Pntifícia Universidade Católica d S Faculdade de Engenharia LABOATÓO DE ELETÔNCA DE POTÊNCA EXPEÊNCA 4: ETFCADO TFÁSCO COM PONTO MÉDO ( PULSOS) OBJETO erificar qualitativa e quantitativamente cmprtament d retificadr trifásic cm pnt médi. ESTUDO TEÓCO Estrutura d experiment A estrutura d experiment é cmpsta de um transfrmadr trifásic cm seu primári cnectad em delta e seu secundári cnectad em estrela, dids e a carga, cm se pde bservar na figura 1. Figura 4.1 - Esquemátic da experiência. A carga utilizada pde ser resistiva, capacitiva, indutiva u mista. Em aplicações industriais de ptência, nrmalmente a carga é d tip L (Mtr CC). Tericamente retificadr trifásic de meia nda pde ser empregad em qualquer aplicaçã industrial cuja carga deva ser alimentada pr tensã cntinua. Ele é cmumente utilizad em aplicações de média ptência. O cnteúd harmônic da tensã retificada é menr que cnteúd harmônic ds retificadres mnfásics. Pr ist é empregad para ptências maires. esum da Teria a) Cmprtament cm Carga esistiva A estrutura d retificadr trifásic cm pnt médi está representada na figura 4..
Experiência 4 - etificadr trifásic cm pnt médi ( pulss) Figura 4. etificadr trifásic cm pnt médi. A estrutura apresentada na figura 4. pde ser cnsiderada uma assciaçã de três retificadres mnfásics de meia nda. Cada did é assciad a uma das fases da rede. Nesse tip de retificadr é indispensável empreg d neutr d sistema de alimentaçã. As frmas de nda representativas d cmprtament da estrutura alimentand uma carga resistiva estã representadas na figura 4.. Cada did d retificadr cnduz durante um interval de temp que crrespnde a 10 graus elétrics da tensã da rede. Figura 4. Frmas de nda para a estrutura da figura 4.. O valr da tensã média da carga é calculad pela expressã (4.1). 5π ( ωt) d( ωt) π sen π (4.1) π π (4.) π 5 Assim: [ cs( ωt) ] (4.) π Ou: 1, 17 (4.4) Labratóri de Eletrônica de Ptência /11
Experiência 4 - etificadr trifásic cm pnt médi ( pulss) A crrente média na carga é representada pela expressã (4.5). 1, 17 (4.5) A crrente média ns dids é dada pela expressã (4.). Dmed (4.) Assim: Dmed 1,17 (4.7) A crrente de pic é dada pela expressã (4.8). Dp (4.8) A crrente instantânea em cada did está representada na figura 4.4. A partir dela será btida a crrente eficaz ns dids. O valr eficaz da crrente será: 5 1 π Def sen( ωt) d( ωt) (4.9) π π Assim: 0, 59 (4.10) Def Figura 4.4 Crrente de um did para carga resistiva. Labratóri de Eletrônica de Ptência /11
Experiência 4 - etificadr trifásic cm pnt médi ( pulss) b) Cmprtament cm Carga ndutiva N estud d cmprtament da crrente de carga na presença de indutância, será adtad mesm prcediment d estud relativ às estruturas precedentes. A freqüência da cmpnente fundamental da tensã de carga é igual a três vezes a freqüência da tensã de alimentaçã. N desenvlviment da tensã de alimentaçã em Série de Furier, serã ignradas as demais harmônicas, pr serem de freqüências elevadas, de pequena amplitude e cnsequentemente pr prduzirem crrentes de valres desprezíveis em face d valr assumid pela crrente média da carga. Assim, a tensã da carga será expressa pela relaçã (4.11). L 1,17 ) (4.11) 8 ( ωt) 1,17 + sen( ωt Ou: ( ωt) 1,17 + 0, sen( ωt ) L (4.1) A crrente de carga desse md será expressa pela relaçã (4.1). 1,17 0, il ( ωt) + sen( ωt φ ) (4.1) + 9 ω L Onde: φ arctg ωl (4.14) O valr eficaz da crrente de carga é calculad pela expressã (4.15). Lef ( ) + (4.15) ef Onde: 1, 17 (4.1) e ef 0, + 9 ω L (4.17) Para cálcul d valr eficaz da crrente em cada did, será ignrada a cmpnente alternada da crrente de carga. Desse md, a crrente em cada did tem a frma apresentada na figura 4.5. Figura 4.5 Crrente em um ds dids. Labratóri de Eletrônica de Ptência 4/11
Experiência 4 - etificadr trifásic cm pnt médi ( pulss) O valr eficaz da crrente em cada did será: 1 π ( ) d ( ) π ω Def t (4.18) 0 Assim: Def (4.19) O valr médi da crrente em cada did é calculad pela expressã (4.0). Dmed (4.0) O fatr de ndulaçã da crrente de carga é definid pela expressã (4.1). CAef K i (4.1) Assim: K i 0, + 9 ω L 1,17 (4.) Prtant, K i 0, 1,17 + 9 ω L (4.) Ns cass em que 9ω L >>, btém-se: K i 0, 0, 0 (4.4) 1,17 ω L ω L c) Tensã de Pic nversa ds Dids Para cálcul da tensã de pic inversa ds dids, será cnsiderada a etapa de funcinament na qual D cnduz a crrente de carga. Será calculada a tensã ns terminais d did D 1. Tal etapa está representada na figura 4.. Labratóri de Eletrônica de Ptência 5/11
Experiência 4 - etificadr trifásic cm pnt médi ( pulss) Figura 4. Segunda etapa de funcinament da estrutura. De acrd cm a figura 4., a tensã ns terminais d did D1 é dada pelas expressões (4.5) e (4.). + (4.5) D 1 1 D 1 1 (4.) 4.7. A cmpsiçã fasrial das tensões 1 e para a btençã de D1 está mstrada na figura Figura 4.7 Diagrama fasrial para cálcul da tensã D1. Seja valr eficaz das tensões de alimentaçã. Seja 1 valr de pic da tensã de alimentaçã. Assim, cm resultad da figura 4.7 btém-se seguinte valr de pic para a tensã d did D 1. D1 p u D p 1, 45 (4.7) d) Estud d Cmprtament d Transfrmadr Para estud d cmprtament d transfrmadr que alimenta retificadr trifásic de pnt médi, serã admitidas as simplificações já empregadas nas demais estruturas, u seja: - transfrmadr será cnsiderad ideal e cm relaçã de transfrmaçã igual a um; - a crrente de carga será cnsiderada isenta de harmônicas. Labratóri de Eletrônica de Ptência /11
Experiência 4 - etificadr trifásic cm pnt médi ( pulss) As crrentes ds enrlaments secundáris estã representadas na figura 4.8. Em cada enrlament a crrente é cmpsta de pulss de crrente cm duraçã de 10º, send, prtant unidirecinal. A crrente de cada enrlament pde ser entã decmpsta numa cmpnente alternada cm valr médi nul e numa cmpnente cnstante. Figura 4.8 Crrentes ns enrlaments secundáris d transfrmadr. Cm as cmpnentes cntínuas das crrentes secundárias nã sã refletidas n primári, circuit para as cmpnentes cntínuas, cnsequentemente, necessita para a sua representaçã, smente ds enrlaments secundáris, cm está representad na figura 4.9. Figura 4.9 Cmpnentes cntínuas das crrentes secundárias. As cmpnentes cntínuas das crrentes secundárias prduzem s fluxs φ 1, φ e φ representads pela figura 4.9. Cm eles sã iguais em valr e direçã, transfrmadr nã se trna saturad. Cnvém bservar que esta cnclusã nã seria válida se n lugar de um transfrmadr trifásic de três clunas fsse empregad um trifásic de quatr clunas u três mnfásics. Nestes dis últims cass, haveria saturaçã d núcle, a exempl d retificadr mnfásic de meia nda. Labratóri de Eletrônica de Ptência 7/11
Experiência 4 - etificadr trifásic cm pnt médi ( pulss) Na figura 4.10 está representada a estrutura cmpleta d retificadr alimentad pr um transfrmadr, cuj enrlament primári está ligad em Δ. Figura 4.10 etificadr assciad a um transfrmadr Δ-Υ. As crrentes ds enrlaments primáris d transfrmadr estã representadas na figura 4.11. Há uma defasagem de trinta graus entre a cmpnente fundamental da crrente de linha i A (ωt) e a tensã d enrlament primári v p1 (ωt). De acrd cm a expressã (4.19) a crrente eficaz num enrlament secundári, que é igual a crrente eficaz num did, é dada pela expressã (4.8). sef (4.8) Figura 4.11 Crrentes para a estrutura na figura 4.10. Assim a ptência aparente secundária pr fase será: S (4.9) f sef Labratóri de Eletrônica de Ptência 8/11
Experiência 4 - etificadr trifásic cm pnt médi ( pulss) Mas Assim: (4.0) 1,17 (4.1) 1,17 S f 0, 49 A ptência aparente secundária ttal será: S f S f (4.) Ou: S 1, 48 (4.) f Cm: P (4.4) L Obtém-se: S 1, 48P (4.5) L Para cálcul d flux de ptência aparente n primári d transfrmadr, deve-se d mesm md determinar valr eficaz da crrente primária pr fase. A frma de crrente primária pr fase está representada na figura 4.1. Figura 4.1 Crrente de fase de um enrlament primári d transfrmadr. O valr eficaz da crrente num enrlament primári será dad pr: π π 1 ( ) + ( ) 1ef d ωt d ωt (4.) π 0 π ealizand-se a integraçã, btém-se: 1ef (4.7) Assim, a ptência primária pr fase será: Labratóri de Eletrônica de Ptência 9/11
Experiência 4 - etificadr trifásic cm pnt médi ( pulss) S 1 f 1 ef (4.8) 1,17 Ou: S1 0, 40 (4.9) f Ou: S 1, 1P (4.40) 1 L O flux de ptência aparente secundária é mair que flux de ptência aparente n primári prque n secundári circulam, além das cmpnentes alternadas, cmpnentes cntínuas de crrente. O fatr de ptência que a mntagem apresenta à rede é definid pela expressã: PL FP (4.41) S 1 Assim: FP 0, 8 (4.4) POCEDMENTO EXPEMENTAL a) Alimentaçã de uma carga resistiva O circuit a ser mntad está representad na figura a seguir. Figura Esquemas d circuit experimental resistiv. nstruments a serem empregads - Multímetr digital cm escala para 00 para medir a tensã de fase secundária; - Oscilscópi e duas pnteiras cm atenuaçã de 10 vezes. Material a ser utilizad - Kit transfrmadres; - Kit dids; - Banc de Cargas teir da Experiência Mntar circuit apresentad na figura anterir; 1) Calcular s valres esperads das crrentes e tensões e verificar se as escalas ds instruments estã crretas; Labratóri de Eletrônica de Ptência 10/11
Experiência 4 - etificadr trifásic cm pnt médi ( pulss) Fazer uma revisã na mntagem antes de ligar; ATENÇÃO: As bancadas estã desligadas. Slicitar ligaçã para prfessr u mnitr. ) erificar se as tensões e as crrentes indicads ns instruments estã de acrd cm s valres esperads; ) erificar cm scilscópi as seguintes frmas de nda: - Tensã n secundári d transfrmadr; - Tensã e crrente na carga; - Tensã ns terminais de um did; - Crrente em um did. 4) Através das leituras ds instruments, verificar a validade das expressões teóricas 4.1 e 4.. b) Alimentaçã de uma carga L Assciar, n banc de cargas, s indutres em série cm as resistências. O circuit a ser mntad está representad na figura a seguir. Figura 4 Esquemas d circuit experimental resistiv e indutiv. Prceder da mesma frma cm descrit para item a. Labratóri de Eletrônica de Ptência 11/11