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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