conversores ca-cc - retificadores - 1
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2- CONVERSORES CA/CC - RETIFICADORES
2.1. Introdução :
CONVERSOR CA/CC ( RETIFICADOR ) : CONVERTER UMA TENSÃO EMCORRENTE ALTERNADA, EM UMA TENSÃO COM VALOR MÉDIO ( CORRENTECONTÍNUA ), PARA ALIMENTAR CARGAS CC.
*CLASSIFICAÇÃO DOS RETIFICADORES :
• QUANTO AO TIPO DE CONTROLE ( CARACTERÍSTICA DA TENSÃO DESAÍDA ):
- SEM CONTROLE ( DIODOS ) : TENSÃO DE SAÍDA FIXA;
- TOTALMENTE CONTROLADO ( SCR's ) : TENSÃO DE SAÍDACONTROLADA, PODENDO SER POSITIVA OU NEGATIVA;
- SEMI CONTROLADO ( DIODOS E SCR's ) : TENSÃO DE SAÍDACONTROLADA, MAS SOMENTE POSITIVA.
- EQUAÇÕES BÁSICAS DA TENSÃO DE SAÍDA DE UM RETIFICADOR :
- TENSÃO MÉDIA :
∫=2
1
d.sen.V
p.21
V MAXMÉDIO
θθ
θθ
θθθθππ
- TENSÃO EFICAZ ( RMS ) :
2/1
222
1
.sen...2
1
= ∫
θ
θ
θθπ
dVV MAXRMS
- VMAX : Tensão Máxima de Entrada;- p : número de pulsos da tensão de saída do retificador para um ciclo do- θ1 e θ2 : Intervalo de Integração da Tensão de Entrada.
CONTROLEDA
TENSÃO DE SAÍDA
CONTROLEDO
ÂNGULO DE DISPARO ( αα )DOS
SCR's
- QUANTO A FAIXA DE OPERAÇÃO :
- I; II; III e IV QUADRANTES
Figura 01 : Quadrantes de Operação do Retificador.
I QUADRANTE : V MÉDIO e IMÉDIO > 0
SEM CONTROLERETIFICADOR CONTROLADO : 0 ≤ α ≤ 90º
SEMI-CONTROLADO : 0 ≤ α ≤ 180º
II QUADRANTE : V MÉDIO > e IMÉDIO < 0;
RETIFICADOR CONTROLADO DUAL : 90 ≤ α ≤ 180º
III QUADRANTE : V MÉDIO e IMÉDIO < 0;
RETIFICADOR CONTROLADO DUAL : 0 ≤ α ≤ 90º
IV QUADRANTE : V MÉDIO < e IMÉDIO > 0;
RETIFICADOR CONTROLADO : 90 ≤ α ≤ 180º
- QUANTO AO NÚMERO DE PULSOS DA FORMA DE ONDA DA TENSÃO DESAÍDA FORNECIDA À CARGA, DURANTE UM CICLO DA TENSÃO DEENTRADA.
APLICAÇÕES :
- CONTROLE DE VELOCIDADE DE MÁQUINAS CC;- FONTES DE ALIMENTAÇÃO FIXAS OU VARIÁVEIS;- ELETROQUÍMICA ( ELETRODEPOSIÇÃO );- TRANSMISSÃO EM ALTA TENSÃO EM CORRENTE CONTÍNUA - HVDC
VMÉDIO
I II
III IV
IMÉDIO
2.2 - PARÂMETROS DE "PERFORMANCE" :
* VARIAM DE RETIFICADOR PARA RETIFICADOR;
* DETERMINAM A QUALIDADE DO RETIFICADOR.
Figura 02 : Conversor CA/CC - Retificador
Figura 03 : Formas de Onda da Tensão e da Corrente de Entrada.
VMÉDIO : valor médio da tensão de saída;IMÉDIO : valor médio da corrente de saída;VRMS : valor eficaz da tensão de saída;I RMS : valor eficaz da corrente de saída;I S : corrente de entrada;I S1 : componente fundamental da corrente de entrada IS;
φ : ângulo entre as componentes fundamentas da tensão e da corrente deentrada ( ângulo de deslocamento ).
RMSRMSCA
MÉDIOMÉDIOMÉDIO
IVP
IVP
.
.
=
=
VMÉDIO
VRMSRETIFICADOR
I S
VS
IMÉDIO
IRMS
CARGA
a) - EFICIÊNCIA ( Razão de Retificação ) :
RMS
MÉDIO
P
P=ηη (% )
b) - FATOR DE FORMA :
MÉDIO
RMS
2MÉDIO
2RMSCA
VV
FF
VVV
=
−=
c) - FATOR DE ONDULAÇÃO :
1FFV
VRF 2
MEDIO
CA −==
d) - FATOR DE UTILIZAÇÃO DO TRANSFORMADOR :
SS
MÉDIO
I.V
PTUF =
e) - FATOR DE DESLOCAMENTO :
φφcosDF =
f) - FATOR HARMÔNICO OU TAXA DE DISTORÇÃO HARMÔNICA TOTAL ( THD ):
2/12
1S
S 1II
THDHF
−
==
g) - FATOR DE POTÊNCIA :
φφ
φφφφ
cos.THD1
1PF
ou
cos.II
cos.I.VI.V
PF
2
S
1S
SS
1SS
+=
==
h) - FATOR DE CRISTA :
S
)PICO(S
I
ICF =
• RETIFICADOR IDEAL ⇔ 1PF;1DF;0THD;1TUF;0RF;0V%;100 CA =======ηη
2.2. Retificador Monofásico de Meia-Onda :
2.2.1 - Sem Controle :
a) – Carga RESISTIVA :
Figura 04 : Carga Resistiva.
- COMO : p = 1; θ1 = 0; θ2 = π
- TENSÃO MÉDIA NA CARGA : π
θθπ
πMAX
MAXMÉDIO
VdV
p
V == ∫0
.sen..21
- TENSÃO EFICAZ NA CARGA :2
.sen...2
12/1
0
22 MAXMAXRMS
VdVV =
= ∫
π
θθπ
b) – Carga R-L :
Figura 05 : a) Carga R-L; b) Sem DIODO de Retorno; c) Com DIODO de Retorno.
b.1 – Sem DIODO de Retorno :
A Equação da corrente iL(t) é dada por :
( ) ( )[ ]τφφ /.¹.)( tMAXL esentsen
Z
Vti −+−=
Quando iL(t) é novamente zero : 0).sen()sen(
/;./ =+−
==− τωβφφβ
ωββωe
Zt
Onde : β = π+σ
Equação Transcedental : solução numérica para se determinar o valor de σ.
- COMO : p = 1; θ1 = 0; θ2 = β
- TENSÃO MÉDIA NA CARGA : ( )[ ]βπ
θθπ
β
cos1..2
.sen..21
0
−== ∫ MAXMAXMÉDIO
VdV
p
V
- TENSÃO EFICAZ NA CARGA : 2/12
.2sen.4
1
2.
.2
−= ββ
πMAX
RMS
VV
b.2 – Com DIODO de Retorno ⇔ Comutação do DIODO D em π, não existindo assimtensão negativa aplicada na carga . Opera como se fosse uma carga “RESISTIVA”.
- TENSÃO MÉDIA NA CARGA : πMAX
MÉDIO
VV =
- TENSÃO EFICAZ NA CARGA :2
MAXRMS
VV =
2.2.2 - Controlado :
a) Carga RESISTIVA :
Figura 06 : Carga Resistiva.
- COMO : p = 1; θ1 = α; θ2 = π
- TENSÃO MÉDIA NA CARGA :
( )απ
θθπ
π
α
cos1..2
.sen..21 +== ∫ MAX
MAXMÉDIO
VdV
p
V
- TENSÃO EFICAZ NA CARGA :
- 2/12/1
22
2
.2sen.
1.
2.sen..
.2
1
+−=
= ∫
ααππ
θθπ
π
α
MAXMAXRMS
VdVV
b) - Carga R-L :
Figura 07 : a) Carga R-L; b) α pequeno e IL contínua; c) α grande e IL descontínua.
b.1 – Sem DIODO de Retorno :
A Equação da corrente iL(t) é dada por :
( ) ( )[ ]ταφαφ /.¹.)( tMAXL esentsen
Z
Vti −−++−=
Quando iL(t) é novamente zero : 0).sen()sen(
/;./ =−++−
==− τωβαφαφβ
ωββωe
Zt
Onde : β = π+σ
Equação Transcedental : solução numérica para se determinar o valor de σ.
- COMO : p = 1; θ1 = 0; θ2 = β
- TENSÃO MÉDIA NA CARGA : ( )[ ]βααπ
θθπ
βα
α
+−== ∫+
coscos..2
.sen..21 MAX
MAXMÉDIO
VdV
p
V
- TENSÃO EFICAZ NA CARGA : 2/1
2
.2sen.2sen.
1.
2
−+−= βααβ
πMAX
RMS
VV
b.2 – Com DIODO de Retorno ⇔ Comutação do SCR T em π, não existindo assim tensãonegativa aplicada na carga . Opera como se fosse uma carga “RESISTIVA”.
- TENSÃO MÉDIA NA CARGA : )1cos(..2
απ
+= MAXMÉDIO
VV
- TENSÃO EFICAZ NA CARGA :2/1
2
.2sen.
1.
2
+−= ααπ
πMAX
RMS
VV
2.3. Retificador Bifásico de Meia-Onda :
À PARTIR DESTA CONFIGURAÇÃO ( DOIS COMPONENTES ), A COMUTAÇÃODOS MESMOS É SEMPRE FEITA POR TENSÃO REVERSA APLICADA AOCOMPONENTE QUE ESTÁ CONDUZINDO.
CONSEQUENTEMENTE, SEJA A CARGA RESISTIVA OU R-L, O INTERVALO DECONDUÇÃO DOS COMPONENTES É SEMPRE DE 180 GRAUS.
A COLOCAÇÃO DO DIODO DE RETORNO EM PARALELO COM A CARGA,QUANDO O RETIFICADOR É CONTROLADO, LIMITA A CONDUÇÃO DOS SCR’s(INTERVALO DE α A 180º), PERMITINDO TENSÃO NA CARGA APENAS POSITIVA.
2.3.1 - Sem Controle :
Figura 08 : Carga Resistiva.
- COMO : p = 2; θ1 = 0; θ2 = π
- TENSÃO MÉDIA NA CARGA :
..2
.sen.
2
.21
0 πθθ
π
πMAX
MAXMÉDIO
VdVV == ∫
- TENSÃO EFICAZ NA CARGA :
- 2
.sen..1
2/1
0
22 MAXMAXRMS
VdVV =
= ∫
π
θθπ
2.3.2 - Controlado :
Figura 09 : Carga R-L.
- COMO : p = 2; θ1 = α; θ2 = π+α
- TENSÃO MÉDIA NA CARGA : .cos..2
.sen.
2
.21 α
πθθ
π
απ
α
MAXMAXMÉDIO
VdVV == ∫
+
- TENSÃO EFICAZ NA CARGA : 2
.sen..1
2/1
22 MAXMAXRMS
VdVV =
= ∫
+απ
α
θθπ
Com DIODO de Retorno : p = 2; θ1 = α; θ2 = π
- TENSÃO MÉDIA NA CARGA : .)cos1.(.sen.
2
.21 α
πθθ
π
π
α
+== ∫ MAXMAXMÉDIO
VdVV
- TENSÃO EFICAZ NA CARGA :
- ( )2/12/1
22 .2sen.2.2.1
.2
.sen..1
+−=
= ∫ ααπ
πθθ
π
π
α
MAXMAXRMS
VdVV
2.4. Retificador Monofásico de Onda-Completa :
- A COMUTAÇÃO DOS COMPONENTES É SEMPRE POR TENSÃOREVERSA.
2.4.1. Sem Controle :
a) - Carga Resistiva :
Figura 10 : Carga Resistiva
- COMO : p = 2; θ1 = 0; θ2 = π
- TENSÃO MÉDIA NA CARGA : ππ
θθθθππ
ππMAX
0
MAXMÉDIO
V.2d.sen.V
2.21
V == ∫
- TENSÃO EFICAZ NA CARGA : 2
Vd.sen.V.
1V MAX
2/1
0
22MAXRMS =
= ∫
ππ
θθθθππ
b) - Carga ALTAMENTE INDUTIVA :
Figura 11 : a) Carga Altamente Indutiva ( ex. Motor de Corrente Contínua );.b) CorrenteContínua na Carga ( IL ) e Quadrada na Fonte ( I1 ).
- COMO : p = 2; θ1 = α; θ2 = π
- TENSÃO MÉDIA NA CARGA : ππ
θθθθππ
ππMAX
0
MAXMÉDIO
V.2d.sen.V
2.21
V == ∫
- TENSÃO EFICAZ NA CARGA : 2
Vd.sen.V.
1V MAX
2/1
0
22MAXRMS =
= ∫
ππ
θθθθππ
2.4.2. Semi-Controlado :
Figura 12 : Carga R-L.
- COMO : p = 2; θ1 = α; θ2 = π
- TENSÃO MÉDIA NA CARGA : ( )ααππ
θθθθππ
ππ
αα
cos1.V
d.sen.V
2.21
V MAXMAXMÉDIO +== ∫
- TENSÃO EFICAZ NA CARGA :
2/1
MAX
2/1
22MAXRMS 2
.2sen.
1.
2
Vd.sen.V.
1V
+−=
= ∫
ααααππππ
θθθθππ
ππ
αα
2.4.3. Totalmente Controlado :
Figura 13 : Carga R-L. a) Operação em Dois Quadrantes.
- COMO : p = 2; θ1 = α; θ2 = π+α
- TENSÃO MÉDIA NA CARGA : ααππ
θθθθππ
ααππ
αα
cos.V.2
d.sen.V
2.21
V MAXMAXMÉDIO == ∫
+
- TENSÃO EFICAZ NA CARGA : 2
Vd.sen.V.
1V MAX
2/1
22MAXRMS =
= ∫
+ααππ
αα
θθθθππ
2.4.3.1 - Retificador Monofásico DUAL Controlado:
- Conexão de DOIS Retificadores Controlados em Anti-Paralelo;
- Tanto a TENSÃO quanto a CORRENTE na Carga poderão ser INVERTIDOS;
- Operação nos QUATRO QUADRANTES;
- Aplicação em Acionamento e Controle de Velocidade de MCC em Alta Potência;
- Através do controle dos Ângulos de Disparo, um Conversor opera comoRETIFICADOR e o outro como INVERSOR.
- COMO : p = 2; θ1 = α; θ2 = π+α
- PARA O CONVERSOR 1 ( MODO RETIFICADOR ):
- TENSÃO MÉDIA NA CARGA : 1MAX
MAX1MÉDIO cos.V.2
d.sen.V
2.21
V1
1
ααππ
θθθθππ
ααππ
αα
== ∫+
- TENSÃO EFICAZ NA CARGA : 2
Vd.sen.V.
1V MAX
2/1
22MAX1RMS
1
1
=
= ∫
+ααππ
αα
θθθθππ
- PARA O CONVERSOR 2 ( MODO INVERSOR ):
- TENSÃO MÉDIA NA CARGA : 2MAX
MAX2MÉDIO cos.V.2
d.sen.V
2.21
V2
2
ααππ
θθθθππ
ααππ
αα
== ∫+
- TENSÃO EFICAZ NA CARGA : 2
Vd.sen.V.
1V MAX
2/1
22MAX2RMS
2
2
=
= ∫
+ααππ
αα
θθθθππ
- Como um Conversor está em RETIFICAÇÃO e o outro está em INVERSÃO :
( )12
121
2MÉDIO1MÉDIO
coscoscos
VV
ααππααααππαααα
−=−=−=
−=
Figura 13 : Operação em Quatro Quadrantes.
2.4.3.2 - Retificadores Monofásicos Controlados, em Série, com Diodo de Retorno:
- APLICAÇÕES EM ALTA TENSÃO ⇔ DIVIDIR A TENSÃO APLICADA EMELHORA NO FATOR DE POTÊNCIA;
- Cada Secundário do Transformador tem o mesmo número de espiras e a Relação deEspiras entre o Primário e o Secundário é N1/N2 = 2;
- A Tensão Máxima de Saída VDMAX é obtida quando α1 = α2 = 0.
- Para 0 ≤ Tensão de Saída ≤ VDMAX /2 : O Ângulo de Disparo α1 do CONVERSOR 1 éVariado e no CONVERSOR 2 só é utilizado o DIODO de RETORNO;
- Para VDMAX /2 ≤ Tensão de Saída ≤ VDMAX : O Ângulo de Disparo α1 CONVERSOR 1 éDisparado em ZERO e o Ângulo de Disparo α2 do CONVERSOR 2 é Variado.
- COMO : p = 2; θ1 = α; θ2 = π
- PARA O CONVERSOR 1 :
- TENSÃO MÉDIA NA CARGA : )cos1.(V
d.sen.V
2.21
V 1MAX
MAX1MÉDIO
1
ααππ
θθθθππ
ππ
αα
+== ∫
- PARA O CONVERSOR 2 :
- TENSÃO MÉDIA NA CARGA : 2MAX
MAX2MÉDIO cos.V
d.sen.V
2.21
V2
ααππ
θθθθππ
ππ
αα
== ∫
- A TENSÃO de SAÍDA TOTAL é :
( )21MAX
2MÉDIO1MÉDIOMÉDIO coscos2.V
VVV ααααππ
++=+=
- Se : α1 = α2 = 0 ⇒ ππMAX
DMAX
V.4V =
- Se : 0 ≤ α1 ≤ π e α2 = π ⇒ ( )1MAX
2MÉDIO1MÉDIOMÉDIO cos1.V
VVV ααππ
+=+=
- Se : α1 = 0 e 0 ≤ α2 ≤ π ⇒ ( )2MAX
2MÉDIO1MÉDIOMÉDIO cos3.V
VVV ααππ
+=+=
Figura 14 : Operação em Primeiro Quadrante.
2.4.3.2 - Retificadores Monofásicos Controlados, em Série:
- Como não há DIODO de COMUTAÇÃO, a Corrente não pode ser desviada de umdos CONVERSOR, o que implica que AMBOS devem OPERARSIMULTÂNEAMENTE;
- Para CONTROLAR a Tensão de Saída, no MODO RETIFICAÇÃO, α1 é ZERO e α2
VARIA entre 0 e π;
- A Forma de Onda da Corrente de Entrada IS é SEMELHANTE á do Conversor Semi-Controlado.
- Para CONTROLAR a Tensão de Saída, no MODO INVERSÃO, α2 = π e α1 VARIAentre 0 e π;
- COMO : p = 2; θ1 = α; θ2 = π+α
- PARA O CONVERSOR 1 :
- - TENSÃO MÉDIA NA CARGA : 1MAX
MAX1MÉDIO cos.V.2
d.sen.V
2.21
V1
1
ααππ
θθθθππ
ααππ
αα
== ∫+
- PARA O CONVERSOR 2 :
- TENSÃO MÉDIA NA CARGA : 2MAX
MAX2MÉDIO cos.V.2
d.sen.V
2.21
V2
2
ααππ
θθθθππ
ααππ
αα
== ∫+
- A TENSÃO de SAÍDA TOTAL é :
( )21MAX
2MÉDIO1MÉDIOMÉDIO coscos.V.2
VVV ααααππ
+=+=
- Se : α1 = α2 = 0 ⇒ ππMAX
DMAX
V.4V =
- Se : α1 =0 e 0 ≤ α2 ≤ π ⇒ ( )2MAX
2MÉDIO1MÉDIOMÉDIO cos1.V.2
VVV ααππ
+=+=
( Modo RETIFICAÇÃO )
- Se : α2 = π e 0 ≤ α1 ≤ π ⇒ ( )1cos.V.2
VVV 1MAX
2MÉDIO1MÉDIOMÉDIO −=+= ααππ
(Modo INVERSÃO )
Figura 15 : Operação em Dois Quadrantes.
2.4.4 - Especificação dos Dispositivos de Potência e do Transformador de Alimentação paraRetificadores Monofásicos de Meia-Onda e Onda Completa:
- A ESPECIFICAÇÃO É SEMPRE FEITA EM FUNÇÃO :
- DO PIOR CASO PARA O RETIFICADOR ( TENSÃO E CORRENTE ) ⇒ α = 0;- DAS PRINCIPAIS GRANDEZAS DA CARGA ( VMÉDIO E IMÉDIO );
- DA TENSÃO E CORRENTE DISPONÍVEIS NA FONTE DE ALIMENTAÇÃO(TRANSFORMADOR);
- DO NÚMERO DE COMPONENTES LIGADOS À UM TERMINAL DA CARGA(n);
• Dispositivos de Potência :
a) - Tensão Reversa Máxima : o2MAX)COMPONENTE(RMAX VV =
b) - Corrente :
b.1 - Corrente Média :n
II )CARGA(MÉDIO
)COMPONENTE(MÉDIO =
b.2 - Corrente Eficaz :n
II )CARGA(MÉDIO
)COMPONENTE(RMS =
Onda Completa : n = 2
- Transformador de Alimentação :
a) - Relação de Espiras : RMS2
RMS1
2
1
VV
NN = ( Relação por Enrolamento )
b) - Potência Aparente ( VA ) :
n
II )CARGA(MÉDIO
2)FASE(RMS O = Bifásico
)CARGA(MÉDIO2)FASE(RMSII O = Onda Completa
OOO2
O 2RMS2RMS1I.VSS == ( VA )
2.5. Retificador Trifásico de Meia-Onda :
• MAIS SIMPLES DOS RETIFICADORES POLIFÁSICOS;
• TRANSFORMADOR TRIFÁSICO NA ENTRADA, COM SECUNDÁRIO EMESTRÊLA ( Y );
• MELHORA NO FATOR DE RIPPLE E AUMENTO NO VALOR MÉDIO DATENSÃO DE SAÍDA, DEVIDO AO AUMENTO DO NÚMERO DE PULSOS;
• SEM CONTROLE OU TOTALMENTE CONTROLADO.
2.5.1 - Sem Controle :
• DIODOS LIGADOS EM CATODO COMUM;
• O DIODO COM ANODO MAIS POSISTIVO É QUE CONDUZ;
• CADA DIODO CONDUZ DURANTE 120º.
COMO : p = 3; θ1 = π/6; θ2 = 5.π/6
- TENSÃO MÉDIA NA CARGA :-
- ππ
θθθθππ
ππ
ππ .2
V3.3d.sen.V
3.21
V )FASE(MAX6
.5
6
)FASE(MAXMÉDIO == ∫
- TENSÃO EFICAZ NA CARGA :
-
2/1
)FASE(MAX
2/1
6
.5
6
22)FASE(MAXRMS .4
361
.V.3d.sen.V..23
V
+=
= ∫ ππ
θθθθππ
ππ
ππ
Figura 16 :.Retificador Trifásico de Meia-Onda Sem Controle.
2.5.2 - Totalmente Controlado :
• TENSÃO MÉDIA NA CARGA É CONTROLADA PELO ÂNGULO DEDISPARO DOS SCR's;
• A REFERÊNCIA PARA O ÂNGULO DE DISPARO ( α = 0 ), É OCRUZAMENTO ENTRE SI DAS TENSÕES DE FASE. PORTANTO, PARA α = 0,A TENSÃO MÉDIA NA CARGA É MÁXIMA E OS SCR's OPERAM COMDIODOS.
Figura 17 : Retificador Trifásico de Meia-Onda Controlado.
- COMO : p = 3; θ1 = π/6 + α; θ2 = 5.π/6 +α
- TENSÃO MÉDIA NA CARGA :
- ααππ
θθθθππ
ααππ
ααππ
cos..2
V3.3d.sen.V
3.21
V )FASE(MAX6
.5
6
)FASE(MAXMÉDIO == ∫+
+
- TENSÃO EFICAZ NA CARGA :
-
2/1
)FASE(MAX
2/1
6
.5
6
22)FASE(MAXRMS .2cos.
.83
61
.V.3d.sen.V..23
V
+=
= ∫
+
+
ααππ
θθθθππ
ααππ
ααππ
2.6. Retificador Trifásico de Onda Completa :
- TRÊS COMPONENTES LIGADOS EM CATODO COMUM ( CORRENTE DAFONTE PARA A CARGA ), E TRÊS COMPONENTES LIGADOS EM ANODOCOMUM ( RETORNO DA CORRENTE DA CARGA PARA A FONTE );
- ESTE RETIFICADOR PODE SER : SEM CONTROLE; CONTROLADO OU SEMI-CONTROLADO;
- TRANSFORMADOR PODE TER O SECUNDÁRIO TANTO EM ESTRÊLA ( Y ),QUANTO EM TRIÂNGULO ( ∆ ).
- A TENSÃO NA CARGA É PROVENIENTE DE DOIS RETIFICADORESTRIFÁSICOS DE MEIA-ONDA, REFERENCIADOS AO PONTO DE NEUTRO N,RESULTANDO UM VALOR POSITIVO E OUTRO NEGATIVO POR FASE. ADIFERENÇA ( TENSÃO DE LINHA ) É A TENSÃO APLICADA NA CARGA;
2.6.1 - Sem Controle :
- A CORRENTE CONVENCIONAL VAI SEMPRE DO POTENCIAL MAISPOSISTIVO PARA O MAIS NEGATIVO.
PARA O INTERVALO DE 30º A 90º :
Va É A MAIS POSITIVA ⇒ CONDUÇÃO DO DIODO D1
Vb É A MAIS NEGATIVA ⇒ CONDUÇÃO DO DIODO D6
VLINHA = VCARGA = Va - Vb
- CADA DIODO CONDUZ DURANTE 120º E, A CADA 60º EXISTEM DOISDIODOS CONDUZINDO SIMULTÂNEAMENTE.
- COMO : p = 6; θ1 = π/3; θ2 = 2.π/3θθθθ d.sen.Vv )LINHA(MAXab =
- TENSÃO MÉDIA NA CARGA :
- ππ
θθθθππ
ππ
ππ
)LINHA(MAX3
.2
3
)LINHA(MAXMÉDIO
V.3d.sen.V
6.21
V == ∫
- TENSÃO EFICAZ NA CARGA :
-
2/1
)LINHA(MAX
2/1
3
.2
3
22)FASE(MAXRMS .4
3.321
.Vd.sen.V..26
V
+=
= ∫ ππ
θθθθππ
ππ
ππ
Figura 18 : Retificador Trifásico de Onda Completa Sem Controle.
2.6.2 - Totalmente Controlado :
- SEIS SCR'S;
- VALOR MÉDIO DA TENSÃO NA CARGA VARIA DE ACORDO COM OÂNGULO DE DISPARO α DOS SCR's
- REFERÊNCIA ( α =0 ) É O CRUZAMENTO DAS TENSÕES DE FASE;
- CADA SCR'S CONDUZ DURANTE 120º E A CADA 60º DOIS CONDUZEMSIMULTÂNEAMENTE.
- EQUAÇÕES DAS TENSÕES DE FASE :
+=
−=
=
3.2
sen.Vv
3.2
sen.Vv
sen.Vv
MAXcn
MAXbn
MAXan
ππθθ
ππθθ
θθ
COMO :
+=−=
6sen.Vvvv )LINHA(MAXbnanab
ππθθ ;
p = 6;θ1 = π/6+α; θ2 = π/2 +α
- TENSÃO MÉDIA NA CARGA :
- ααππ
θθππθθππ
ααππ
ααππ
cos.V.3
d.6
sen.V
6.21
V )LINHA(MAX2
6
)LINHA(MAXMÉDIO =
+= ∫
+
+
- TENSÃO EFICAZ NA CARGA :
-
2/1
)LINHA(MAX
2/1
2
6
22)FASE(MAXRMS .2cos.
.43.3
21
.Vd.6
sen.V..26
V
+=
+= ∫
+
+
ααππ
θθππθθππ
ααππ
ααππ
Figura 19 : R
etificador Trifásico de onda Completa Controlado.2π
2.6.3 - Semi-Controlado :
- TRÊS DIODOS E TRÊS SCR'S;
- RETIFICADORES EM SÉRIE ⇒ SEM CONTROLE + CONTROLADO DE MEIA-ONDA;
- RETIFICADOR DE TRÊS PULSOS ⇒ ONDULAÇÃO MAIOR;
- PARA α ≥ 90º ⇒ A TENSÃO NA CARGA POSSUI INTERVALOS NULOS,DURANTE OS QUAIS A CORRENTE NA CARGA É MANTIDA PELO DIODO DERETORNO. ASSIM A TENSÃO NA CARGA NUNCA ATINGE VALORESNEGATIVOS.
a) -CASO 1 : Retificador Trifásico Semi-Controlado para α ≥ π/3 :
- EQUAÇÕES DAS TENSÕES DE FASE :
+=
−=
=
3.2
sen.Vv
3.2
sen.Vv
sen.Vv
MAXcn
MAXbn
MAXan
ππθθ
ππθθ
θθ
- COMO : p = 3; α ≥ π/3; TENSÃO DE SAÍDA DESCONTÍNUA;
−=
6sen.Vv )LINHA(MAXac
ππθθ ;
θ1 = π/6+α ;θ2 = 7.π/6
- TENSÃO MÉDIA NA CARGA :
( )ααππ
θθππθθππ
ππ
ααππ
cos1..2
V.3d.
6sen.V
3.21
V )LINHA(MAX6
.7
6
)LINHA(MAXMÉDIO +=
−= ∫
+
- TENSÃO EFICAZ NA CARGA :
-
2/1
)LINHA(MAXRMS .2sen.21
..43
.VV
+−= ααααππ
ππ
Figura 20 : Retificador Trifásico de Onda Completa Semi Controlado (α ≥ π/3 ).
b) - CASO 2 : Retificador Trifásico Semi-Controlado para α ≤ π/3 :
- EQUAÇÕES DAS TENSÕES DE FASE :
++==
−−==
==
3.2
sen.Vv
3.2
sen.Vv
sen.Vv
MAXcn
MAXbn
MAXan
ππθθ
ππθθ
θθ
- COMO : p = 3; α ≤ π/3;TENSÃO DE SAÍDA CONTÍNUA;
−=
+=
6sen.Vv
6sen.Vv
)LINHA(MAXac
)LINHA(MAXab
ππθθ
ππθθ
;
θ1 = π/6+α ;θ2 = π/2; θ3 = π/2; θ4 = 5.π/6+α
- TENSÃO MÉDIA NA CARGA :
( )ααππ
θθππθθθθππθθππ
ααππ
ππ
ππ
ααππ
cos1..2
V.3d.
6sen.Vd.
6sen.V
3.21
V )LINHA(MAX6
.5
2
)LINHA(MAX
2
6
)LINHA(MAXMÉDIO +=
−+
+= ∫∫
+
+
- TENSÃO EFICAZ NA CARGA :
-
2/1
2)LINHA(MAXRMS cos3
3.2
..43
.VV
+= ααππ
ππ
Figura 21 : Retificador Trifásico de Onda Completa Semi Controlado ( α ≤ π/3 ).
2.7 - Outras Configurações :
2.7.1 - Retificador Hexafásico de Meia-Onda :
Figura 22 : Retificador Hexafásico de Meia-Onda Controlado. a) Circuito; b) Formas de Onda.
- TENSÃO MÉDIA NA CARGA :
- απ
θθπ
απ
απ
cos.V.3
d.sen.V
6.21
V )FASE(MAX3
.2
3
)FASE(MAXMÉDIO == ∫+
+
Figura 23 : Retificador Hexafásico de Meia-Onda Dupla Estrêla. a ) Circuito; b) Formas deOnda.
- TENSÃO MÉDIA NA CARGA :
- π
θθπ
π
π
π
π .2
V3.3d.
2vv
d.2
vv
6.21
V )FASE(MAX3
.2
2
322
3
21MÉDIO =
++
+= ∫∫
2.7.2 - Retificador de Doze Pulsos :
- APLICAÇÕES DE ALTA POTÊNCIA COMO : TRANSMISSÃO DE CORRENTECONTÍNUA EM ALTA TENSÃO E ACIONAMENTOS DE MCC ( TRAÇÃO );
- REDUÇÃO DA ONDULAÇÃO DA TENSÃO DE SAÍDA E FORMA DE ONDA DACORRENTE DE ENTRADA PRÓXIMA DE UMA SENÓIDE;
- QUANTO MAIOR O NÚMERO DE PULSOS DO CONVERSOR, MELHOR ONÍVEL DE RETIFICAÇÃO;
- TRÊS CONFIGURAÇÕES BÁSICAS :
- MEIA-ONDA : 04 GRUPOS DISPOSTOS DE FORMA A FORNECER DOZEPULSOS. UTILIZA REATORES PARA EQUALIZAÇÃO DAS CORRENTES;
- ONDA-COMPLETA COM CONEXÃO EM SÉRIE : ONDE SE NECESSITA DEGRANDES TENSÕES APLICADAS NA CARGA;
- ONDA-COMPLETA COM CONEXÃO EM PARALELO : ONDE SENECESSITA DE GRANDES CORRENTES NA CARGA;
- A ALIMENTAÇÃO DESTES RETIFICADORES, VEM DE DOIS SECUNDÁRIOS,UM LIGADO EM ESTRÊLA ( Y ) E O OUTRO EM TRIÂNGULO ( ∆ ). OBTÉM-SEASSIM DOIS CONVERSORES DE SEIS PULSOS DEFASADOS DE 30º ENTRE SI,EQUIVALENDO A UM DE DOZE PULSOS.
Figura 24 : a) Forma de Onda da Tensão na Carga; b) - Forma de Onda da Corrente deEntrada; c) - Conversor de Doze Pulsos de Meia-Onda.
(c)
Figura 25 : Conversor de Doze Pulsos de Onda Completa.
2.7.3 - Retificador Trifásico Totalmente Controlado DUAL :
• OPERAÇÃO EM QUATRO QUADRANTES COM APLICAÇÕES DE ATÉ 2000kW;
• APLICAÇÃO EM ACIONAMENTO E CONTROLE DE VELOCIDADE
Figura 26 Conversor Trifásico de Onda Completa DUAL.
2.8 - Efeitos da Indutância da Fonte de Alimentação :
• A INDUTÂNCIA DA FONTE NÃO PERMITE QUE O COMPONENTE QUE ESTÁCONDUZINDO A CORRENTE DE CARGA, SEJA COMUTADO INSTANTÂNEAMENTEPOR TENSÃO REVERSA, DEVIDO À ENTRADA EM CONDUÇÃO DE OUTROCOMPONENTE;
• EXISTIRÁ UM INTERVALO EM QUE A CORRENTE DE CARGA ÉTRANSFERIDA PARA O OUTRO COMPONENTE. PORTANTO NESTE PERÍDOEXISTIRÃO DOIS COMPONENTES CONDUZINDO;
• ESTE EFEITO IMPLICA NA REDUÇÃO DO VALOR MÉDIO DA TENSÃO NA CARGA,E DEVE SER LEVADO EM CONSIDERAÇÃO PARA EFEITO DE PROJETO.
2.8.1 - Efeito da Indutância da Fonte em Retificador Sem Controle :
Figura 27 : Comutação em um Retificador Trifásico de Meia-Onda. a) Retificador;b) Formas deOnda.
a) - Etapa do Processo de COMUTAÇÃO :
Figura 28 : Etapa do processo de COMUTAÇÃO.
b) - Cálculo da Tensão Média na Carga considerando o Ângulo de Comutação γ :
( )
( )tL
Vdi
dt
diLtV
dt
diL
dt
diLvv
MAX
MAX
.sen..2
.3
..2.sen..3..21
ω
ω
=
==+=−
- Integrando os dois lados e, sabendo que em t = 0, i = 0, tem-se que :
( )tL
Vi MAX .cos1.
..2
.3 ωω
−=
- A comutação termina quando i = IL => ω.t = γ ( γ = ângulo de comutação ).
( )γω
cos1...2
.3 )( −=L
VI FASEMAX
L
)(.3
...21cos
FASEMAX
L
V
LI ωγ −=
Observando a forma de onda da tensão na carga na figura 01, tem-se que a tensão médiana carga, para o retificador trifásico de meia-onda sem controle ( DIODOS ), é :
( )γγππ
γγφφφφππ
ππ
γγππθθθθππ
cos1..4
)(.3.3
0.cos.
6sen.)(
6.5
6
.sen.)(.
3.21
+=
∫
+∫
+
=
FASEMAXV
DCV
dFASEMAX
VdFASEMAX
VDC
V
2.8.2 - Efeito da Indutância da Fonte em Retificador Controlado :
Figura 29 : Comutação em Retificador Trifásico Controlado.
a) - Cálculo da Tensão Média na Carga considerando o Ângulo de Comutação γ e o Ângulo deDisparo α para o Retificador Trifásico de Meia-Onda Controlado ( SCR’s ) :
( )[ ]αωαω
αω
+−=
=+
tL
Vi
dt
diLtV
FASEMAX
FASEMAX
.coscos...2
.3
..2).sen(..3
)(
)(
A comutação termina quando i = IL e ωt = γ. Logo :
( )[ ]αγαω
−−= coscos...2
.3 )(
L
VI FASEMAX
L
A tensão média na carga é :
( )[ ]γγααααππ
αα
ααφφφφππ
ααππ
ααγγππθθθθππ
++=
∫+
+∫
+
++
=
coscos..4
)(.3.3
.cos.6
sen.)(
6.5
6
.sen.)(.
3.21
FASEMAXV
DCV
dFASEMAX
VdFASEMAX
VDC
V
2.9 - Especificação dos Dispositivos de Potência e do Transformador de Alimentação paraRetificadores Trifásicos de Meia-Onda e Onda Completa:
- A ESPECIFICAÇÃO É SEMPRE FEITA EM FUNÇÃO :
- DO PIOR CASO PARA O RETIFICADOR ( TENSÃO E CORRENTE ) ⇒ α = 0;- DAS PRINCIPAIS GRANDEZAS DA CARGA ( VMÉDIO E IMÉDIO );
- DA TENSÃO E CORRENTE DISPONÍVEIS NA FONTE DE ALIMENTAÇÃO(TRANSFORMADOR);
- DO NÚMERO DE COMPONENTES LIGADOS À UM TERMINAL DA CARGA( n );
• Dispositivos de Potência :
a) - Tensão Reversa Máxima : o2)LINHA(MAXRMAX VV =
b) - Corrente :
b.1 - Corrente Média :n
II )CARGA(MÉDIO
)COMPONENTE(MÉDIO =
b.2 - Corrente Eficaz :n
II )CARGA(MÉDIO
)COMPONENTE(RMS =
Meia -Onda : n = 3Onda Completa : n = 6
- Transformador de Alimentação :
a) - Relação de Espiras : )FASE(2
)FASE(1
2
1
V
V
NN = ( Relação por Enrolamento )
b) - Potência Aparente ( VA ) :
n
II )CARGA(MÉDIO
2)FASE(RMS O = Meia-Onda
)CARGA(MÉDIO2)FASE(RMSI.
32
I O = Onda Completa
OOO2
O 2)FASE(RMS2)FASE(RMS1I.V.3SS == ( VA )
2.10 - Equação Genérica para um Retificador de P-Pulsos :
Figura 30 : Forma de Onda Genérica de um Retificador de p pulsos.
( )[ ]γγααααππππ
γγαα
ααφφφφππααππ
γγααππθθθθ
ππ
++=∴
∫+
+∫+
++−=
coscos.p
sen..2
)FASE(MAXV.p
MÉDIOV
d.cos.p
cos.)FASE(MAX
V)p/(
p/d.cos.
)FASE(MAXV
p/.21
MÉDIOV
E :
( )[ ]γγααααππωω ++−−== coscos.sen.)(
..pFASEMAX
VL
IL