Post on 23-Feb-2017
ELECTRÓNICA DE POTÊNCIA
AULA2- Dispositivos de potência: características e funcionamento. 2.5 .Retificador controlado de meia onda e onda completa.
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Adaptado por: Eng.André L.Ricardo
A POLITÉCNICA
Universidade Politécnica
INSTITUTO SUPERIOR UNIVERSITÁRIO DE TETE – ISUTE
Sumário
1.Introdução
2.Retificadores Monofásicos Controlados com Comutação na Frequênciada Rede
- Meia onda
- Onda completa
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1.Introdução • Retificadores com diodos não permitem o controle
da potência DC de saída.
• Os retificadores controlados podem operar com:
chaveamento em baixa frequência(fsou 2fs, sendo fsa frequênciada rede elétrica);
chaveamento em alta frequência.
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Diagrama de blocos de um retificador controlado.
1.Introdução • Um conversor AC-DC pode operar nos dois sentidos:
• Convertendo potência AC em DC(com amplitude variável).
• Convertendo potência DC em AC(com características ajustáveis). Neste caso o conversor se comporta como um inversor e para isso é necessário uma fonte de potência DC conectada em Vd, de modo que a corrente Id se torne negativa.
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2. Retificadores Monofásicos Controlados com Comutação em Baixa Frequência
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2.Retificadores com Comutação em Baixa Frequência
• Tipo mais simples de retificadores controlados monofásicos onde a frequênciade comutação das chaves semicondutoras de potência é próxima da frequênciada rede elétrica.
• Utilizam controle de fase para os dispositivos semicondutores de potência.
• São classificados em:
Retificador controlado monofásico de meia onda;
Retificador controlado monofásico de onda completa.
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2.1. Retificador Monofásico Controlado de Meia Onda
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2.1.Retificador Controlado Monofásico de Meia Onda
• Circuito pouco utilizado na prática pois produz alta ondulação na tensão de saída.
• O SCR pode entrar em condução(“disparar”) apenas nos ciclos positivos (VAK>0), caso receba um pulso de corrente positiva no terminal degate(IG>0).
• Ângulo dedisparo(α) é definido como a diferença entre o instante de cruzamento pelo zero e o instante de disparo do tiristor.
• A corrente da fonte não está o tempo todo em fase com atensão da fonte (mesmo no caso puramente resistivo) → FP<1.
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Cont.
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Sendo 0 ≤ α≤ π, o ângulo de disparo do SCR.
A partir do controle do ângulo de disparo é possível variar a potência fornecida à carga.
Cont. • A tensão média pode ser estimada a partir de:
Sendo Vmax o valor máximo da tensão de alimentação CA.
• O valor eficaz da tensão na saída é:
Observa-se que, quando α → 0, as expressões acima tendem para os valores obtidos no retificador de meia onda não controlado:
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Cont.
• Considerando carga indutiva (R-L):
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Quando o SCR estiver ligado:
Cont.
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Circuito para o disparo do tiristor Utilizando Resistores e Capacitor:
Cont. • Um sinal alternado desfasado de Vs, é produzido pelo circuito
de disparo.
• O ajuste de R2 regula a defasagem e consequentemente o ângulo de disparo.
• Embora de simples construção esse circuito tem algumas limitações:
Não consegue uma variação de αde 0 a 180o;
Influencia no comportamento da corrente da carga.
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2.2. Retificador Monofásico Controlado de Onda Completa
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Retificador Controlado Monofásico de Onda Completa
• Circuito com transformador de derivação central:
Os tiristoresT1e T2estão polarizados diretamente em ciclos opostos da tensão VS.
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Cont.
• O disparo dos tiristores, está condicionado ao pulso de corrente de gate.
• Condução com Vs>0 e Condução com Vs< 0
• Cada tiristor é disparado uma vez por ciclo da linha CA.
• A corrente da fonte não está o tempo todo em fase com a tensão da fonte (mesmo no caso puramente resistivo) → FP < 1.
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Cont.
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Cont.
• A partir do controle do ângulo de disparo é possível variar a potência fornecida à carga.
• A tensão média pode ser estimada a partir de:
• O Valor eficaz da tensão é:
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Cont.
Efeito de uma carga indutiva:
A ondulação da corrente tende a ser reduzida com o aumento da indutância da carga.
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Cont.
• Quando L >> R (L →∞):
Para α= 0
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Cont. • Quando L >> R (L →∞):
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Para α= 45º Para α= 90º Para α= 135º
Cont. (Quando L >> R (L →∞): • A tensão média na carga é dada por:
• A tensão eficaz na carga é igual à da fonte (e independente de α):
• A tensão média normalizada é definida por:
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Cont.
Quando L >> R (L →∞):
Operação no modo de inversão:
• Quando α > 90oa tensão média de saída é negativa e o conversor como um inversor.
• A transferência de potência do lado CC para o CA somente é possível com a conexão de uma fonte de tensão no lado CC.
• Um exemplo de aplicação é um motor de corrente contínua que opera em condições regenerativas.
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Cont. • Circuito em ponte:
• Uma ponte de tiristores, é utilizada para produzir um sinal retificado em onda completa.
• As formas de onda são semelhantes às do retificador de onda completa com transformador de derivação central.
• A principal diferença está na máxima tensão reversaque precisa ser suportada por cada tiristor.
• Os tiristoresdevem ser disparados aos pares:
T1e T2devem ser disparados durante os ciclos positivos de Vs.
T3e T4devem ser disparados durante os ciclos negativos de Vs.
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Cont.
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Totalmente controlado
Cont.
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Para garantir o disparo simultâneo, utiliza-se o mesmo sinal de disparo para os tiristores T1 e T2/ T3 e T4. Os sinais de cada ramo da ponte são semelhantes aos de retificadores controlados de meia onda. A ondulação da tensão de saída é reduzida em comparação ao retificador controlado de meia onda.
Cont.
• Considerando que a indutância de carga é muito maior que a resistência(L >> R):
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Cont.
• A corrente na carga tende a um valor constante.
• A corrente exigida da fonte é uma onda quadrada com a mesma frequênciada tensão de alimentação CA, porém defasada em α.
• A operação pode ser ajustada para os modos de retificação ou inversão a partir da variação do ângulo de disparo (α ).
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EXERCICIOS
1)Um retificador controlado de onda completa utiliza um transformador de derivação central (1:3) e é conectado numa fonte de 220 V. Considerando que a carga é uma resistência de 100 Ω, encontre os valores do ângulo de disparo de modo que:
a.O valor médio da tensão na carga é 250 V. b.A corrente eficaz na carga é ≈ 30 A. c.O fator de potência do conversor é ≈ 0,85. 2)Num retificador de onda completa controlado em
ponte com carga predominantemente indutiva alimentado por uma fonte de 330 V,encontre:
a.O ângulo de disparo necessário para que o valor médio da tensão na carga seja 100 V.
b.O fator de potência para α= 25o. Considere R = 150 Ω.
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Cont.
3)Para o retificador da questão 02, encontre os valores RMS e médio da corrente sobre cada tiristor.
4)Calcule as perdas associadas aos tiristoresno circuito da questão 05. Considere que foram utilizados tiristoresdo modelo TIC 106 conforme datasheetem anexo.
5)Explique o funcionamento do retificador elevador monofásico e indique suas vantagens em relação aos retificadores com comutação na frequênciada rede.
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Bibliografia • ALMEIDA, José Luis Antunes de. Estude e Use – Dispositivos
Semicondutores – Tiristores. Editora Érica.
• Rashid, Muhammad H. Power Electronics Handbook, Devices, Circuits and Applications, SegundaEdição, Elsevier, 2007.
• Ahmed, Ashfak. Eletrônica de Potência, Wiley, Pomilio, José Antenor. Eletrônica de Potência , Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, UNICAMP, 1998, Revisado em 2002.
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