Conversor AC AC

Prévia do material em texto

Prof. Alexandre Akira Kida, Msc., Eng.
Conversores AC - AC
Gradatores e cicloconversores
1Eletrônica de Potência
• Controle de potência AC
• Controle integral
• Controle de fase
• Cicloconversores
• Monofásico
• Trifásico para monofásico
• Trifásico para trifásico
Plano de aula
2
• Conversão AC-AC:
1. Variadores de tensão (gradatores ou controladores)
• Controle do módulo da tensão de AC de saída
2. Cicloconversores
• Controle do módulo e da frequência do sinal de saída
Introdução
3
• Aplicações
• Controle de velocidade de motores de indução
• Partida suave de motores de indução
• Compensação de reativos em sistemas elétricos de potência
• Controle de iluminação, aquecimento e resistência de solda
elétrica
Introdução
4
Controle de potência AC - monofásico 
5
Controle de potência AC - trifásicos
6
• Técnicas de controle
1. Ciclo integral
• Ação de liga-desliga das chaves durante períodos completos
2. Fase
• As chaves conduzem durante um período a ciclo ou semi ciclo
da forma de onda de entrada
Controle de potência AC – Técnicas de controle
7
Controle de potência AC – Controle de ciclo integral
8
2 Scrs em 
antiparalelo: 
altas potências
TRIAC: 
baixas potências
• Disparo com com α = 0º
• Toda a tensão da fonte é entregue à carga (desconsiderando
perdas de condução)
• Na ausência de sinal no gate do SCR, nenhuma tensão é
entregue à carga
• Com o controle do sinal do gate, pode-se controlar os ciclos nos
quais a tensão é entregue à carga
• O intervalo de condução e também o de bloqueio do interruptor
é tipicamente de muitos ciclos da rede
• Utilizado em sistemas com elevada constante de tempo, por ex:
controle de temperatura de fornos elétricos industriais
• Ao ajustar a duração dos ciclos “ligado” e “desligado”, controla-
se a potência média entregue à carga
Controle de potência AC – Controle de ciclo integral
9
• Potência média de saída
• Tensão RMS de saída
• Os valores de Ton variam de forma discreta, de acordo com
número inteiros relacionados aos ciclos ligados ou desligados
• A tensão média entregue a carga varia em níveis discretos, com
degraus bem definidos
Controle de potência AC – Controle de ciclo integral
10
2
,in rmsmed max
V Ton
Po D
R
o
T
P   
,
rms
in rmsV Vo D 
• Fator de potência:
• A tensão encontra-se em fase com a corrente apenas
quando a chave AC encontra-se em condução
Controle de potência AC – Controle de ciclo integral
11
/FP Ton T D 
Controle de potência AC – Controle de fase
12
• Os SCRs são disparados com um ângulo α, que varia de acordo
com a potência desejada a ser entregue à carga
• α varia de 0 a 𝜋
• α = 0 → Vo = Vi (tensão máxima)
• α = 𝜋 → Vo = 0 (tensão mínima)
• Aplicações independente da constante de tempo
Controle de potência AC – Controle de fase
13
• Tensão RMS de saída:
• Potência média de saída:
• Fator de potência
Controle de potência AC – Controle de fase
14
2
,o rmsmedP
V
R
o 
,
(2 )
1
2
rms
in rmso
n
VV
se 
 
 
  
 
 (2 )
1
2
FP
sen 
 
 
 

 
Rad
• Converte o sinal AC em outro, de amplitude distinta e
frequência inferior
• Conversão de direta de frequência
Cicloconversor
15
Cicloconversor
AC in AC out
F = 60 [Hz] F < 60 [Hz] 
Inversor
AC out
F ≠ 60 [Hz] 
AC in
F = 60 [Hz]
AC/DC
X
DC
Método indireto
Método direto
• Vantagens
1. A conversão de frequência é feita em um estágio único
2. O cicloconversor é inerentemente capaz de transferir
potência da carga para a fonte e vice-versa (fluxo de
potência bidirecional)
3. O sinal senoidal possui harmônicas ainda menores em
baixíssimas velocidades
4. Opção interessante para circuitos de alta potência e baixa
velocidade
Cicloconversor
16
• Podem ser classificados em:
• Monofásicos para Monofásicos
• Trifásicos para Monofásicos
• Trifásicos para Trifásicos
• Embora seja possível obter uma frequência de saída maior que a
frequência de entrada, estes não são muito utilizados
• Necessita da comutação forçada dos tiristores
• Circuito de controle mais complexo
Cicloconversor
17
• Aplicações
• Acionamentos de máquinas elétricas CA em baixa velocidade
(0 a 20 Hz) de até 1.5 MW
1. Moagem de cimento
2. Motor de propulsão de navio
3. Laminador
4. Moinho de minério
Cicloconversor
18
1 2 4
3
Cicloconversores monofásicos
19
Com derivação
Cicloconversores monofásicos
20
Com derivação
Vin +
Vout +
+
-
+
-
Cicloconversores monofásicos
21
Com derivação
Vin +
Vout -
+
-
+
-
Cicloconversores monofásicos
22
Com derivação
Vin -
Vout -
-
+
-
+
Cicloconversores monofásicos
23
Com derivação
Vin -
Vout +
-
+
-
+
Cicloconversores monofásicos
24
Em ponte2 conversores duais (2 
quadrantes) conectados 
em anti-parelelo
N
➢ Rebaixamento de frequência (f/2)
Cicloconversor monofásico em ponte
25
Vin +
Vout +
➢ Rebaixamento de frequência (f/2)
Cicloconversor monofásico em ponte
26
Vin -
Vout +
➢ Rebaixamento de frequência (f/2)
Cicloconversor monofásico em ponte
27
Vin +
Vout -
➢ Rebaixamento de frequência (f/2)
Cicloconversor monofásico em ponte
28
Vin -
Vout -
➢ Rebaixamento de frequência (f/2)
Cicloconversor monofásico em ponte
29
Vmed
Fs = 30 Hz
➢ Rebaixamento de frequência (f/3)
Cicloconversor monofásico em ponte
30
Cicloconversor monofásico em ponte
31
Cicloconversor monofásico em ponte
32
Cicloconversor monofásico em ponte
33
• Modulação de tiristores
• Objetivo: reduzir as harmônicas na tensão de saída
• Ao realizar uma modulação por fase nos disparos dos
tiristores, pode-se obter uma onda senoidal aproximada
Cicloconversor monofásico em ponte
34
• Saída do circuito para cargas indutivas
Cicloconversor monofásico em ponte
35
• Cicloconversor elevador (𝑓𝑜 > 𝑓𝑖)
• Necessário circuito de comutação forçada dos SCRs
Cicloconversor monofásico
36
Menos comum!
Cicloconversor trifásico para monofásico
37
38
Cicloconversor trifásico para trifásico – ½ onda
• .
Cicloconversor trifásico para monofásico – onda completa
39
Conversor P Conversor N
Cicloconversor trifásico para trifásico – onda completa
40
• 1) Um circuito de um controlador de tensão AC monofásico é
alimentado por uma rede de 220 Vrms a 60 Hz. Deseja-se que a
tensão de saída seja de 127Vms. Considere que Ton seja de 1
ciclo de 60 Hz
• A) Calcule a potência média de saída
• B) Esboce a forma de onda da tensão de saída
• C) Esboce a tensão nos SCRs
• D) Suponha que α possa assumir os seguintes valores
discretos: 90°, 110° e 130°. Qual valor do ângulo de disparo
que ocasionará uma tensão de saída mais próxima de 127
Vrms?
Exercícios
41
• 2) Por que os cicloconversores mais comum são abaixadores?
Qual a dificuldade acrescentada?
Exercícios
42
• 3) Deseja-se obter uma tensão alternada com frequência cinco
vezes menor que a fundamental utilizando um cicloconversor
monofásico – monofásico com derivação. Desenhe a tensão de
saída resultante e indique em cada instante quais SCRs estarão
em condução.
Exercícios
43
1. AHMED, Ashfaq. ELETRÔNICA DE POTÊNCIA. São Paulo: 
Pearson, 2000. 440 p.
2. http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/pdffiles/eltpot/cap10.pdf
3. https://www.uv.es/emaset/iep00/cycloconvertertutorial.pdf
4. http://www.myelectrical2015.com/2017/07/step-up-
cycloconverter.html
5. http://www.nptel.ac.in/courses/Webcourse-
contents/IIT%20Kharagpur/Power%20Electronics/PDF/L-
29(NKD)(PE)%20((EE)NPTEL)%20.pdf
Referências
44