Eletrônica de potência
Por: Bruna Barbosa • 15/12/2015 • Trabalho acadêmico • 1.337 Palavras (6 Páginas) • 448 Visualizações
[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:
- O SCR deve estar polarizado diretamente .[pic 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.
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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:
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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
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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:
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O valor eficaz em função do ângulo de atraso será então:
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Temos que a potência na carga puramente resistiva é dada por:
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Logo, podemos encontrar ainda o fator de potência em relação ao ângulo de atraso:
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Além disso, podemos encontrar a distorção harmônica total da corrente THD:
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Temos dos resultados acima que:
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Temos ainda que:
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Podemos então substituir:
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Substituindo os valores encontrados teremos:
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Simplificando:
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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]
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Figura 3 - Circuito feito na simulação (PSIM).
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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:
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Temos ainda que o fator de potência será:
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Figura 5 - Tensão e corrente na carga resistiva para ângulo de atraso de 30°.
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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:
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[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:
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Caso 3: α = 90°
Para o ângulo de atraso de 90° podemos calcular a potência entregue à carga resistiva:
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Temos ainda que o fator de potência será:
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