Controladores de Tensão CA

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06/05/2019
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Capítulo 6
Controladores de tensão CA
Conversor CA-CA
Controladores de tensão CA
Introdução
Controlador de tensão CA Carga
Rede:
Tensão 
eficaz Vs
Carga:
Tensão eficaz VO
ajustável
• Aplicações: aquecimento, excitação de motores, iluminação, etc
• Tipos:
(a) Com controle liga-desliga
(b) controle de ângulo de fase
• Controle liga-desliga: Alguns ciclos da tensão de rede são conectados à carga.
• Controle de ângulo de fase: Uma certa porção de cada ciclo da tensão de rede é 
conectada à carga.
• Podem ser monofásicos ou trifásicos
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Controladores de tensão CA
Princípios de controle liga-desliga
OBS. (m+n)T deve ser bem 
menor que a constante de 
tempo mecânica ou térmica 
da carga.
k: ciclo de trabalho do conversor
Mantém-se m+n constante 
→ frequência constante
kV
nm
n
V
tdtsenV
mn
n
V
SS
So
=
+
=
=





+
= ∫
2/1
2
0
22 )()(2
)(2
π
ωω
π
Tensão eficaz de saída:
Controladores de tensão CA
Princípios do controle de fase
• Controlador monofásico de meia-onda
• Controlador unidirecional
• Tensão e corrente de saída possuem componentes CC (saturação do trafo)
• Usado em baixas cargas resistivas (aquecimento e iluminação)
• Tensão eficaz de saída variará de 70,7% a 100% de Vs (Vs tensão eficaz do 
secundário do transformador)
2/1
2
2
2
2
1












+−=
α
απ
π
sen
VV so
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Controladores de tensão CA
Controladores monofásicos bidirecionais com cargas resistivas
• Para semiciclo positivo T1 controla o fluxo de energia
• Para semiciclo negativo T2 controla o fluxo de energia
• Pulsos de disparo de T1 e T2 estão defasados em 180o
• Variando α de 0 a π, Vo (eficaz) varia de Vs a 0.
• Valores médio de tensão e corrente sobre a carga são nulos (evita-se a saturação do 
trafo)
2/1
2
21












+−=
α
απ
π
sen
VV soRMS
Controladores de tensão CA
Controladores monofásicos bidirecionais com cargas resistivas
Outras topologias:
• No circuito da fig 6.3 são necessários dois circuitos de disparo isolados 
entre si e do circuito de potência.
• Na fig 6.4 os circuitos de disparo dos tiristores serão isolados (do circuito 
de potência), mas com um nó comum (não isolados entre si)
• Mais perdas de condução na chaves (duas em série: diodo-tiristor).
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Controladores de tensão CA
Controladores monofásicos bidirecionais com cargas resistivas
Outras topologias:
• Controle bidirecional
• Uma única chave controlada (tiristor T1) e quatro diodos em ponte
• Tiristor e ponte de diodos corresponde a uma chave bidirecional de corrente.
• Ponte + tiristor: disponível comercialmente como um único dispositivo
• Mais perdas de condução na chaves (três em série: diodo-tiristor-diodo).
i1
Controladores de tensão CA
Controladores monofásicos bidirecionais com cargas indutivas
• Enquanto T1 conduz, 
T2 não pode conduzir
• Devido ao atraso da 
corrente, T1 conduz 
até ωt=β
• Ângulo de condução 
de T1:
δ=β-α
• T2 será disparado se β < 
α+π
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Controladores de tensão CA
Controladores monofásicos bidirecionais com cargas indutivas
( )
( )( )[ ]tωαR/Ls
ω)(R/L)(αs
RL
t
s
s
esenθ)tsen(
Z
V
i
eθαsen
Z
V
Aαωti
θZ
eAtsen
Z
V
i
tsenVRi
dt
di
L
t
−
−
−−−=
−−===
+−=
=+
≤≤
/
1
/
11
)/(
11
1
1
)(
2
 :Logo
2
 se-determina , para 0 Com
 (ângulo) argumento e módulo tendocarga de impedância Com
)(
2
2
 Para
θαω
θω
ω
βωα
( ) ( )
βesensen
it
LR
obter podemos ntenumericame onde ,)()( Assim,
0 também, Para
/
1




 −
−=−
==
ω
βα
θαθβ
βω
Controladores de tensão CA
Controladores monofásicos bidirecionais com cargas indutivas
2
1
22 )()(2
2
2
, Se








=
+≤
∫ tdtsenVV SO ωωπ
παβ
β
α
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Controladores de tensão CA
Controladores trifásicos de meia-onda
Extensão do caso monofásico
Controladores de tensão CA
Controladores trifásicos de onda completa
Extensão do caso monofásico
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Controladores de tensão CA
Cicloconversores
• Controladores de tensão CA: tensão variável, mas 
frequência fixa
• Cicloconvesor: Converte energia CA a uma certa 
frequência em uma saída CA com outra frequência 
(também conversão CA-CA)
• Frequência de saída é um fração da frequência da 
rede (alimentação)
• Normalmente a comutação dos tiristores é natural
• Atualmente utiliza-se mais a conversão CA-CC 
(controlada) e de CC-CA (inversor) para se obter 
uma saída CA com frequência variável (dois 
estágios).
Controladores de tensão CA
Cicloconversores monofásicos
N
Se apenas o conversor P 
operar, a tensão média é 
positiva (VmedioP)
Se apenas o conversor N 
operar, a tensão média é 
negativa (VmedioN)
Ângulos de disparo tais 
que: VmedioP = - VmedioN
Cada conversor opera 
por um tempo To/2, assim 
a frequência de vo é dada 
por : fo = 1/To
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Controladores de tensão CA
Cicloconversores trifásicos (trifásico/monofásico)
Tensões de linha:
Controladores de tensão CA
Cicloconversores trifásicos (trifásico/monofásico)
Retificação de onda 
completa (ponte)
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Controladores de tensão CA
Cicloconversores trifásicos (trifásico/trifásico)
• Módulos de meia-onda: 18 
tiristores
• Se fossem módulos de 
onda completa: 36 
tiristores