ELETRÔNICA DE POTÊNCIA. Aula 06 - Gradadores

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1 MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO SECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA ELETRÔNICA DE POTÊNCIA Aula 06 - Gradadores Prof. Luis M. Nodari Luis.nodari@ifsc.edu.br 1

2 Gradadores Possibilitar a variação do valor eficaz da tensão alternada que alimenta determinada carga Não alteram a freqüência da tensão alternada da fonte Não utilizam elementos reativos Introduzem harmônicas na tensão de saída e na corrente de entrada

3 Aplicações Controle da intensidade luminosa (dimmer para iluminação incandescente) Controle da temperatura em chuveiros com acionamento eletrônico Controle da temperatura em fornos Limitação da corrente de partida de motores de indução (soft-starters) Compensadores estáticos de reativos (SVR) 3

4 Principais topologias Trifásico a 3 fios Monofásico 1r 1 G G1 G G1 G1 1s r Trifásico a 3 fios ou a 4 fios 1t G G1 s 1r G G1 G1 t 1s r 1t G G1 s G t 4

5 Gradador monofásico Carga R Topologia Formas de onda G il vo G1 R vl 5

6 Tensão na carga G il vo Médio VLmed G1 Vo sen t d t 1 Vo sen t d t VLmed 0 R vl Eficaz VLef 1 Vo sen t d t VLef Vo sen 1 6

7 Corrente na carga G il vo Médio I Lmed Vo sen t d t R 1 Vo sen t d t R I Lmed 0 G1 R vl Eficaz I Lef 1 Vo sen t d t R I Lef Vo sen 1 R 7

8 Corrente no tiristor G il vo Médio ITmed Vo 1 sen t d t R ITmed Vo cos 1 R G1 R vl Eficaz ITef ITef 1 Vo sen t d t R I Lef 8

9 Corrente média e eficaz em cada tiristor (parametrizada) 9

10 Componentes harmônicas i t an cos n t bn sen n t n 1 1) Amplitude da fundamental: I1 a1 b1 a1 Vo cos 1 R b1 Vo sen R ) Fase da fundamental: a1 1 arctan b1 10

11 1) Amplitude das demais harmônicas (ordem n) I n an bn Vo cos n 1 cos n 1 cos n 1 cos n 1 an R n 1 n 1 Vo bn R sen n 1 sen n 1 n 1 n 1 ) Fase das harmônicas: bn n arctan an 11

12 Gradador monofásico Carga RL Topologia Formas de onda G il R vo vl G1 L cos R R L 1

13 Ângulo de extinsão 13

14 Tensão na carga Corrente na carga G il I Lm 0 R vo vl G1 L Médio VLmed Vo sen t d t 1 Vo sen t d t VLmed 0 I Lef ITef Eficaz VLef 1 Vo sen t d t VLef Vo sen sen 14

15 Corrente no tiristor G il R vo vl G1 L Médio ITmed ITmed Vo 1 sen t d t R cos cos I m sen arctan t e 1 arctan 15

16 Corrente no tiristor Eficaz ITef 1 cotg t I m sen t sen e d t sen sen sen cos 4 cotg 1 ITef ecotg cotg sen cos cotg sen cos Im sen sen cotg e cotg cos sen cotg 1 sen 1 e cotg cotg cos sen cotg 16

17 17

18 Componentes harmônicas i t an cos n t bn sen n t n 1 I n an bn Tensão de referência v t V sen t a1 1 arctan b1 Fator de deslocamento DF cos 1 18

19 Componentes harmônicas (fundamental) a1 b1 Im cos cos cos sen sen sen 4sen cotg e cotg cos sen cotg cos sen cotg 1 Im sen cos cos cos sen sen 4sen cotg e cotg sen cos cotg sen cos cotg 1 19

20 Componentes harmônicas (acima da fundamental) cos I m cos cos 1 n cos 1 n 1 n cos 1 n cos 1 n 1 n sen sen sen 1 n sen 1 n sen 1 n sen 1 n 1 n 1 n sen cotg e cotg cos n n sen n cotg cos n n sen n cotg n an cos I m cos sen 1 n sen 1 n sen 1 n sen 1 n 1 n 1 n sen sen cos n 1 cos n 1 cos 1 n cos 1 n n 1 n 1 sen cotg e cotg sen n n cos n cotg sen n n cos n cotg n bn 0

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22 Controle por ciclos inteiros Variação da potência através da alteração do número de ciclos (ou semi-ciclos) de condução Condução em um ciclo inteiro não produz componentes de alta ordem não há o problema de ruído na instalação Ciclos sem condução geração de subharmônicas (harmônicas de ordem mais baixa) problemas de cintilação (flicker)

23 Atuação em ciclos inteiros t t T1 T I Lef Vo R T1 T P T1 Po T 3

24 Atuação em semi-ciclos redução do flicker vi t il T1 t T I Lef Vo R T1 T P T1 Po T 4

25 Variação da potência média TRIAC equivalente a dois SCR em anti-paralelo Circuito de disparo mais simples DIAC Aplicação Fornos, lâmpadas, sistemas de aquecimento (chuveiros) 5

26 Curva característica do funcionamento do DIAC 6

27 Aplicação de gradador trifásico Partida suave de motores de indução Para a partida do motor, o torque elétrico (T e) deve ser maior que o torque mecânico (Tm) da carga provoca a aceleração do rotor O motor acelera até o momento em que Te e Tm se igualam Quando é usada a partida direta da rede, o torque elétrico gerado pelo motor é muito maior que o torque mecânico da carga, o que gera uma rápida aceleração Logo uma grande quantidade de energia é absorvida da rede elevadas correntes transitórias >7x o valor 7 nominal

28 Modelo equivalente do motor torque e corrente em função de r R P Vs Te 3 r sl e Rr sl Llr Is Ir e r s e Vs Rr / S e Llr 8

29 Gradadores para partida suave de motores de indução variação de Vs 9

30 Circuitos típicos de soft-starters 1) Trifásico com 3 braços ) Trifásico com braços Bypass i1 Bypass Z1 Z1 i Z i3 Z3 v1 v1 i Z v i3 v3 i1 Z3 v v3 30

31 Implementação de reatores variáveis X eq X Leq X C L Leq, sen 31

32 Compensação de fator de potência Xeq capacitivo para compensar a componente indutiva da carga L1 X eq X 1 Correção rápida do fator de potência de cargas indutivas variáveis 3

33 Compensação estática de tensão alternada senoidal A tensão V pode ser estabilizada para variações de 30% V1 da tensão V1 nominal V X Lo X Lo 1 X R C Aplicação em linhas de transmissão FACTS 33

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