Retificadores Controlados Trifásicos, Notas de estudo de Tecnologia Industrial

Baixe Retificadores Controlados Trifásicos e outras Notas de estudo em PDF para Tecnologia Industrial, somente na Docsity! Teoria 10 Retificadores Controlados Trifásicos 10.1 Introdução: 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: • De meia onda; • Em Ponte Semicontrolada; • Em Ponte Totalmente Controlada. 10.2 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. SENAI Rua Jaguaré Mirim, 71 - Vila Leopoldina” Serviço Nacional ESCOLA SENAI “MARIANO FERRAZ" CEP: 05311-020 - São Paulo - SP de Aprendizagem Fone/Fax: (011)3641-0024 Industrial NAI – Núcleo de Automação Industrial E-Mail: nai106@sp.senai.br 109 Cada um dos tiristores poderá ser disparado a qualquer instante, mas somente a partir do momento que ocorre o ponto de comutação natural (ex.: θ=30º para a fase R) ou seja, 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). Por esse motivo se faz necessário ajustar o início dos disparos no circuito de comando de disparo. Note que para uma carga resistiva pura a faixa de comando deve se restringir de α=0º até α=150º, quando a respectiva fase deixa de ser positiva com relação ao neutro, e a corrente direta já não é mais possível. A chamada faixa de comando de um retificador controlado é a faixa dentro da qual o disparo cíclico dos tiristores pode ser ajustado, 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. 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, assim a faixa de comando vai desde α=0º (que corresponde a θ=30º) até α=180º (que corresponde a θ=210º). Vale lembrar que, apesar da tensão ser negativa, após θ=180º, a corrente continua a fluir no tiristor no sentido direto, por força da reação da carga altamente indutiva, que atrasa a corrente em relação à tensão. Mas devido ao tempo de duração da comutação do tiristor não é tecnicamente recomendável que os disparos ocorram muito próximos de θ=180º, é bom que se reserve uma pequena margem de segurança. A figura a seguir representa na parte escura a faixa de comando para carga indutiva. 3 1 2 Ponto de Comutação Natural →θ Assim o instante mais cedo para que um tiristor seja disparado é o instante da comutação natural, onde: • Para a fase 1 (R) α = 0º quando θ = 30º; • Para a fase 2 (S) α = 0º quando θ = 150º; SENAI Rua Jaguaré Mirim, 71 - Vila Leopoldina” Serviço Nacional ESCOLA SENAI “MARIANO FERRAZ" CEP: 05311-020 - São Paulo - SP de Aprendizagem Fone/Fax: (011)3641-0024 Industrial NAI – Núcleo de Automação Industrial E-Mail: nai106@sp.senai.br 110 10.3 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. É composto de seis tiristores e difere parcialmente de funcionamento em relação ao retificador unidirecional devido à ausência de conexão com o neutro. No entanto pode operar igualmente como retificador, transmitindo energia da rede à carga ou como inversor, devolvendo energia da carga para a rede. O instante de comutação natural (θ =30º) é a referência para o ângulo de disparo (α = 0º), ou seja, α=0º no instante do período da CA em que um diodo no lugar do tiristor assumiria a condução natural. Alimentando um motor CC, a corrente de saída do retificador é praticamente constante, mas a tensão é dependente do ângulo de disparo. A cada período de 360º, cada tiristor será disparado duas vezes. Observe o diagrama a seguir: SENAI Rua Jaguaré Mirim, 71 - Vila Leopoldina” Serviço Nacional ESCOLA SENAI “MARIANO FERRAZ" CEP: 05311-020 - São Paulo - SP de Aprendizagem Fone/Fax: (011)3641-0024 Industrial NAI – Núcleo de Automação Industrial E-Mail: nai106@sp.senai.br 113 Primeiramente o tiristor T1 é disparado (G1) em αR=0º, ou seja, no instante em que a fase em que o mesmo está ligado (R) se torna a mais positiva dentre as três fases. No entanto como nenhum tiristor da parte superior da ponte poderia conduzir sem que um tiristor da parte inferior conduza juntamente, dispara-se então também o tiristor T6 (G6), que está ligado à fase (S) que ora é a mais negativa dentre as três fases. Assim teremos corrente vindo da fase R, passando por T1, pela carga e retornando por T6, para a fase S. Decorridos 60º, ocorre da fase T se tornar mais negativa que a fase S, assim, dispara-se o tiristor T2 (G2). O disparo de T2 provoca tensão reversa em T6, e por falta de corrente de manutenção T6 corta automaticamente. Simultaneamente, um novo pulso de disparo é dado em T1 (G1) para garantir que na troca de caminho de T6 por T2, T1 não deixe de conduzir. Agora temos corrente vindo da fase R, passando por T1, pela carga e retornando por T4 à fase T. Assim, o tiristor T1 sofreu dois disparos, um inicial em α=0º e outro de garantia em α=60º. O tiristor T1 não mais sofrerá disparos até que se termine totalmente o atual ciclo da CA. Repare que no instante em que a fase S se torna mais positiva (αS=0º) que a fase R, T3 será disparado (G3). Com T3 disparando, automaticamente faz com que T1 corte. Simultaneamente a re-ignição de T2 é feita para garantir a manutenção de sua condução. Repare que, seguindo essa lógica, a cada 60º um par de tiristores é disparado, ou seja há sempre dois tiristores conduzindo conjuntamente, e que cada tiristor e mantido em condução por dois intervalos consecutivos de 60º de duração cada. Em cada um dos dois intervalos de 60º que lhe compete conduzir, um dado tiristor usa diferentes “parceiros condutores”. Ex: o tiristor T1 conduz por 120º, 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. Uma outra técnica de disparos, evita a necessidade da re-ignição, por gerar pulsos de disparo longos, de duração maior que 60º, assim, cada tiristor é disparado uma única vez em cada SENAI Rua Jaguaré Mirim, 71 - Vila Leopoldina” Serviço Nacional ESCOLA SENAI “MARIANO FERRAZ" CEP: 05311-020 - São Paulo - SP de Aprendizagem Fone/Fax: (011)3641-0024 Industrial NAI – Núcleo de Automação Industrial E-Mail: nai106@sp.senai.br 114 período da CA, sendo que a corrente em seu gate é sustentada até após que haja a troca de seu “parceiro condutor”. Em ambos os casos, uma vez definido um valor para o ângulo de disparo α, esse valor é adotado para todos os tiristores. Mas repare que os tiristores possuem diferentes referências para α=0º, devendo para isso ser considerada a fase (R, S ou T) a qual o tiristor está ligado e também a qual semiciclo, positivo ou negativo, o mesmo está associado. 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. 95,5% do Valor de pico da Tensão de Linha SENAI Rua Jaguaré Mirim, 71 - Vila Leopoldina” Serviço Nacional ESCOLA SENAI “MARIANO FERRAZ" CEP: 05311-020 - São Paulo - SP de Aprendizagem Fone/Fax: (011)3641-0024 Industrial NAI – Núcleo de Automação Industrial E-Mail: nai106@sp.senai.br 115