universidade do estado de santa catarina centro de ... · controle da intensidade luminosa (dimmer...
Post on 09-Nov-2018
214 Views
Preview:
TRANSCRIPT
1
ELETRÔNICA DE POTÊNCIA IELETRÔNICA DE POTÊNCIA IAula 23 – GradadoresAula 23 – Gradadores
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINAUNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINACENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICASCENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICADEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICACURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICACURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
Prof. Leandro Michels, Dr. Eng.Prof. Leandro Michels, Dr. Eng.leandromichels@gmail.comleandromichels@gmail.com
EPO I – Aula 23 – Gradadores
2
Propósito dos gradadoresPropósito dos gradadores
Possibilitar a variação do valor eficaz da Possibilitar a variação do valor eficaz da tensão alternada que alimenta determinada tensão alternada que alimenta determinada cargacarga
Não alteram a freqüência da tensão Não alteram a freqüência da tensão alternada da fontealternada da fonte
Não utilizam elementos reativosNão utilizam elementos reativos
Introduzem harmônicas na tensão de saída Introduzem harmônicas na tensão de saída e na corrente de entradae na corrente de entrada
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
3
Aplicações práticasAplicações práticas
Controle da intensidade luminosa (dimmer Controle da intensidade luminosa (dimmer para iluminação incandescente)para iluminação incandescente)
Controle da temperatura em chuveiros com Controle da temperatura em chuveiros com acionamento eletrônicoacionamento eletrônico
Controle da temperatura em fornosControle da temperatura em fornos
Limitação da corrente de partida de motores Limitação da corrente de partida de motores de indução (soft-starters)de indução (soft-starters)
Compensadores estáticos de reativos (SVR)Compensadores estáticos de reativos (SVR)
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
4
Principais topologiasPrincipais topologias
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
1
2
G1G2
MonofásicoMonofásico
1r
2r
G1G2
1s
2s
G1G2
1t
2t
G1
TrifásicoTrifásicoa 3 fios a 3 fios
1r
2r
G1G2
1s
2s
G1G2
1t
2t
G1G2
Trifásico a 3 fios Trifásico a 3 fios ou a 4 fiosou a 4 fios
5
Gradador monofásico – Carga RGradador monofásico – Carga R
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
Formas de ondaFormas de onda
G1
G2
iL
vLvo R
TopologiaTopologia
6
Gradador monofásico – Carga RGradador monofásico – Carga R
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
G1
G2
iL
vLvo R
Tensão na cargaTensão na carga
0LmedV =
( )sen 21
2Lef oV Vαα≅ − +
π π
MédioMédio
EficazEficaz
( ) ( )
( ) ( )2
2 sen12
2 sen
o
Lmed
o
V t d tV
V t d t
π
α
π
π + α
ω ω
= π + ω ω
∫
∫
( ) ( )2
1 2 senLef oV V t d tπ
α
= ω ω π ∫
7
Gradador monofásico – Carga RGradador monofásico – Carga R
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
G1
G2
iL
vLvo R
Corrente na cargaCorrente na carga
0LmedI =
( )sen 21
2o
LefVIR
αα≅ − +π π
MédioMédio
EficazEficaz
( ) ( )
( ) ( )2
2 sen12
2 sen
o
Lmedo
V t d tR
IV t d tR
π
α
π
π + α
ω ω
= π + ω ω
∫
∫
( ) ( )2
1 2 senoLef
VI t d tR
π
α
= ω ω π ∫
8
Gradador monofásico – Carga RGradador monofásico – Carga R
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
G1
G2
iL
vLvo R
Corrente no tiristorCorrente no tiristor
( )2 cos 12
oTmed
VIR
= α + π
2Lef
Tef
II =
MédioMédio
EficazEficaz
( ) ( )1 2 sen2
oTmed
VI t d tR
π
α
= ω ω π
∫
( ) ( )2
1 2 sen2
oTef
VI t d tR
π
α
= ω ω π ∫
9
Gradador monofásico – Carga RGradador monofásico – Carga R
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
Corrente média e eficaz em cada tiristor (parametrizada)Corrente média e eficaz em cada tiristor (parametrizada)
10
Gradador monofásico – Carga RGradador monofásico – Carga R
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
Componentes harmônicasComponentes harmônicas
1) Amplitude da fundamental:1) Amplitude da fundamental:2 2
1 1 1I a b= +
( )( )12 cos 12
oVaR
= α −π
( )( )12 sen 2 2 22
oVbR
= α + π − απ
2) Fase da fundamental:2) Fase da fundamental:
( ) ( ) ( )1
cos senn nn
i t a n t b n t∞
=
ω = ω + ω ∑
11
1
arctan ab
Φ =
11
Gradador monofásico – Carga RGradador monofásico – Carga R
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
1) Amplitude das demais harmônicas (ordem n)1) Amplitude das demais harmônicas (ordem n)2 2
n n nI a b= +
( ) ( ) ( ) ( )cos 1 cos 1 cos 1 cos 121 1
on
n n n nVaR n n
+ α − + π − α − − π = − π + −
( ) ( )sen 1 sen 121 1
on
n nVbR n n
+ α − α = − π + −
2) Fase das harmônicas:2) Fase das harmônicas:
arctan nn
n
ba
Φ =
12
Gradador monofásico – Carga RLGradador monofásico – Carga RL
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
iL
vLvo G1
G2
R
L
Formas de ondaFormas de ondaTopologiaTopologia
( )( ) 22
cos R
R Lφ =
+ ω
13Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
Gradador monofásico – Carga RLGradador monofásico – Carga RL
Ângulo de Ângulo de extinsão extinsão ββ
14
Gradador monofásico – Carga RLGradador monofásico – Carga RL
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
Tensão na cargaTensão na carga
0LmedV =
MédioMédio
EficazEficaz
( ) ( )
( ) ( )2
2 sen12
2 sen
o
Lmed
o
V t d tV
V t d t
β
α
π + β
π + α
ω ω
= π + ω ω
∫
∫
( ) ( )2
1 2 senLef oV V t d tβ
α
= ω ω π ∫
iL
vLvo G1
G2
R
L
Corrente na cargaCorrente na carga0LmI =
2Lef TefI I=
( ) ( )sen 2 sen 22Lef oV V
β − αβ − α≅ −π π
15
Gradador monofásico – Carga RLGradador monofásico – Carga RL
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
Corrente no tiristorCorrente no tiristor
( ) ( )( )
( )( ) [ ]arctan
cos cos
sen2 1
arctan
mTmed t
IIe− φ ω − α
α − φ − β − φ = α − φ π + − φ
MédioMédio
( ) ( )1 2 sen2
oTmed
VI t d tR
β
α
= ω ω π
∫
iL
vLvo G1
G2
R
L
16
Gradador monofásico – Carga RLGradador monofásico – Carga RL
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
Corrente no tiristorCorrente no tiristorEficazEficaz
( ) ( ) ( ) ( )( )
( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )( ) ( )
( )( ) ( ) ( ) ( ) ( )( )
( ) ( ) ( ) ( )( )
( )
2
cotg
cotg2
22cotg
sen 2 sen 2 2sen cos2 4 cotg 1
cotg sen cos cotg sen cos
sen 2 sen2 cotg cos sencotg 1
sencotg cos sen 1
2cotg
mTef
eII
e
e
φ α − β
φ α − β
α − β
α − β − β − α α − φ φβ − α + + ⋅φ +
⋅ φ β + β − φ α + α = α − φ φπ − ⋅ φ β − βφ +
α − φ − φ α − α + − φ
( ) ( ) ( ) ( ) ( )2
cotg21 sen sen2
tTef mI I t e d t
βφ ω − φ
α
= ω − φ − α − φ ω π
∫
17Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
Gradador monofásico – Carga RLGradador monofásico – Carga RL
18
Gradador monofásico – Carga RLGradador monofásico – Carga RL
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
Componentes harmônicasComponentes harmônicas
1) Amplitude1) Amplitude
2) Fase da fundamental2) Fase da fundamental
( ) ( ) ( )1
cos senn nn
i t a n t b n t∞
=
ω = ω + ω ∑
2 2n n nI a b= +
11
1
arctan ab
Φ =
( )1cosDF = Φ
( ) ( )senv t V tω = ωTensão de referênciaTensão de referência
Fator de deslocamentoFator de deslocamento
19
Gradador monofásico – Carga RLGradador monofásico – Carga RL
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
Componentes harmônicas (fundamental)Componentes harmônicas (fundamental)
( ){ ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
( )( )
( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )( )
1
cotg2
cos cos 2 cos 2 sen 2 2 sen 2 sen 22
4sencotg cos sen cotg cos sen
cotg 1
mIa
e φ α − β
= φ α − β − φ β − α − α + β πα − φ + φ β − β − φ α − α φ +
( ){ ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
( )( )
( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )( )
1
cotg2
sen cos 2 cos 2 cos 2 2 sen 2 sen 22
4sencotg sen cos cotg sen cos
cotg 1
mIb
e φ α − β
= − φ α − β + φ β − α − α + β πα − φ + φ β + β − φ α − α φ +
20
Gradador monofásico – Carga RLGradador monofásico – Carga RL
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
Componentes harmônicas (acima da fundamental)Componentes harmônicas (acima da fundamental)( ) ( )( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( )( )
( ) ( )( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( )( )( )( )
( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )( )cotg2 2
cos coscos 1 cos 1 cos 1 cos 1
1 1
sen sensen 1 sen 1 sen 1 sen 1
1 12sen
cotg cos sen cotg cos sencotg
mnIa n n n n
n n
n n n nn n
e n n n n n nn
φ α − β
φ φ = − α − − β + + α − + β π − +φ φ + − α − − β + + α − + β − +
α − φ + φ β − β − φ α − α φ +
( ) ( )( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( )( )
( ) ( )( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( )( )( )( )
( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )( )cotg2 2
cos cossen 1 sen 1 sen 1 sen 1
1 1
sen sencos 1 cos 1 cos 1 cos 1
1 12sen
cotg sen cos cotg sen coscotg
mnIb n n n n
n n
n n n nn n
e n n n n n nn
φ α − β
φ φ = − β − − α + + α − + β π − +φ φ + − β − − α + + β − + α − +
α − φ + φ β − β − φ α − α φ +
21Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
Gradador monofásico – Carga RLGradador monofásico – Carga RL
22Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
Gradador monofásico – Carga RLGradador monofásico – Carga RL
23Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
Gradador monofásico – Carga RLGradador monofásico – Carga RL
24
Controle por ciclos inteirosControle por ciclos inteiros
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
Variação da potência através da alteração Variação da potência através da alteração do número de ciclos (ou semi-ciclos) de do número de ciclos (ou semi-ciclos) de conduçãocondução
Condução em um ciclo inteiro Condução em um ciclo inteiro → não produz → não produz componentes de alta ordemcomponentes de alta ordem → não há o → não há o problema de ruído na instalaçãoproblema de ruído na instalação
Ciclos sem condução Ciclos sem condução → geração de → geração de sub-sub-harmônicas (harmônicas (harmônicas de ordem mais harmônicas de ordem mais baixa) → problemas de cintilação (flicker)baixa) → problemas de cintilação (flicker)
25
Controle por ciclos inteirosControle por ciclos inteiros
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
t
tT1T
1oLef
V TIR T
= 1
o
TPP T
=
Atuação em ciclos inteirosAtuação em ciclos inteiros
26
Controle por ciclos inteirosControle por ciclos inteiros
Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
vi
tiL
tT1
T
Atuação em semi-ciclosAtuação em semi-ciclos→ redução do flicker→ redução do flicker
1oLef
V TIR T
= 1
o
TPP T
=
27Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
Aplicação de gradador monofásicoAplicação de gradador monofásico
Variação da potência médiaVariação da potência média
TRIAC TRIAC → equivalente a dois SCR em anti-paralelo→ equivalente a dois SCR em anti-paralelo Circuito de disparo mais simples Circuito de disparo mais simples → DIAC→ DIAC Aplicação → Fornos, lâmpadas, sistemas de Aplicação → Fornos, lâmpadas, sistemas de aquecimento (chuveiros)aquecimento (chuveiros)
28Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
Aplicação de gradador monofásicoAplicação de gradador monofásico
Curva característica do funcionamento do DIACCurva característica do funcionamento do DIAC
29Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
Aplicação de gradador trifásicoAplicação de gradador trifásico Partida suave de motores de induçãoPartida suave de motores de indução Para a partida do motor, o torque elétrico (TPara a partida do motor, o torque elétrico (Tee) deve ) deve ser maior que o torque mecânico (Tser maior que o torque mecânico (Tmm) da carga ) da carga → → provoca a aceleração do rotorprovoca a aceleração do rotor O motor acelera até o momento em que TO motor acelera até o momento em que Tee e T e Tmm se se igualamigualam Quando é usada a partida direta da rede, o torque Quando é usada a partida direta da rede, o torque elétrico gerado pelo motor é muito maior que o torque elétrico gerado pelo motor é muito maior que o torque mecânico da carga, o que gera uma rápida aceleraçãomecânico da carga, o que gera uma rápida aceleração Logo uma grande quantidade de energia é absorvida Logo uma grande quantidade de energia é absorvida da rede da rede → elevadas correntes transitórias >7x o valor → elevadas correntes transitórias >7x o valor nominalnominal
30Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
Aplicação de gradador trifásicoAplicação de gradador trifásico Modelo equivalente do motor Modelo equivalente do motor → torque e corrente em → torque e corrente em função de função de ωωrr
2
2 2 232
s r sle
e r sl lr
V RPTR L
ω = ω + ω ( ) 2 2 2/s
s r
r e lr
VI IR S L
≈ =+ ω
sl e rω = ω − ω e r
e
s ω − ω=ω
31Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
Aplicação de gradador trifásicoAplicação de gradador trifásico Gradadores para partida suave de motores de Gradadores para partida suave de motores de indução indução → variação de V→ variação de Vss
32Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
Aplicação de gradador trifásicoAplicação de gradador trifásico
Circuitos típicos de soft-startersCircuitos típicos de soft-starters
1) Trifásico com 3 braços1) Trifásico com 3 braços 2) Trifásico com 2 braços2) Trifásico com 2 braços
v1
v3
v2
i1
i3
i2
Z1
Z2
Z3
Bypass
v1
v3
v2
i1
i3
i2
Z1
Z2
Z3
Bypass
33Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
Aplicação de gradador monofásicoAplicação de gradador monofásico
Implementação de reatores variáveisImplementação de reatores variáveis
||eq Leq CX X X=
( ) ( ),22 sen 2eq
LL π π= ≤ α ≤ ππ − α − π − α
34Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
Aplicação de gradador trifásicoAplicação de gradador trifásico Compensação de fator de potência Compensação de fator de potência
XXeqeq capacitivo para compensar a componente indutiva capacitivo para compensar a componente indutiva da carga Lda carga L11
Correção rápida do fator de potência de cargas Correção rápida do fator de potência de cargas indutivas variáveisindutivas variáveis
1eqX X=
35Prof. Leandro Michels
EPO I – Aula 23 – Gradadores
Aplicação de gradador trifásicoAplicação de gradador trifásico Compensação estática de tensão alternada senoidal Compensação estática de tensão alternada senoidal
A tensão VA tensão V22 pode ser pode ser estabilizada para variações de estabilizada para variações de 30% da tensão V30% da tensão V11 nominal nominal Aplicação em linhas de Aplicação em linhas de transmissão transmissão → FACTS→ FACTS
12 2 2
1 Lo Lo
C
VVX XX R
= − +
top related