Eletrônica de potencia Aula 07 - Controlador de Potência CA

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EEN502.1
FUNDAMENTOS DE 
ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
AULA 07 – CONTROLADOR DE POTÊNCIA CA
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CONTROLADOR DE POTÊNCIA CA
Prof. Robson Bauwelz Gonzatti 2
• São utilizados em aplicações em que se
deseja alterar o valor eficaz de alimentação
de uma carga, tais como:
• Controle de Temperatura
• Reguladores de Tensão
• Controle de Intensidade Luminosa
• Acionamento de Motores CA (Partida Suave)
• Compensação de Potência Reativa
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CONTROLADOR DE POTÊNCIA CA
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Tiristores do tipos SCR 
em antiparalelo.
Triac
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TRIAC
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TIPOS DE CONTROLE DE POTÊNCIA CA
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• Controle Liga-Desliga:
• É utilizado quando a constante de tempo da carga é 
muito alta com relação ao período da rede elétrica. 
• Consiste em ligar e desligar a tensão da carga, 
sempre no zero da tensão. 
• Controle de fase:
• Neste caso os valores da tensão corrente e potência 
na carga dependerão do ângulo de disparo. 
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CONTROLE LIGA-DESLIGA
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CONTROLE DE FASE
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Semiciclo Positivo Semiciclo Negativo
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FORMAS DE ONDA – CONTROLADOR
CA CARGA R
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Vs
VR
VAK
IR
VGateIGATE
VO
IO
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Vs
VR0
VAK
IR0
VGate
FORMAS DE ONDA – CONTROLADOR
CA CARGA R
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IGATE
VO
IO
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FORMULÁRIO – CONTROLADOR CA 
CARGA R 
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• Valor médio da tensão e da corrente de saída
• Valor eficaz da tensão de saída
• Valor eficaz da corrente de saída
𝑉𝑜𝐶𝐶 = 𝐼𝑜𝐶𝐶 = 0
𝑉𝑜𝑅𝑀𝑆 = 𝑉𝑠
𝜋 − 𝛼
𝜋
+
1
2𝜋
𝑠𝑒𝑛 2𝛼
𝐼𝑜𝑅𝑀𝑆 =
𝑉𝑜𝑅𝑀𝑆
𝑅
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FORMULÁRIO – CONTROLADOR CA 
CARGA R 
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• Valor médio da corrente em cada tiristor
• Valor eficaz da corrente em cada tiristor
*Cada tiristor conduz durante um semiciclo
𝐼𝑇𝑅𝑀𝑆 =
𝐼𝑜𝑅𝑀𝑆
2
𝐼𝑇(𝑚é𝑑) =
𝑉𝑚á𝑥
2𝜋 𝑅
(1 + 𝑐𝑜𝑠𝛼)
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EXEMPLO
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No circuito da figura abaixo, VS = 110 V, R = 10 Ω. 
Calcular, para α = 60°:
a. Os valores eficazes de tensão e corrente na carga e nos 
SCR’s. 
b. O fator de potência total na fonte
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CA CARGA RL
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Vs
VR
IR
VO
IGATE
IO
Operação para α > φ
𝑍 = 𝑅2 + 𝜔𝐿 2
𝜑 = tan−1 𝜔𝐿 𝑅
Impedância da carga
Ângulo de carga
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FORMAS DE ONDA – CONTROLADOR
CA CARGA RL
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Operação para α < φ
Pulso curto
Vs
VR
IR
VGate
α
ϕ
VO
IGATE
IO
T1
T2
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CA CARGA RL
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Operação para α < φ
Pulso curto
T1
T2
T2
Vs
VR
IR
VGate
αα
ϕ
VO
IGATE
IO
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FORMAS DE ONDA – CONTROLADOR
CA CARGA RL
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Operação para α < φ
Pulso curto
T1
T2
Vs
VR
IR
VGate
αα
ϕ
VO
IGATE
IO
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Vs
VR
IR
VGate
αT2
ϕT1
αT1
ϕT2
αT1
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CA CARGA RL
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Operação para α < φ
Pulso longo
VO
IGATE
IO
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PULSOS DE DISPARO
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Operação para α < φ
Pulso longo
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FORMULÁRIO – CONTROLADOR CA 
CARGA RL
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• Valor médio da tensão e da corrente de saída
• Valor eficaz da tensão de saída
𝑉𝑜𝐶𝐶 = 𝐼𝑜𝐶𝐶 = 0
𝑉𝑜𝑅𝑀𝑆 = 𝑉𝑠
𝛽 − 𝛼
𝜋
+
1
2𝜋
(𝑠𝑒𝑛 2𝛼 − 𝑠𝑒𝑛2𝛽)
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CARGA RL
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• Valor médio da corrente em cada tiristor
• Valor eficaz da corrente em cada tiristor
• Valor eficaz da corrente total
𝐼𝑇𝑟𝑚𝑠 =
1
2𝜋
 
𝛼
𝛽
𝑖1
2𝑑𝜔𝑡 =
𝑉𝑠
𝑍
1
𝜋
 
𝛼
𝛽
sin 𝜔𝑡 − 𝜑 − sin 𝛼 − 𝜑 𝑒 𝑅 𝐿 𝛼 𝜔−𝑡 2𝑑𝜔𝑡
𝐼𝑇𝑚é𝑑 =
1
2𝜋
 
𝛼
𝛽
𝑖1𝑑𝜔𝑡 =
2𝑉𝑠
2𝜋𝑍
 
𝛼
𝛽
sin 𝜔𝑡 − 𝜑 − sin 𝛼 − 𝜑 𝑒 𝑅 𝐿 𝛼 𝜔−𝑡 𝑑𝜔𝑡
𝐼𝑂𝑟𝑚𝑠 = 𝐼𝑇𝑟𝑚𝑠
2 + 𝐼𝑇𝑟𝑚𝑠
2 = 2𝐼𝑇𝑟𝑚𝑠
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21
Ângulo de extinção β
em função de α, tomando 
φ como parâmetro. 
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22
Corrente rms em um 
tiristor em relação a Im
em função de α, tomando 
φ como parâmetro. 
𝐼𝑚 =
2𝑉𝑠
𝑍
0,31
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23
Corrente média em um 
tiristor em relação a Im
em função de α, tomando 
φ como parâmetro. 
𝐼𝑚 =
2𝑉𝑠
𝑍
0,155
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EXEMPLO 2
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Um controlador de potência monofásico alimenta uma 
carga RL. A tensão rms de entrada é de Vs = 120 V e 60 
Hz. A carga possui L = 5 mH e R = 5 Ω. O ângulo de 
disparo é igual a α = π/2 (90°). Determine:
a. o ângulo de condução do tiristor T1, γ;
b. a tensão rms de saída, VOrms; 
c. a corrente rms do tiristor, IT1;
d. a corrente média de um tiristor, ITmed;
e. a corrente rms de saída, IO;
f. o fator de potência da entrada.
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CONTROLADOR DE POTÊNCIA CA 
TRIFÁSICO
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• Controlador de potência CA de onda completa com 
carga resistiva conectada em Y (estrela). A sequência 
de disparo dos tiristores é T1, T2, T3, T4, T5, T6, em 
intervalos de 60°.
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CONTROLADOR DE POTÊNCIA CA 
TRIFÁSICO
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• Se for possível ter acesso aos terminais de um sistema 
trifásico, os elementos de controle e a carga podem ser 
conectados em delta (triângulo).
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SOFT-STARTER
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• Na partida, o motor de indução trifásico 
(MIT) apresenta corrente muitas vezes 
superior ao valor nominal. 
• Dependendo do nível de potência, é 
necessária a utilização de um método de 
partida para reduzir a corrente.
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SOFT-STARTER
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• São vários os métodos empregados, todos 
com uma filosofia em comum: reduzir a 
corrente aplicada na partida. Exemplos: 
partida estrela-triângulo, auto-
transformador, reostato de partida.
• Um controlador CA pode ser utilizado na 
partida de um motor de indução, 
proporcionando redução da corrente de 
partida. 
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SOFT-STARTER
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• Tensão aplicada ao motor durante a partida:
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SOFT-STARTER
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• Comparação entre as 
correntes aplicadas 
ao motor durante a 
partida:
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SOFT-STARTER WEG
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CURVAS DE TORQUE E CORRENTE
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CURVAS DE TORQUE
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SOFT START DE UM GERADOR DE 
INDUÇÃO
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COMPENSADORES ESTÁTICOS DE 
REATIVO
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• Existem 4 tipos de controladores estáticos 
de reativo:
• Reator controlado por tiristor (Thyristor-
controlled reactor – TCR);
• Capacitor chaveado por tiristor (Thyristor-
switched capacitor – TSC);
• Compensador estático de reativo (Static VAR 
compensator – SVC);
• STATCOM.
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COMPENSADORES ESTÁTICOS DE 
REATIVO
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REATOR CONTROLADO POR TIRISTOR
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• O TCR age como um indutor variável, em queo 
VAR indutivo fornecido pode ser alterado de forma 
rápida.
• Como o sistema pode requerer VARs indutivo ou 
capacitivo, o TCR é instalado em paralelo a um 
banco de capacitor.
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REATOR CONTROLADO POR TIRISTOR
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• Como o sistema pode requerer VARs indutivo ou 
capacitivo, o TCR é instalado em paralelo a um 
banco de capacitor.
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CAPACITOR CHAVEADO POR TIRISTOR
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• O TSC consiste de uma capacitância fixa C, de 
uma chave bidirecional com tiristores e de um 
reator de pequeno valor para limitar sobrecorrentes
no ligar.
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COMPENSADOR ESTÁTICO DE REATIVO
SVC
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TSC
TCR
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REFERÊNCIAS
• Mohan, N., Undeland, T. M. e Robbins, W. P., “Power 
Electronics – Converters, Applications and Design”, 
Wiley, 2013.
• Muhammad H. Rashid. “Eletrônica de Potência: 
Dispositivos, circuitos e aplicações”, 4ª Ed., 2015, 
Pearson. 
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