INSTITUTO FEDERAL DE SANTA CATARINA Departamento Acadêmico de Eletrônica Pós-Graduação em Desenvolvimento de Produtos Eletrônicos Conversores Estáticos e Fontes Chaveadas Conversores CA-CC Retificadores Prof. Clóvis Antônio Petry, Dr. Eng. Prof. Mauro Tavares Peraça, Dr. Eng. Florianópolis, março de 2009.
Bibliografia para esta aula
Conteúdo desta aula Conversores CA-CC: 1. Características gerais e aplicações; 2. Retificadores Monofásicos; 3. Retificadores Trifásicos; 4. Retificadores Controlados; 5. Retificadores de múltiplos pulsos.
Conversores CA-CC E 1 Retificador v,f 1 1 Conversor CC-CC Conversor indireto de tensão Conversor indireto de freqüência E v,f 2 Inversor 2 2
Conversores CA-CC Princípio geral convertem a tensão alternada da rede de energia elétrica em uma tensão contínua v f V out 0 t 0 t v f V out
Conversores CA-CC Podem ser: monofásicos, trifásicos ou n-fásicos; Unidirecionais ou bidirecionais; Controlados ou não-controlados; Com ou sem correção de fator de potência; Podem ser isolados ou não-isolados; Um pulso ou múltiplos pulsos.
Número de fases Conversores CA-CC Monofásico Trifásico
Conversores CA-CC Direcionalidade Unidirecional vds T 1 S 1 Re tificador S 3 S 5 L o S 7 C o i o Bidirecional v i S 2 S 4 v r S 6 a S 8 b i Lo v o Inversor
Conversores CA-CC Controle Não-controlado Controlado
Conversores CA-CC Fator de potência Sem correção Com correção
Conversores CA-CC Isolamento Isolado Não-isolado
Número de pulsos Conversores CA-CC 2 pulsos 12 pulsos
Conversores CA-CC Aplicações dos retificadores Processos eletroquímicos, tais como: anodização, produção de gases, refinamento de metais, eletrodeposição, etc.; Soldagem elétrica; Acionamentos a velocidade ajustável; Sistemas HVDC; Fontes de uso geral e ininterruptas; Interfaceamento de sistemas de energia alternativa com a rede de energia elétrica; Reatores eletrônicos e todos os outros circuitos que utilizam processamento indireto de energia. v ri Retificador Inversor L o C o v dp d, v r vri vr vdp
Conversores CA-CC Aplicações dos retificadores Acionamento de motores CA
Conversores CA-CC Aplicações dos retificadores Fontes chaveadas
Carga resistiva pura: Retificador monofásico de meia onda
Retificador monofásico de meia onda Carga resistiva pura: Tensão média na carga: v t V sen t 2 o 1 VLmed 2 Vo sen t d t 2 0 V Lmed 2 Vo 0,45 V o
Retificador monofásico de meia onda Carga resistiva pura: Esforços no diodo: V Dp 2 V o Tensão de pico reversa; Corrente de pico; Corrente média; Corrente eficaz. I Dp 2 V o R 1 2 V o ILef sen t d t 2 R 0 2 I Dmed 2 Vo R I Def Vo ILef 2 R Vo 0,707 R
Retificador monofásico de meia onda Carga resistiva pura: Fator de potência: FP P S Fator de potência Potência ativa Potência aparente S V I ef ef P R I ef 2 P V I cos ef ef Demonstrar que: Fator de deslocamento FP 1 2 0,707
Carga RL: Retificador monofásico de meia onda
Retificador monofásico de meia onda Carga RL: Tensão média na carga: 1 VLmed 2 Vo sen t d t 2 0 V Lmed 2 V 2 o 1cos
Retificador monofásico de meia onda Carga RL: Corrente na carga dil t 2 Vo sent L R ilt dt
Retificador monofásico de meia onda Carga RL com diodo de roda-livre: Etapas de funcionamento
Retificador monofásico de meia onda Carga RL com diodo de roda-livre: Condução descontínua 1 VLmed 2 Vo sen t d t 2 V Tensão média na carga: Lmed 0 2 Vo 0,45 V o
Retificador monofásico de meia onda Carga RL com diodo de roda-livre: Condução contínua 1 VLmed 2 Vo sen t d t 2 V Tensão média na carga: Lmed 0 2 Vo 0,45 V o
Retificador 1ϕ de onda completa com ponto médio Carga resistiva pura: Primeira etapa de funcionamento Segunda etapa de funcionamento
Carga resistiva pura: Retificador 1ϕ de onda completa com ponto médio
Retificador 1ϕ de onda completa com ponto médio Carga resistiva pura: Tensão média na carga: 1 VLmed 2 V2 sen t d t 0 V Lmed 2 2V 2 0,9 V 2
Retificador 1ϕ de onda completa com ponto médio Carga resistiva pura: Esforços nos diodos (em cada um): VDp 2 2V 2 Tensão de pico reversa; Corrente de pico; Corrente média; Corrente eficaz. I Dp 2 V R 2 I Dmed 2 2V R 2 I Def V 2 2 2 R V 0,707 R
Retificador 1ϕ de onda completa com ponto médio Carga RL: Tensão e corrente na carga Corrente no diodo D1 V Lmed 2 2V 2 0,9 V 2 I Dmed 0,45 V 2 IDef 0,707 R I Lmed
Retificador 1ϕ de onda completa com ponto médio Estudo do comportamento do transformador:
Retificador 1ϕ de onda completa com ponto médio Estudo do comportamento do transformador: 1 I I I d t S 1 ef S 2 ef 2 Lmed 0 I 1 I 2 0,707 I S ef S ef Lmed S V I s1 2ef s1ef VLmed V2ef 0,9 VLmed Ss 1 0,707 I 0,9 S 1 0,785 V I 2 Lmed s Lmed Lmed S2 S 1 S 2 1,57 V I P V I s s Lmed Lmed L Lmed Lmed S2 1,57 P L Significa o uso de um transformador 1,57 vezes maior que a carga.
Retificador 1ϕ de onda completa em ponte Carga resistiva pura: V Lmed 2 2V 2 0,9 V 2 VDp 2 V 2 Primeira etapa Segunda etapa
Retificador 1ϕ de onda completa em ponte Estudo do comportamento do transformador (carga RL):
Retificador 1ϕ de onda completa em ponte Estudo do comportamento do transformador (carga RL): 2 1 I2ef ILmed d t 2 I V 2ef 2ef I V Lmed Lmed 0,9 S V I 0 2 2ef s2ef 2 V Lmed S2 1,11 V Lmed I Lmed I 0,9 Lmed P V I L Lmed Lmed S2 1,11 P L Significa o uso de um transformador 1,11 vezes maior que a carga.
Carga resistiva pura: Retificador trifásico de ponto médio
Carga resistiva pura: Retificador trifásico de ponto médio
Retificador trifásico de ponto médio Carga resistiva pura: Tensão média na carga: 5 6 3 VLmed 2 Vo sen t d t 2 6 V Lmed 3 3 2 Vo 1,17 V 2 o
Retificador trifásico de ponto médio Carga resistiva pura: Corrente média nos diodos: I I Dmed Dmed ILmed 3 1,17 V 3R o Corrente de pico; Corrente média; Corrente eficaz. Corrente de pico nos diodos: I I Dp Def 2 Vo R Corrente eficaz nos diodos: 0,59 I Lmed
Retificador trifásico de ponto médio Tensão de pico inversa nos diodos: V V V 1 D1 2 V V V D1 2 1 V V V 1 3 2 V 2,45 V 1 2 o D p o o
Retificador trifásico de ponto médio Estudo do comportamento do transformador:
Retificador trifásico de ponto médio Estudo do comportamento do transformador:
Retificador trifásico de ponto médio Estudo do comportamento do transformador: I sef I Lmed 3 S V I 2ef o sef VLmed Vo 1,17 VLmed ILmed S2 0,493 V I 1,17 3 ef Lmed Lmed S 3 S 1,48 V I 2 2f Lmed Lmed P V I L Lmed Lmed S2 1,48 P L
Retificador trifásico de ponto médio Estudo do comportamento do transformador: 2 I I pef 3 S V I S 1 f o pef 1 f Lmed VLmed 2 I 1,17 3 Lmed S1 0,402 V I f Lmed Lmed S 1 3S1f S1 1,21 P L FP P L FP 0,83 S 1
Ponte de Graetz Retificador trifásico de onda completa
Tensão de linha Retificador trifásico de onda completa
Retificador trifásico de onda completa Tensão média na carga: L 3 2 cos v t V t 6 6 o 3 V 3 2 V cos t d t Lmed o V Lmed 2,34 V o
Retificador trifásico de onda completa Corrente média nos diodos: 2 3 1 IDmed ILmed d t 2 I Dmed I 3 0 Lmed Tensão de pico reversa; Corrente de pico; Corrente média; Corrente eficaz. Corrente eficaz nos diodos: I Def I Lmed 3 Tensão de pico reversa nos diodos: V 3 2 V 2,45 V Dp o o
Retificador trifásico de onda completa Estudo do comportamento do transformador:
Retificador trifásico de onda completa Estudo do comportamento do transformador: S2 1,05 P L S S 1 2 FP 0,95
Carga resistiva pura: Retificador monofásico de meia onda - controlado
Retificador monofásico de meia onda - controlado Carga resistiva pura: Tensão média na carga: v t V sen t 2 o 0V 0,45 V Lmed o 180 V 0 Lmed o 1 VLmed 2 Vo sen t d t 2 V Lmed 2 V 2 o 1 cos VLmed 0,225 Vo 1 cos
Retificador monofásico de meia onda - controlado Carga resistiva pura: Característica de saída
Carga RL Retificador monofásico de meia onda - controlado
Retificador monofásico de meia onda - controlado Carga RL Tensão média na carga: v t V sen t 2 o 1 VLmed 2 Vo sen t d t 2 VLmed 0,225 Vo cos cos
Retificador monofásico de meia onda - controlado Carga RL com diodo de roda-livre: Etapas de funcionamento
Ponte completa: Retificador monofásico de onda completa - controlado
Ponte mista: Retificador monofásico de onda completa - controlado
Ponto médio: Retificador monofásico de onda completa - controlado
Retificador monofásico de onda completa - controlado Carga resistiva pura (para todas as estruturas): Tensão média na carga: 1 VLmed 2 Vo sen t d t VLmed 0,45 Vo 1 cos 0V 0,9 V Lmed o 180 V 0 Lmed o
Retificador monofásico de onda completa - controlado Carga resistiva pura: VLmed 0,45 Vo 1 cos Característica de saída
Retificador monofásico de onda completa - controlado Carga RL (ponte completa): Tensão média na carga: 1 VLmed 2 Vo sen t d t VLmed 0,45 Vo cos cos
Retificador monofásico de onda completa - controlado Carga RL (ponte completa): VLmed 0,45 Vo cos cos Característica de saída
Carga RL (ponte mista): Retificador monofásico de onda completa - controlado
Retificador monofásico de onda completa - controlado Carga RL (ponte mista): Tensão média na carga: 1 VLmed 2 Vo sen t d t VLmed 0,45 Vo 1 cos
Retificador trifásico de ponto médio - controlado 0 o 60 o
Retificador trifásico de ponto médio - controlado Característica de saída carga R
Retificador trifásico de ponto médio - controlado Característica de saída carga RL
Retificador trifásico em ponte - controlado
Retificador trifásico em ponte - controlado Característica de saída carga R
Estudo da comutação O problema: Lc > 0 Lc = 0
Queda na tensão de saída: Estudo da comutação
Retificadores de múltiplos pulsos Retificador de 12 pulsos Fonte: http://www.inep.ufsc.br/teses/falcondes_tese_dr.pdf
Retificador de 12 pulsos Retificadores de múltiplos pulsos
Retificador de 18 pulsos Retificadores de múltiplos pulsos
Retificador de 18 pulsos Retificadores de múltiplos pulsos
Próxima aula Estágio de entrada de uma fonte chaveada: 1.Retificador; 2.Filtro capacitivo; 3.Metodologia de projeto.