Topologia Retificadores tridimensionais trifásicos PWM e comparação entre eles

RETIFICADORES PWM TRIFÁSICOS UNIDIRECIONAIS COM ALTO

FATOR DE POTÊNCIA

Ivo Barbi, Yales Rômulo de Novaes, Fabiana Pöttker de Souza e Deivis Borgonovo

INEP-UFSC

Caixa Postal 5119

88040-970 – Florianópolis – SC

Brasil

Resumo – Este artigo apresenta algumas das

principais topologias de retificadores PWM trifásicos sem

neutro encontradas na literatura, bem como uma breve

comparação entre elas. Na sequência apresenta-se uma

modelagem genérica para estes retificadores, com modelo

completo e simplificado, para projetar tanto as malhas de

corrente, quanto a(s) de tensão. Mostra-se então uma

metodologia e exemplo de projeto. Finalmente são

apresentados os resultados experimentais de um

protótipo de 6kW com saída em 2 níveis e outro de 26kW

com saída em 3 níveis.

Abstract – This paper presents some topologies of

three-phase three wire PWM rectifiers and a comparison

among them. A generic modeling is also presented with a

complete and a simplified model, for designing the

voltages and current control loops. Design methodologies

are suggested as well as design procedure. Experimental

results for a 6kW two level rectifier and for a 26kW three

level rectifier validates the analysis.

I – INTRODUÇÃO

É sabido que a distribuição de energia elétrica é feita,

exceto em raras exceções, em corrente alternada. No

entanto, sabe-se também que para muitas aplicações,

principalmente para a alimentação de equipamentos

eletrônicos, necessita-se desta energia disponível em corrente

contínua.

Desta forma, da necessidade de se converter corrente

alternada – CA – em corrente contínua – CC -, surgiram os

conversores CA-CC, ou simplesmente retificadores. Além

disso, para níveis elevados de potência, geralmente acima de

alguns quilowatts, se faz necessária a utilização de

retificadores trifásicos, para garantir o equilíbrio de potência

entre as fases.

Assim, quando se tem acesso ao neutro, pode-se utilizar

por exemplo, três retificadores monofásicos, um para cada

fase. No entanto, como nem sempre dispõe-se de neutro, ou

quando sua presença é indesejável, esta solução deixa de ser

factível. Surge então a necessidade de se utilizar retificadores

trifásicos sem neutro.

As fontes de alimentação trifásicas convencionais,

utilizam retificadores a diodo, ou a tiristores quando se

deseja algum controle do fluxo de potência e da tensão de

saída. No entanto, as características de entrada destes

retificadores criam problemas para a rede comercial de

energia elétrica, dentre os quais podem ser destacados:

• Distorção harmônica das correntes de entrada, com

consequente redução do fator de potência;

• Distorção nas tensões da rede de alimentação, devido à

circulação das componentes harmônicas das correntes

através das impedâncias de linha, o que pode

comprometer o bom funcionamento de outros

equipamentos conectados à mesma rede;

• Aumento das perdas nos elementos das redes de

transmissão e distribuição;

• Necessidade de geração de grandes quantidades de

potência reativa, elevando os custos de todo o sistema;

• Diminuição do rendimento da estrutura, devido ao

elevado valor eficaz das correntes;

• Interferência eletromagnética em sinais de controle e

comunicação, como por exemplo em sistemas de

telecomunicações, entre outros.

Desta forma, devido aos problemas citados, geralmente as

normas e regulamentações internacionais para sistemas de

telecomunicações são tomadas como referência nas pesquisas

nesta área, por serem bastante rígidas.

Além disso, ao contrário dos retificadores PWM

monofásicos com fator de potência unitário, que utilizam

uma ponte completa de diodos e um conversor boost, para os

retificadores PWM trifásicos sem neutro não existe uma

solução consagrada que possa ser tomada como referência.

Assim, são apresentadas algumas topologias com saída em

2 e 3 níveis. Será também apresentada a modelagem dos

conversores, necessária para projetar as malhas de controle