c I 2 V 3 3 Z 3 Módul 3 I 3 Fig Mdel da entrada da unidade retificadra. V Vn V1 120 V3 Fig Diagrama fasrial das tensões de fase de entrada. V2c V2 Vn Vcn V1 V1c V3 V3c Fig Diagrama fasrial d sistema em estrela, a três fis desequilibrad. Tem-se que se existe desequilíbri entre as impedâncias de entrada d sistema e nã há a cnexã cm neutr da rede, aparece n pnt cmum c uma diferença de ptencial em relaçã a neutr, esta diferença é usualmente chamada de tensã de deslcament d neutr (V cn ). A Fig. 2.5 mstra diagrama fasrial das tensões entre s terminais e pnt cmum, das tensões de fase de entrada e da tensã de deslcament d neutr em um sistema trifásic desequilibrad.