Ponte Retificadora Trifásica Semicontrolada – Carga R

Ponte Retificadora Trifásica Semicontrolada – Carga R

Sumário:

1.1 Introdução Teórica3
1.2 Resultados Teóricos4
2Experiência
2.1 Equipamentos utilizados na experiência8
2.2 Montagem do circuito para a realização da experiência15
2.3 Resultados obtidos na experiência16
3Simulação da experiência........................................................................20
4Conclusão................................................................................................34

1 Teoria (Retificador Semicontrolado) 5 Bibliografia.............................................................................................35

1.1 Introdução Teórica

Os circuitos trifásicos geralmente são mais adequados quando uma grande quantidade de potência está envolvida. Dessa forma, mesmo as cargas monofásicas de alta potência em corrente contínua comumente são alimentadas por meio de retificadores trifásicos. Entre os retificadores trifásicos, o de ponte completa controlado provavelmente é o mais utilizado conversor de eletrônica de potência para aplicações de média e alta tensão . Tais retificadores obtêm uma tensão C (DC) com um menor conteúdo harmônico, logo de filtragem mais simples. São largamente utilizados em sistema de transmissão High Voltage Direct Current (HVDC), carregamento de baterias, processos de eletrólise, operação de motores DC, fontes de potência controlada, sistemas de iluminação controlada e equipamentos de tração. Para analisar a operação dos retificadores de ponte completa controlados, faz-se necessário compreender como opera o tiristor. Esse é um dispositivo utilizado para o controle do fluxo de potência para a carga em retificadores completamente controlados e semicontrolados. Os semicontrolados são utilizados em aplicações industriais de até 120 kW, o fator de potência diminui à medida que o ângulo de disparo aumenta. A frequência da tensão de saída é 3 vezes a frequência da fonte, e o ângulo de disparo varia de 0 a ߨ .

1.2 Resultados Teóricos :

èDisparo em 0 graus ( comportamento idêntico ao retificador trifásico não controlado )

Em vermelho as tensões na carga e na fase, e em verde a corrente(caso a carga fosse indutiva) no diodo e na fase, respectivamente:

èDisparo em 30 graus ou ࣊૟

Formas de onda : Em vermelho as tensões na carga e na fase, e em verde a corrente(caso a carga fosse indutiva) no diodo e na fase, respectivamente

èDisparo em 60 graus ou గଷ

Formas de onda : Em vermelho as tensões na carga e na fase, e em verde a corrente(caso a carga fosse indutiva ) no diodo e na fase, respectivamente

Não encontramos o modelo teórico de formas de onda para o caso de disparo em 90 graus .

2.1 Equipamentos utilizados na experiência: Ø Cartão de fusíveis(9943):

Composição:

É composto por 3 fusíveis tipo 20x5mm de 6A e por 3 resistores de 0,2Ω/20W. Especificações:

Corrente máxima nos resistores

Tipo e corrente nominal dos fusíveis

Tipo 20x5mm, 6A

Dimensões do painel frontal 67mm (largura) x 135mm (altura)

Ø Cartão de disparo trifásico e medição de ângulo (9940):

Composição:

O cartão 9940 consta de um circuito de disparo para 6 SCR’s e um medidor de ângulo de disparo para conversores com comutação pela rede (Retificadores controlados, Controladores AC e Inversores). Possui três TCA 785 e componentes associados. Cada TCA gera dois pulsos para cada fase de tensão. Estes pulsos são amplificados por um driver a transistor e aplicados aos terminais de gate e catodo dos SCR’s correspondentes (T1 a T6). O circuito de disparo é isolado eletricamente, da parte de potência, por transformadores de pulso (TP) e transformadores de sincronismo. Especificações:

Tensão de alimentação 15Vcc

Consumo 200mA

Saídas 6 saídas, compatíveis com SCR’s, isoladas galvanicamente

Entradas 0 a 10Vcc - ângulo de disparo 127/220Vca - tensões de sincronismo

Medidor de ângulo de disparo display de leds leitura de 0 a 180º erro máximo 2% ± 1 contagem

Dimensões do painel frontal 134mm (largura) x 135mm (altura)

Ø Cartão de diodos (9942):

Composição:

Este cartão possui 6 diodos, com capacidade de tensão de até 800V e corrente de até 12A. Especificações:

Corrente máxima nos diodos 12A Tensão máxima reversa nos diodos 800V Dimensões do painel frontal 67mm (largura) x 135mm (altura)

Ø 2 lâmpadas de 220V/60w:

Ø Cartão de SCR’s (9941):

Composição:

É constituído por 6 SCR’s que suportam tensão de até 800V e corrente de até 35A. A cada SCR está associado um circuito SNUBBER, onde R = 47Ω/5W e C = 0,47μF/400V. Especificações:

Corrente máxima nos SCR’s 35A Tensão máxima nos SCR’s 800V Dimensões do painel frontal 67mm (largura) x 135mm (altura)

Ø Fonte de alimentação:

Composição:

Éuma fonte regulada linear, com proteção contra curto circuitos, constituído por um transformador, retificador em ponte de diodos, filtro capacitivo e regulador integrado. O cartão possui, ainda, um conector para fornecer a tensão da rede a outros cartões durante a realização de experiências. Possui em seu painel frontal uma chave liga/desliga, um led indicador, conector para cabo de força, bornes disponíveis para tensão de alimentação (15V e GND), chave seletora de tensão (127/220V). Especificações:

Tensão de Alimentação 127/220Vca ± 10% (selecionável por chave no painel frontal)

Tensão de Saída 15Vcc ± 5% Corrente máxima de saída 1A, protegida contra curto-circuitos Dimensões do painel frontal 67mm (largura) x 135mm (altura)

Ø Osciloscópio:

13 Ø Sonda de tensão:

14 Ø Amplificador de corrente:

2.2 Montagem do circuito para a realização da experiência: (zoom do circuito anterior)

2.3 Resultados obtidos na experiência: Ø Para ângulo de disparo igual a 0°:

(Fator de potência) (Taxa de distorção harmônica)

(Tensão e corrente na carga) (Tensão e corrente no diodo)

(Tensão e corrente na fonte) (Tensão e corrente no SCR)

(Fator de Potência)

Ø Para ângulo de disparo igual a 30°:

(Fator de potência) (Tensão e corrente na carga) (Tensão e corrente no diodo)

(Tensão e corrente na fonte) (Tensão e corrente no SCR)

(Taxa de distorção harmônica)

Ø Para ângulo de disparo igual a 60°.

(Fator de potência) (Taxa de distorção harmônica)

(Tensão e corrente na carga) (Tensão e corrente no diodo)

(Tensão e corrente na fonte) (Tensão e corrente no SCR)

Ø Para ângulo de disparo igual a 90°. (Fator de potência) (Taxa de distorção harmônica)

(Tensão e corrente na carga) (Tensão e corrente no diodo)

(Tensão e corrente na fonte) (Tensão e corrente no SCR)

Ponte Retificadora Trifásica Semicontrolada - Carga R - Ângulo de disparo 0° (funcionamento similar ao do retificador não controlado), 30°, 60° e 90°.

Resistência = 1200Ω Fonte de tensão trifásica = 179,6V de pico

Ângulo de disparo de 0°:

Tensões e correntes das fontes (Vs e Is):

Tensão e corrente de saída (V0 e I0): Valores médios e RMS de V0 e I0:

Tensão e corrente no diodo (Vd e Id):

Valores médios e RMS de Vd e Id: Tensão e corrente no SCR (Vscr e Iscr):

Valores médios e RMS de VSCR e ISCR: Fator de Potência e THD:

Ângulo de disparo de 30°: Tensões e correntes das fontes (Vs e Is):

Tensão e corrente de saída (V0 e I0): Valores médios e RMS de V0 e I0:

Tensão e corrente no diodo (Vd e Id):

Valores médios e RMS de Vd e Id: Tensão e corrente no SCR (Vscr e Iscr):

Valores médios e RMS de VSCR e ISCR: Fator de Potência e THD:

Ângulo de disparo de 60°: Tensões e correntes das fontes (Vs e Is):

Tensão e corrente de saída (V0 e I0): Valores médios e RMS de V0 e I0:

Tensão e corrente no diodo (Vd e Id):

Valores médios e RMS de Vd e Id: Tensão e corrente no SCR (Vscr e Iscr):

Valores médios e RMS de VSCR e ISCR: Fator de Potência e THD:

Ângulo de disparo de 90°: Tensões e correntes das fontes (Vs e Is):

Tensão e corrente de saída (V0 e I0):

Valores médios e RMS de V0 e I0: Tensão e corrente no diodo (Vd e Id):

Valores médios e RMS de Vd e Id:

Tensão e corrente no SCR (Vscr e Iscr):

Valores médios e RMS de VSCR e ISCR: Fator de Potência e THD:

4- Conclusão

O primeiro fator importante que contribui para alterações quantitativas, se deve ao fato de que a resistência, na prática, varia conforme a temperatura, portanto para cada ângulo disparo temos um valor de resistência, e nos cálculos teóricos e na simulação usamos um único valor que é aproximadamente a média dos valores da experiência.

As diferenças que podemos perceber em relação às formas de onda da simulação e da experiência, podem ser explicadas pelas harmônicas existentes na tensão entregue pela rede, enquanto na simulação tínhamos uma fonte idealizada (sem harmônicas). Outro fator que contribui para essas diferenças é a não idealidade dos componentes utilizados (diodos, SCR’s, fonte de disparo dos SCR’s) na experiência, que possuem resistências atribuídas, queda de tensão direta, tensão de ruptura direta e tensão de ruptura reversa; enquanto na simulação, os componentes são todos ideais.

Em relação à THD (taxa de distorção harmônica) foi notado um aumento tanto na experiência quanto na simulação proporcional ao aumento do ângulo de disparo dos Tiristores. Por exemplo, de acordo com a simulação, para α=30° -> THD=0,3077 enquanto para α=90° -> THD=0,6383. O que está de acordo com a teoria, pois ao aumentarmos o ângulo de disparo, aumentamos o número de harmônicos da corrente, logo temos o aumento da THD.

O fator de potência diminui com o aumento do ângulo de disparo como pode ser observado tanto na experiência quanto na simulação. Por exemplo, como obtido na simulação, para α=30° -> FP=0,9563 enquanto para α=90° -> FP=0,8240.

Apesar das diferenças, já explicadas, no conjunto os resultados foram bastante satisfatórios no que diz respeito a uma análise qualitativa, como por exemplo comportamentos de formas de onda e comportamento da THD em função do ângulo de disparo.

Após todas as analises feitas, conseguimos ter uma compreensão ampla do funcionamento de um retificador, que foi facilitada pela observação de gráficos tanto da simulação quanto da experiência e a confirmação dos resultados através dos cálculos teóricos, atingindo assim os objetivos esperados para nosso aprendizado.

5- Bibliografia

- Eletrônica de Potência – Análise de projetos de circuitos – Hart, Daniel W. - Eletrônica de Potência – Circuitos, Dispositivos e Aplicações – Muhammad H. Rashid.

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