FALHAS NOS CONVERSORES (RETIFICADORES E INVERSORES)

Faculdade de Engenharia Departamento de Engenharia Elétrica Transmissão de Corrente Contínua Prof. Pós- DSc. José Eduardo Telles Villas Turma 01 Período: 2016.2 Alunos : Cristina Souza Gutemberg Carneiro Hernan Pontigo João Pedro Tavares Mariana Moraes Nathália Valadão Paulo César dos Santos Rodrigo Antunes Rodrigo Zampillis 1

OBJETIVO Este trabalho tem como objetivo, descrever e analisar as principais falhas, os quais estão sujeitos os conversores em, um sistema de transmissão em corrente contínua.

Introdução Os circuitos retificadores podem ser considerados como conversores de Corrente Alternada -Corrente Contínua (CA-CC). Podem ser divididos em dois tipos: Controlados: Quando se utilizam tiristores controlados através de um circuito externo (circuito de comando), onde é possível definir os instantes em que o tiristor entra em condução. Não controlados : Quando se utilizam exclusivamente díodos, e os instantes de comutação dependem, exclusivamente, da tensão de entrada e dos componentes do circuito.

Retificadores Não Controlados Trifásicos Nos retificadores não controlados utilizam-se diodos. O díodo entra em condução quando é polarizado diretamente. São divididos em dois tipos principais : Retificador trifásico de onda completa; Retificador trifásico meia ponte.

Ponte completa Para aplicações de maior potência, utilizam-se, preferencialmente, os retificadores de onda completa.

RETIFICADOR NÃO CONTROLADO DE ONDA COMPLETA TRIFÁSICO FORMA DE ONDA

Meia ponte Os retificadores de meia-onda são usados em aplicações de baixa potência e são normalmente, usados com transformadores redutores da tensão da rede.

RETIFICADOR NÃO CONTROLADO DE MEIA PONTE TRIFÁSICO FORMA DE ONDA

Retificador Controlado de Onda Completa Trifásico Quando é necessário regular a componente contínua (o valor médio estacionário) da tensão de saída utilizam-se os retificadores controlados. Industrialmente, para aplicações que requerem potências muito elevadas, os retificadores são alimentados, diretamente, a partir da rede trifásica. São divididos em dois tipos principais : Retificador trifásico de onda completa constituído por uma meia-ponte controlada. Retificador trifásico de onda completa em ponte totalmente controlada.

Ponte Totalmente Controlada TIRISTORES ONDA COMPLETA TRIFÁSICO ÂNGULO DE DISPARO 30

FORMA DE ONDA _ÂNGULO DE DISPARO 30

FORMA DE ONDA DE VCC- ÂNGULO DE DISPARO DE 30

Meia Ponte Controlada

FORMA DE ONDA _ ÂNGULO DE DISPARO 30

FORMA DE ONDA DE VCC - ÂNGULO DE 30

CONVERSORES CA-CC RETIFICADORES METODOLOGIA GERAL DE FUNCIONAMENTO CONVERSOR TRIFÁSICO OPERACIONALIDADE CIRCUITO DE GATE E CORRENTE DE GATE

CONVERSORES CA-CC RETIFICADORES Metodologia Geral de Funcionamento Característica da corrente e tensão do tiristor

CONVERSORES CA-CC RETIFICADORES Metodologia Geral de Funcionamento (Modelo com dois Tiristores) transistores) Modelo dois transistores do tiristor. (a) Estrutura do tiristor; (b) Estrutura dos dois transistores pnp e npn; (c) Associação correspondente dos transistores pnp e npn.

CONVERSORES CA-CC RETIFICADORES Metodologia Geral de Funcionamento Característica da corrente e tensão do tiristor

CONVERSORES CA-CC RETIFICADORES Conversor trifásico Circuito idealizado com Ls=0 e id(t)=id

CONVERSORES CA-CC RETIFICADORES Operacionalidade Tiristor de Controle de Fase (SCR) ; Tiristor de Chaveamento Rápido ; Tiristor de Desligamento pelo Gatilho (GTO) ; Tiristor de Triodos Bidirecionais (TRIAC) ; Tiristor de Indução Estática ; SCRs ativados por Luz (LASCR) ; Tiristores controlados por FETs (FET-CTH) ; Tiristores controlados por MOS (MCT).

CONVERSORES CA-CC RETIFICADORES Tiristor de Controle de Fase (SCR)

CONVERSORES CA-CC RETIFICADORES Circuito de Gate e Corrente de Gate

CONVERSORES CA-CC RETIFICADORES Simbologia

PRINCÍPIO DE OPERAÇÃO CONDUÇÃO DOS TIRISTORES

RETIFICADOR TRIFÁSICO ONDA COMPLETA CONTROLADO DIAGRAMAS DE FUNCIONAMENTO (A) RETIFICADOR TRIFÁSICO DE ONDA COMPLETA EM PONTE TOTALMENTE CONTROLADO

RETIFICADOR TRIFÁSICO ONDA COMPLETA CONTROLADO DIAGRAMAS DE FUNCIONAMENTO Formas de onda da corrente no gate dos Tiristores 1, 2 e 3 ; Formas de Onda da Tensão nas fases a,b e c; Hipóteses : Ângulo de Disparo (α) pequeno e grande; Formas de onda da tensão Fase-Fase (Ou tensão de linha).

DIAGRAMAS TEMPORAIS- ÂNGULO DE DISPARO ΑLFA

RETIFICADOR TRIFÁSICO ONDA COMPLETA CONTROLADO EXEMPLO DE APLICAÇÃO

RETIFICADOR TRIFÁSICO ONDA COMPLETA CONTROLADO EXEMPLO DE APLICAÇÃO CIRCUITO EQUIVALENTE DE ANÁLISE

RETIFICADOR TRIFÁSICO ONDA COMPLETA CONTROLADO EXEMPLO DE APLICAÇÃO

ASSOCIAÇÃO DE RETIFICADORES SÉRIE Tensão CC de saída elevada

ASSOCIAÇÃO DE RETIFICADORES PARALELO Quando a carga exige uma corrente que não poderia ser fornecida por um único retificador.

FALHAS NOS CONVERSORES SIMULAÇÃO

FALHAS NOS CONVERSORES SIMULAÇÃO 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 OPERAÇÃO NORMAL: (ΑLFA) = 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 do Tiristor 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 o caso de uma Falha de Disparo Simples (60 + α); um período maior que para Durante esse período a Ponte Retificadora irá operar como Inversor absorvendo CCAT; Energia da LT 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 FALHA DE DISPAROS DUPLA SUCESSIVA:TIRISTORES 5 E 6

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 3 E 5

FALHA DE DISPAROS DUPLA NÃO SUCESSIVA:TIRISTORES 3 E 5

FALHA DE DISPAROS DUPLA NÃO SUCESSIVA:TIRISTORES 2 E 6 FALHA DE DISPAROS DUPLA NÃO SUCESSIVA:TIRISTORES 2 E 6

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

FALHAS NOS INVERSORES SIMULAÇÃO

OPERAÇÃO COMO INVERSOR Falhas Simuladas: - Falhas de Disparo (Simples, Dupla Sucessiva,Dupla Não Sucessiva); - Falhas de DisparoAntecipado.

OPERAÇÃO DA PONTE CONVERSORA: INVERSOR

OPERAÇÃO NORMAL: (ΑLFA) = 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.

EXEMPLO DE APLICAÇÃO DE CONVERSORES Um caso típico de aplicação da associação em série de retificadores é na Transmissão de Energia em Corrente Contínua, em alta tensão (HVDC), como é o caso da linha CC que conecta Itaipu a São Roque (SP) trazendo a energia comprada do Paraguai (50Hz). Transmitindo uma potência de 6000MW, via dois cabos, que estão alimentados em +/- 600 kv. Neste caso, têm-se retificadores controlados, permitindo um controle do sistema, incluindo a absorção/fornecimento de reativos.

ESQUEMA DE SISTEMA DE TRANSMISSÃO HVDC Linha CC que conecta Itaipu a São Roque

CONCLUSÃO É necessário o estudo das falhas nos conversores para que possamos saber como identificar e atuar corretamente antes da ocorrência de uma falha que afete, de alguma forma, o sistema de transmissão.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Power- Electronics- Ned Mohan; Apostila de Transmissão de Corrente Contínua-Guia de Aula; Eletrônica de Potência-J. A. Pomilio.