EPO1__Aula_19_21

March 20, 2018 | Author: JosephBulldog | Category: Electrical Network, Power Electronics, Electric Current, Diode, Power Engineering


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EPO I – Aula 19 – Comando e proteção de tiristoresUNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA ELETRÔNICA DE POTÊNCIA I Aula 19 – Comando e proteção de tiristores Prof. Leandro Michels, Dr. Eng. [email protected] 1 EPO I – Aula 19 – Comando e proteção de tiristores Características dos SCR reais Característica de comutação - SCR ia ig A vak G K vgk 2 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 19 – Comando e proteção de tiristores Características dos SCR reais Parâmetros de catálogo - SCR 3 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 19 – Comando e proteção de tiristores Características dos SCR reais Parâmetros de catálogo - SCR 4 Prof. Leandro Michels Leandro Michels 5 . Sobretensão vak 4. Tensão máxima de gate 7. Derivada de tensão (dvak/dt) 3. Sobrecorrente ia 5. Derivada de corrente (dia/dt) 2. Tensão reversa no gate 6. Corrente reversa no circuito de comando Prof.EPO I – Aula 19 – Comando e proteção de tiristores Proteção de tiristores Principais tipos de proteção empregados: 1. Proteção contra derivada de corrente (dia/dt) ƒ Limitação da variação abrupta da corrente na entrada em condução do SCR ƒ Pode ser usado para limitação da corrente de recuperação reversa ƒ Podem ser ia Vp empregados reatores L > L dia saturáveis (pequenas A bobinas) dt max vp G K Prof.EPO I – Aula 19 – Comando e proteção de tiristores Proteção de tiristores 1. Leandro Michels Indutâncias séries ou parasitas suficientemente altas podem evitar seu uso 6 . Proteção contra derivada de tensão (dvak/dt) ƒ Limitação da variação abrupta da tensão na saída de condução do SCR (snubber) Exemplo → Carga resistiva (RL) A Rs G K Cs Ds VDRM Cs > dvak RL dt max Rs = VDRM dia dt max Ds → Diodo rápido Quando há comutação forçada recomenda-se sempre utilizá-lo. Prof.EPO I – Aula 19 – Comando e proteção de tiristores Proteção de tiristores 2. Leandro Michels 7 . varistor ou combinações destas Melhor solução → varistor (MOV) A vp G K VP < VMOV < VDRM Vs Quando há comutação forçada recomenda-se sempre utilizá-lo. snubber. Leandro Michels . 8 Prof.EPO I – Aula 19 – Comando e proteção de tiristores Proteção de tiristores 3. Proteção contra sobretensão (vak) ƒ Limitação da tensão máxima sobre o SCR Soluções → Sobredimensionamento. Proteção contra sobrecorrente (ia) ƒ Limitação da corrente máxima circulando no SCR Soluções → fusível. relé de sobrecorrente ƒ Fusível → proteção contra curto-circuito (tipo ultra-rápido específico para a aplicação) ia A vp G K I 2t fusível < I 2t SCR ƒ Disjuntor.EPO I – Aula 19 – Comando e proteção de tiristores Proteção de tiristores 4. relé → proteção contra sobrecarga I bk disjuntor < I a max SCR 9 Prof. disjuntor. Leandro Michels . Leandro Michels .EPO I – Aula 19 – Comando e proteção de tiristores Proteção de tiristores 5. Proteção contra tensão reversa de gate (vgk) ƒ Limitação da tensão negativa aplicada a junção vgk A ƒ Vgkmin (típico) > -5V G K vgk Vgk > Vgk min Recomenda-se empregar sempre este diodo 10 Prof. EPO I – Aula 19 – Comando e proteção de tiristores Proteção de tiristores 6.7V G vz K vgk ƒ Vgkmax (típico) > 6V Caso seja usado este diodo zener. Proteção contra tensão direta de gate (vgk) ƒ Limitação da tensão positiva máxima aplicada a junção vgk (grampeamento) A Vgk < Vz < Vgk max ƒ Vgk (típico) > 0. Leandro Michels . não é preciso empregar outro diodo entre K e G 11 Prof. EPO I – Aula 19 – Comando e proteção de tiristores Proteção de tiristores 7. Leandro Michels . Proteção contra corrente reversa no circuito de comando (ig<0) ƒ Impede que exista uma corrente negativa circulante pelo circuito de comando quando o tiristor está bloqueado A ig Ig > 0 G K Recomenda-se empregar sempre este diodo (rápido) 12 Prof. Corrente de gatilho Ig (usada) 2. Luz ou radiação (por vezes usada → LASCR) 13 Prof. Sobretensão (indesejada) 4. Degrau de tensão (indesejada) 5. Leandro Michels . Sobretemperatura (indesejada) 3.EPO I – Aula 19 – Comando e proteção de tiristores Disparo de tiristores Os tiristores (SCR) podem ser disparados das seguintes formas: 1. 7V) ia ig A vak G K vgk ƒ Vgk>Vgk min para evitar danificação (Vgd min<0V) ƒ Corrente de gate para disparo ƒ Ig>Igt min até a corrente Iak>IL 14 Prof.EPO I – Aula 19 – Comando e proteção de tiristores Disparo de tiristores Disparo por corrente de gatilho Ig ƒ Somente comuta quando Vak>0 ƒ Tensão de gate para disparo ƒ Vgk=Vgk tip (típico 0. Leandro Michels . Leandro Michels .EPO I – Aula 19 – Comando e proteção de tiristores Disparo de tiristores Disparo por corrente de gatilho Ig A ig vak G vd Rg v gk K Vd > I gm Rg + Vgkm Vgk < Vgk max I g < I g max 15 Prof. Leandro Michels 16 .EPO I – Aula 19 – Comando e proteção de tiristores Disparo de tiristores Disparo por corrente de gatilho Ig A Rg Cgk G Rgk K Resistor Rgk • aumenta a capacidade de degrau de tensão (dv/dt) • reduz o tempo de desligamento • aumenta as correntes de retenção e de manutenção Resistor Cgk • aumenta a capacidade de derivada de tensão (dv/dt) • remove componentes de ruídos de alta freqüência Prof. leandromichels@gmail. Dr. Leandro Michels.EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA ELETRÔNICA DE POTÊNCIA I Aula 20 – Comando e proteção de tiristores Prof. Eng.com 1 . Leandro Michels . são compostos pelos seguintes sub-circuitos: ƒ Circuito de ataque ƒ Circuito de sincronismo baseado em tensão da rede ƒ Circuito de geração de pulsos ƒ Fonte de alimentação CC 2 Prof. em malha aberta.EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores Circuito de comando de tiristores Os circuitos de comando de tiristores. Leandro Michels .EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores Circuito de comando de tiristores Fonte Carga Diagrama de blocos: Fonte CC Sensor de tensão Set-point Sincronismo Geração de pulsos P/ gate dos tiristores Ataque 3 Prof. EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores Circuito de ataque Propósito do circuito: ƒ Amplificar os pulsos de comando oriundo do estágio de geração de pulsos ƒ Propiciar o isolamento adequado entre o circuito de geração de pulsos e o tiristor (nem sempre é necessário) ƒ Ter característica de fonte de corrente. Leandro Michels . pois o comando do tiristor é sensível a corrente ƒ Impedir que tensão negativa seja aplicada no tiristor 4 Prof. deve ser respeitada a relação: LI L Δt ≥ E 5 Prof. pulsos curtos (10μs) são suficientes para disparar o tiristor ƒ Para cargas indutivas.EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores Circuito de ataque Duração dos pulsos de gate: ƒ Com carga resistivas. Leandro Michels . a corrente de gate deve ser mantida até que a corrente de anodo atinja o valor da corrente de retenção IL ƒ Para carga fortemente indutiva. EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores Circuito de ataque ƒ Os pulsos de gatilho podem ser pulsos longos ou uma seqüência de pulsos curtos (quando o circuito de ataque usa transformador de pulso) 6 Prof. Leandro Michels . Leandro Michels T1 T2 T2 iL I 100V vT3 0V 100V 100V 0V 100V i1 100V 100V T4 100V v vL I 0V vT1 T3 0V vT4 vL 0V T4 0V T1 e T4 → Conduzindo 0V 7 .EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores Circuito de ataque Isolação: ƒ Necessária quando os anodos dos tiristores estão submetidos em algum instante de tempo a tensões diferentes vT1 100V 100V v T1 T2 0V i1 100V 100V T2 iL 100V 0V 0V vT3 T3 0V vT4 0V T2 e T3 → Conduzindo Prof. EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores Circuito de ataque Isolação: T1 e T2 → Não necessita de isolação dos gates entre si ƒ Neste exemplo: vT1 T1 vT2 T2 iL i1 I vT3 T3 vT4 T4 T1 e T3 → Necessita de isolação dos gates entre si vL T1 e T4 → Necessita de isolação dos gates entre si T2 e T3 → Necessita de isolação dos gates entre si T2 e T4 → Necessita de isolação dos gates entre si 8 Prof. Leandro Michels . EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores Circuito de ataque ƒ Circuito típico (isolado) • Deve ser usada uma seqüência de pulsos curtos na entrada Prof. Leandro Michels 9 . Leandro Michels . Dz → Desmagnetização do núcleo do transformador ƒ T1 → Amplificação de vG (opera em modo comutado) ƒ D3 → Proteção do circuito de comando ƒ D2 → Proteção do tiristor contra tensão reversa 10 Prof.EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores Circuito de ataque ƒ Circuito típico (isolado) ƒ Tp → Transformador de pulso: isolar o sinal de comando com tensão três vezes superiores a tensão do tiristor. Emprega-se núcleo de ferrite com baixa dispersão (existe dispositivo pronto no mercado) ƒ D1. Leandro Michels .EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores Circuito de geração de pulsos Principais tipos: ƒ Circuito com comando vertical → baseado na comparação de uma dente de serra (gerada pelo circuito de sincronismo) com uma tensão proporcional ao ângulo de disparo vC vG vR ⎧0. vC ≤ vR 11 Prof. vC > vR vG ( t ) = ⎨ ⎩1. Leandro Michels . vR ≥ 0 12 Prof.EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores Circuito de geração de pulsos ƒ Circuito com comando horizontal → baseado na comparação de uma dente de serra (gerada pelo circuito de sincronismo) com uma tensão proporcional ao ângulo de disparo vR vG α α ⎧0. vR < 0 vG ( t ) = ⎨ ⎩1. Leandro Michels .EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores Circuito de geração de pulsos ƒ Conversão do pulso longo em uma seqüência de pulsos curtos → Operação lógica E do pulso gerado com uma forma de onda quadrada vG ( t ) = v4 & v5 13 Prof. Leandro Michels .EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores Circuito de sincronismo Principais tipos: ƒ Rampa sincronizada por cruzamento por zero → usado para gerar sincronismo vertical v1 vR 14 Prof. EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores Circuito de sincronismo ƒ Circuito de sincronismo vertical 15 Prof. Leandro Michels . EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores Circuito de sincronismo ƒ Rampa sincronizada por comparação da referência retificada e ângulo de disparo → usado para gerar sincronismo horizontal |v1| vC vR 16 Prof. Leandro Michels . Leandro Michels .EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores Circuito de sincronismo ƒ Circuito de sincronismo horizontal 17 Prof. EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores Circuito de sincronismo Tensão de referência linearizada ƒ Compensação do efeito não-linear do conversor com relação ao ângulo de disparo ƒ Circuito de disparo → relação linear VC α=π VM ƒ Conversor → relação não-linear Exemplo: retificador a tiristor ponte completa: VLmed = 0. Leandro Michels .9Vo cos α 18 Prof. 9Vo VM Prof. Leandro Michels 19 .EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores Circuito de sincronismo Desta forma a tensão de saída é não-linear: ⎛ VC ⎞ VLmed = cos ⎜ π ⎟ V 0.9Vo ⎝ M⎠ É possível se criar uma função de referência linearizada substituindo-se a dente de serra por uma função cossenoidal: VM − 2VC cos α = VM VLmed VM − 2VC = 0. EPO I – Aula 20 – Comando e proteção de tiristores Circuito de sincronismo Exemplo: 20 Prof. Leandro Michels . Eng. leandromichels@gmail. Leandro Michels. Dr.EPO I – Aula 21 – Comando e proteção de tiristores UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA ELETRÔNICA DE POTÊNCIA I Aula 21 – Comando e proteção de tiristores Prof.com 1 . Leandro Michels .EPO I – Aula 21 – Comando e proteção de tiristores Sincronização .Retificador 1φ ƒ Ponte mista (0<α<180º) vT1 vT2 i1 T1 iL T2 v1 R D3 G1 K1 G2 K2 Comando v1 vL D4 vT1 vT2 vT3 vT4 α 2 Prof. EPO I – Aula 21 – Comando e proteção de tiristores Sincronização .Retificador 1φ ƒ Ponte completa (0<α<180º) vT1 i1 vT2 T1 iL T2 v1 R vT3 T3 v T4 G1 K1 G2 K2 G3 K3 G4 K4 Comando v1 vL T4 vT1 vT2 vT3 vT4 α 3 Prof. Leandro Michels . Retificador 3φ ƒ Ponto médio 4 Prof.EPO I – Aula 21 – Comando e proteção de tiristores Sincronização . Leandro Michels . Retificador 3φ ƒ Ponto médio 5 Prof. Leandro Michels .EPO I – Aula 21 – Comando e proteção de tiristores Sincronização . Retificador 3φ ƒ Ponte mista (0<α<150º) T1 T2 T3 6 Prof.EPO I – Aula 21 – Comando e proteção de tiristores Sincronização . Leandro Michels . Leandro Michels .Retificador 3φ ƒ Ponte mista 7 Prof.EPO I – Aula 21 – Comando e proteção de tiristores Sincronização . Retificador 3φ ƒ Ponte completa T1 T6 T2 T4 T3 T5 8 Prof. Leandro Michels .EPO I – Aula 21 – Comando e proteção de tiristores Sincronização . Leandro Michels .Retificador 3φ ƒ Ponte completa (0<α<180º) É preciso manter os pulsos por 120º 9 Prof.EPO I – Aula 21 – Comando e proteção de tiristores Sincronização . EPO I – Aula 21 – Comando e proteção de tiristores Módulos de comando integrados ƒ Circuito integrado TCA785 ƒ Fabricante → Siemens ƒ Configura-se o ângulo de disparo pela tensão no pino 11 ƒ Fornece até 250mA de corrente Prof. Leandro Michels 10 . EPO I – Aula 21 – Comando e proteção de tiristores Módulos de comando integrados ƒ Circuito integrado TCA785 11 Prof. Leandro Michels . EPO I – Aula 21 – Comando e proteção de tiristores Circuito de acionamento microprocessado Fonte Carga ƒ Representação em blocos Sensor de tensão Set-point Fonte CC μC P/ gate dos tiristores Ataque ƒ Sincronismo e geração de pulsos por software ƒ Pode incluir funções de controlador digital Prof. Leandro Michels 12 . ponte mista vT1 i1 vT2 T1 iL T2 Z v1 vL D3 G1 K1 D4 G2 K2 Setpoint v1 Comando PI - vL r + ƒ Controlador pode ser analógico ou digital ƒ Resposta dinâmica deve ser bem lenta Prof.EPO I – Aula 21 – Comando e proteção de tiristores Controle em malha fechada ƒ Exemplo → retificador 1φ . Leandro Michels 13 .
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