06/05/2019

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Capítulo 6Controladores de tensão CA

Conversor CA-CA

Controladores de tensão CA

Introdução

Controlador de tensão CA Carga

Rede:

Tensão

eficaz Vs

Carga:

Tensão eficaz VO

ajustável

• Aplicações: aquecimento, excitação de motores, iluminação, etc

• Tipos:

(a) Com controle liga-desliga

(b) controle de ângulo de fase

• Controle liga-desliga: Alguns ciclos da tensão de rede são conectados à carga.

• Controle de ângulo de fase: Uma certa porção de cada ciclo da tensão de rede é

conectada à carga.

• Podem ser monofásicos ou trifásicos

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Controladores de tensão CAPrincípios de controle liga-desliga

OBS. (m+n)T deve ser bem

menor que a constante de

tempo mecânica ou térmica

da carga.

k: ciclo de trabalho do conversor

Mantém-se m+n constante → frequência constante

kVnm

nV

tdtsenVmn

nV

SS

So

=+

=

=

+= ∫

2/12

0

22 )()(2)(2

π

ωωπ

Tensão eficaz de saída:

Controladores de tensão CAPrincípios do controle de fase

• Controlador monofásico de meia-onda

• Controlador unidirecional

• Tensão e corrente de saída possuem componentes CC (saturação do trafo)

• Usado em baixas cargas resistivas (aquecimento e iluminação)

• Tensão eficaz de saída variará de 70,7% a 100% de Vs (Vs tensão eficaz do

secundário do transformador)

2/1

2

22

2

1

+−=

ααπ

π

senVV so

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Controladores de tensão CAControladores monofásicos bidirecionais com cargas resistivas

• Para semiciclo positivo T1 controla o fluxo de energia

• Para semiciclo negativo T2 controla o fluxo de energia

• Pulsos de disparo de T1 e T2 estão defasados em 180o

• Variando α de 0 a π, Vo (eficaz) varia de Vs a 0.

• Valores médio de tensão e corrente sobre a carga são nulos (evita-se a saturação do

trafo)

2/1

2

21

+−=

ααπ

π

senVV soRMS

Controladores de tensão CAControladores monofásicos bidirecionais com cargas resistivas

Outras topologias:

• No circuito da fig 6.3 são necessários dois circuitos de disparo isolados

entre si e do circuito de potência.

• Na fig 6.4 os circuitos de disparo dos tiristores serão isolados (do circuito

de potência), mas com um nó comum (não isolados entre si)

• Mais perdas de condução na chaves (duas em série: diodo-tiristor).

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Controladores de tensão CAControladores monofásicos bidirecionais com cargas resistivas

Outras topologias:

• Controle bidirecional

• Uma única chave controlada (tiristor T1) e quatro diodos em ponte

• Tiristor e ponte de diodos corresponde a uma chave bidirecional de corrente.

• Ponte + tiristor: disponível comercialmente como um único dispositivo

• Mais perdas de condução na chaves (três em série: diodo-tiristor-diodo).

i1

Controladores de tensão CAControladores monofásicos bidirecionais com cargas indutivas

• Enquanto T1 conduz, T2 não pode conduzir

• Devido ao atraso da corrente, T1 conduz até ωt=β

• Ângulo de condução de T1:δ=β-α

• T2 será disparado se β <

α+π

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Controladores de tensão CAControladores monofásicos bidirecionais com cargas indutivas

( )

( )( )[ ]tωαR/Ls

ω)(R/L)(αs

RL

t

s

s

esenθ)tsen(Z

Vi

eθαsenZ

VAαωti

θZ

eAtsenZ

Vi

tsenVRidt

diL

t

−

−

−−−=

−−===

+−=

=+

≤≤

/

1

/

11

)/(

11

11

)(2

:Logo

2 se-determina , para 0 Com

(ângulo) argumento e módulo tendocarga de impedância Com

)(2

2

Para

θαω

θω

ω

βωα

( ) ( )

βesensen

it

LR

obter podemos ntenumericame onde ,)()( Assim,

0 também, Para

/

1

−

−=−

==

ωβα

θαθβ

βω

Controladores de tensão CAControladores monofásicos bidirecionais com cargas indutivas

21

22 )()(22

2

, Se

=

+≤

∫ tdtsenVV SO ωωπ

παβ

β

α

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Controladores de tensão CAControladores trifásicos de meia-onda

Extensão do caso monofásico

Controladores de tensão CAControladores trifásicos de onda completa

Extensão do caso monofásico

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Controladores de tensão CACicloconversores

• Controladores de tensão CA: tensão variável, mas frequência fixa

• Cicloconvesor: Converte energia CA a uma certa frequência em uma saída CA com outra frequência (também conversão CA-CA)

• Frequência de saída é um fração da frequência da rede (alimentação)

• Normalmente a comutação dos tiristores é natural• Atualmente utiliza-se mais a conversão CA-CC

(controlada) e de CC-CA (inversor) para se obter uma saída CA com frequência variável (dois estágios).

Controladores de tensão CACicloconversores monofásicos

N

Se apenas o conversor P operar, a tensão média é positiva (VmedioP)

Se apenas o conversor N operar, a tensão média é negativa (VmedioN)

Ângulos de disparo tais que: VmedioP = - VmedioN

Cada conversor opera por um tempo To/2, assim a frequência de vo é dada por : fo = 1/To

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Controladores de tensão CACicloconversores trifásicos (trifásico/monofásico)

Tensões de linha:

Controladores de tensão CACicloconversores trifásicos (trifásico/monofásico)

Retificação de onda completa (ponte)

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Controladores de tensão CACicloconversores trifásicos (trifásico/trifásico)

• Módulos de meia-onda: 18 tiristores

• Se fossem módulos de onda completa: 36 tiristores