Unidade 11 - Conversor dual

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ELETRÔNICA DE 
POTÊNCIA I
Fauzi Marraui
Conversor dual
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você será capaz de:
  Reconhecer conversores duais.
  Analisar o funcionamento com circulação de corrente.
  Descrever a estrutura dos conversores duais.
Introdução
Segundo Rashid (2014), se dois conversores monofásicos controlados 
forem conectados em antiparalelo, tanto a tensão de saída quanto o fluxo 
da corrente de carga podem ser invertidos, possibilitando a operação 
em quatro quadrantes, o que se denomina conversor dual. Seu principal 
emprego é no controle de posição de servomotores de corrente contínua, 
principalmente no controle numérico de máquinas operatrizes.
Neste capítulo, você vai conhecer os conversores duais, sua estrutura 
e vai analisar o funcionamento com circulação de corrente.
O que são conversores duais?
Um conversor que opera com corrente positiva e tensão de carga positiva ou 
negativa funciona no 1º ou no 4º quadrante. Veja sua estrutura para operação 
ilustrada na Figura 1.
Os quadrantes de operação indicam a região em que o conversor pode operar, ou 
seja, os sinais que a tensão e a corrente do conversor podem adotar de acordo com 
seu funcionamento.
Figura 1. Estrutura para operação no 1º ou 4º quadrante.
Fonte: Barbi (2006, p. 139).
O circuito equivalente desse conversor de dois quadrantes é representado 
pela Figura 2.
Figura 2. Circuito equivalente do 
conversor de 2 quadrantes.
Fonte: Barbi (2006, p. 139).
Os quadrantes de operação e a característica de comando do conversor 
dual são mostrados nas Figuras 3 e 4. Na Figura 3, identificamos o 1º e o 4º 
quadrantes como sendo os possíveis quadrantes de operação do conversor dual. 
Na Figura 4, podemos observar a característica de comando deste conversor. 
Observe que a tensão cai de acordo com o aumento do ângulo α.
Conversor dual2
Figura 3. Quadrantes de operação do conversor.
Fonte: Barbi (2006, p. 140).
Figura 4. Característica de comando do conversor.
Fonte: Adaptada de Barbi (2006).
Já a Figura 5 representa um conversor operando com corrente negativa e 
tensão positiva e negativa, funcionando no 2º ou no 3º quadrante, e seu circuito 
equivalente é mostrado na Figura 6.
3Conversor dual
Figura 5. Estrutura para operação no 2º ou 3º quadrante.
Fonte: Barbi (2006, p. 140). 
Figura 6. Circuito equivalente do circuito 
com operação no 2º ou 3º quadrante.
Fonte: Barbi (2006, p. 140). 
Os quadrantes de operação são mostrados na Figura 7, e a característica 
de comando está na Figura 8 e possui um comportamento contrário ao do 
conversor anterior.
Conversor dual4
Figura 7. Quadrantes de operação.
Fonte: Barbi (2006, p. 141). 
Figura 8. Característica de comando do conversor.
Fonte: Adaptado de Barbi (2006).
O conversor dual também pode operar nos quatro quadrantes, associando 
os dois conversores citados anteriormente. A estrutura está ilustrada na Figura 
9 e o circuito equivalente da mesma na Figura 10.
5Conversor dual
Figura 9. Conversor dual de 3 pulsos.
Fonte: Barbi (2006, p. 141). 
Figura 10. Circuito equivalente do conversor dual de 
3 pulsos.
Fonte: Barbi (2006, p. 141). 
O conversor dual de 3 pulsos opera nos quatro quadrantes, como mostra 
a Figura 11, e possui as características de comando, sendo a união dos dois 
conversores apresentados anteriormente (Figura 12). Para um correto funcio-
namento, a tensão VP deve ser igual a VN e, consequentemente, os ângulos de 
comando αP e αN devem respeitar a relação da Equação 1.
 (1)
Conversor dual6
Figura 11. Quadrantes de operação do conversor 
dual de 3 pulsos.
Fonte: Barbi (2006, p. 142). 
Figura 12. Características de comando do conversor dual de 3 pulsos. 
Fonte: Adaptada de Barbi (2006).
7Conversor dual
Como sugere a Equação (1), as tensões devem ser mantidas iguais ao se comandar dois 
conversores associados; porém, essa igualdade é impossível de ser obtida devido às 
harmônicas de tensão geradas pelos conversores individualmente. Essas harmônicas 
produzem correntes que podem ser destrutivas para os componentes (corrente de 
circulação) e, portanto, devem ser limitadas de alguma forma. A técnica mais usual é 
a utilização de reatores de circulação, como mostra a Figura 13.
Figura 13. Conversor dual com reatores de circulação.
Fonte: Adaptada de Barbi (2006).
O funcionamento com circulação de corrente
Para a análise do funcionamento dos conversores duais com circulação de 
corrente, serão apresentados dois casos de operação: sem carga e com corrente 
de carga sem harmônicas.
Operação sem carga
Segundo Barbi (2006), na operação do conversor dual sem carga, circula 
somente a corrente de circulação dos conversores pelo circuito, e a mesma 
possui um único sentido. Os conversores apresentam condução semicontí-
nua e a componente contínua da tensão é nula, tendo apenas componentes 
alternadas. 
Conversor dual8
Com relação ao reator de circulação, sua tensão é igual às diferenças 
instantâneas entre as tensões VP e VN, geradas pelos grupos positivo e 
negativo, respectivamente. A tensão na carga é igual ao valor médio das 
tensões VP e VN.
As Figuras 14, 15 e 16 representam as formas de onda do conversor dual 
de 3 pulsos, sem carga, para αP = αN = 90°. Vale ressaltar que a tensão de 
carga e a tensão sobre o reator de circulação estão indicadas pelas Equações 
(2) e (3), respectivamente. 
 (2)
 (3)
Figura 14. Forma de onda: tensão gerada pelo grupo positivo (vP) e tensão gerada pelo 
grupo negativo (vN). 
Fonte: Adaptada de Barbi (2006).
9Conversor dual
Figura 15. Forma de onda: tensão sobre reator de circulação (vL) e corrente de 
circulação (ic). 
Fonte: Adaptada de Barbi (2006).
Figura 16. Forma de onda: tensão na carga (vZ). 
Fonte: Adaptada de Barbi (2006).
Conversor dual10
Operação com corrente de carga sem harmônicas
Para a operação com corrente de carga sem harmônicas, a corrente de circu-
lação é igual ao caso anterior, além do conversor ativo conduzir a corrente de 
carga mais a corrente de circulação e o não ativo conduzir apenas a corrente 
de circulação (BARBI, 2006).
Quando a corrente de carga é positiva, como indica a Figura 17, o conversor 
ativo (que conduz a corrente de carga) é formado pelos tiristores T1, T2 e T3; 
já o conversor passivo é formado por T4, T5 e T6 e suas formas de onda são 
ilustradas na Figura 18.
Figura 17. Operação de corrente de carga positiva. 
Fonte: Barbi (2006, p. 144). 
Figura 18. Forma de onda: situação para corrente de carga positiva.
Fonte: Adaptada de Barbi (2006).
11Conversor dual
Quando a corrente de carga é negativa, ocorre a situação contrária, o 
conversor ativo é formado pelos tiristores T4, T5 e T6 e o conversor passivo por 
T1, T2 e T3. Seu circuito de operação e as formas de onda estão apresentados 
nas Figuras 19 e 20.
Figura 19. Operação de corrente de carga negativa.
Fonte: Barbi (2006, p. 145). 
Figura 20. Forma de onda: situação para corrente de carga negativa.
Fonte: Adaptada de Barbi (2006).
Admite-se que a tensão de carga se mantém positiva em ambas situações, 
portanto, no caso de corrente de carga positiva, o grupo positivo funciona 
como retificador e, no caso de corrente de carga negativa, o grupo negativo 
funciona como inversor.
Conversor dual12
Estrutura dos conversores duais
Os conversores duais podem ter diferentes estruturas e, aqui, serão apresentadas 
as principais características e diferenças entre esses tipos de estruturas, sendo 
elas: conversores de 2 pulsos, conversores com 3 pulsos e conversores de 6 pulsos.
Conversor de 2 pulsos
Na Figura 21, é mostrado o conversor dual monofásico de ponto médio; já na 
Figura 22, o conversor dual monofásico em ponte.
Figura 21. Conversor dual monofásico de ponto médio.
Fonte: Barbi (2006, p. 152). 
Figura 22. Conversor dual monofásico em ponte. 
Fonte: Barbi (2006, p. 152). 
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A vantagem do conversor dual monofásico em ponte é a dispensa do trans-
formador de entrada, mas, quando é necessário o uso do transformadorpara 
adaptar tensões, dá-se preferência para o conversor dual monofásico de ponto 
médio, que tem menor custo quando comparado ao outro.
Conversor de 3 pulsos
O conversor dual de 3 pulsos é ilustrado na Figura 23 e pode ser conectado 
diretamente na rede (os dois grupos são alimentados pela rede) quando não 
há necessidade de adaptar tensões, ou seja, o transformador de alimentação é 
dispensável.
Figura 23. Conversor dual de 3 pulsos.
Fonte: Barbi (2006, p. 153). 
Conversor de 6 pulsos
O conversor de 6 pulsos é ilustrado na Figura 24, que mostra duas pontes de 
Graetz trifásicas. Essa confi guração é a mais utilizada na indústria devido ao 
menor conteúdo de harmônicos quando comparada com as demais.
Conversor dual14
Figura 24. Conversor dual de 6 pulsos.
Fonte: Barbi (2006, p. 153). 
BARBI, I. Eletrônica de potência. 6. ed. Florianópolis: Autor, 2006.
RASHID, M. H. Eletrônica de potência: circuitos, dispositivos e aplicações. 4. ed. São 
Paulo: Pearson, 2014.
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