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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. Eng.leandromichels@gmail.comleandromichels@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

6

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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1) SSR com comuta1) SSR com comutaçção instantâneaão instantâneaCarga indutivaCarga indutiva

v12

vAB

i12

ta

t

t

t

10

Modos de operaModos de operaççãoão

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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

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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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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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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 ∫

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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

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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 ⎣ ⎦∫

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Corrente mCorrente méédia e eficaz em cada tiristor (parametrizada)dia e eficaz em cada tiristor (parametrizada)

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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

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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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iL

vLvo G1

G2

R

L

Formas de ondaFormas de ondaTopologiaTopologia

( )( )22

cos R

R Lφ =

+ ω

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Ângulo de Ângulo de extinsãoextinsão ββ

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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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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

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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 ⎢ ⎥⎣ ⎦

∫

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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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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 + ⎪⎭

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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 + ⎪⎭

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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

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vi

tiL

tT1

T

AtuaAtuaçção em semião em semi--ciclosciclos→→ redureduçção do ão do flickerflicker

1oLef

V TIR T

=1

o

TPP T

=

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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)

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AplicaAplicaçção de gradador monofão de gradador monofáásicosico

Curva caracterCurva caracteríística do funcionamento do DIACstica do funcionamento do DIAC

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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

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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

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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

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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

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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⎡ ⎤⎣ ⎦

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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. Eng.leandromichels@gmail.comleandromichels@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. Eng.leandromichels@gmail.comleandromichels@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