REVERSIBILIDADE DOS CONVERSORES CC-CC DIRETOS

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1 RVRSIBIIDAD DOS CONVRSORS CCCC DIRTOS aboratório de letrônica de Potência Prof. Dr. Carlos Alberto Canesin UNSP P aboratório de letrônica de Potência Slide 1/3

2 Conversores CCCC Reversíveis em Tensão e Corrente Há importantes aplicações em engenharia onde se deseja controlar o fluxo de potência da fonte para a carga e viceversa. Podemos citar como exemplo a tração elétrica. Durante a frenagem a energia cinética acumulada nas massas em movimento é restituída à fonte. Na indústria destacase como aplicação que exige conversores reversíveis, o controle de posição através de máquinas elétricas. Reversibilidade dos conversores CCCC Slide /3

3 CONVRSOR CCCC RVRSÍV M CORRNT Seja a estrutura apresentada a seguir: D1 c Serão considerados 3 modos de funcionamento: 1o Modo: é mantido permanentemente aberto e fecha e abre ciclicamente; o Modo: é mantido permanentemente aberto e fecha e abre ciclicamente; 3o Modo: Os interruptores e fecham e abrem de forma complementar, de modo cíclico. Reversibilidade dos conversores CCCC Slide 3/3

4 CONVRSOR CCCC RVRSÍV M CORRNT 1o Modo: é mantido permanentemente aberto e fecha e abre ciclicamente i c i c (a) (b) tapas de funcionamento para o primeiro modo de operação Nesse caso o fluxo de energia se dá da fonte para a fonte c. De fato reencontramos o conversor CCCC abaixador (Buck). Reversibilidade dos conversores CCCC Slide 4/3

5 CONVRSOR CCCC RVRSÍV M CORRNT o Modo: é mantido permanentemente aberto e fecha e abre ciclicamente. V i D S c V S i c (a) (b) tapas de funcionamento para o primeiro modo de operação Neste caso as correntes, tanto na fonte como na fonte c são invertidas; conseqüentemente o fluxo de energia se dá da fonte c para a fonte. Quando é fechada, uma quantidade de energia proveniente da fonte c é acumulada em ; quando é aberta essa energia é transferida para a fonte pelo diodo. Nesse caso reencontramos o conversor CCCC elevador (Boost). Reversibilidade dos conversores CCCC Slide 5/3

6 CONVRSOR CCCC RVRSÍV M CORRNT 3o Modo: Os interruptores e fecham e abrem complementarmente, de modo cíclico. Com uma razão cíclica. i T t 1 t t 1 t 0 T t A t B t V S ( ) () Condução t Fechado Formas de onda para o 3o modo de operação Com a variação da razão cíclica, podese inverter o sentido do fluxo de potência suavemente e sem descontinuidade. Reversibilidade dos conversores CCCC Slide 6/3

7 CONVRSOR CCCC RVRSÍV M CORRNT c Onde: c = D i md t = T Plano (tensão x corrente) para o conversor reversível em corrente No intervalo (0, t A ), c e i md são positivas e o fluxo de potência se dá de para c ; No intervalo (t A, t B ), c é positivo e i md é negativo e o fluxo de potência se dá de c para. No plano (tensão x corrente), o conversor reversível em corrente opera no 1o e no o quadrantes. Reversibilidade dos conversores CCCC Slide 7/3

8 CONVRSOR CCCC RVRSÍV M TNSÃO c strutura do conversor reversível em tensão (a) Fluxo de potência de para c 1o Modo: é mantido permanentemente fechado e opera fechando e abrindo; o Modo: e são fechados e abertos simultaneamente de modo cíclico. (b) Fluxo de potência de c para 1o Modo: é mantido permanentemente aberto e opera fechando e abrindo; o Modo: e são fechados e abertos simultaneamente de modo cíclico. Reversibilidade dos conversores CCCC Slide 8/3

9 CONVRSOR CCCC RVRSÍV M TNSÃO c strutura do conversor reversível em tensão (a) Fluxo de potência de para c 1o Modo: é mantido fechado e opera fechando e abrindo i c i c (a) (b) tapas de funcionamento para o primeiro modo de operação Reversibilidade dos conversores CCCC Slide 9/3

10 CONVRSOR CCCC RVRSÍV M TNSÃO c strutura do conversor reversível em tensão (a) Fluxo de potência de para c o Modo: e são fechados e abertos simultaneamente de modo cíclico V c V c i c i c (a) (b) tapas de funcionamento para o segundo modo de operação Reversibilidade dos conversores CCCC Slide 10/3

11 CONVRSOR CCCC RVRSÍV M TNSÃO c strutura do conversor reversível em tensão (b) Fluxo de potência de c para 1o Modo: é mantido aberto e opera fechando e abrindo c i i c (a) (b) tapas de funcionamento para o primeiro modo de operação Reversibilidade dos conversores CCCC Slide 11/3

12 CONVRSOR CCCC RVRSÍV M TNSÃO c strutura do conversor reversível em tensão (b) Fluxo de potência de c para o Modo: e são fechados e abertos simultaneamente de modo cíclico V c V c i c i c (a) (b) tapas de funcionamento para o segundo modo de operação Reversibilidade dos conversores CCCC Slide 1/3

13 CONVRSOR CCCC RVRSÍV M TNSÃO o Modo Análise e são fechados e abertos simultaneamente de modo cíclico i (I ) (I 1 ) I tf T ta t i i i i Onde: i i t V cmd tf. ta. tf = = T T ( T tf ) V c () V cmd tf T tf = T tf T = T () t ogo: V cmd = D 1 T Formas de onda para o conversor reversível em tensão º Modo Reversibilidade dos conversores CCCC Slide 13/3

14 CONVRSOR CCCC RVRSÍV M TNSÃO Vcmd (1) o Modo Análise V cmd = D 1 0 0,5 1,0 D (1) Característica de transferência estática para o conversor reversível em tensão c i md Plano (tensão x corrente) para o conversor reversível em tensão Reversibilidade dos conversores CCCC Slide 14/3

15 CONVRSOR CCCC RVRSÍV M TNSÃO o Modo Análise Ondulação da corrente de carga I c = I c. tf I = I I = 1 Sendo: I ( 1) c = V = D ogo: cmd = tf D 1 tf = tf ( ) ( 1 D ) 1. I Observase que I max ocorre para D=0,5. Assim: I = max f tf = T D ( 1 D ) Reversibilidade dos conversores CCCC Slide 15/3

16 CONVRSOR CCCC RVRSÍV M TNSÃO o Modo Análise Ondulação relativa da corrente de carga I md C R I md c Configuração de carga para o conversor reversível em tensão Onde: I md V cmd = = R ( D 1) R ogo: I I md ( ) ( ) T D D R T D D = D = τ D 1 ( ) ( ), sendo: τ = R Assim: τ I T I md = D( 1 D) ( D 1) Reversibilidade dos conversores CCCC Slide 16/3

17 CONVRSOR CCCC RVRSÍV M TNSÃO o Modo Análise Ondulação da corrente de carga τ I T Imd 10 τ I T I md = D( 1 D) ( D 1) D Ondulação relativa da corrente de carga Reversibilidade dos conversores CCCC Slide 17/3

18 CONVRSOR CCCC RVRSÍV M TNSÃO CORRNT V c c S 3 D 3 i S 4 D 4 strutura do conversor CCCC reversível em tensão e corrente c c i (II) (III) (I) (IV) c i i md xemplo Aplicação: Controle de posição de servomotores CC c c i i Operação em quatro quadrantes no plano (c x i md ) Reversibilidade dos conversores CCCC Slide 18/3

19 CONVRSOR CCCC RVRSÍV M TNSÃO CORRNT V c () t () tf ta i T 0 I IV III I IV I IV III II III II III II I IV II t Condução S 4 D 3 S 4 D 3 S 3 D 4 S 3 D 4 S 3 D 4 S 4 D 3 Comando S 4 S 3 S 4 S 3 S 3 Principais formas de onda, MCC: Tensão e corrente na carga S 4 Reversibilidade dos conversores CCCC Slide 19/3 S 3 S 4 S 3 S 4 S 4 S 3

20 CONVRSOR CCCC RVRSÍV M TNSÃO i CORRNT Corrente na carga i s i 1 i M i i D t V c Tensão na carga () (c) t ( ) tf tc t 0 i I M I M Corrente na fonte t I M I M Principais formas de onda, considerando o MCD Reversibilidade dos conversores CCCC Slide 0/3

21 CONVRSOR CCCC RVRSÍV M TNSÃO CORRNT I md CARACTRÍSTICA D CARGA c MCC a= =. D 1 MCD I Mtf = T I Mtc T, e, ( c) ( c) tc I M = tf = ( c) T tf ( c) ( ) Portanto: I md = 1 T c Definindose: γ = corrente média de carga normalizada ( c) ( c) ( ) D c I md = γ = 1 T ogo: MCCr a= D 1 a D D = γ γ D= a1, e, a D D = ( c) ( c) tf I md = tf. T T c c 1 γ = 1 1 = D c 1 1 Reversibilidade dos conversores CCCC Slide 1/3 γ γ γ = ( 1 a)( 1 a) ( 1 a ) ( a) ( c) Corrente média normalizada crítica, para dado ganho (a)

22 CONVRSOR CCCC RVRSÍV M TNSÃO CORRNT 1 D=1,0 a= c D=0,875 a D D = γ γ Condução Descontínua Condução Contínua D=0,6 D=0,5 D=0,4 a=. D 1 γ = ( 1 a)( 1 a) Condução Crítica D=0,15 D=0, Características de carga para o conversor CCCC de quatro quadrantes γ Reversibilidade dos conversores CCCC Slide /3

23 CONVRSOR CCCC RVRSÍV M TNSÃO CORRNT CÁCUO DA INDUTÂNCIA CRÍTICA Na Característica de Carga, temos: D = 0,5 e γ cr = 0,5 Com: I md = γ T ogo: cr I T md γ = cr = 0,5 Portanto: cr = 4 f I md Reversibilidade dos conversores CCCC Slide 3/3