ELETRÔNICA DE POTÊNCIA I Aula 22 – Chaves estáticas · Chaves estáticas CA: desvantagens •...
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ELETRÔNICA DE POTÊNCIA IELETRÔNICA DE POTÊNCIA IAula 22 Aula 22 –– Chaves estChaves estááticasticas
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINAUNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINACENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLCENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓÓGICASGICAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉÉTRICATRICACURSO DE ENGENHARIA ELCURSO DE ENGENHARIA ELÉÉTRICATRICA
Prof. Leandro Michels, Dr. Eng.Prof. Leandro Michels, Dr. [email protected]@gmail.com
EPO I – Aula 22 – Chaves estáticas
2
Chaves estChaves estááticas CAticas CA
Conhecidas por Conhecidas por ““chaves chaves estestááticasticas””, , ““relreléés ou s ou contatorescontatores de de estado sestado sóólidolido””, , ““solidsolid--statestate relayrelay(SSR)(SSR)””
Funcionam como um interruptor Funcionam como um interruptor para circuitos CApara circuitos CA
Podem ser monofPodem ser monofáásicas e sicas e triftrifáásicassicas
Circuito tCircuito tíípico baseado em TRIAC pico baseado em TRIAC ou SCR (tiristor)ou SCR (tiristor)
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Estrutura padrãoEstrutura padrão
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A1
A2
Comandoisolado
1
2
Baseada em SCR em antiBaseada em SCR em anti--paralelo (em alguns casos, paralelo (em alguns casos, TRIAC)TRIAC)
AlimentaAlimentaçção pelo prão pelo próóprio prio circuito de potênciacircuito de potência
Circuito de comando Circuito de comando isolado da parte de potênciaisolado da parte de potência
Comandados em CA (tComandados em CA (tíípico pico 220/110/24V), CC (t220/110/24V), CC (tíípico 24V) pico 24V) ou ambosou ambos
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Principais estruturasPrincipais estruturas
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1) SSR h1) SSR hííbridabrida
Partes mPartes móóveis de baixa potênciaveis de baixa potência
Tempos de comutaTempos de comutaçção mais lentosão mais lentos
Alto grau de isolaAlto grau de isolaçção do comandoão do comando
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Principais estruturasPrincipais estruturas
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2) SSR acoplada por transformador2) SSR acoplada por transformador
Sem partes mSem partes móóveisveis
Tempos de comutaTempos de comutaçção rão ráápidospidos
O grau de isolaO grau de isolaçção depende do transformadorão depende do transformador
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Principais estruturasPrincipais estruturas
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3) SSR acoplada opticamente3) SSR acoplada opticamente
Sem partes mSem partes móóveisveis
Tempos de comutaTempos de comutaçção rão ráápidospidos
Alto grau de isolaAlto grau de isolaçção do comandoão do comando
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Tipos de sinal de comandoTipos de sinal de comando
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Comando CCComando CC Comando CAComando CA
Ex.: Ex.: SiemensSiemens
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Modos de operaModos de operaççãoão
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1) SSR com comuta1) SSR com comutaçção instantâneaão instantâneaCarga resistivaCarga resistiva
v12
vAB
i12
ta
t
t
t
9
Modos de operaModos de operaççãoão
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EPO I – Aula 22 – Chaves estáticas CA
1) SSR com comuta1) SSR com comutaçção instantâneaão instantâneaCarga indutivaCarga indutiva
v12
vAB
i12
ta
t
t
t
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Modos de operaModos de operaççãoão
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EPO I – Aula 22 – Chaves estáticas CA
2) SSR com comuta2) SSR com comutaçção no cruzamento por zeroão no cruzamento por zeroCarga resistivaCarga resistiva
v12
vAB
i12
tf ta
t
t
t
11
Modos de operaModos de operaççãoão
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2) SSR com comuta2) SSR com comutaçção no cruzamento por zeroão no cruzamento por zeroCarga indutivaCarga indutiva
v12
vAB
i12
tatf
t
t
t
12
Chaves estChaves estááticas CA: vantagensticas CA: vantagens
•• Permitem um nPermitem um núúmero elevado de manobrasmero elevado de manobras•• São robustos e resistentes a choques, São robustos e resistentes a choques, vibravibraçções e campos eletromagnões e campos eletromagnééticos (não ticos (não possuem partes mpossuem partes móóveis)veis)•• Operam em ambientes Operam em ambientes úúmidos e sujos midos e sujos •• Operam sem formaOperam sem formaçção de arcosão de arcos--voltaicos voltaicos (adequados para ambientes explosivos)(adequados para ambientes explosivos)•• O tempo de fechamento do circuito O tempo de fechamento do circuito éé rráápidopido•• OperaOperaçção silenciosa ão silenciosa •• Inclui proteInclui proteçção internaão interna
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Chaves estChaves estááticas CA: desvantagensticas CA: desvantagens
•• Não podem ser empregados em circuitos com Não podem ser empregados em circuitos com corrente contcorrente contíínua nua →→ dependem da reversão da dependem da reversão da tensão para abrir (com excetensão para abrir (com exceçção das SSR a ão das SSR a transistor ou com comutatransistor ou com comutaçção forão forççada)ada)•• O tempo de abertura do circuito O tempo de abertura do circuito éé bem mais bem mais lento que o de fechamento lento que o de fechamento •• Aquecem e possuem perdas bem maiores que Aquecem e possuem perdas bem maiores que as contactoras mecânicasas contactoras mecânicas•• Possuem corrente de fuga (Possuem corrente de fuga (leakageleakage) )
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AplicaAplicaççõesões
•• Cargas com muitas manobrasCargas com muitas manobras•• Sistemas de Sistemas de bypassbypass ((nobreaksnobreaks))•• ComutaComutaçção de bancos de capacitores ão de bancos de capacitores (cruzamento por zero)(cruzamento por zero)•• AplicaAplicaçções em ambientes explosivosões em ambientes explosivos•• AplicaAplicaçções com exigência de reduzido tempo de ões com exigência de reduzido tempo de comutacomutaççãoão•• AplicaAplicaçções com exigência de reduzido barulho ões com exigência de reduzido barulho (m(méédicas, residenciais, etc)dicas, residenciais, etc)•• AplicaAplicaçções com controle de potência (atuando ões com controle de potência (atuando como gradador)como gradador)
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ELETRÔNICA DE POTÊNCIA IELETRÔNICA DE POTÊNCIA IAula 23 Aula 23 –– GradadoresGradadores
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PropPropóósito dos gradadoressito dos gradadores
Possibilitar a variaPossibilitar a variaçção do valor eficaz da ão do valor eficaz da tensão alternada que alimenta determinada tensão alternada que alimenta determinada cargacarga
Não alteram a freqNão alteram a freqüüência da tensão ência da tensão alternada da fontealternada da fonte
Não utilizam elementos reativosNão utilizam elementos reativos
Introduzem harmônicas na tensão de saIntroduzem harmônicas na tensão de saíída da e na corrente de entradae na corrente de entrada
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3
AplicaAplicaçções prões prááticasticas
Controle da intensidade luminosa (Controle da intensidade luminosa (dimmerdimmerpara iluminapara iluminaçção incandescente)ão incandescente)
Controle da temperatura em chuveiros com Controle da temperatura em chuveiros com acionamento eletrônicoacionamento eletrônico
Controle da temperatura em fornosControle da temperatura em fornos
LimitaLimitaçção da corrente de partida de motores ão da corrente de partida de motores de indude induçção (ão (softsoft--startersstarters))
Compensadores estCompensadores estááticos de reativos (SVR)ticos de reativos (SVR)
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Principais topologiasPrincipais topologias
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1
2
G1G2
MonofMonofáásicosico
1r
2r
G1G2
1s
2s
G1G2
1t
2t
G1
TrifTrifáásicosicoa 3 fios a 3 fios
1r
2r
G1G2
1s
2s
G1G2
1t
2t
G1G2
TrifTrifáásico a 3 fios sico a 3 fios ou a 4 fiosou a 4 fios
5
Gradador monofGradador monofáásico sico –– Carga RCarga R
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Formas de ondaFormas de onda
G1
G2
iL
vLvo R
TopologiaTopologia
6
Gradador monofGradador monofáásico sico –– Carga RCarga R
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EPO I – Aula 23 – Gradadores
G1
G2
iL
vLvo R
Tensão na cargaTensão na carga
0LmedV =
( )sen 21
2Lef oV Vαα
≅ − +π π
MMéédiodio
EficazEficaz
( ) ( )
( ) ( )2
2 sen12
2 sen
o
Lmed
o
V t d tV
V t d t
π
α
π
π+α
⎡ ⎤ω ω⎢ ⎥
⎢ ⎥= ⎢ ⎥π⎢ ⎥+ ω ω⎢ ⎥⎣ ⎦
∫
∫
( ) ( )2
1 2 senLef oV V t d tπ
α
⎡ ⎤= ω ω⎣ ⎦π ∫
7
Gradador monofGradador monofáásico sico –– Carga RCarga R
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EPO I – Aula 23 – Gradadores
G1
G2
iL
vLvo R
Corrente na cargaCorrente na carga
0LmedI =
( )sen 21
2o
LefVIR
αα≅ − +
π π
MMéédiodio
EficazEficaz
( ) ( )
( ) ( )2
2 sen12
2 sen
o
Lmedo
V t d tR
IV t d tR
π
α
π
π+α
⎡ ⎤ω ω⎢ ⎥
⎢ ⎥= ⎢ ⎥π⎢ ⎥+ ω ω⎢ ⎥⎣ ⎦
∫
∫
( ) ( )2
1 2 senoLef
VI t d tR
π
α
⎡ ⎤= ω ω⎢ ⎥π ⎣ ⎦∫
8
Gradador monofGradador monofáásico sico –– Carga RCarga R
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EPO I – Aula 23 – Gradadores
G1
G2
iL
vLvo R
Corrente no tiristorCorrente no tiristor
( )2 cos 12
oTmed
VIR
= α +⎡ ⎤⎣ ⎦π
2Lef
Tef
II =
MMéédiodio
EficazEficaz
( ) ( )1 2 sen2
oTmed
VI t d tR
π
α
⎡ ⎤= ω ω⎢ ⎥π ⎣ ⎦
∫
( ) ( )2
1 2 sen2
oTef
VI t d tR
π
α
⎡ ⎤= ω ω⎢ ⎥π ⎣ ⎦∫
9
Gradador monofGradador monofáásico sico –– Carga RCarga R
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Corrente mCorrente méédia e eficaz em cada tiristor (parametrizada)dia e eficaz em cada tiristor (parametrizada)
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Gradador monofGradador monofáásico sico –– Carga RCarga R
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Componentes harmônicasComponentes harmônicas
1) Amplitude da fundamental:1) Amplitude da fundamental:2 2
1 1 1I a b= +
( )( )12 cos 1
2oVa
R= α −
π( )( )1
2 sen 2 2 22
oVbR
= α + π− απ
2) Fase da fundamental:2) Fase da fundamental:
( ) ( ) ( )1
cos senn nn
i t a n t b n t∞
=
ω = ω + ω⎡ ⎤⎣ ⎦∑
11
1
arctan ab
⎛ ⎞Φ = ⎜ ⎟
⎝ ⎠
11
Gradador monofGradador monofáásico sico –– Carga RCarga R
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1) Amplitude das demais harmônicas (ordem n)1) Amplitude das demais harmônicas (ordem n)2 2
n n nI a b= +
( ) ( ) ( ) ( )cos 1 cos 1 cos 1 cos 121 1
on
n n n nVaR n n
⎡ ⎤+ α − + π − α − − π⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦= −⎢ ⎥π + −⎢ ⎥⎣ ⎦
( ) ( )sen 1 sen 121 1
on
n nVbR n n
⎡ ⎤+ α − α⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎣ ⎦ ⎣ ⎦= −⎢ ⎥π + −⎢ ⎥⎣ ⎦
2) Fase das harmônicas:2) Fase das harmônicas:
arctan nn
n
ba
⎛ ⎞Φ = ⎜ ⎟
⎝ ⎠
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Gradador monofGradador monofáásico sico –– Carga RLCarga RL
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EPO I – Aula 23 – Gradadores
iL
vLvo G1
G2
R
L
Formas de ondaFormas de ondaTopologiaTopologia
( )( )22
cos R
R Lφ =
+ ω
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EPO I – Aula 23 – Gradadores
Gradador monofGradador monofáásico sico –– Carga RLCarga RL
Ângulo de Ângulo de extinsãoextinsão ββ
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Gradador monofGradador monofáásico sico –– Carga RLCarga RL
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
Tensão na cargaTensão na carga
0LmedV =
MMéédiodio
EficazEficaz
( ) ( )
( ) ( )2
2 sen12
2 sen
o
Lmed
o
V t d tV
V t d t
β
α
π+β
π+α
⎡ ⎤ω ω⎢ ⎥
⎢ ⎥= ⎢ ⎥π⎢ ⎥+ ω ω⎢ ⎥⎣ ⎦
∫
∫
( ) ( )2
1 2 senLef oV V t d tβ
α
⎡ ⎤= ω ω⎣ ⎦π ∫
iL
vLvo G1
G2
R
L
Corrente na cargaCorrente na carga
0LmI =
2Lef TefI I=
( ) ( )sen 2 sen 22Lef oV V
β − αβ−α≅ −
π π
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Gradador monofGradador monofáásico sico –– Carga RLCarga RL
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Corrente no tiristorCorrente no tiristor
( ) ( )( )
( )( )[ ]arctan
cos cos
sen2 1
arctan
mTmed t
IIe− φ ω −α
⎡ α − φ − β−φ ⎤⎢ ⎥
= α −φ⎢ ⎥⎡ ⎤π + −⎢ ⎥⎣ ⎦φ⎣ ⎦
MMéédiodio
( ) ( )1 2 sen2
oTmed
VI t d tR
β
α
⎡ ⎤= ω ω⎢ ⎥π ⎣ ⎦
∫
iL
vLvo G1
G2
R
L
16
Gradador monofGradador monofáásico sico –– Carga RLCarga RL
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Corrente no tiristorCorrente no tiristorEficazEficaz
( ) ( ) ( ) ( )( )
( )( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )( ) ( )
( )( )( ) ( ) ( ) ( )( )
( ) ( ) ( ) ( )( )
( )
2
cotg
cotg2
22cotg
sen 2 sen 2 2sen cos2 4 cotg 1
cotg sen cos cotg sen cos
sen 2 sen2 cotg cos sencotg 1
sencotg cos sen 1
2cotg
mTef
eII
e
e
φ α−β
φ α−β
α−β
α −β − β−α α −φ φβ−α+ + ⋅
φ +
⎡ ⎤⋅ φ β + β − φ α + α⎣ ⎦= α −φ φπ ⎡− ⋅ φ β − β⎣φ +
α −φ ⎡ ⎤− φ α − α + −⎤⎦ ⎣ ⎦φ
( ) ( ) ( )( ) ( )2
cotg21 sen sen2
tTef mI I t e d t
βφ ω −φ
α
⎡ ⎤⎡ ⎤⎢ ⎥= ω −φ − α −φ ω⎣ ⎦π ⎢ ⎥⎣ ⎦
∫
17Prof. Leandro Michels
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Gradador monofGradador monofáásico sico –– Carga RLCarga RL
18
Gradador monofGradador monofáásico sico –– Carga RLCarga RL
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Componentes harmônicasComponentes harmônicas
1) Amplitude1) Amplitude
2) Fase da fundamental2) Fase da fundamental
( ) ( ) ( )1
cos senn nn
i t a n t b n t∞
=
ω = ω + ω⎡ ⎤⎣ ⎦∑
2 2n n nI a b= +
11
1
arctan ab
⎛ ⎞Φ = ⎜ ⎟
⎝ ⎠
( )1cosDF = Φ
( ) ( )senv t V tω = ωTensão de referênciaTensão de referência
Fator de deslocamentoFator de deslocamento
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Gradador monofGradador monofáásico sico –– Carga RLCarga RL
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EPO I – Aula 23 – Gradadores
Componentes harmônicas (fundamental)Componentes harmônicas (fundamental)
( ){ ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
( )( )
( )( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )( )
1
cotg2
cos cos 2 cos 2 sen 2 2 sen 2 sen 22
4sencotg cos sen cotg cos sen
cotg 1
mIa
e φ α−β
= φ α − β − φ β− α − α + β⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎣ ⎦ ⎣ ⎦π⎫α −φ ⎪⎡ ⎤+ φ β − β − φ α − α ⎬⎣ ⎦φ + ⎪⎭
( ){ ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
( )( )
( )( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )( )
1
cotg2
sen cos 2 cos 2 cos 2 2 sen 2 sen 22
4sencotg sen cos cotg sen cos
cotg 1
mIb
e φ α−β
= − φ α − β + φ β− α − α + β⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎣ ⎦ ⎣ ⎦π⎫α −φ ⎪⎡ ⎤+ φ β + β − φ α − α ⎬⎣ ⎦φ + ⎪⎭
20
Gradador monofGradador monofáásico sico –– Carga RLCarga RL
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Componentes harmônicas (acima da fundamental)Componentes harmônicas (acima da fundamental)( ) ( )( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( )( )
( ) ( )( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( )( )( )( )
( )( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )( )cotg2 2
cos coscos 1 cos 1 cos 1 cos 1
1 1
sen sensen 1 sen 1 sen 1 sen 1
1 12sen
cotg cos sen cotg cos sencotg
mn
Ia n n n nn n
n n n nn n
e n n n n n nn
φ α−β
φ φ⎧⎡ ⎤ ⎡ ⎤= − α − − β + + α − + β⎨ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦π − +⎩
φ φ⎡ ⎤ ⎡ ⎤+ − α − − β + + α − + β⎣ ⎦ ⎣ ⎦− +
⎫α −φ ⎪⎡ ⎤+ φ β − β − φ α − α ⎬⎣ ⎦φ + ⎪⎭
( ) ( )( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( )( )
( ) ( )( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( )( )( )( )
( )( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )( )cotg2 2
cos cossen 1 sen 1 sen 1 sen 1
1 1
sen sencos 1 cos 1 cos 1 cos 1
1 12sen
cotg sen cos cotg sen coscotg
mn
Ib n n n nn n
n n n nn n
e n n n n n nn
φ α−β
φ φ⎧⎡ ⎤ ⎡ ⎤= − β − − α + + α − + β⎨ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦π − +⎩
φ φ⎡ ⎤ ⎡ ⎤+ − β − − α + + β − + α⎣ ⎦ ⎣ ⎦− +
⎫α −φ ⎪⎡ ⎤+ φ β − β − φ α − α ⎬⎣ ⎦φ + ⎪⎭
21Prof. Leandro Michels
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Gradador monofGradador monofáásico sico –– Carga RLCarga RL
22Prof. Leandro Michels
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Gradador monofGradador monofáásico sico –– Carga RLCarga RL
23Prof. Leandro Michels
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Gradador monofGradador monofáásico sico –– Carga RLCarga RL
24
Controle por ciclos inteirosControle por ciclos inteiros
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VariaVariaçção da potência atravão da potência atravéés da alteras da alteraçção ão do ndo núúmero de ciclos (ou semimero de ciclos (ou semi--ciclos) de ciclos) de conduconduççãoão
ConduConduçção em um ciclo inteiro ão em um ciclo inteiro →→ não não produz componentes de alta ordemproduz componentes de alta ordem →→ não hnão hááo problema de ruo problema de ruíído na instalado na instalaççãoão
Ciclos sem conduCiclos sem conduçção ão →→ gerageraçção de ão de subsub--harmônicas (harmônicas (harmônicas de ordem mais harmônicas de ordem mais baixa) baixa) →→ problemas de cintilaproblemas de cintilaçção (ão (flickerflicker))
25
Controle por ciclos inteirosControle por ciclos inteiros
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t
tT1
T
1oLef
V TIR T
=1
o
TPP T
=
AtuaAtuaçção em ciclos inteirosão em ciclos inteiros
26
Controle por ciclos inteirosControle por ciclos inteiros
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
vi
tiL
tT1
T
AtuaAtuaçção em semião em semi--ciclosciclos→→ redureduçção do ão do flickerflicker
1oLef
V TIR T
=1
o
TPP T
=
27Prof. Leandro Michels
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AplicaAplicaçção de gradador monofão de gradador monofáásicosico
VariaVariaçção da potência mão da potência méédiadia
TRIAC TRIAC →→ equivalente a dois SCR em antiequivalente a dois SCR em anti--paraleloparaleloCircuito de disparo mais simples Circuito de disparo mais simples →→ DIACDIACAplicaAplicaçção ão →→ Fornos, lâmpadas, sistemas de Fornos, lâmpadas, sistemas de
aquecimento (chuveiros)aquecimento (chuveiros)
28Prof. Leandro Michels
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AplicaAplicaçção de gradador monofão de gradador monofáásicosico
Curva caracterCurva caracteríística do funcionamento do DIACstica do funcionamento do DIAC
29Prof. Leandro Michels
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AplicaAplicaçção de gradador trifão de gradador trifáásicosico
Partida suave de motores de induPartida suave de motores de induççãoãoPara a partida do motor, o torque elPara a partida do motor, o torque eléétrico (Ttrico (Tee) deve ) deve
ser maior que o torque mecânico (ser maior que o torque mecânico (TTmm) da carga ) da carga →→provoca a aceleraprovoca a aceleraçção do rotorão do rotor
O motor acelera atO motor acelera atéé o momento em que To momento em que Tee e e TTmm se se igualamigualam
Quando Quando éé usada a partida direta da rede, o torque usada a partida direta da rede, o torque eleléétrico gerado pelo motor trico gerado pelo motor éé muito maior que o torque muito maior que o torque mecânico da carga, o que gera uma rmecânico da carga, o que gera uma ráápida acelerapida aceleraççãoão
Logo uma grande quantidade de energia Logo uma grande quantidade de energia éé absorvida absorvida da rede da rede →→ elevadas correntes transitelevadas correntes transitóórias >7x o valor rias >7x o valor nominalnominal
30Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
AplicaAplicaçção de gradador trifão de gradador trifáásicosico
Modelo equivalente do motor Modelo equivalente do motor →→ torque e corrente em torque e corrente em funfunçção de ão de ωωrr
2
2 2 232
s r sle
e r sl lr
V RPTR L
⎛ ⎞ ω⎛ ⎞= ⎜ ⎟⎜ ⎟ ω +ω⎝ ⎠⎝ ⎠ ( )2 2 2/s
s r
r e lr
VI IR S L
≈ =+ω
sl e rω = ω −ω e r
e
s ω −ω=
ω
31Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
AplicaAplicaçção de gradador trifão de gradador trifáásicosico
Gradadores para partida suave de motores de Gradadores para partida suave de motores de induinduçção ão →→ variavariaçção de ão de VVss
32Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
AplicaAplicaçção de gradador trifão de gradador trifáásicosico
Circuitos tCircuitos tíípicos de picos de softsoft--startersstarters
1) Trif1) Trifáásico com 3 brasico com 3 braççosos 2) Trif2) Trifáásico com 2 brasico com 2 braççosos
v1
v3
v2
i1
i3
i2
Z1
Z2
Z3
Bypass
v1
v3
v2
i1
i3
i2
Z1
Z2
Z3
Bypass
33Prof. Leandro Michels
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AplicaAplicaçção de gradador monofão de gradador monofáásicosico
ImplementaImplementaçção de reatores varião de reatores variááveisveis
||eq Leq CX X X=
( ) ( ),
22 sen 2eqLL π π
= ≤ α ≤ ππ−α − π−α⎡ ⎤⎣ ⎦
34Prof. Leandro Michels
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AplicaAplicaçção de gradador trifão de gradador trifáásicosico
CompensaCompensaçção de fator de potência ão de fator de potência
XXeqeq capacitivo para compensar a componente indutiva capacitivo para compensar a componente indutiva da carga Lda carga L11
CorreCorreçção rão ráápida do fator de potência de cargas pida do fator de potência de cargas indutivas variindutivas variááveisveis
1eqX X=
35Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
AplicaAplicaçção de gradador trifão de gradador trifáásicosico
CompensaCompensaçção estão estáática de tensão alternada senoidal tica de tensão alternada senoidal
A tensão VA tensão V22 pode ser pode ser estabilizada para variaestabilizada para variaçções de ões de 30% da tensão V30% da tensão V11 nominalnominal
AplicaAplicaçção em linhas de ão em linhas de transmissão transmissão →→ FACTSFACTS
12 2 2
1 Lo Lo
C
VVX XX R
=⎛ ⎞ ⎛ ⎞− +⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠⎝ ⎠
1
ELETRÔNICA DE POTÊNCIA IELETRÔNICA DE POTÊNCIA IAula 24 Aula 24 –– Conversores duaisConversores duais
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINAUNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINACENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLCENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓÓGICASGICAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉÉTRICATRICACURSO DE ENGENHARIA ELCURSO DE ENGENHARIA ELÉÉTRICATRICA
Prof. Leandro Michels, Dr. Eng.Prof. Leandro Michels, Dr. [email protected]@gmail.com
EPO I – Aula 24 – Conversores duais
2
PrincPrincíípio dos conversores duaispio dos conversores duais
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 24 – Conversores duais
União de dois retificadores totalmente União de dois retificadores totalmente controlados (operacontrolados (operaçção em dois quadrantes) ão em dois quadrantes) com o propcom o propóósito de operar em quatro sito de operar em quatro quadrantesquadrantes
OperaOperaçção na carga com tensão positiva e ão na carga com tensão positiva e negativa e corrente positiva e negativanegativa e corrente positiva e negativa
AplicaAplicaçção: controle de motores de corrente ão: controle de motores de corrente contcontíínua (aceleranua (aceleraçção e frenagem com giro ão e frenagem com giro nos dois sentidos)nos dois sentidos)
3
PrincPrincíípio dos conversores duaispio dos conversores duais
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 24 – Conversores duais
Conversor Conversor →→ 11ºº e 4e 4ºº quadrantesquadrantesCircuitoCircuito Circuito equivalenteCircuito equivalente
Tensão de saTensão de saíída vs. alfada vs. alfa Quadrantes de operaQuadrantes de operaççãoão
( )1.17 cosLmed oV V≅ α
4
PrincPrincíípio dos conversores duaispio dos conversores duais
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 24 – Conversores duais
Conversor Conversor →→ 22ºº e 3e 3ºº quadrantesquadrantesCircuitoCircuito Circuito equivalenteCircuito equivalente
Tensão de saTensão de saíída vs. alfada vs. alfa Quadrantes de operaQuadrantes de operaççãoão
( )1.17 cosLmed oV V≅ − α
5
PrincPrincíípio dos conversores duaispio dos conversores duais
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 24 – Conversores duais
Conversor Conversor →→ 11ºº, 2, 2ºº, 3, 3ºº e 4e 4ºº quadrantesquadrantesCircuitoCircuito Circuito equivalenteCircuito equivalente
Tensão de saTensão de saíída vs. alfada vs. alfa Quadrantes de operaQuadrantes de operaççãoão
180oP Nα +α =
6
Problema da corrente de circulaProblema da corrente de circulaççãoão
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 24 – Conversores duais
Problema Problema →→ os conversores possuem valores os conversores possuem valores mméédios de tensão iguais, mas valores instantâneos dios de tensão iguais, mas valores instantâneos diferentesdiferentes
DiferenDiferençças de tensão as de tensão →→ existe uma corrente existe uma corrente circulante entre os conversores muito altacirculante entre os conversores muito alta
SoluSoluçção ão →→ reatores de circulareatores de circulaçção (limita a corrente)ão (limita a corrente)
7Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 24 – Conversores duais
Tensão de saTensão de saíídada
PrincPrincíípio de funcionamentopio de funcionamento
2P N
ZV VV +
= 180oP Nα +α =
Conversor P ativo e N passivo Conversor P ativo e N passivo →→ 00oo ≤≤ αα < 90< 90ºº
Conversor N ativo e P passivo Conversor N ativo e P passivo →→ 9090oo < < αα ≤≤ 180180ºº
Conversor P passivo e N passivo Conversor P passivo e N passivo →→ αα = 90= 90ºº
8
PrincPrincíípio de funcionamentopio de funcionamento
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 24 – Conversores duais
Corrente de carga nula Corrente de carga nula →→ IILL = 0= 0
IIPP = = IINN = = IICC ≠≠ 00
Conversores com corrente de circulaConversores com corrente de circulaçção em um são em um sóósentidosentido
IICC IICC
9
ExemploExemplo
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 24 – Conversores duais
Tensão nula Tensão nula →→ ααPP==9090ºº, L=1mH, L=1mH
10Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 24 – Conversores duais
Tensão nula Tensão nula →→ ααPP==9090ºº, L=10mH, L=10mH
ExemploExemplo
11Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 24 – Conversores duais
IIPP = I= ILL + I+ ICC IINN = I= ICC
Conversores com corrente de circulaConversores com corrente de circulaçção em um são em um sóósentidosentido
IICC IICC
IILL IILL
PrincPrincíípio de funcionamentopio de funcionamento
Corrente de carga positiva Corrente de carga positiva →→ IILL>0A >0A
12Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 24 – Conversores duais
ExemploExemplo
Tensão nula Tensão nula →→ αα==9090ºº, L=10mH, I, L=10mH, ILL=10A=10A
13
ExemploExemplo
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 24 – Conversores duais
Tensão positiva Tensão positiva →→ αα==3030ºº, L=10mH, I, L=10mH, ILL=10A=10A
14Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 24 – Conversores duais
ExemploExemplo
Tensão negativa Tensão negativa →→ αα==120120ºº, L=10mH, I, L=10mH, ILL=10A=10A
15Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 24 – Conversores duais
IIPP = I= ICC IINN = I= ILL + I+ ICC
Conversores com corrente de circulaConversores com corrente de circulaçção em um são em um sóósentidosentido
IICC IICC
IILL
PrincPrincíípio de funcionamentopio de funcionamento
IILL
Corrente de carga negativa Corrente de carga negativa →→ IILL<0<0
16Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 24 – Conversores duais
ExemploExemplo
Tensão nula Tensão nula →→ αα==9090ºº, L=10mH, I, L=10mH, ILL==--10A10A
17
ExemploExemplo
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 24 – Conversores duais
Tensão positiva Tensão positiva →→ αα==3030ºº, L=10mH, I, L=10mH, ILL==--10A10A
18Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 24 – Conversores duais
ExemploExemplo
Tensão negativa Tensão negativa →→ αα==3030ºº, L=10mH, I, L=10mH, ILL==--10A10A
19Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 24 – Conversores duais
CCáálculo da corrente de circulalculo da corrente de circulaççãoão
00oo < < ααPP < 60< 60ºº
( ) ( )( )3 3 2 cos senoC P P P
VIL
= α α − απω
6060oo < < ααPP < 90< 90ºº2 2 2cos sen3 3 33 3 2
cos sen3 3 3
P P Po
C
P P P
VIL
⎡ π π π ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞−α α − − α −⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎢ ⎥=⎢ ⎥πω π π π⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ α − −α − −α⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟
⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎣ ⎦
Valor mValor mááximoximo
max
0.567 2 oC
VIL
=ω
20Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 24 – Conversores duais
Corrente de circulaCorrente de circulaçção vs. alfaão vs. alfa
21Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 24 – Conversores duais
CCáálculo das harmônicas na cargalculo das harmônicas na carga
Amplitude das harmônicas Amplitude das harmônicas
( )( ) ( )( )cos 1 cos 12 sen1 1
P Pon
n nmVVm n n
− α + απ⎛ ⎞= −⎜ ⎟π − +⎝ ⎠
m m →→ nnúúmero de pulsos de cada grupo (positivo/ mero de pulsos de cada grupo (positivo/ negativo) negativo)
n n →→ ordem da harmônicaordem da harmônica
22Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 24 – Conversores duais
Exemplo Exemplo -- harmônicasharmônicas
Conversor dual de três pulsos Conversor dual de três pulsos
23Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 24 – Conversores duais
Estruturas de conversores duaisEstruturas de conversores duaisMonofMonofáásico sico –– ponto mponto méédio dio
MonofMonofáásico sico –– ponte completaponte completa
24Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 24 – Conversores duais
Estruturas de conversores duaisEstruturas de conversores duaisTrifTrifáásico sico –– ponto mponto méédio dio
TrifTrifáásico sico –– ponte completaponte completa
25Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 24 – Conversores duais
OperaOperaçção sem circulaão sem circulaçção de correnteão de corrente
ReduzReduz--se os esforse os esforçços nos semicondutoresos nos semicondutores
EvitaEvita--se a necessidade dos reatores de se a necessidade dos reatores de interfase interfase
1
ELETRÔNICA DE POTÊNCIA IELETRÔNICA DE POTÊNCIA IAula 25 Aula 25 –– CicloconversoresCicloconversores
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINAUNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINACENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLCENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓÓGICASGICAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉÉTRICATRICACURSO DE ENGENHARIA ELCURSO DE ENGENHARIA ELÉÉTRICATRICA
Prof. Leandro Michels, Dr. Eng.Prof. Leandro Michels, Dr. [email protected]@gmail.com
EPO I – Aula 25 – Cicloconversores
2
PropPropóósito dos sito dos cicloconversorescicloconversores
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 25 – Cicloconversores
Utilizar uma adequada modulaUtilizar uma adequada modulaçção do ão do ângulo de disparo dos conversores duais ângulo de disparo dos conversores duais para obter uma forma de onda CA na sapara obter uma forma de onda CA na saíídada
( )1.17 cosLmed o PV V= α ( )1.17Lmed oV V f t=
3Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 25 – Cicloconversores
VariaVariaçção do ângulo ão do ângulo α α →→ variavariaçção da forma ão da forma de ondade onda
( ) ( )cos Pf t = α
PropPropóósito dos sito dos cicloconversorescicloconversores
4Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 25 – Cicloconversores
OperaOperaçção em quatro quadrantesão em quatro quadrantes
PropPropóósito dos sito dos cicloconversorescicloconversores
5Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 25 – Cicloconversores
VVLMLM →→ tensão eficaz mtensão eficaz mááxima geradaxima geradam m →→ nnúúmero de pulsosmero de pulsosVoVo →→ tensão eficaz da fontetensão eficaz da fonte
EquaEquaçção da tensão na cargaão da tensão na carga
( )minsen cosLM omV V
mπ⎛ ⎞= α⎜ ⎟π ⎝ ⎠
6Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 25 – Cicloconversores
A) TrifA) Trifáásico 3 pulsos com ponto msico 3 pulsos com ponto méédiodio
Estrutura dos Estrutura dos cicloconversorescicloconversores
3 32LM oV V=
π
7Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 25 – Cicloconversores
B) TrifB) Trifáásico 6 pulsos em ponte para cargas sico 6 pulsos em ponte para cargas monofmonofáásicas isoladassicas isoladas
Estrutura dos Estrutura dos cicloconversorescicloconversores
3LM oV V=
π
8Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 25 – Cicloconversores
C) TrifC) Trifáásico 6 pulsos em ponte para cargas nãosico 6 pulsos em ponte para cargas não--isoladasisoladas
Estrutura dos Estrutura dos cicloconversorescicloconversores
3LM oV V=
π
9Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 25 – Cicloconversores
Tabela comparativaTabela comparativa
Estrutura dos Estrutura dos cicloconversorescicloconversores
3LM oV V=
π3 32LM oV V=
π
3LM oV V=
π
10Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 25 – Cicloconversores
•• Acionamento de motores CA de grande porte Acionamento de motores CA de grande porte (potência >5000HP)(potência >5000HP)
•• A freqA freqüüência CA de saência CA de saíída deve ser menor que da deve ser menor que a freqa freqüüência da rede (<80%)ência da rede (<80%)
•• Logo, o motor deve ser construLogo, o motor deve ser construíído para do para operar na sua condioperar na sua condiçção nominal com ão nominal com freqfreqüüência menor que a da fonteência menor que a da fonte
AplicaAplicaçções dos ões dos cicloconversorescicloconversores
11
ExemploExemplo
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 25 – Cicloconversores
12
ExemploExemplo
Prof. Leandro Michels
VVoo=100V=100V, f, f11=50Hz,=50Hz,VVoutout=66=66.6V, .6V, ffoutout=5Hz=5Hz, R, RLL=1=1ΩΩ, , LLLL=0.1H, L=1mH=0.1H, L=1mH
EPO I – Aula 25 – Cicloconversores
13Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 25 – Cicloconversores
VVoo=100V=100V, f, f11=50Hz,=50Hz,VVoutout=66=66.6V, .6V, ffoutout=5Hz=5Hz, R, RLL=1=1ΩΩ, , LLLL=0.1H, L=1mH=0.1H, L=1mH
ExemploExemplo
14Prof. Leandro Michels
VVoo=100V=100V, f, f11=50Hz,=50Hz,VVoutout=75V=75V, , ffoutout=10Hz=10Hz, R, RLL=1=1ΩΩ, , LLLL=0.1H, L=1mH=0.1H, L=1mH
EPO I – Aula 25 – Cicloconversores
ExemploExemplo
15Prof. Leandro Michels
VVoo=100V=100V, f, f11=50Hz, =50Hz, VVoutout=75V=75V, , ffoutout=10Hz=10Hz, R, RLL=1=1ΩΩ, , LLLL=0.1H, L=1mH, =0.1H, L=1mH,
EPO I – Aula 25 – Cicloconversores
ExemploExemplo
16Prof. Leandro Michels
VVoo=100V=100V, f, f11=50Hz,=50Hz,VVoutout=80V=80V, , ffoutout=20Hz=20Hz, R, RLL=1=1ΩΩ, , LLLL=0.1H, L=1mH=0.1H, L=1mH
EPO I – Aula 25 – Cicloconversores
ExemploExemplo
17Prof. Leandro Michels
VVoo=100V=100V, f, f11=50Hz, =50Hz, VVoutout=80V=80V, , ffoutout=20Hz=20Hz, R, RLL=1=1ΩΩ, , LLLL=0.1H, L=1mH, =0.1H, L=1mH,
EPO I – Aula 25 – Cicloconversores
ExemploExemplo
18Prof. Leandro Michels
VVoo=100V=100V, f, f11=50Hz,=50Hz,VVoutout=90V=90V, , ffoutout=25Hz=25Hz, R, RLL=1=1ΩΩ, , LLLL=0.1H, L=1mH=0.1H, L=1mH
EPO I – Aula 25 – Cicloconversores
ExemploExemplo
19Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 25 – Cicloconversores
VVoo=100V=100V, f, f11=50Hz,=50Hz,VVoutout=90V=90V, , ffoutout=25Hz=25Hz, R, RLL=1=1ΩΩ, , LLLL=0.1H, L=1mH=0.1H, L=1mH
ExemploExemplo
20Prof. Leandro Michels
VVoo=100V=100V, f, f11=50Hz,=50Hz,VVoutout=100V=100V, , ffoutout=40Hz=40Hz, R, RLL=1=1ΩΩ, , LLLL=0.1H, L=1mH=0.1H, L=1mH
EPO I – Aula 25 – Cicloconversores
ExemploExemplo
21Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 25 – Cicloconversores
VVoo=100V=100V, f, f11=50Hz,=50Hz,VVoutout=100V=100V, , ffoutout=40Hz=40Hz, R, RLL=1=1ΩΩ, , LLLL=0.1H, L=1mH=0.1H, L=1mH
ExemploExemplo
22Prof. Leandro Michels
VVoo=100V=100V, f, f11=50Hz,=50Hz,VVoutout=50V=50V, , ffoutout=50Hz=50Hz, R, RLL=1=1ΩΩ, , LLLL=0.1H, L=1mH=0.1H, L=1mH
EPO I – Aula 25 – Cicloconversores
ExemploExemplo