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