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Eletrônica de potência

Por:   •  15/12/2015  •  Trabalho acadêmico  •  1.337 Palavras (6 Páginas)  •  484 Visualizações

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[pic 1]

Trabalho de Eletrônica de Potência CEL040

Retificador de meia onda controlado e conversor CA/CA

Bruna Mendes Barbosa 201169093B

-Dezembro 2015-

1 – Introdução

Neste trabalho será exposto um retificador de meia onda controlado utilizando o SCR e o conversor CA/CA utilizando o Triac, bem como simulações dos mesmos no software PSIM e ainda as equações características e os gráficos referentes ao à carga puramente resistiva e diferentes valores de potência.

2 – O dispositivo SCR

2.1– Funcionamento

No caso do retificador monofásico de meia onda utilizando o diodo, uma vez estabilizados os parâmetros da fonte e da sua carga, o nível CC da saída e a potência transferida a carga são quantidades fixas.

Para o caso de uso do SCR, previamente duas condições devem ser atendidas para que haja condução, são elas:

  1. O SCR deve estar polarizado diretamente .[pic 2]
  2. Uma corrente deve ser aplicada no gatilho do SCR.

Com isso podemos perceber que diferente do diodo, o SCR só iniciará sua condução caso haja uma corrente no gatilho, o que propicia um controle de quando a condução se iniciará. Além disso, a corrente no gatilho só é necessária para ativar a condução e pode ser retirada posteriormente de forma que o SCR continuará em condução até que a corrente retorne a zero.

Segue abaixo o circuito referente ao retificador monofásico de meia onda utilizando o SCR e ainda um gráfico do funcionamento do mesmo.

[pic 3]

Figura 1 - Retificador monofásico e suas formas de onda.

Podemos observar no gráfico um ângulo α indicado que representa o ângulo de disparo, ou seja, é definido como a diferença entre o instante de cruzamento pelo zero e o instante de disparo do SCR. A partir do controle desse ângulo é possível controlar quanta potência será entregue à carga.

Logo abaixo está mostrado um diagrama com as etapas de funcionamento do circuito para três casos distintos:

[pic 4]

Figura 2 - Etapas referentes ao uso do SCR.

Podemos observar que a primeira etapa consiste do momento em que a fonte está ativa e o SCR não possui corrente no gatilho e, portanto, toda a tensão da fonte se encontra sobre o SCR. A segunda situação mostra o momento em que é aplicada a corrente de gatilho e, portanto, o momento em que o SCR começa a conduzir. Por último, temos o momento em que a fonte de tensão entra no semi-ciclo negativo e o SCR deixa de conduzir pois fica polarizado reversamente.

2.2 – Equações típicas do SCR

Se admitirmos a fonte de tensão do circuito como sendo senoidal, temos que

 [pic 5]

Logo, a tensão na carga será a integral do valor da fonte do momento de disparo até o fim do semi ciclo positivo da senóide, que em função do ângulo de atraso será:

[pic 6]

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[pic 10]

O valor eficaz em função do ângulo de atraso será então:

[pic 11]

[pic 12]

[pic 13]

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[pic 15]

[pic 16]

[pic 17]

[pic 18]

Temos que a potência na carga puramente resistiva é dada por:

[pic 19]

Logo, podemos encontrar ainda o fator de potência em relação ao ângulo de atraso:

[pic 20]

[pic 21]

Além disso, podemos encontrar a distorção harmônica total da corrente THD:

[pic 22]

Temos dos resultados acima que:

[pic 23]

Temos ainda que:

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[pic 28]

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[pic 37]

Podemos então substituir:

[pic 38]

[pic 39]

Substituindo os valores encontrados teremos:

[pic 40]

Simplificando:

[pic 41]

2.3 – Projetando um retificador monofásico de meia onda utilizando SCR para controle

Como proposta deste trabalho, devemos analisar e projetar um retificador monofásico de meia onde de 1k a 10kW, com frequência f = 60Hz e utilizando a fonte como sendo um dos seguintes valores: 127, 220 ou 380V.

Neste caso utilizei  e  R = 20Ω e serão feitas três simulações de valores de α distintos. Para todas as simulações foi utilizado o circuito que está mostrado abaixo juntamente com o gráfico referente a tensão senoidal de entrada da fonte.[pic 42]

[pic 43]

Figura 3 - Circuito feito na simulação (PSIM).

[pic 44]

Figura 4 - Forma de onda da fonte senoidal.

Caso 1: α = 30°

Para o ângulo de atraso de 30° podemos calcular a potência entregue à carga resistiva:

[pic 45]

Temos ainda que o fator de potência será:

[pic 46]

[pic 47]

[pic 48]

Figura 5 - Tensão e corrente na carga resistiva para ângulo de atraso de 30°.

[pic 49]

Figura 6 - Pulso de entrada e tensão no SCR para ângulo de atraso de 30°.

Se utilizarmos o Simulation Control do PSIM e colocarmos apenas o tempo correspondente a um período podemos encontrar o valor da potência, e do THD através de uma ferramenta do próprio software. Segue abaixo os resultados:

[pic 50]

Podemos perceber que a potência coincidiu com os valor teórico encontrado.

Caso 2: α = 60°

Para o ângulo de atraso de 60° podemos calcular a potência entregue à carga resistiva:

[pic 51]

Temos ainda que o fator de potência será:

[pic 52]

[pic 53]

[pic 54]

Figura 7 - Tensão e corrente na carga resistiva para ângulo de atraso de 60°.

[pic 55]

Figura 8 - Pulso de entrada e tensão no SCR para ângulo de atraso de 60°.

Novamente podemos conferir os resultados teóricos e práticos:

[pic 56]

Caso 3: α = 90°

Para o ângulo de atraso de 90° podemos calcular a potência entregue à carga resistiva:

[pic 57]

Temos ainda que o fator de potência será:

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