Baixe o app para aproveitar ainda mais
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
Compartilhar