Retificadores trifasicos controlados

Prévia do material em texto

Retificadores trifásicos controladosRetificadores trifásicos controlados
Nikolas Libert
Aula 7
Eletrônica de Potência ET53B
Tecnologia em Automação Industrial
DAELT ● Nikolas Libert ● 2
Retificador com ponto médio
Retificador trifásico controlado com 
ponto médio
 Vantagens:
– Frequência de saída (3x frede).
– Pode operar como inversor (reversível em tensão).
– Ondulação pode ser metade de VP (depende do ângulo 
de disparo).
 Desvantagens:
– Número de componentes.
– Corrente assimétrica na entrada.
DAELT ● Nikolas Libert ● 3
Retificador com ponto médio – Carga Resistiva
Retificador trifásico controlado com 
ponto médio e carga resistiva
R
v1(ωt) T1
R
i1
v2(ωt) T2
S
i2
v3(ωt) T3
T
i3
N
iS
+
-
vS
+
+
+
-
-
-
DAELT ● Nikolas Libert ● 4
Retificador com ponto médio – Carga Resistiva
120° 240° 360°
v1(ωt) v2(ωt) v3(ωt)
ωt
α=0°
30°
- O ângulo de disparo α é dado em relação à interseção 
entre v1(ωt) e v2(ωt). α=0° corresponde a ωt=30°.
- O ângulo de disparo α pode estar entre 0° e 150°.
v1(ω t )=V p sen(ω t )
v2(ω t)=V p sen(ω t−
2π
3
)
v3(ω t)=V p sen(ω t−
4 π
3
)
R
v1(ωt) T1
R
i1
v2(ωt) T2
S
i2
v3(ωt) T3
T
i3
N
iS
+
-
vS
+
+
+
-
-
-
DAELT ● Nikolas Libert ● 5
Retificador com ponto médio – Carga Resistiva
ωt
ωt
iG
vS
α=0°
v1(ωt) v2(ωt)v3(ωt)
30°
Para α=0°
- Circuito se comporta como 
retificador não controlado.
R
v1
T1
v2
T2
v3
T3 iS
+
-
vS
+
+
+
-
-
-
DAELT ● Nikolas Libert ● 6
Retificador com ponto médio – Carga Resistiva
ωt
ωt
iG
vS
α=30°
v1(ωt) v2(ωt)v3(ωt)
30°
Para α=30°
- A tensão VS atinge 0 V.
- Limiar entre condução 
contínua e descontínua.
R
v1
T1
v2
T2
v3
T3 iS
+
-
vS
+
+
+
-
-
-
DAELT ● Nikolas Libert ● 7
Retificador com ponto médio – Carga Resistiva
ωt
ωt
iG
vS
α=135°
v1(ωt) v2(ωt) v3(ωt)
30°
T1 T2 T3T3
Para α=135°
- T1 conduz mesmo quando v2>v1.
- Porém, SCRs devem obedecer 
uma ordem de disparo.
R
v1
T1
v2
T2
v3
T3 iS
+
-
vS
+
+
+
-
-
-
DAELT ● Nikolas Libert ● 8
Retificador com ponto médio – Carga Resistiva
 Condução contínua
(0° <= α <= 30°)
Tensão Média:
vSmed=
1
2 π/3 ∫α+π/6
α+5π/6
v1(ω t )dω tvSmed=
3√3 v p
2π
cos(α)
Corrente Média:
iSmed=
1
2π /3 ∫α+π/6
α+5π/6 v1(ω t )
R
dω tiSmed=
3√3 v p
2πR
cos(α)
ωt
vS
α
v1(ωt) v2(ωt)v3(ωt)
vp
30°
α+120°
v1(ω t )=V p sen(ω t )
DAELT ● Nikolas Libert ● 9
Retificador com ponto médio – Carga Resistiva
 Condução descontínua
(30° <= α <= 150°)
Tensão Média:
vSmed=
1
2 π/3 ∫α+π/6
π
v1(ω t)dω t
vSmed=
3 v p
2π [1+cos(α+ π6 )]
Corrente Média:
iSmed=
1
2π/3 ∫α+π/6
π v1(ω t)
R
dω tiSmed=
3 v p
2π R [1+cos (α+ π6 )]
v1(ω t )=V p sen(ω t ) ωt
vS
v1(ωt) v2(ωt) v3(ωt)
30°
α
vp
π
DAELT ● Nikolas Libert ● 10
Retificador com ponto médio – Carga Resistiva
0° 30° 150°
0
0,414
0,827
vSmed
v p α
60° 90° 120°
0,207
0,620
vSmed=
3 v p
2π [1+cos (α+ π6 )]
vSmed=
3√3 v p
2π
cos(α)
p / 0≤α≤30° :
p / 30°≤α≤150 ° :
DAELT ● Nikolas Libert ● 11
Retificador com ponto médio – Carga RL
Retificador trifásico controlado com 
ponto médio e carga indutiva
R
v1(ωt) T1
R
i1
v2(ωt) T2
S
i2
v3(ωt) T3
T
i3
N
iS
+
-
vS
+
+
+
-
-
-
L
DAELT ● Nikolas Libert ● 12
Retificador com ponto médio – Carga RL
ωt
ωt
iG
vS
α=0°
v1(ωt) v2(ωt)v3(ωt)
30°
R
v1
T1
v2
T2
v3
T3
iS
+
-
vS
+
+
+
-
-
-
L
Para α=0°
- Circuito se comporta como 
retificador não controlado.
DAELT ● Nikolas Libert ● 13
Retificador com ponto médio – Carga RL
ωt
ωt
iG
vS
α=30°
v1(ωt) v2(ωt)v3(ωt)
30°
Para α=30°
- A tensão VRL atinge 0 V.
- Para α<=30° a tensão de saída é 
igual ao caso de carga puramente 
resistiva.
R
v1
T1
v2
T2
v3
T3
iS
+
-
vS
+
+
+
-
-
-
L
DAELT ● Nikolas Libert ● 14
Retificador com ponto médio – Carga RL
ωt
ωt
iG
vS
α=60°
v1(ωt) v2(ωt)v3(ωt)
30°
Para α=60°
- Considerando condução 
contínua (alta indutância).
- Tensões negativas na saída.
R
v1
T1
v2
T2
v3
T3
iS
+
-
vS
+
+
+
-
-
-
L
DAELT ● Nikolas Libert ● 15
Retificador com ponto médio – Carga RL
ωt
ωt
iG
vS
α=135°
v1(ωt) v2(ωt) v3(ωt)
30°
T1 T2 T3T3
Para α=135°
- Tensão média na carga é negativa.
- Para α>90° o circuito funciona 
como inversor.
R
v1
T1
v2
T2
v3
T3
iS
+
-
vS
+
+
+
-
-
-
L
DAELT ● Nikolas Libert ● 16
Retificador com ponto médio – Carga RL
 0° <= α <= 30°
Tensão Média:
vSmed=
1
2 π/3 ∫α+π/6
α+5π/6
v1(ω t )dω tvSmed=
3√3 v p
2π
cos(α)
Corrente Média:
iSmed=
1
2π /3 ∫α+π/6
α+5π/6 v1(ω t )
R
dω tiSmed=
3√3 v p
2πR
cos(α)
ωt
vS
α
v1(ωt) v2(ωt)v3(ωt)
vp
30°
α+120°
v1(ω t )=V p sen(ω t )
DAELT ● Nikolas Libert ● 17
Retificador com ponto médio – Carga RL
 30° <= α <= 150°
Tensão Média:
vSmed=
1
2 π/3 ∫α+π/6
π
v1(ω t)dω t
Corrente Média:
iSmed=
1
2π /3 ∫α+π/6
π v1(ω t)
R
dω t
v1(ω t )=V p sen(ω t ) ωt
vS
v1(ωt) v2(ωt)v3(ωt)
30°
α
vp
α+120°
vSmed=
3√3 v p
2π
cos(α)
iSmed=
3√3 v p
2πR
cos(α)
Considerando condução
contínua !
DAELT ● Nikolas Libert ● 18
Retificador com ponto médio – Carga RL
0° 30° 150°
-0,716
0
0,827
vSmed
v p
α
60° 90° 120°
0,413
-0,413
0,716
vSmed>0 vSmed<0
Retificador Inversor
vSmed=
3√3 v p
2π
cos(α)
(válido para condução
contínua)
DAELT ● Nikolas Libert ● 19
Exercício
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
360
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
a = 1,0
a = 0,8
a = 0,6
a = 0,4
a = 0,2
a = 0
cos(ϕ)=0β(°)
α1(°)
cos(ϕ)=0,2
cos(ϕ)=0,4
cos(ϕ)=0,6
cos(ϕ)=0,8
cos(ϕ)=0,9
cos(ϕ)=1,0
cos φ= R
√(R2+ω2 L2)
a= E
V p
α1={α , se m=1, ou 2α+30 ° , se m=3α+60 ° , se m=6
5Ω
v1
T1
v2
T2
v3
T3
iS
+
-
vS
+
+
+
-
-
-
65mH
127 V
60 Hz
α=50°
 Qual o tipo de condução
e a corrente média na saída?
DAELT ● Nikolas Libert ● 20
Exercício
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
360
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
a = 1,0
a = 0,8
a = 0,6
a = 0,4
a = 0,2
a = 0
cos(ϕ)=0β(°)
α1(°)
cos(ϕ)=0,2
cos(ϕ)=0,4
cos(ϕ)=0,6
cos(ϕ)=0,8
cos(ϕ)=0,9
cos(ϕ)=1,0
a= E
V p
=0
α1=30 °+α=30°+50 °=80 °
cos φ= R
√R2+(ωL)2
= 5
√52+(2π 60⋅0,065)2
cos φ=0,2
a)b)
c)
βc=
2 π
m
+α1=
2π
3
+80 °=200 °d)
DAELT ● Nikolas Libert ● 21
Exercício
170
180
190
200
210
220
230
240
250
260
270
0 10 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
a = 0,4
a = 0,2
a = 0
cos(ϕ)=0,2
20 140 150 160 α1(°)
β(°)
cos(ϕ)=0,4
cos(ϕ)=0,6
cos(ϕ)=0,8
cos(ϕ)=0,9
cos(ϕ)=1,0
a=0α1=80 °
cos φ=0,2
β≈257°
DAELT ● Nikolas Libert ● 22
Exercício
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
360
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
a = 1,0
a = 0,8
a = 0,6
a = 0,4
a = 0,2
a = 0
cos(ϕ)=0β(°)
α1(°)
cos(ϕ)=0,2
cos(ϕ)=0,4
cos(ϕ)=0,6
cos(ϕ)=0,8
cos(ϕ)=0,9
cos(ϕ)=1,0
a= E
V p
=0
α1=30 °+α=30°+50 °=80 °
cos φ= R
√R2+(ωL)2
= 5
√52+(2π 60⋅0,065)2
cos φ=0,2
a)
b)
c)
βc=
2 π
m
+α1=
2π
3
+80 °=200 °d)
β≈257°e) A condução é contínua
f) iSmed=
3√3 v p
2πR
cos(α)= 3√3√2 127
2π 5
cos(50 °)
iSmed=19,09 A
DAELT ● Nikolas Libert ● 23
Exercício
 Para o mesmo circuito, esboce vS e vT3.
Z
v1
T1
v2
T2
v3
T3
+
-
vS
+
+
+
-
-
-
127 V
60 Hz
α=50°
+ -
vT3
v1
ωt
v3 v2
v12 v13 v23 v21 v31 v32
DAELT ● Nikolas Libert ● 24
Retificador em ponte de Graetz
Retificador trifásico controlado em ponte 
de Graetz
 Vantagens:
– Pode apresentar menor ondulação de tensão.
– Atinge tensões médias maiores.
– Não utiliza o neutro do sistema trifásico.
– Possibilidade de alto fator de potência (até 0,95).
– Frequência de saída (6x frede).
 Desvantagens:
– Número de componentes.
– Circuito de comando mais complexo.
DAELT ● Nikolas Libert ● 25
Retificador em ponte de Graetz – Carga Resistiva
Retificador trifásico controlado em ponte 
de Graetz com carga resistiva
R
v1
T1
v2
v3
iS
+
-
VS
+
+
+
-
-
-
T2 T3
T4 T5 T6
DAELT ● Nikolas Libert ● 26
Retificador em ponte de Graetz – Carga Resistiva
v1
ωt
α=0°
v3 v2
v12 v13 v23 v21 v31 v32
α=60° α=120°
60°
- A tensão de linha v12 será utilizada como referência.
- O ângulo de disparo α é nulo em ωt=60°. (interseção entre tensões 
de linha v12 e v32)
- O ângulo de disparo α pode variar de 0° a 120°.
R
v1
T1
v2
v3
iS
+
-
VS
+
+
+
-
-
-
T2 T3
T4 T5 T6
DAELT ● Nikolas Libert ● 27
Retificador em ponte de Graetz – Carga Resistiva
Para α=0°
- Circuito se comporta como 
retificador com diodos.
R
v1
T1
v2
v3
iS
+
-
VS
+
+
+
-
-
-
T2 T3
T4 T5 T6
v1
ωt
α=0°
v3 v2
v12 v13 v23 v21 v31 v32
60°
iG1-3
iG4-6
T1
T6
T2 T3
T4 T5
T1
vS
DAELT ● Nikolas Libert ● 28
Retificador em ponte de Graetz – Carga Resistiva
Para α=60°
- A tensão VS atinge 0 V.
R
v1
T1
v2
v3
iS
+
-
VS
+
+
+
-
-
-
T2 T3
T4 T5 T6
v1
ωt
α=60°
v3 v2
v12 v13 v23 v21 v31 v32
60°
iG1-3
iG4-6
T1
T6
T2 T3
T4 T5T5
vS
DAELT ● Nikolas Libert ● 29
Retificador em ponte de Graetz – Carga Resistiva
Para α=90°
- Condução descontínua.
R
v1
T1
v2
v3
iS
+
-
VS
+
+
+
-
-
-
T2 T3
T4 T5 T6
v1
ωt
α=90°
v3 v2
v12 v13 v23 v21 v31 v32
60°
iG1-3
iG4-6
T1
T6
T2 T3
T4 T5T5
vS
T5
T3
T6
T1 T2
T4
T3
DAELT ● Nikolas Libert ● 30
Retificador em ponte de Graetz – Carga Resistiva
 Condução contínua
(0° <= α <= 60°)
Tensão Média:
vSmed=
1
π /3 ∫α+π/3
α+2π/3
v12(ω t)dω t
vSmed=
3√3 v p
π cos(α)
Corrente Média:
iSmed=
1
π/3 ∫α+π /3
α+2π/3 v12 (ω t )
R
dω t
iSmed=
3√3 v p
πR
cos(α)
v12(ω t)=V p√3 sen(ω t )
v12 v13 v23 v21 v31 v32
α α+60°
√3V p
ωt
60°
DAELT ● Nikolas Libert ● 31
Retificador em ponte de Graetz – Carga Resistiva
 Condução descontínua
(60° <= α <= 120°)
Tensão Média:
vSmed=
1
π /3 ∫α+π/3
π
v12(ω t )dω t
vSmed=
3√3 v p
π [1+cos ( π3 +α)]
Corrente Média:
iSmed=
1
π/3 ∫α+π/3
π v12(ω t)
R
dω t
v12(ω t)=V p√3 sen(ω t )
v12 v13 v23 v21 v31 v32
α 180°
√3V p
ωt
60°
iSmed=
3√3 v p
πR [1+cos ( π3 +α)]
DAELT ● Nikolas Libert ● 32
Retificador em ponte de Graetz – Carga Resistiva
0° 30° 120°
0
0,823
1,654
vSmed
v p α
60° 90°
0,413
1,204
p / 0≤α≤30° :
p / 30°≤α≤120 ° :
vSmed=
3√3 v p
π cos(α)
vSmed=
3√3 v p
π [1+cos( π3 +α)]
DAELT ● Nikolas Libert ● 33
Retificador em ponte de Graetz – Carga RL
Retificador trifásico controlado em ponte 
de Graetz com carga indutiva
R
v1
T1
v2
v3
iS
+
-
VS
+
+
+
-
-
-
T2 T3
T4 T5 T6
L
DAELT ● Nikolas Libert ● 34
Retificador em ponte de Graetz – Carga RL
Para α=0°
- Circuito se comporta como 
retificador com diodos.
v1
ωt
α=0°
v3 v2
v12 v13 v23 v21 v31 v32
60°
iG1-3
iG4-6
T1
T6
T2 T3
T4 T5
T1
vS
R
v1
T1
v2
v3
iS
+
-
VS
+
+
+
-
-
-
T2 T3
T4 T5 T6
L
DAELT ● Nikolas Libert ● 35
Retificador em ponte de Graetz – Carga RL
Para α=60°
- A tensão VS atinge 0 V.
v1
ωt
α=60°
v3 v2
v12 v13 v23 v21 v31 v32
60°
iG1-3
iG4-6
T1
T6
T2 T3
T4 T5T5
vS
R
v1
T1
v2
v3
iS
+
-
VS
+
+
+
-
-
-
T2 T3
T4 T5 T6
L
DAELT ● Nikolas Libert ● 36
Retificador em ponte de Graetz – Carga RL
Para α=90°
- A tensão na carga chega a 
valores negativos.
v1
ωt
α=90°
v3 v2
v12 v13 v23 v21 v31 v32
60°
iG1-3
iG4-6
T1
T6
T2 T3
T4 T5T5
vS
R
v1
T1
v2
v3
iS
+
-
VS
+
+
+
-
-
-
T2 T3
T4 T5 T6
L
DAELT ● Nikolas Libert ● 37
Retificador em ponte de Graetz – Carga RL
 0° <= α <= 150°
Tensão Média:
vSmed=
1
π /3 ∫α+π/3
α+2π/3
v12(ω t)dω t
Corrente Média:
iSmed=
1
π/3 ∫α+π /3
α+2π/3 v12 (ω t )
R
dω t
vSmed=
3√3 v p
π cos(α)
iSmed=
3√3 v p
πR
cos(α)
Considerando condução
contínua !
v12(ω t)=V p√3 sen(ω t )
v12 v13 v23 v21 v31 v32
α α+120°
√3V p
ωt
60°
DAELT ● Nikolas Libert ● 38
Retificador em ponte de Graetz – Carga RL
0° 30° 120°
0
0,827
1,654
vSmed
v p
α
60° 90°
-0,827
1,432
vSmed>0 vSmed<0
Retificador Inversor
vSmed=
3√3 v p
π cos(α)
DAELT ● Nikolas Libert ● 39
Exercício
 Calcule a corrente média na saída e desenhe os sinais vS e 
vT4. Considere condução contínua e α=30°.
10
v1
T1
v2
v3
+
-
vS
+
+
+
-
-
-
T2 T3
T4 T5 T6
L
+
-
vT4
127 V/60Hz
v1
ωt
v3 v2
v12 v13 v23 v21 v31 v32
ISmed=25,727 
A
DAELT ● Nikolas Libert ● 40
Retificador em ponte trifásica mista
Retificador em ponte trifásica mista
 Vantagens:
– Circuitos de comando mais simples.
– Uso de apenas três tiristores.
– Não ocorrem tensões negativas na carga.
 Desvantagens:
– Não pode ser utilizada como inversor.DAELT ● Nikolas Libert ● 41
Retificador em ponte trifásica mista
Retificador em ponte trifásica mista
R
v1
T1
v2
v3
iS
+
-
VS
+
+
+
-
-
-
T2 T3
D1 D2 D3
L
DAELT ● Nikolas Libert ● 42
Retificador em ponte trifásica mista
Para α=30°
- A tensão é contínua.
v1
ωt
α=30°
v3 v2
v12 v13 v23 v21 v31 v32
60°
iG1-3 T1
D3
T2 T3
vS
T1
D1D2 D2
R
v1
T1
v2
v3
iS
+
-
VS
+
+
+
-
-
-
T2 T3
D1 D2 D3
L
DAELT ● Nikolas Libert ● 43
Retificador em ponte trifásica mista
Para α=90°
- A tensão vS atinge 0 V.
v1
ωt
α=90°
v3 v2
v12 v13 v23 v21 v31 v32
60°
iG1-3 T1
D3
T2 T3
vR
D1D2 D2
R
v1
T1
v2
v3
iS
+
-
VS
+
+
+
-
-
-
T2 T3
D1 D2 D3
L
DAELT ● Nikolas Libert ● 44
Retificador em ponte trifásica mista
 0° <= α <= 60°
Tensão Média:
vSmed=
√3V p
2π/3 [ ∫α+π /3
2π/3
sen(ω t)d ω t+ ∫
π/3
2π/3+α
sen(ω t )dω t ]
Corrente Média:
vSmed=
3√3 v p
2π [1+cos(α) ]
v12 v13 v23 v21 v31 v32√3V p
ωt
60°
α=0°
α+60° 120°
v12
60° 120°+α
v13
iSmed=
3√3 v p
2πR [1+cos(α)]
DAELT ● Nikolas Libert ● 45
Retificador em ponte trifásica mista
 60° <= α <= 180°
Tensão Média:
vSmed=
√3V p
2π/3 ∫α
π
sen(ω t )dω t
Corrente Média:
vSmed=
3√3 v p
2π [1+cos(α) ]
v12 v13 v23 v21 v31 v32√3V p
ωt
60°
α=0°
α 180°
v13
iSmed=
3√3 v p
2πR [1+cos(α)]
DAELT ● Nikolas Libert ● 46
Retificador em ponte trifásica mista
0° 45° 180°
0,242
0,827
1,654
vSmed
v p
α
90° 135°
0
1,412
vSmed=
3√3 v p
2π [1+cos(α) ]
DAELT ● Nikolas Libert ● 47
Referências
 BARBI, Ivo. Eletrônica de Potência, 6ª Edição, Ed. do 
Autor, Florianópolis, 2006.
 AHMED, Ashfaq. Eletrônica de Potência, Prentice 
Hall, 1ª ed., São Paulo, 2000
	Slide 1
	Slide 2
	Slide 3
	Slide 4
	Slide 5
	Slide 6
	Slide 7
	Slide 8
	Slide 9
	Slide 10
	Slide 11
	Slide 12
	Slide 13
	Slide 14
	Slide 15
	Slide 16
	Slide 17
	Slide 18
	Slide 19
	Slide 20
	Slide 21
	Slide 22
	Slide 23
	Slide 24
	Slide 25
	Slide 26
	Slide 27
	Slide 28
	Slide 29
	Slide 30
	Slide 31
	Slide 32
	Slide 33
	Slide 34
	Slide 35
	Slide 36
	Slide 37
	Slide 38
	Slide 39
	Slide 40
	Slide 41
	Slide 42
	Slide 43
	Slide 44
	Slide 45
	Slide 46
	Slide 47