Teoria 1010.1 Introdução: Retificadores Controlados Trifásicos Deve-se optar por retificadores trifásicos controlados a medida que precisando-se manipular a tensão na saída do retificador (VCMED), passa-se a trabalhar com cargas que exijam maior potência. Se num retificador trifásico todos os diodos (ou ao menos três deles), forem substituídos por tiristores, resultarão em circuitos retificadores controlados, os quais podem ser: • • • 10.2 De meia onda; Em Ponte Semicontrolada; Em Ponte Totalmente Controlada. Retificador Trifásico Controlado de Meia-Onda: É denominado também de retificador controlado em estrela e de retificador trifásico controlado unidirecional pois todo retorno de corrente é feito pelo neutro, tendo assim a inconveniência de saturar mais facilmente o núcleo do transformador. Apenas um dos tiristores estará em condução de cada vez, conduzindo a corrente a partir de uma das fases. A análise será feita para uma carga altamente indutiva, uma vez que normalmente, esse tipo de circuito é empregado para suprir alimentação para motores de CC. Cada um dos tiristores poderá ser disparado a qualquer instante, mas somente a partir do Rua Jaguaré Mirim, 71 - Vila Leopoldina” 109 SENAI Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial NAI – Núcleo de Automação Industrial ESCOLA SENAI “MARIANO FERRAZ" CEP: 05311-020 - São Paulo - SP Fone/Fax: (011)3641-0024 E-Mail:
[email protected] A chamada faixa de comando de um retificador controlado é a faixa dentro da qual o disparo cíclico dos tiristores pode ser ajustado. após θ=180º. quando a respectiva fase deixa de ser positiva com relação ao neutro.São Paulo . pois existe sobre os respectivos tiristores tensão positiva para que o mesmo possa permitir fluir uma corrente direta de valor igual ou superior a corrente de manutenção (IH) para o tiristor. 1 Ponto de Comutação Natural 2 3 θ→ Assim o instante mais cedo para que um tiristor seja disparado é o instante da comutação natural. e a corrente direta já não é mais possível.br . Apenas para cargas indutivas o disparo pode ser retardado até o momento em que a respectiva fase passe a ser mais negativa dentre as três fases.senai. 71 . assim a faixa de comando vai desde α=0º (que corresponde a θ=30º) até α=180º (que corresponde a θ=210º). é bom que se reserve uma pequena margem de segurança. por força da reação da carga altamente indutiva.Vila Leopoldina” 110 SENAI Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial NAI – Núcleo de Automação Industrial ESCOLA SENAI “MARIANO FERRAZ" CEP: 05311-020 .SP Fone/Fax: (011)3641-0024 E-Mail: nai106@sp. Note que para uma carga resistiva pura a faixa de comando deve se restringir de α=0º até α=150º. a corrente continua a fluir no tiristor no sentido direto. • Para a fase 2 (S) α = 0º quando θ = 150º. momento em que a fase relacionada se torne a mais positiva dentre as três fases e que pode ser visto no gráfico da figura a seguir como sendo o momento da intersecção entre duas fases (T e R).momento que ocorre o ponto de comutação natural (ex. Rua Jaguaré Mirim. Mas devido ao tempo de duração da comutação do tiristor não é tecnicamente recomendável que os disparos ocorram muito próximos de θ=180º. apesar da tensão ser negativa. onde: • Para a fase 1 (R) α = 0º quando θ = 30º. Por esse motivo se faz necessário ajustar o início dos disparos no circuito de comando de disparo. A figura a seguir representa na parte escura a faixa de comando para carga indutiva. Vale lembrar que. que atrasa a corrente em relação à tensão.: θ=30º para a fase R) ou seja. como a potência é o produto da tensão pela corrente. Se todos os tiristores. Neste caso. para carga resistiva. então.827 ⋅ VMAX ⋅ cos(α ) Embora. pois os tiristores só conduzem em um sentido. três pulsos de tensão retificados na carga. Como a corrente. o valor da tensão média varia de um valor máximo positivo em α=0º (θ=30º) até um valor máximo negativo em α=180º (θ=210º). quando se trata de uma carga altamente indutiva.• Para a fase 3 (T) α = 0º quando θ = 270º. A corrente é ainda quase constante. a corrente apresentará um comportamento contínuo. 71 . assim teremos no intervalo total de 360º.1 Operação: O valor médio da tensão na carga varia em função do ângulo de disparo α.Vila Leopoldina” 111 Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial ESCOLA SENAI “MARIANO FERRAZ" NAI – Núcleo de Automação Industrial CEP: 05311-020 . no exato instante da comutação natural. para cargas indutivas. a corrente fluirá pela fase 1 (R). 10. é praticamente constante. passando pelo tiristor T1. passando pelo valor 0 V em α=90º (θ=120º). Disparando-se o tiristor T1 em um momento qualquer dentro da sua faixa de comando. a potência tem um comportamento similar ao da tensão SENAI Rua Jaguaré Mirim. neste caso temos que o comando esta permitindo retificar 100% da tensão possível. respectivamente T2 e fase 2 (S). o instante mais tarde é α=180º (θ=210º).827 ⋅ VMAX Para cargas indutivas. o valor da tensão contínua média pode ser dado pela expressão: Para carga resistiva: VCMED = N π ⋅ VMAX ⋅ sen π N Valor de pico da Tensão de Fase VCMED = 0. para cargas indutivas. cada qual em sua própria faixa de comando. e. forem disparados em α = 0º. quase CC pura. Já para cargas indutivas. em seguida pela resistência de carga e prosseguindo retorna pelo neutro para o transformador. Fato semelhante ocorre para os demais tiristores e para as demais fases. não sendo possível a reversão do sentido da corrente.São Paulo . Para carga indutiva: VCMED = N π ⋅ VMAX ⋅ sen π N ⋅ cos(α ) Valor de pico da Tensão de Fase VCMED = 0. obtém-se a máxima tensão contínua. tenhamos uma porção da forma de onda da tensão sobre a carga negativa.senai. e. a porção negativa da forma de onda de VCMED é igual à porção positiva. daí o fato da tensão média ser igual a zero. Já o instante mais tarde possível é teoricamente quando α=150º (θ=180º). T3 e fase 3 (T). ou seja. sendo que em α=90º.SP Fone/Fax: (011)3641-0024 E-Mail:
[email protected] . devolvendo energia para a rede elétrica através do retificador. De α=90º até α=180º a potência é negativa. pois temos o motor em processo de frenagem. A seguir é apresentada uma figura representando a forma de onde de VCMED para α=90º. e o retificador está enviando energia da rede para a carga indutiva (motor) e.São Paulo .br . 71 .Vila Leopoldina” 112 Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial ESCOLA SENAI “MARIANO FERRAZ" NAI – Núcleo de Automação Industrial CEP: 05311-020 .sendo que: • • De α=0º até α=90º ela é positiva. considerando que se tem uma carga altamente indutiva na saídas do retificador. 0V SENAI Rua Jaguaré Mirim.SP Fone/Fax: (011)3641-0024 E-Mail:
[email protected]. 10. devolvendo energia da carga para a rede. No entanto pode operar igualmente como retificador. cada tiristor será disparado duas vezes.senai. A cada período de 360º.3 Retificador Trifásico em Ponte Totalmente Controlado: Este circuito é de grande importância devido ao seu largo emprego em acionamentos de máquinas CC. incluindo máquinas de maior porte. Alimentando um motor CC. É composto de seis tiristores e difere parcialmente de funcionamento em relação ao retificador unidirecional devido à ausência de conexão com o neutro. α=0º no instante do período da CA em que um diodo no lugar do tiristor assumiria a condução natural. ou seja.br . O instante de comutação natural (θ =30º) é a referência para o ângulo de disparo (α = 0º). 71 .Vila Leopoldina” 113 Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial ESCOLA SENAI “MARIANO FERRAZ" NAI – Núcleo de Automação Industrial CEP: 05311-020 . mas a tensão é dependente do ângulo de disparo. transmitindo energia da rede à carga ou como inversor. Observe o diagrama a seguir: SENAI Rua Jaguaré Mirim.São Paulo . a corrente de saída do retificador é praticamente constante.SP Fone/Fax: (011)3641-0024 E-Mail: nai106@sp. que está ligado à fase (S) que ora é a mais negativa dentre as três fases. um dado tiristor usa diferentes “parceiros condutores”.São Paulo . No entanto como nenhum tiristor da parte superior da ponte poderia conduzir sem que um tiristor da parte inferior conduza juntamente. a cada 60º um par de tiristores é disparado. 71 . cada tiristor é disparado uma única vez em cada SENAI Rua Jaguaré Mirim. dispara-se o tiristor T2 (G2). Uma outra técnica de disparos. e que cada tiristor e mantido em condução por dois intervalos consecutivos de 60º de duração cada. pela carga e retornando por T4 à fase T. sendo que os primeiros 60º a condução ocorre em conjunto com o tiristor T6 e os 60º restantes a condução ocorre junto com o tiristor T2. Repare que. um inicial em α=0º e outro de garantia em α=60º. de duração maior que 60º.Vila Leopoldina” 114 Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial ESCOLA SENAI “MARIANO FERRAZ" NAI – Núcleo de Automação Industrial CEP: 05311-020 . T1 não deixe de conduzir. ou seja.senai. Repare que no instante em que a fase S se torna mais positiva (αS=0º) que a fase R. no instante em que a fase em que o mesmo está ligado (R) se torna a mais positiva dentre as três fases. e por falta de corrente de manutenção T6 corta automaticamente. O disparo de T2 provoca tensão reversa em T6. um novo pulso de disparo é dado em T1 (G1) para garantir que na troca de caminho de T6 por T2.br . por gerar pulsos de disparo longos. ou seja há sempre dois tiristores conduzindo conjuntamente.SP Fone/Fax: (011)3641-0024 E-Mail: nai106@sp. dispara-se então também o tiristor T6 (G6). Em cada um dos dois intervalos de 60º que lhe compete conduzir. assim. Assim teremos corrente vindo da fase R. Ex: o tiristor T1 conduz por 120º. O tiristor T1 não mais sofrerá disparos até que se termine totalmente o atual ciclo da CA. seguindo essa lógica. assim. ocorre da fase T se tornar mais negativa que a fase S. Decorridos 60º. pela carga e retornando por T6.Primeiramente o tiristor T1 é disparado (G1) em αR=0º. evita a necessidade da re-ignição. para a fase S. o tiristor T1 sofreu dois disparos. Com T3 disparando. passando por T1. automaticamente faz com que T1 corte. Simultaneamente a re-ignição de T2 é feita para garantir a manutenção de sua condução. Simultaneamente. Agora temos corrente vindo da fase R. Assim. passando por T1. T3 será disparado (G3). devendo para isso ser considerada a fase (R.SP Fone/Fax: (011)3641-0024 E-Mail: nai106@sp. positivo ou negativo.senai.5% do Valor de pico da Tensão de Linha SENAI Rua Jaguaré Mirim. 71 .São Paulo . 95. Em ambos os casos. S ou T) a qual o tiristor está ligado e também a qual semiciclo. o mesmo está associado. sendo que a corrente em seu gate é sustentada até após que haja a troca de seu “parceiro condutor”.Vila Leopoldina” 115 Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial ESCOLA SENAI “MARIANO FERRAZ" NAI – Núcleo de Automação Industrial CEP: 05311-020 . esse valor é adotado para todos os tiristores. A seguir é apresentada uma forma de onda representado a forma de onde de VCMED para os tiristores disparados em α=0º e com carga puramente resistiva. Mas repare que os tiristores possuem diferentes referências para α=0º. uma vez definido um valor para o ângulo de disparo α.período da CA.br . Vila Leopoldina” 116 Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial ESCOLA SENAI “MARIANO FERRAZ" NAI – Núcleo de Automação Industrial CEP: 05311-020 . a partir da referência (α=0º comutação natural) ou seja. pois temos o motor em processo de frenagem. a interdependência entre o valor da tensão contínua (VCMED) e o ângulo de disparo (α) pode ainda ser indicada com relativa facilidade: Para carga indutiva na faixa 0º ≤ α ≤ 180º temos: VCMED = N π ⋅ VMAX ⋅ sen π N ⋅ cos α VCMED = 0. assim a faixa de comando vai desde α=0º até α=180º. Para os limites teóricos de carga. 71 . como a potência é o produto da tensão pela corrente. é praticamente constante. momento da intersecção entre duas fases. então. ou seja. para cargas indutivas. Como a corrente. e o retificador está enviando energia da rede para a carga indutiva (motor) e de α=90º até α=180º a potência é negativa. para carga puramente ôhmica e para carga puramente indutiva. quando a respectiva fase deixa de ser positiva com relação à fase do outro tiristor que está conduzindo em conjunto. e a corrente direta já não é mais possível.senai.SP Fone/Fax: (011)3641-0024 E-Mail:
[email protected] um dos tiristores poderá ser disparado a qualquer instante.955 ⋅ VMAX ⋅ cos α SENAI Rua Jaguaré Mirim. a potência tem um comportamento similar ao da tensão sendo que de α=0º até α=90º ela é positiva. podendo o disparo (e isso apenas para cargas altamente indutivas) ser retardado para ocorrer no máximo até o momento em que a respectiva fase passe a ser mais negativa dentre as três fases. Note que para carga resistiva pura a faixa de comando deve se restringir de α=0º até α=120º. e. devolvendo energia para a rede elétrica através do retificador.São Paulo .br . tem-se que. São Paulo .senai.SP Fone/Fax: (011)3641-0024 E-Mail:
[email protected] ⋅ VEF ⋅ ⎜ 2⎠ 3 ⎝ 1⎞ ⎟ 2⎠ André Luis Lenz – 2002/2007 –
[email protected] cargas resistivas para qualquer α (120º ≥ α > 0º) temos que: ⎛ cos(α + 30° ) VCMED = 0.br .Vila Leopoldina” 117 Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial ESCOLA SENAI “MARIANO FERRAZ" NAI – Núcleo de Automação Industrial CEP: 05311-020 .955 ⋅ VP ⋅ ⎜ + 3 ⎝ 1⎞ ⎛ cos(α + 30° ) + ⎟ = 1. 71 .br SENAI Rua Jaguaré Mirim.