Retificador PWM

28/02/2012 – Marco Aurelio

Resumo do Artigo original - (citado abaixo) – Eletrônica de Potência.

PWM Regenerative Rectifiers: State of the Art

J. Rodríguez, Senior Member, IEEE, J. Dixon, J. Espinoza, Member, IEEE, and P. Lezana.

Artigo recebido em 29 de abril de 2004. Resumo publicado na Internet 10 de novembro de 2004. Este trabalho foi financiado pelo Fundo de Investigação do Chile (Conicyt) sob Grant 1030368 e pela Universidad Técnica Federico Santa María.

J. Rodríguez, J. Pontt, e P. Lezana estão com o Departamento de Electrónica, Universidad Técnica Federico Santa Maria, 110-V Valparaíso, Chile (e-mail: [e-mail]).

J.W. Dixon é com o Departamento de Engenharia Elétrica, Pontifícia Universidade

Católica de Chile, Santiago, Chile (e-mail: [e-mail]).

J. Espinoza é com o Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade de

Concepción, 160-C Concepción, Chile.

Digital Object Identifier 10.1109/TIE.2004.841149

A conversão AC-CC é utilizada cada vez mais em uma grande diversidade de aplicações, como fontes de alimentação para microeletrônica, eletrodomésticos, carregamento de baterias, em unidades de Motor CC, conversão de energia, etc...

Como mostrado na fig. 1, conversores ac-dc podem ser classificados entre topologias de trabalho com baixa freqüência de comutação e outros circuitos que operam com alta freqüência de comutação.

A utilização de tiristores permite o controle do fluxo de energia, em particular, vários padrões introduziram importantes e rigorosos limites sobre harmônicos que podem ser injetados no fornecimento de energia.

Um método típico para reduzir harmônicas de entrada de corrente é o uso de conexões Multipulse com base em transformadores com enrolamentos múltiplos. Uma melhoria adicional é o uso de filtros de energia passivos. Na última década, os filtros ativos foram introduzidos para reduzir as harmônicas injetadas pela corrente.

Outra forma diferente de redução harmônicas é o chamado fator de correção da potência-(PFC). Nestes conversores, interruptores controlados como transistores isolados bipolares (IGBTs), tiristores tipo porta-turn-off (GTO), ou tiristores de porta integrada controlados (IGCTs) estão incluídos nos circuitos de potência do rectificador para mudar ativamente a forma de onda da entrada atual, reduzindo a distorção. Estes circuitos podem reduzir harmônicos e, consequentemente, melhorar o fator de potência, que é a origem de seu nome genérico do PFC.

No entanto, existem várias aplicações onde o fluxo de energia pode ser invertida durante a operação. Exemplos são: locomotivas, downhill transportadores, guindastes, etc

Estes retificadores, também conhecidos como extremidade dianteira aciva (AFE), podem ser classificados como fonte de tensão, retificadores (VSRs) e corrente de fonte retificadores (CSRs).

Na PWM, o retificador regenerativo é nada mais do que um inversor trabalhando com fluxo de potência inverso, controlando a tensão CC.

Para retificadores tradicionais a norma pode ser satisfeita apenas pela adição de enormes filtros passivos, o que aumenta o tamanho, peso e custo do retificador.

O controlador de tensão proporciona a amplitude da corrente de entrada. Por esta razão, a saída do controlador de tensão é multiplicado por um sinal sinusoidal com a mesma fase e frequência, a fim de obter a referência da corrente de entrada.

Um controlador rápido de corrente controla a corrente de entrada, de modo que um fator de potência elevado na entrada seja alcançado. Note-se que para a operação PWM do VSR deve haver um filtro capacitivo no lado CC e um filtro indutivo no lado CA. Este controlador pode ser uma histerese ou um controlador linear com um modulador de PWM.

A fig. 8 mostra o circuito de potência do duplicador de tensão PWM retificador. Essa topologia utiliza apenas dois interruptores, com comutação complementar para controlar a tensão DC-link e a corrente de entrada, mas requer dois capacitores de filtro e a tensão em cada condensador deve ser maior do que o valor de pico, assegurando o controle da corrente de entrada.

É conhecido que a tensão de fontes inversoras (VSIS), pode reverter o fluxo de potência

a partir da carga para o enlace de CC, como um retificador, tal como um VSR.

No entanto, um VSR autônomo requer um barramento CC capaz de manter uma tensão sem o requisito de uma fonte de tensão. Isto é conseguido com um condensador de CC e um controle de realimentação loop. Na fig. 10, mostra o princípio de funcionamento do VSR.

Existem muitos métodos de modulação, a mais popular é o sinusoidal chamada PWM (SPWM), que usa um transportador triangular para gerar o padrão de PWM.

Para fazer o trabalho retificador corretamente, o padrão PWM deve gerar uma fundamental com a mesma freqüência da fonte de energia. Alterando a amplitude da presente fundamental e o seu deslocamento de fase em relação à corrente, o retificador pode ser controlado para operar em quatro modos: Retificador fator que conduz energia, Retificador fator de atraso de potência, Inversor fator que conduz energia e um Inversor de atraso no fator de potência. Alterando o padrão de modulação, a magnitude da corrente modifica e deslocando-se o padrão PWM muda o deslocamento de fase.

Retificadores PWM não podem operar no modo de sobremodulação sem gerar harmônicas de baixa frequência na entrada e na saída.

O controle PWM pode não só controlar a potência ativa, mas a energia reativa, também permitindo ao VSR corrigir o fator de potência. Além disso, a forma de onda da corrente alternada pode ser mantida quase senoidal, reduzindo a contaminação harmônica fornecida à rede eléctrica.

Este modelo é usado para produzir o padrão de PWM e permite controlar o retificador de duas maneiras diferentes:

1 - Como uma fonte de tensão-corrente com rectificador de controle PWM;

2 - Ou como uma fonte de tensão-de-tensão com rectificador de controle PWM.

O primeiro método controla a corrente de entrada, e o segundo controla a amplitude e fase da tensão. A corrente controlada é o método