Falhas de Conversores CA/CC

UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO UERJ FACULDADE DE ENGENHARIA ÊNFASE EM SISTEMAS DE POTÊNCIA DISCIPLINA: TRANSMISSÃO DE CORRENTE CONTÍNUA Falhas de Conversores CA/CC Alunos: Daniel Dutra Fernandes Priscila Azevedo Prado Leite Raphael Ferreira do Nascimento Lourenço Professor: Pós-DSc.José Eduardo Telles Villas 2013-2 1

ÍNDICE Conversor Trifásico Simulação do Conversor: Retificador Falhas de Disparo Simples Falhas de Disparo Dupla Sucessiva Falhas de Disparo Dupla Não Sucessiva Falhas de Disparo Antecipado Simulação do Conversor: Inversor Falhas de Disparo Simples Falhas de Disparo Dupla Sucessiva Falhas de Disparo Dupla Não Sucessiva Falhas de Disparo Antecipado Referências

Conversor Trifásico (Ponte de Graetz): em qualquer instante t apenas 2 Tiristores Retificador de Onda Não Controlado: (a) Corrente Secundária (b) Formas de Onda de Tensão (c) Tensão Retificada conduzem corrente elétrica. Comutação - Intervalo de Transição da Condução de um Tiristor. 3

Conversor Trifásico: Retificador de Onda Não Controlado: (a)corrente Secundária (b)formas de Onda de Tensão (c)tensão Retificada Intervalo Tiristores 0 a 60 1e2 60 a 120 3e2 120 a 180 3e4 180 a 240 5e4 240 a 300 5e6 300 a 360 1e6 4

Conversor Trifásico: omutação depende do Ângulo de Disparo (α) dos Tiristores. Corrente e Tensão de Fase do Retificador or um intervalo de tempo t os Tiristores conduzem corrente elétrica Controlado para um Ângulo de Atraso (μ forçadamente (polarizados inversamente). = 15 ): (a)corrente de Linha; igura: Ângulo de Disparo (α) = 15. (b)tensão Fase-Neutro; (c)tensão Contínua; (d)tensão Aplicada Fase-Fase. 5

Conversor Trifásico: Corrente e Tensão de Fase do Retificador controlado para um Ângulo de Atraso (μ = 15 ): (a)corrente de Linha; (b)tensão Fase-Neutro; (c)tensão Contínua; (d)tensão Aplicada Fase-Fase Intervalo Tiristores 0+αT2 a 60 +αt3 1e2 60 +αt3 a 120 +αt4 3e2 120 +αt4 a 180 +αt5 3e4 180 +αt5 a 240 +αt6 5e4 240 +αt6 a 300 +αt1 5e6 300 +αt1 a 360 +αt2 1e6 6

Conversor Trifásico: Formas de Ondas anteriores: Idealizadas. a Indutância L provoca um Atraso adicional a Comutação visto não ser possível variar instantaneamente a Corrente em um Elemento Indutivo; Transformador Conversor apresenta uma Indutância Efeito da Comutação sobre o Número de Válvulas Conduzindo Íntrínseca que faz com que o Atraso seja inevitável; Atraso - denominado Ângulo de Comutação (μ). 7

Conversor Trifásico: Efeito da Comutação sobre o Número de Válvulas Conduzindo Intervalo Tiristores 0+αT2+μ6-2 a 60 +αt3+μ1-3 1,6-2 e 1-3,2 60 +αt3+μ1-3 a 120 +αt4+μ2-4 1-3,2 e 3,2-4 120 +αt4+μ2-4 a 180 +αt5+μ3-5 3,2-4 e 3-5,4 180 +αt5+μ3-5 a 240 +αt6+μ4-6 3-5,4 e 5,4-6 240 +αt6+μ4-6 a 300 +αt1+μ5-1 5,4-6 e 6,5-1 300 +αt1+μ5-1 a 360 +αt2+μ6-2 6,5-1 e 1,6-2 8

Simulação do Conversor

Operação da Ponte Conversora como Retificador Possíveis Falhas neste Tipo de Operação: -Disparo (Simples, Dupla Sucessiva, Dupla Não Sucessiva); -Disparo Antecipado; -uma Ponte Retificadora opera com Ângulos de Disparo (α) pequenos (5 a 30 ); -por esta razão um Disparo Antecipado se confundiria com uma Falha de Disparo (ou adiantaria um dos Disparos).

Operação da Ponte Conversora: Retificador Tipos de Falhas Simuladas: - Falhas de Disparo (Simples, Dupla Sucessiva e Não Sucessiva); - Disparo Antecipado.

Operação da Ponte Conversora: Retificador

Operação Normal: (α) = 30

Falha de Disparo Simples: Tiristor 3 os Tiristores 1 e 2 conduzem quando a Tensão no Tiristor 3 se torna mais Positiva do que a Tensão no Tiristor 1; este deveria começar a conduzir mas a ausência de Pulso para o Disparo faz com que esta falhe e o Tiristor 1 continue conduzindo; a partir do Disparo do Tiristor 4 (quando ocorre a Comutação de T2 com T4) é ocasionado um curto-circuito na Ponte Conversora (T1, T2 e T4 conduzindo) fazendo com que a Tensão CC se reduza a zero; esse curto-circuito permanecerá até o Instante da Extinção dotiristor 1; imediatamente após a este a Ponte passa a operar normalmente (desde que nada de anormal aconteça); uma Falha de Disparo Simples faz com que ocorra curto-circuito na Ponte durante aproximadamente 60 elétricos; uma Falha de Disparo Simples faz com que ocorra curto-circuito na Ponte durante aproximadamente 60 elétricos; a Tensão CC se inverte no período correspondente ao cruzamento das Tensões (Vac = 0) até o instante da aplicação do Pulso de Disparo no Tiristor 4.

Falha de Disparo Simples: Tiristor 3

Falhas de Disparos Dupla Sucessiva para Falha de Disparo nos Tiristores 3 e 4 a Tensão CC se inverte por um período maior que para o caso de uma Falha de Disparo Simples (60 + α); durante esse período a Ponte Retificadora irá operar como Inversor absorvendo Energia da LT CCAT; a partir do instante em que é dada a Ordem de Disparo do Tiristor 5 ocorre um curto na Ponte Conversora passando a ter os Tiristores 5 e 2 conduzindo; este curto permanecerá até a Comutação do Tiristor 2 com o Tiristor 6 com duração aproximada de 60 (1/6 do ciclo).

Falhas de Disparos Dupla Sucessiva:Tiristores 3 e 4

Falha de Disparos Dupla Sucessiva:Tiristores 3 e 4

Falha de Disparos Dupla Sucessiva:Tiristores 5 e 6

Falhas de Disparos Dupla Não Sucessiva -para Falha no Disparo dos Tiristores 3 e 5 o Período de Inversão da Tensão CC é igual ao de uma Falha de Disparo Simples ( = Ângulo de Disparo (α)); -com a ocorrência de um Curto-Circuito na Ponte (Tiristores 1 e 4 conduzindo) sua duração é prolongada pela Falha de Disparo do Tiristor 5; -o Curto só é eliminado após a Comutação dos Tiristores 4 e 6 em um Intervalo de Tempo de cerca de 120.

Falha de Disparos Dupla Não Sucessiva: Tiristores 3 e 5

Falha de Disparos Dupla Não Sucessiva: Tiristores 2 e 6

Falha de Disparo Antecipado ocorre quando a Ponte está operando com um Ângulo de Disparo (α) muito pequeno e por Falha do Sistema de Controle um dos Pulsos é enviado ao Gate antecipadamente e a Tensão Aplicada no Tiristor ainda não está Positiva.

Falha de Disparo Antecipado: Tiristor 1

Simulação Inversor

Operação como Inversor Falhas Simuladas: - Falhas de Disparo (Simples, Dupla Sucessiva, Dupla Não Sucessiva); - Falhas de Disparo Antecipado.

Operação da Ponte Conversora: Inversor

Operação Normal: (α) = 120

Falhas de Disparo - este Tipo de Falha ocorre no Inversor somente quando há ausência de Pulsos para o Disparo; - na Falha de Disparo no Tiristor 5 quando da Comutação do Tiristor 4 com 6 e ocorrendo um Curto-Circuito na Ponte (Tiristores 6 e 3 conduzindo) a sua duração será prolongada de aproximadamente 120 elétricos; - este Curto provoca o não Acionamento do Tiristor 1 face a Tensão ser Negativa (Vab<0).

Falhas de Disparos Dupla Não Sucessiva: Tiristores 3 e 5

Falhas de Disparos Dupla Não Sucessiva: Tiristores 4 e 6

Falha de Disparo Antecipado Disparo Antecipado: Tiristor 6 -a causa foi a perda de Controle de Pulso de Disparo no Gate fazendo com que o Disparo tivesse sido aplicado antecipadamente; - a Forma de Onda da Tensão CC é mais distorcida e portanto Harmônicos Não Característicos estão presentes nas Formas de Ondas.

REFERÊNCIAS [1] Power System Protection P.M. Anderson IEE Press - Power Engineering Series. [2] http://www.energy.siemens.com/us/en/power-transmission/hvdc [3] Kimbark, E. W, Direct Current Transmission, Vol. 1, Wiley-Interscience, New York, 1971. 50