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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
CAMPUS CORNÉLIO PROCÓPIO
DONIZETTI DE OLIVEIRA JUNIOR
ATIVIDADE PRÁTICA SUPERVISIONADA 2
CORNÉLIO PROCÓPIO
2013
DONIZETTI DE OLIVEIRA JUNIOR
ATIVIDADE PRÁTICA SUPERVISIONADA 2
Atividade prática supervisionada do Programa de Pós
Graduação em Engenharia Elétrica da Universidade
Tecnológica Federal do Paraná correspondente a matéria
de Eletrônica de Potência.
Orientador: Professor Dr. Sérgio Augusto Oliveira da Silva.
CORNÉLIO PROCÓPIO
2013
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SUMÁRIO
1 OBJETIVOS............................................................................................................5
1.1 EXERCÍCIO1.................................................................................................5
1.2 EXERCÍCIO 2.................................................................................................6
1.3 EXERCÍCIO 3.................................................................................................6
1.4 EXERCÍCIO 4.................................................................................................6
2 DESENVOLVIMENTO.............................................................................................7
2.1 ELABORAÇÃO DO EXERCÍCIO 1.................................................................8
2.2 ELABORAÇÃO DO EXERCÍCIO 2...............................................................12
2.1 ELABORAÇÃO DO EXERCÍCIO 3...............................................................13
2.2 ELABORAÇÃO DO EXERCÍCIO 4...............................................................15
3 CONCLUSÃO.......................................................................................................18
REFERÊNCIA..............................................................................................................19
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Pontes retificadoras monofásicas:.................................................................6
Figura 2 - Retificador Trifásico semicontrolado (a); Retificador Trifásico Controlado (b).
.......................................................................................................................................7
Figura 3 - Circuito Assimétrico Simulado no Psim.........................................................8
Figura 4 - Tensão, Corrente na carga e gatilhos nos gates (Assimétrico).....................8
Figura 5 - Tensões e Correntes de alimentação............................................................9
Figura 6 - Circuito Simétrico Simulado...........................................................................9
Figura 7 - Tensão, corrente na carga e tensão nos gates...........................................10
Figura 8 - Tensão e corrente de alimentação..............................................................10
Figura 9 - Simétrico com roda livre..............................................................................11
Figura 10 - Tensão e corrente na carga com roda livre...............................................11
Figura 11 - Tensão e Corrente de Alimentação...........................................................12
Figura 12 - Circuito Assimétrico simulado....................................................................12
Figura 13 - Condução contínua no retificador assimétrico indutância 0.08 mH...........13
Figura 14 - Retificador operando em condução descontínua. (indutor=0.08 mH )......13
Figura 15 - THETA IGUA A ZERO...............................................................................14
Figura 16 - THETA > 0.................................................................................................14
Figura 17 - Theta < 0...................................................................................................15
Figura 18 - Circuito Simulado.......................................................................................15
Figura 19 - Retificador trifásico totalmente controlado.................................................16
Figura 20 - Corrente nos Tiristores..............................................................................16
Figura 21 - Semicontrolado..........................................................................................17
Figura 22 - Retificador Semicontrolado........................................................................17
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1 OBJETIVOS
Este trabalho visa implementar retificadores semicontrolados e
totalmente controlados, visando coletar informações como:
Funcionamento do circuito.
Tensão e corrente na carga.
Atuação dos semicondutores.
Fator de potência.
1.1 EXERCÍCIO 1
Fazer uma análise comparativa entre um retificador monofásico
semicontrolado na topologia assimétrica observada na Figura 1 “a”, e um retificador
monofásico semicontrolado na topologia simétrica da Figura 1 “b”, admitindo que após
a entrada em regime permanente o tiristor T2 seja impedido de conduzir. Após essa
análise, acrescentar um diodo de roda livre no retificador com topologia simétrica e
comparar com a topologia assimétrica.
Figura 1 - Pontes retificadoras monofásicas:a) Semicontrolada assimétrica; b) Semicontrolada simétrica; c) Totalmente controlada.
Fonte: J.A Pomilio 2009 – Apostila de Pós Graduação.
1.2 EXERCÍCIO 2
Realizar a implementação do retificador monofásico semicontrolado na
topologia assimétrica encontrada na Figura 1 “’a”, considerando que a rede alimenta
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uma carga RLE onde E = 150V, e VS = 311V. Encontrar a faixa de operação para o
ângulo de disparo α e para θ1. Ajustar os valores de R e L para obter as situações de
condução contínua e descontínua, considerando que α > θ1 (supor α = 45º e θ1
28,8º).
1.3 EXERCÍCIO 3
Implementar retificador monofásico semicontrolado na topologia simétrica,
considerando Indutância igual a zero, ou seja, uma carga RE. Considerar três
cenários: α < θ1, α = θ1, α > θ1.
1.4 EXERCICIO 4
Estudar as topologias do retificador trifásico semicontrolado e controlado,
conforme a Figura 2.
Figura 2 - Retificador Trifásico semicontrolado (a); Retificador Trifásico Controlado (b).Fonte: J.A Pomilio 2009 – Apostila de Pós Graduação.
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2 DESENVOLVIMENTO
Este capítulo apresentará o desenvolvimento das simulações dos exercícios
propostos em forma de circuito elétricos simulados no software Psim, apresentando
graficamente as grandezas importantes em cada uma das análises dos circuitos.
2.1 ELABORAÇÃO DO EXERCÍCIO 1
O exercício 1, tinha como objetivo implementar um circuito retificador
assimétrico e simular a retirada de um dos tiristores. Na figura 3 é simulado um
retificador assimétrico com carga RL.
Figura 3 - Circuito Assimétrico Simulado no Psim.
A Figura 4, ilustra as formas de onda de tensão na carga, corrente na carga e
tensão nos gates dos tiristores. Observa-se que em 1.4 segundos houve a retirada de
tensão no gate. Com isso houve o controle em somente um semiciclo da carga.
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Figura 4 - Tensão, Corrente na carga e gatilhos nos gates (Assimétrico).
Na Figura 5 há a tensão e corrente que alimentam o retificador assimétrico.
Figura 5 - Tensões e Correntes de alimentação (assimétrico).
Na Figura 6 há a implementação do circuito semicontrolado simétrico com
carga RL. Como explicitado em aula, o mesmo deveria ser retirado de operação em
uma determinada fase de seu funcionamento.
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Figura 6 - Circuito Simétrico Simulado.
Percebe-se na Figura 7, que houve a retirada dos pulsos no gate de um dos
tiristores. Há duas considerações a serem realizadas:
Não houve a desacoplagem na carga.
Não houve o controle do tiristor em nenhum semiciclo, ou seja, o
circuito está funcionando como um retificador meia onda.
Na figura 8, é observada a tensão e corrente na fonte de alimentação do
circuito simulado.
Figura 7 - Tensão, corrente na carga e tensão nos gates.
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Figura 8 - Tensão e corrente de alimentação.
Na Figura 9, há o circuito retificador simétrico com díodo de roda livre
acoplado em paralelo a carga.
Figura 9 - Simétrico com roda livre.
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Nota-se na Figura 10, que com o díodo de roda livre, há onde a corrente de
descarga do indutor circular, com isso não haverá diferença de potência no tiristor, ou
seja, o mesmo atuará em seu semiciclo correspondente.
Figura 10 - Tensão e corrente na carga com roda livre.
A Figura 11 tem a tensão e corrente na fonte do circuito simétrico com roda
livre.
Figura 11 - Tensão e Corrente de Alimentação (simétrico com roda livre).
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2.2 ELABORAÇÃO DO EXERCÍCIO 2.
O escopo deste exercício comtempla a simulação de um circuito retificador
assimétrico com o ângulo θ>30º. Estudar as formas de onda da condução contínua,
ou seja, quando L (indutor), tenha um valor alto. Segue o circuito simulado no Psim na
Figura 12.
Figura 12 - Circuito Assimétrico simulado.
Na Figura 13, há as formas de onda de tensão de alimentação e na carga,
corrente na carga em modo contínuo, corrente no Díodo 1 ou (D1) e por ultimo a
tensão no Tiristor 1 (T1). A Carga utilizada foi de 0.7H de indutância e resistência de 5
Ω. Já na Figura 14 há o mesmo circuito, mas com modo de operação descontinua,
utilizando um indutância de 70mH e resistência de 5 Ω. As grandezas representas na
Figura 14 são as mesmas apresentadas na Figura 13.
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Figura 13 - Condução contínua no retificador assimétrico indutância 0.8 mH.
Figura 14 - Retificador operando em condução descontínua. (indutor=0.08 mH )
2.3ELABORAÇÃO DO EXERCÍCIO 3.
Foi elaborado o circuito da Figura 15, com o objetivo de variar os ângulos de
atuação dos tiristores de modo a avaliar o comportamento do circuito em condições
adversar, ou seja, fora do regime de atuação do ângulo Theta (nome dado ao ângulo
em que a tensão de alimentação alternada é igual a tensão de corrente contínua na
carga, ou tensão de armadura - θ).
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Figura 15 - Circuito simétrico simulado.
Como expressado em sala de aula, o ângulo Theta é igual a 30º do ângulo
alpha. Onde este é o momento em que os tiristores serão acionado diretamente. Na
Figura 16 é ilustrado o ângulo disparo do ângulo alpha igual ao ângulo Theta.
Observa-se a tensão na carga, tensão contínua na carga e tensão retificada; corrente
na carga e corrente de alimentação e por fim acionamentos dos gates.
Figura 16 – Ângulo α=θ.
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Já na Figura 17 é expressada as formas de onda quando o disparo é superior
ao ângulo Theta. Nota-se que há o controle somente onde o tiristor está polarizado
diretamente.
Figura 17 – Ângulo de atuação do tiristor maior que Theta.
Já quando o ângulo alpha de disparo é menor que o ângulo Theta não há o
controle da tensão entregue a carga, pois, o tiristor está reversamente polarizado.
Nota-se a não atuação do tiristor na Figura 18.
0
-200
-400
200
400
VL VE VS
0
-20
-40
20
40
IL IS
1.42 1.44 1.46 1.48 1.5 1.52 1.54 1.56Time (s)
00.20.40.60.8
1
Gate1 Gate2
Figura 18 - Theta < 0
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2.4 ELABORAÇÃO DO EXERCÍCIO 4
O circuito da Figura 19 é um retificador trifásico totalmente controlado.
Conforme solicitado em sala de aula, deve-se realizar o estudo da topologia
controlada e semicontrolada do sistema trifásico explicitada na apostila do Professor
Pomilio.
Figura 19 - Circuito Retificador totalmente controlado.
A Figura 20 o controle da tensão entregue a carga com um ângulo de
acionamento dos tiristores em 30 º. Nota-se que apela forma de onda da corrente
na carga está em operação continua, pois, além da corrente na tocar em zero a
corrente drenada da fonte está na forma quadrada.
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Figura 20 - Retificador trifásico totalmente controlado.
Já a Figura 21 ilustra a corrente nos tiristores, representando 120º cada da
corrente retificada na carga.
Figura 21 - Corrente nos Tiristores.
Já a Figura 22 apresenta o circuito retificador semicontrolado trifásico. Este
tipo de circuito há tiristores trabalhando simultaneamente com díodos. Na Figura 23
há a tensão retificada entregue a carga com uma angulação de 30º, corrente no
tiristor 1 e corrente drenada do circuito.
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Figura 22 - Semicontrolado.
Figura 23 - Retificador Semicontrolado.
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3 CONCLUSÃO
Há 3 considerações a expressar:
Na comparação entre um circuito assimétrico e simétrico analisados
no exercício 1, conclui-se que o circuito assimétrico tem vantagens em
relação ao simétrico quando há a exclusão de pulsos em um dos
tiristores. Notou-se que o simétrico necessitou de um díodo de roda
livre para excluir a corrente presente no tiristor que ainda estava em
funcionamento, só não operava porque havia a corrente do indutor
sobre ele, impedindo de realizar sua função. Isso ocorre porque há a
necessidade da diferença de potencial sobre o tiristor ser nula.
Já no circuito da topologia assimétrica expresso no exercício 2,
expressa a necessidade de conhecer o ângulo de atuação alpha
previamente quando um dos elemento encontrados no circuito é uma
tensão presente na armadura de um motor. Se a tensão CC sobre a
carga é maior que a tensão de alimentação, não haverá o controle da
tensão entregue a carga, já que os semicondutores estarão
reversamente polarizados. O tiristor entrará em condução somente
quando seu ângulo for maior que o ângulo de atuação do nível CC, ou
seja, sua atuação será restringida.
No exercício 4, houve uma dificuldade de simulação do circuito
retificador controlado, pois, deve-se entender que cada semicondutor
tem 120º de atuação e a defasagem entre os elemento que atuam no
semiciclo positivo é de 120º e a defasagem entre o semiciclo positivo e
o negativo é de 180º.
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REFERÊNCIA
POMILHO, J. A. CONVERSORES CA-CC. Apostila 2010. Acesso em: 19, Maio 2013.
Disponível em: <http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/pdffiles/eltpot/cap3.pdf>
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