Eletr Nica Fundamental

  • View
    1.336

  • Download
    1

Embed Size (px)

Text of Eletr Nica Fundamental

Conversores Estticos Sistemas TrifsicosRetificadores Trifsicos no-controladosOs retificadores trifsicos fornecem uma sada DC com menos ondulao que nos retificadores monofsicos, facilitando assim a filtragem na sada.Vantagens com relao aos retificadores monofsicos:1)tenso de sada mais alta para uma determinada tenso de entrada2) amplitudemaisbaixadaondulao(emboranuncachegueazero), isto, a tenso de sada mais limpa3)freqncia de ondulao mais alta, o que simplifica a filtragem4)eficincia total mais altaOs retificadores trifsicos podem ser de 3, 6 ou 12 diodos. O uso de mais diodos reduz o custo, distribui a carga e permite o uso de dispositivos com valores nominais mais baixos.Retificadores trifsicos no-controlado de meia onda (3 pulsos) com carga resistivaA figura abaixo mostra um retificador bsico trifsico de meia-onda com 3 diodos e uma carga resistiva. Cada diodo conduz em intervalos de 1200na seqncia D1, D2, D3, ... para produzir a tenso de sada combinada v0, como mostra o grfico:Fig. Diagrama do circuito retificador trifsico de meia-ondaFig. Formas de onda da tenso na cargaAs equaes das tenses de fase so: senwt V vm AN) 120 (0 wt sen V vm BN) 240 (0 wt sen V vm CNNo momento em que a tenso instantnea (v(wt)) for mais positiva, seu respectivo diodo passar para o estado ligado. Seu terminal mais positivo se ligar aos ctodos dos dois outros diodos, mantendo-osdesligados. Portanto, apenasumdelespermanecerligadonessemomento. O sbito chaveamento de um diodo para o outro denominado comutao.Considere o intervalo entre 00 e 300. Nesse perodo, a tenso de fase vCN mais alta do que vAN e vBN. Em conseqncia disso, o diodo D3 fica diretamente polarizado e a tenso de sada (v0) se torna igual a vCN. Os diodos D1 e D2 ficam, portanto, inversamente polarizados. De 300 e 1500, a tenso mais positiva vAN; ela passa o diodo D1 para o estado ligado e aparece nos terminais de Rcomov0. Em1500, atensoinstantneavBNsetornamaior doquevAN. OdiodoD1fica inversamente polarizado e passa para o estado desligado quando o diodo D2fica diretamente polarizado e comea a conduzir. Isso faz com que seja aplicado vBNem R de 1500a 2700. Em 2700, vCN torna-se de novo o mais positivo e D3 passa para o estado ligado. O diodo D3 liga vCN em R a partir de 2700. O ciclo ento repetido.Atensodesadanacarga v0segue ospicosdatensode entradadealimentaoevaria pulsando entre Vmax e 0,5 Vmax. Esse circuito denominado retificador de 3 pulsos, uma vez que a sada se repete 3 vezes em cada ciclo de vs.A tenso de ondulao menor que a produzida pelo retificador monofsico.A freqncia de ondulao (fr) da tenso de sada :fr = n fsonden = nmero de pulsos ou de diodos = 3efs = freqncia de alimentao ACPortanto, fr = 3 . 60 = 180 HzA filtragem, assim, torna-se mais fcil, uma vez que o tamanho do filtro se reduz medida que a freqncia de ondulao aumenta.Expresso geral para a tenso mdia na carga:

,_

,_

nsen VnVm avg o) (No caso do retificador de 3 pulsos:m avg oV V 827 , 0) (Em relao tenso de linha, a tenso mdia na carga dada por:) ( ) (477 , 0m L avg oV V ondeVm = valor mximo da tenso de faseVL(m) = valor mximo da tenso de linhaUma vez que a carga resistiva, a corrente tem a mesma forma de onda da tenso. A corrente em cada diodo igual corrente na carga durante o perodo em que um diodo conduz em seu intervalo de 1200. Cada corrente, no diodo, ento igual a zero no intervalo de 2400.Em geral, cada diodo conduz por um perodo de n 2.Corrente mdia na carga:m m avg oInsen InI 827 , 0) ( ,_

onde RVImm A corrente mdia em cada diodo apenas 1/3 da corrente na carga.3) ( ) () (avg o avg oavg DInII A corrente mxima na carga e a corrente mxima no diodo so as mesmas. E, uma vez que a carga resistiva,) ( (max)21 , 1avg omoIRVI Formas de onda de corrente:Fig. Formas de onda de correnteValor RMS da corrente na carga:2 / 1) (221211]1

,_

+ nsennI Im RMS o = 2 / 132213 211]1

,_

+ sen Im= 0,408 ImFator de ondulao (relao entre o valor RMSda componente ACe o valor RMSda componente DC):177 , 01 32122 2nRFObs.: o valor ideal do fator de ondulao zero.A tabela abaixo mostra a tenso nos diodos em vrios intervalos de 1200:Tabela:Perodo Diodo ligadoDiodos desligadosTenses no diodovD1 vD2 vD300 a 300D3 D1 e D2 vAC vBC 0300 a 1500D1 D2 e D3 0 vBA vCA1500 a 2700D2 D3 e D1 vAB 0 vCB2700 a 3900D3 D1 e D2 vAC vBC 0Obs.: valor nominal da PIV do diodo (PIV = tenso de pico inversa = tenso inversa mxima que pode ser ligada nos terminais do diodo sem este ser danificado):PIV VL(m) ou) (6m sV Exemplo: Um retificador no-controlado de trs-pulsos est ligado a uma fonte AC 3 (trifsica), 4 fios de 220 V. Se a resistncia de carga for de 20 , determine:a) a tenso mxima da cargab) a tenso mdia na cargac) a corrente mdia na cargad) a corrente mxima na cargae) a corrente mxima no diodof) o valor nominal da PIV do diodog) a corrente mdia no diodoh) o nmero de pulsoi) o ngulo de conduoSoluo: a) valor mximo da tenso de linhaV Vm L3 1 1 2 2 0 2) ( valor mximo da tenso de faseV Vm6 , 1 7 9 3 / 3 1 1 b) V0(avg) = 0,827 . 179,6 = 148,5 Vc) I0(avg) = V0(avg)/R = 148,5/20 = 7,4 Ad) I0(max) = Vm/R = 179,6/20 = 9 Ae) ID(max) = I0(max) = 9 Af) PIV VL(m) = 311 Vg) AIIa v g oa v g D5 , 234 , 73) () ( h) P = 3i) = 1200Retificadores trifsicos no-controlados deondacompletaemponte(6pulsos) comcarga resistivaO retificador de onda completa em ponte (seis pulsos) um dos circuitos mais importantes em aplicaesdealtapotncia. Podeser ligadodiretamenteaumafontetrifsicaouusar um transformador trifsico ligado em conexo - Y, Y - ou - . Um retificador de seis pulsos fornece uma sada que tem menos ondulao do que a do retificador de trs pulsos.Ocircuitodoretificador mostradoabaixo; os diodos sonumerados naordememque conduzem. O retificadoremponte usaambasasmetades, positivaenegativa, datensode entrada. Portanto, a freqncia de ondulao seis vezes a freqncia da fonte AC.Fig Diagrama do circuito retificador de onda completa em ponte.Operao do retificador de onda completa em ponteO fluxo de corrente em qualquer instante de tempo pode ser calculado quando se determinam os terminais mais positivos e mais negativos da fonte. Oterminal mais positivo polarizar diretamente seu respectivo diodo mpar e o far passar para o estado ligado. O terminal mais negativo polarizar diretamente seu respectivo diodo par e o far passar para o estado ligado.Para determinar os terminais da fonte, o mais positivo e o mais negativo, pode-se plotar duas tensesquaisquerdelinhaemrelaoaumterminal derefernciacomum. Escolhemos, de modo arbitrrio, o terminal B. As duas tenses de linha so vABe vCB, como mostra a figura (b) abaixo. vCB , na realidade, o inverso de vBC (ver figura (a) abaixo).A condio dos diodos pode ser encontrada a partir da figura (b) acima. No intervalo de 00 a 600, a tenso no terminal C a mais alta. Assim, do desenho do circuito mostrado acima, o nodo de D5 est com a tenso mais positiva do circuito. Isso polariza diretamente D5, passando-o para o estadoligado. De600a1800, oterminal Apassaaser omais positivo; portanto, D1fica diretamente polarizado e passa para o estado ligado. Em 1800, a tenso do terminal A cai abaixo da tenso do terminal B. Agora, a tenso em B a mais positiva, e isso faz com que D3 passe para o estado ligado. Em 3000, a tenso no terminal C passa a ser a mais positiva e leva D5 ao estado ligado. De maneira semelhante, o estado dos diodos pares pode ser determinado a partir da figura (b) acima, depois de definida a tenso mais negativa do terminal. De 00 a 1200, o terminal B o mais negativo; de 1200a 2400, o terminal C; de 2400a 3600, o terminal A. Os resultados esto resumidos na tabela abaixo:Tabela:PerodoTensopositiva mais altaTenso negativa mais altaDiodos ligadosmpares Pares00 a 600C B D5 D6Fig. Formas de onda da fonte de tenso trifsica AC: a) tenses de linha com seqncia de fase ABC; b) tenses de linha vAB e vCB.600 a 1200A B D1 D61200 a 1800A C D1 D21800 a 2400B C D3 D22400 a 3000B A D3 D43000 a 3600C A D5 D4Outra forma de se analisar a montagem da tabela acima:Sabendo-se que vAB = vA vB e vCB = vC vB, analisemos os intervalos da figura 2.1.5 (b) acima: de 00 a 600 vC vB > 0 e vA vB > 0, portanto, B o terminal de menor potencial; vC vB > vA vB, portanto, C o terminal de maior potencial de 600 a 1200 vC vB > 0 e vA vB > 0, portanto, B o terminal de menor potencial; vA vB> vC vB, portanto, A o terminal de maior potencial de 1200 a 1800 vC vB < 0 e vA vB > 0, portanto, C o terminal de menor potencial; vA vB > vC vB, portanto, A o terminal de maior potencial de 1800 a 2400 vC vB < 0 (vB > vC), vA vB < 0 (vB > vA) e vC vB < vA vB, portanto, C o terminal de menor potencial; vC vB < 0 (vB > vC) e vA vB < 0 (vB > vA), portanto, B o terminal de maior potencial de 2400 a 3000 vC vB < 0 (vB > vC), vA vB < 0 (vB > vA) e vA vB < vC vB, portanto, A o terminal de menor potencial; vC vB < 0 (vB > vC) e vA vB < 0 (vB > vA), portanto, B o terminal de maior potencial de 3000 a 3600 vC vB > 0 (vC> vB) e vA vB < 0 (vA < vB), portanto, A o terminal de menor potencial; vC vB> vA vB e vC vB > 0 (vC> vB), portanto, C o terminal de maior potencialPodemos usar a tabela acima para desenhar os circuitos equivalentes simplificados do retificador de seis-pulsos mostrado na figura abaixo. A partir desses circuitos, possveldeterminar com facilidade a tenso de sada para cada perodo de 600.Fig. Circuitos equivalentes de um retificador de seis-pulsosAfigura(a) abaixomostraastensesnastrslinhasesuastensesinversas; paracada intervalo de 600, a poro da tenso na figura (a) redesenhada como v0 na figura (b), de modo que se obtenha a forma de onda completa da tenso de sada.A tenso de sada varia entre 1,414 Vs e 1,225 Vs, onde Vs o valor RMS da tenso de linha. A tenso mdia DC na carga o dobro da do retificador de meia-onda, e seu valor dado por:V0(avg)