retificador monofásico controlado de onda completa com carga resistiva

MINISTRIO DA EDUCAO UNIVERSIDADE TECNOLGICA FEDERAL DO PARAN

RELATRIO DE LABORATRIO DE ELETRNICA DE POTNCIA (22 DE OUTUBRO DE 2010 TURMA E61)

MARCEL DANILO ALVES SIQUEIRA TAYLON LANDGRAF THAIS FUJITA THIAGO HUKUCHIMA

PROF. SRGIO AUGUSTO OLIVEIRA DA SILVA

CAMPUS CORNLIO PROCPIO, OUTUBRO DE 2010


1. TTULO Ensaio de um Retificador Monofsico Controlado de Onda Completa com Carga Resistiva 2. OBJETIVO DA EXPERINCIA Este relatrio apresenta resultados de uma experimentao de um retificador intitulado monofsico controlado de onda completa. A aplicao do sistema a uma carga resistiva, e utiliza o controle do ngulo de disparo de quatro tiristores para alimentar a carga. A teoria foi explorada desde os papis at a bancada, passando tambm por simulaes em software. O relatrio mostra a topologia utilizada, apresentando seu funcionamento, clculos tericos, formas de onda e resultados das aplicaes dessas teorias simulao e

implementao/medio em bancada.

3. PRINCPIOS DE FUNCIONAMENTO

O funcionamento explicado a seguir, em referncia figura 3.1, que mostra o circuito eltrico, e figura 3.2, que mostra as formas de onda de tenso e corrente que ocorrem nos componentes desse circuito.

Fig. 3.1. Circuito do retificador monofsico controlado de onda completa aplicado alimentao de uma carga resistiva


Pela figura 3.2, explica-se a primeira etapa iniciando a anlise a partir do intervalo de zero at o ngulo de disparo (0, ) os tiristores T SCR1 e T Quanto (t = ), TSCR1 e TSCR2

encontram-se bloqueados e conseqentemente a tenso na carga nula.SCR2

so simultaneamente disparados atravs das

correntes de gatilho IgTSCR1 e IgTSCR2, e por estarem polarizados diretamente entram em conduo. Desprezando as quedas de tenso sobre os tiristores, a tenso do secundrio aplicada totalmente na carga. A segunda etapa ocorre quando a tenso no secundrio do transformador for negativa, TSCR1 e T SCR2 so polarizados reversamente e, por a carga ser puramente resistiva, eles entram em bloqueio natural (polarizao reveresa). Nesse momento TSCR3 e TSCR4 passam de um estado de polarizao reversa para um de habilitao de disparo, esperando a corrente de gatilho. Quando (t = + ), TSCR3 e TSCR4 so simultaneamente disparados atravs da corrente de gatilho IgTSCR3 e IgTSCR4, e por estarem polarizados diretamente entram em conduo transferindo para a carga a tenso do semi-ciclo negativo do secundrio do transformador. Para esse tipo de carga, nota-se que no ocorre o fenmeno de rodalivre sobre os prprios tiristores. Quando isso acontece, uma alternativa a instalao de um diodo de roda livre paralelo carga, polarizado reversamente. Os propsitos so de proteo dos tiristores pela diminuio da corrente que circularia enquanto a carga indutiva sofre desmagnetizao, perodo esse que se iniciaria desde at um ngulo .


Tenso mxima reversa do tiristor igual tenso no secundrio do transformador

VTSCR Vm 2VSTenso mdia na cargaVLmed 0, 45VS (1 cos )

Corrente mdia na carga

I Lmed

VLmed R


Tenso eficaz na carga

Corrente eficaz na carga

I Lef

VLef R

Corrente mdia e eficaz nos tiristores As corrente mdias nos tiristores so dadas por:ITmed I Lmed 0, 225VS (1 cos ) 2 2R

As correntes eficazes nos tiristores so dadas porI Tef I Lef 2

5. FORMAS DE ONDA SIMULADAS E MEDIDAS EM BANCADA Como tarefa de visualizao da teoria foram simulados e montados circuitos adotando a topologia proposta. Esta seo apresenta as formas de ondas resultantes dessas tarefas. Em primeiro momento, seguem uma seqncia de figuras com formas de ondas especificadas nas legendas. Depois seguem as telas de osciloscpio, que alm de oferecerem a visualizao buscada, fornecem valores aproximados de grandezas eltricas do circuito.


Fig. 5.1. Tenso no secundrio do transformador

Fig. 5.2. Forma de onda da tenso na carga


Fig. 5.3. Tenso do primeiro tiristor. As formas dos demais so suprimidas

Fig. 5.4. Formas de onda da corrente de carga. Por ser puramente resistiva, a corrente apresenta uma forma parecida da tenso

Corrente iT1 e iT4


Fig. 5.4. Formas de onda do circuito com carga indutiva: Tenso na carga; Tenso no tiristor; Corrente na carga

Corrente iT2 e iT3


Corrente i2




6. FORMAS DE ONDA COLETADAS EM BANCADA Seguem as formas de onda apenas para a terceira topologia, que foi a implementada e testada em bancada pelo grupo. (Estrutura com diodo de roda livre). Para detalhes peculiares estrutura, algumas fotos so seguidas de comentrio, corroborando os aspectos tericos apresentados na seo sobre o funcionamento.

Fig. 6.1. Forma de onda da tenso da rede

Fig. 6.2. Forma de onda da tenso sobre a carga


A figura 6.2 ilustra a forma de onda da tenso de carga. Mostra-se, claramente, a ocorrncia do ngulo , momento em que a tenso da rede grampeada da rede para a carga j em um valor diferente de zero. No semiciclo negativo a tenso sobre a carga prxima de zero, correspondendo ao valor da tenso do diodo de roda livre, que nesse momento est em conduo.

Fig. 6.3. Forma de onda da tenso sobre o tiristor T1

Fig. 6.4. Forma de onda da corrente de carga em comparao tenso. A corrente a onda de menor amplitude, pelo CH2.


A corrente de carga mostrada na figura 6.4. Nota-se que o modo de conduo a descontnuo, fato devido presena de uma carga resistiva. Caso houvesse uma carga indutiva, a corrente se propagaria para alm de , podem circular na carga continuamente. O valor mnimo de indutncia para que haja isso denominado valor de indutncia crtica.

Fig. 6.5. Forma de onda da corrente no tiristor em comparao tenso em seus terminais. A figura 6.5 mostra a corrente no tiristor T1. Nota-se que ela existe apenas enquanto a tenso sobre si positiva, e nula desde quando a senide entra na regio negativa at o momento do disparo do gatilho.

7. TABELAS COMPARATIVAS DE MEDIDAS TERICAS, SIMULADAS E MEDIDAS BANCADA A seguir so mostradas as medidas efetuadas pela equipe para os trs diferentes tipos de circuito. As medidas tericas so baseadas nas frmulas para cada tipo de circuito, apresentadas separadamente na seo 3, sobre os princpios de funcionamento. As medidas simuladas foram retiradas de


grficos gerados pelo software PSpice, e as medidas de bancada, foram colhidas via osciloscpio diretamente da bancada. 7.1. Retificador Controlado de Meia Onda com Carga Resistiva Para a topologia com carga resistiva, sem diodo de roda livre, medidas foram calculadas e simuladas em software. Os resultados dessa tarefa so apresentados a seguir. Tabela 7.1 Tabela comparativa de valores tericos, simulados e medidosGrandezas do circuito Valores medidos em bancada

Valores tericos

Valores simulados

136 V 104,47 V 129,675 V 192,33 V -192,33 V 0 1,088 A 1,35 A 2,00 A

136 V 102,2 V 127,89 V 190,9188 V -190.9188 V 0 1,07 A 1,33 A 1,99 A

136 V 96,1 V 123 V 184 V -184 V 2V 1,08 A 1,30 A 2A

Pequenas diferenas, neste circuito, se do por diferenas em consideraes tericas de simplificao como, por exemplo, a adoo de uma tenso zero para o tiristor em conduo, o que no software considerado e implica em um valor ligeiramente diferente para a tenso de carga.


7. CONCLUSO Uma concluso evidente sobre o circuito a forma de onda da corrente da carga na presena de uma indutncia. Nota-se que essa corrente pode tendear a uma linha reta quando a indutncia for infinitamente maior que a resistncia. Logo, uma ilustrao dessa indutncia atribui um ideia de utilizao como filtro de corrente. Essa visualizao possvel com o mesmo esquemtico dos grficos das figuras 5.3 a 5.5, em que a amplitude da corrente ficava mais estreita ao passo que a indutncia aumentava de 100 mH para 500 mH. O resultado prtico da diminuio do Ki pode ser visto tambm na ltima linha da tabela 6.2, atravs da diminuio do valor de pico-a-pico da corrente de na carga. Um aspecto que vale ser destacado a forma de corrente no secundrio do transformador. Pela figura 5.2, cuja simulao contou com uma indutncia de 100 mH, pode-se notar a tendncia da onda ao formato quadrado para relaes elevadas entre L, R e .

8. REFERNCIAS - AHMED, Ashfaq. Eletrnica de Potncia. 1. ed. So Paulo: Prentice Hall, 2000. - BARBI, Ivo. Eletrnica de Potncia. 6. ed. Florianpolis: Edio do Autor, 2006.

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