3 conversores ca cc

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  • Electrnica de Potncia

    Conversores CA/CC

    (Retificadores)

    Histrico:

    v2.0 - setembro de 2014

    Rui Chibante ISEP/DEE/ELTRP 1

    (Retificadores)

    Conversores CA/CC

    Tipos de conversores:

    No controlados (a dodos)

    O valor mdio da tenso de sada constante

    O trnsito de potncia sempre da fonte para a carga

    Controlados (a tiristores)

    O valor mdio da tenso de sada varivel (controlado)

    Rui Chibante ISEP/DEE/ELTRP 2

    O valor mdio da tenso de sada varivel (controlado)

    O trnsito de potncia pode ser da fonte para a carga (CA/CC) ou da carga

    para a fonte (CC/CA)

    Semi-controlados (a dodos e tiristores)

    O valor mdio da tenso de sada varivel (controlado), mas sempre

    positivo

  • Conversores CA/CC

    Exemplos:

    No controlados (a dodos)

    Carga puramente resistiva Carga puramente indutiva

    (fonte de corrente)

    v1 +

    v2 +

    Rui Chibante ISEP/DEE/ELTRP 3

    (fonte de corrente)

    Conversores CA/CC

    Exemplos:

    Controlados (a tiristores)

    Carga puramente resistiva Carga puramente indutiva

    (fonte de corrente)

    v1 +

    v2 +

    Rui Chibante ISEP/DEE/ELTRP 4

    (fonte de corrente)

  • Conversores CA/CC

    Exemplos:

    Semi-controlados (a dodos e tiristores)

    Carga puramente resistiva Carga puramente indutiva

    (fonte de corrente)

    Rui Chibante ISEP/DEE/ELTRP 5

    (fonte de corrente)

    Conversores CA/CC

    As montagens retificadoras so classificadas em funo:

    a) Do nmero de fases (q) na fonte

    b) Do tipo de acoplamento entre o retificador e a fonte

    Paralelo (P)

    Srie (S)

    c) Do nmero de grupos de q dodos/tiristores, associados em ctodo comum ou

    Rui Chibante ISEP/DEE/ELTRP 6

    c) Do nmero de grupos de q dodos/tiristores, associados em ctodo comum ou

    ando comum

    1 grupo, montagem simples

    2 grupos, montagem dupla (D)

    As montagens so habitualmente designadas por P, PD ou S, seguido de q.

  • Conversores CA/CC

    v1 +

    v2 +

    P2 (ctodo comum)v1

    +

    v2 +

    v3 +

    P3 (ando comum)

    Rui Chibante ISEP/DEE/ELTRP 7

    PD2 S3

    Conversores CA/CC

    Anlise das montagens retificadoras

    Pressupostos:

    Corrente na carga constante (carga vista como fonte de corrente)

    Comportamento ideal dos elementos da montagem

    - Impedncia da fonte de entrada nula

    - Comutao instantnea e queda de tenso nula dos semicondutores

    Notao

    Rui Chibante ISEP/DEE/ELTRP 8

    T Perodo

    w Velocidade angular

    v1, v2, , vq Tenso na fase q

    Vrms Valor eficaz das tenses de entrada

    vo Tenso sada do retificador

    Vo_mdio Valor mdio da tenso sada do retificador

    Io Corrente sada do retificador

    Kvo Fator de ondulao

  • Conversores CA/CC

    a) Retificao no controlada (a dodos)

    Montagens paralelas simples

    Montagens duplas

    b) Retificao controlada (a tiristores)

    Montagens paralelas simples

    Rui Chibante ISEP/DEE/ELTRP 9

    Montagens duplas

    c) Retificao semi-controlada (a dodos e tiristores)

    Conversores CA/CC

    Montagem P3

    ( )1

    2

    2 sin

    22 sin

    3

    rms

    rms

    v V wt

    v V wt

    =

    =

    Io

    vo

    Rui Chibante ISEP/DEE/ELTRP 10

    Como os dodos esto associados em ctodo comum, em cada instante:

    conduz o dodo que tiver no nodo a mais positiva das tenses de entrada

    a tenso na sada vo igual mais positiva das tenses de entrada

    3

    42 sin

    3rmsv V wt

    =

    vo

  • Conversores CA/CC

    Montagem P3

    vo

    Io

    Rui Chibante ISEP/DEE/ELTRP 11

    vo = v1 para v1 > (v2 e v3)

    vo = v2 para v2 > (v1 e v3)

    vo = v3 para v3 > (v1 e v2)

    Conversores CA/CCMontagem P3

    2v V=

    ud

    /2 2

    ud_mx

    ud_min

    /3

    wt

    A tenso retificada

    constituda por q = 3

    arcadas de sinuside,

    por perodo T

    vo vo_mx

    vo_min

    Rui Chibante ISEP/DEE/ELTRP 12

    min

    2

    2

    2

    o_mx rms

    rmso_

    v V

    Vv

    =

    =

    ( ) ( ) ( ) ( )2 2 3

    0 0

    2 3

    _

    1 1 1 33 2 sin 2 sin

    2 2 3

    T

    ro mdio o o ms rmst dt d V d V wT

    v v tV

    +

    = = = = =

    Valor mdio da tenso retificada:

  • Conversores CA/CC

    Montagem P3

    Fator de ondulao: uma medida da importncia relativa da ondulao de vo

    min

    _

    22

    2 32 6 22 2 sin

    3

    rmso_mx o_

    o o

    o mdiorms

    VVv v

    Kv KvV

    V

    = = =

    Tenso aos terminais dos dodos: I

    Rui Chibante ISEP/DEE/ELTRP 13

    vo = v1 para v1 > (v2 e v3)

    vo = v2 para v2 > (v1 e v3)

    vo = v3 para v3 > (v1 e v2)

    Tenso aos terminais dos dodos:

    Anlise de D1:

    A tenso vD1 sempre igual a v1 vo

    Quando conduz D1, vD1 = v1 v1 = 0

    Quando conduz D2, vD1 = v1 v2 = v12Quando conduz D3, vD1 = v1 v3 = v13

    vo

    Io

    Conversores CA/CCQuando conduz D1, vD1 = v1 v1 = 0

    Quando conduz D2, vD1 = v1 v2 = v12Quando conduz D3, vD1 = v1 v3 = v13

    Rui Chibante ISEP/DEE/ELTRP 14

    A tenso inversa mxima que os

    dodos vo suportar sempre igual ao

    valor de pico da tenso composta da

    fonte.

    Na montagem P3 a tenso inversamxima :

    2 3 rmsV

  • Conversores CA/CC

    Montagem P3

    Estudo das correntes:

    Com base no pressuposto de que a corrente na carga constante e igual a Io, e

    como cada dodo conduz, em cada perodo T, num intervalo de durao T /3,

    ento as correntes nos dodos caraterizam-se por:

    _D mx o

    T

    I I=

    Rui Chibante ISEP/DEE/ELTRP 15

    3

    _

    32 2

    _

    1 1( )

    3

    1 1 1( )

    3 3

    T

    T

    oD mdio D o

    o o

    T

    T

    oD rms D o o

    o o

    II i t dt I dt

    T T

    ITI i t dt I dt I

    T T T

    = = =

    = = = =

    Conversores CA/CC

    Montagem P3

    Potncias e fator de potncia:

    Potncia ativa fornecida carga

    Potncia aparente na fonte

    (secundrio formado por 3 enrolamentos com valor eficaz V )

    _

    1 1 3( ) ( ) ( ) 2 sin

    3

    T T

    o o o o o o mdio o rms

    o o

    P v t i t dt I v t dt I v I VT T

    = = = =

    Rui Chibante ISEP/DEE/ELTRP 16

    (secundrio formado por 3 enrolamentos com valor eficaz Vrms)

    Fator de potncia na fonte (no secundrio)

    _ _ _3 3 33

    oS rms S rms rms D rms rms

    IS V I V I V= = =

    32 sin

    63 sin 0,6753

    33

    o rms

    So

    rms

    I V

    FPI

    V

    = = =

  • Conversores CA/CC

    A anlise anterior realizada para a montagem P3 pode ser generalizada para uma

    montagem paralela com q fases (q > 1) (montagem Pq)

    ( )1

    2

    2 sin

    22 sin

    rms

    rms

    v V wt

    v V wtq

    =

    =

    v1 +

    v2 +

    ud

    IdD1

    D2

    vo

    Io

    Rui Chibante ISEP/DEE/ELTRP 17

    Mantm-se o mesmo princpio de funcionamento:

    conduz o dodo que tiver no nodo a mais positiva das tenses de entrada

    a tenso na sada vo igual mais positiva das tenses de entrada

    12 sin 2q rms

    q

    qv V wt

    q

    =

    vq +

    ud

    Dq

    vo

    Conversores CA/CC

    Montagem Pq

    A tenso retificada

    constituda por q

    arcadas de sinuside,

    por perodo T

    2o_mx rmsv V=

    vovo_mx

    vo_min

    Rui Chibante ISEP/DEE/ELTRP 18

    ( )1 2 3 2 2

    qv v v vq q

    < < + > conduz D1, vo = v1

    ( )2 1 33 2 2

    qv v v vq q

    + < < + >

    conduz D2, vo = v2

    min

    2

    2 cos

    o_mx rms

    o_ rms

    v V

    v Vq

    =

    =

  • Conversores CA/CC

    Montagem Pq

    vovo_mx

    vo_min

    Rui Chibante ISEP/DEE/ELTRP 19

    ( ) ( ) ( )22

    _

    0 0

    2

    1 1 12 sin 2 sin

    2 2

    qT

    o mdio o o rms rms

    q

    qV v t dt v d q V d V

    T q

    +

    = = = =

    Valor mdio da tenso retificada:

    vo_min

    Conversores CA/CC

    Montagem Pq

    Fator de ondulao:

    min

    _

    2 2 cos cos

    2

    2 2 sin 2 sin

    rms rmso_mx o_

    o o

    o mdiorms

    V Vv v q q

    Kv KvqV

    V qq q

    = = =

    Tenso aos terminais dos dodos:

    Rui Chibante ISEP/DEE/ELTRP 20

    Tenso aos terminais dos dodos:

    Anlise de D1:

    A tenso vD1 sempre igual a v1 vo

    Quando conduz D1 , vo = v1 , vD1 = v1 v1 = 0

    Quando conduz D2 , vo = v2 , vD1 = v1 v2 = v12Quando conduz Dq , vo = vq , vD1 = v1 vq = v1q

    A tenso inversa mxima que osdodos vo suportar sempre igual ao

    valor de pico da tenso composta da

    fonte:

    _

    2 2 ,

    2 2 cos , 2

    inv mx

    rms

    D

    rms

    V q

    VV q

    q

    par

    mpar

  • Conversores CA/CC

    Montagem Pq

    Estudo das correntes:

    Com base no pressuposto de que a corrente na carga constante e igual a Io, e

    como cada dodo conduz, em cada perodo T, num intervalo de durao T /q,

    ento as correntes nos dodos caraterizam-se por:

    _D mx o

    T

    I I=

    Rui Chibante ISEP/DEE/ELTRP 21

    _

    2 2

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