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EPO I – Aula 12 – Considerações adicionais sobre retificadores UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA ELETRÔNICA DE POTÊNCIA I Aula 12 – Considerações adicionais sobre retificadores Prof. Leandro Michels, Dr. Eng. [email protected] 1 EPO I – Aula 12 – Considerações adicionais sobre retificadores Limitação da corrente de partida Retificadores com filtro capacitivo apresentam elevadas correntes de partida Em muitas aplicações, estes picos de corrente de partida são inaceitáveis. Nestes casos, usa-se circuitos limitadores de partida i1 v1 C1 R I1 p = Vp Rs Aumentando-se a resistência em série entre a fonte e o capacitor, limita-se a corrente de partida Em regime, a resistência é retirada do circuito 2 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 12 – Considerações adicionais sobre retificadores Limitação da corrente de partida NTC (resistor com coeficiente de temperatura negativo) → potências menores que 200W A resistência de Rs diminui com a elevação da temperatura Aplicações → Reatores para lâmpadas, pequenos equipamentos eletrônicos Desvantagens → aquecimento, perdas elevadas, pode queimar em partidas sucessivas Rs i1 v1 C1 R vo 3 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 12 – Considerações adicionais sobre retificadores Limitação da corrente de partida TRIAC (tiristor bidirecional) → potências menores que 1000W A resistência Rs é inserida somente durante a partida do circuito, sendo posteriormente curtocircuitada Aplicações → Computadores, eletrodomésticos Desvantagens → aquecimento, perdas em operação, custo mais elevado T1 i1 Rs v1 C1 R vo 4 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 12 – Considerações adicionais sobre retificadores Limitação da corrente de partida Contactor → potências maiores que 1000W A resistência Rs é inserida somente durante a partida do circuito, sendo posteriormente curtocircuitada Aplicações → No-breaks, acionamento de motores, retificadores industriais Desvantagens → a manobra mecânica pode provocar arco elétrico e desgaste prematuro S1 i1 v1 C1 R vo 5 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 12 – Considerações adicionais sobre retificadores Retificadores 3Φ com transformador Δ-Δ Impacto do transformador na forma de onda da corrente de entrada Transformador Δ-Δ iA1 A iCA2 iCA1 vCA1 iB1 iC1 vCA2 vAB1 iAB1 iBC1 vAB2 iAB2 iB2 iBC2 C C vBC1 iA2 A vBC2 iL RL vL XL B iC2 6 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 12 – Considerações adicionais sobre retificadores Retificadores 3Φ com transformador Δ-Δ Formas de onda Δ-Δ I=50A Vo=57,73V f=50Hz N1=1 N2=1 Secundário Primário 7 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 12 – Considerações adicionais sobre retificadores Retificadores 3Φ com transformador Δ-Δ Formas de onda Δ-Δ I=50A Vo=57,73V f=50Hz N1=1 N2=1 Secundário Primário 8 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 12 – Considerações adicionais sobre retificadores Retificadores 3Φ com transformador Δ-Y Impacto do transformador na forma de onda da corrente de entrada Transformador Δ-Y iA1 iA2 A iCA1 vCA1 iB1 iC1 vAB1 vA2 iA2 N iAB1 vC2 iBC1 RL vL vB2 iB2 C vBC1 iL iC2 iB2 XL iC2 9 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 12 – Considerações adicionais sobre retificadores Retificadores 3Φ com transformador Δ-Y Formas de onda Δ-Y I=50A Vo=57,73V f=50Hz N1=1.73 N2=1 Secundário Primário 10 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 12 – Considerações adicionais sobre retificadores Retificadores 3Φ com transformador Δ-Y Formas de onda Δ-Y I=50A Vo=57,73V f=50Hz N1=1.73 N2=1 Secundário Primário Formas de onda de corrente diferentes → espectros idênticos 11 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 12 – Considerações adicionais sobre retificadores Associação de retificadores Permite reduzir-se a ondulação da tensão e da corrente de saída Possibilita a divisão da potência entre os retificadores Reduz significativamente a taxa de distorção harmônica da corrente de entrada Aplicações → acionamento de motores de grande potência, conversores para linhas de transmissão A tensão/corrente de saída pode ser controlada → retificadores semicontrolados ou totalmente controlados (empregam tiristores) 12 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 12 – Considerações adicionais sobre retificadores Associação de retificadores Associação série – 12 pulsos Ligação mais usual → primário em delta i1 v1 v2 id1 i11 Δ Δ vd1 v3 RL id2 i12 Δ VL = Vd 1 + Vd 2 Prof. Leandro Michels iL Y vL XL vd2 I L = I d1 = I d 2 13 EPO I – Aula 12 – Considerações adicionais sobre retificadores Associação de retificadores Associação série – 12 pulsos 14 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 12 – Considerações adicionais sobre retificadores Associação de retificadores Associação série – 12 pulsos 15 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 12 – Considerações adicionais sobre retificadores Associação de retificadores Associação série – 12 pulsos 16 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 12 – Considerações adicionais sobre retificadores Associação de retificadores Associação paralelo – 12 pulsos Ligação mais usual → primário em delta Necessita reator de interfase (R1) i1 v1 v2 id1 i11 Δ Δ vd1 v3 iL RL id2 i12 Δ I L = I d1 + I d 2 Prof. Leandro Michels R1 Y vL XL vd2 VL ≈ Vd 1 ≈ Vd 2 17 EPO I – Aula 12 – Considerações adicionais sobre retificadores Associação de retificadores Associação paralelo – 12 pulsos 18 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 12 – Considerações adicionais sobre retificadores Associação de retificadores Associação paralelo – 12 pulsos 19 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 12 – Considerações adicionais sobre retificadores Associação de retificadores Associação paralelo – 12 pulsos 20 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 12 – Considerações adicionais sobre retificadores Associação de retificadores Associação série - saída em tensão Indutância de dispersão do transformador suaviza os picos da corrente i1 v1 v2 id1 i11 Δ Δ vd1 v3 CL id2 i12 Δ VL = Vd 1 + Vd 2 Prof. Leandro Michels iL Y RL vL vd2 I L = I d1 = I d 2 21 EPO I – Aula 12 – Considerações adicionais sobre retificadores Associação de retificadores Associação série - saída em tensão 22 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 12 – Considerações adicionais sobre retificadores Retificador com transformador de entrada Impacto do transformador na comutação N1:N2 i1 RL v1 v2 XL vL Modelo dinâmico do transformador Modelo ideal Modelo real r1 N1:N2 v1 v2 v1 x1 xm r2 e2 rm e1 v2 Zo Zi Ideal Prof. Leandro Michels x2 N1:N2 23 EPO I – Aula 12 – Considerações adicionais sobre retificadores Retificador com transformador de entrada Impacto do transformador na comutação Para análise no conversor, considera-se a impedância de saída do transformador e da rede xo ⎛ N2 ⎞ xo = x2 + ( x1 + xi ) ⎜ ⎟ N ⎝ 1⎠ ro RL v2 XL vL ⎛ N2 ⎞ ro = r2 + ( r1 + ri ) ⎜ ⎟ ⎝ N1 ⎠ ri , xi → rede 2 2 Normalmente a impedância do transformador é muito maior que a da rede, podendo esta ser desprezada 24 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 12 – Considerações adicionais sobre retificadores Retificador com transformador de entrada Impacto da indutância de comutação Lc RL v2 L1 vL Impacto da indutância Lc: Diminuição da tensão de saída devido a indutância Retardo na comutação das correntes Diminuição das derivadas de corrente nos diodos 25 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 12 – Considerações adicionais sobre retificadores Retificador com transformador de entrada Impacto da indutância de comutação Vi = 100sen ( 314t ) R1 = 2Ω L1 = 200mH Lc = 1μH 26 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 12 – Considerações adicionais sobre retificadores Retificador com transformador de entrada Impacto da indutância de comutação Vi = 100sen ( 314t ) R1 = 2Ω L1 = 200mH Lc = 1mH 27 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 12 – Considerações adicionais sobre retificadores Retificador com transformador de entrada Impacto da indutância de comutação na tensão de saída de retificadores com carga RL VLm = VLm ideal − VLmqueda VLm → tensão média na carga VLm ideal → tensão média ideal (Lc=0) VLm queda → queda de tensão procada pelo indutor Lc VLmqueda m ω Lc I = 2π m → número de pulsos do retificador 28 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 12 – Considerações adicionais sobre retificadores Retificador com transformador de entrada Impacto da indutância de comutação no ângulo de comutação da corrente de entrada de retificadores com carga RL ωLc I cos ( α ) − cos ( u + α ) = ⎛π⎞ 2Vo sen ⎜ ⎟ ⎝m⎠ u → ângulo de comutação α → ângulo da corrente de entrada u 29 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 13 – Retificadores com regulador linear de tensão UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA ELETRÔNICA DE POTÊNCIA I Aula 13 - Retificadores com regulador linear de tensão Prof. Leandro Michels, Dr. Eng. [email protected] 1 EPO I – Aula 13 – Retificadores com regulador linear de tensão Retificadores com filtro capacitivo Apresentam elevada eficiência e baixo custo Apresentam uma ondulação na tensão de saída, que é proporcional à capacitância de filtragem t i1 v1 C1 vL Carga vL Real Ideal 2 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 13 – Retificadores com regulador linear de tensão Desvantagens dos retificadores c/ filtro C As aplicações em eletrônica exigem elevada regulação (>98%) e os retificadores possuem uma regulação de tensão ruim → necessitam de um capacitor muito grande 3 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 13 – Retificadores com regulador linear de tensão Solução do problema Utilização de um conversor CC-CC em cascata para eliminar a ondulação de tensão vL1 vL t t v1 C1 vL1 vL Carga i1 Aplicações de baixa potência → conversor linear abaixador de tensão → regula a tensão através da dissipação de energia Prof. Leandro Michels 4 EPO I – Aula 13 – Retificadores com regulador linear de tensão Conversores lineares: principais tipos 1. Filtro RC t C2 vL1 vL Carga vL1 Retificador R2 vL t 2. Diodo zener t vL1 Dz vL Carga vL1 Retificador R2 vL t 5 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 13 – Retificadores com regulador linear de tensão Conversores lineares: principais tipos 3. Transistor - série t R2 vL vL1 Dz Carga vL1 Retificador Q1 vL t 4. Transistor - paralelo t vL1 Dz Q1 vL Carga vL1 Retificador R2 vL t 6 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 13 – Retificadores com regulador linear de tensão Conversores lineares: principais tipos 5. Reguladores a CI a. Tensão positiva fixa t 78xx IN OUT 2 GND vL1 3 Cin Cout vL Carga vL1 Retificador 1 vL t Família 78xx → a tensão de saída é definida pelos últimos dois dígitos do código (78xx) 7 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 13 – Retificadores com regulador linear de tensão Conversores lineares: principais tipos b. Tensão negativa fixa t 79xx IN OUT 2 GND vL1 1 Cin vL Carga vL1 Retificador 3 vL t Família 79xx → a tensão de saída é definida pelos últimos dois dígitos do código (79xx) 8 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 13 – Retificadores com regulador linear de tensão Conversores lineares: principais tipos c. Tensão positiva ajustável LM317 t OUT GND vL1 Cin R2 R1 C2 Cout vL Carga vL1 Retificador IN vL t LM317, LM350 → a tensão de saída é definida pela relação de R1 e R2 9 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 13 – Retificadores com regulador linear de tensão Reguladores a CI Formas alternativas de ligação → saída positiva 10 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 13 – Retificadores com regulador linear de tensão Reguladores a CI Formas alternativas de ligação → saída negativa 11 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 13 – Retificadores com regulador linear de tensão Reguladores a CI Proteção contra tensão reversa → Empregado em circuitos com cargas não conectadas ao terra (ampops, comparadores) → diodo 12 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 13 – Retificadores com regulador linear de tensão Reguladores a CI Proteção contra sobretensão de saída → Empregado em circuitos com cargas que podem fornecer energia em determinado intervalo de tempo → diodo 13 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 13 – Retificadores com regulador linear de tensão Reguladores a CI Fonte simétrica (típica) → Pode utilizar mais reguladores para gerar mais tensões i2a 78xx IN i1 V v2a v1 D1 vLa OUT GND C1a Couta C1b Coutb vLa D2 v2b D3 i2b D4 GND IN vLb vLb OUT 79xx 14 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 13 – Retificadores com regulador linear de tensão Reguladores a CI Encapsulamentos mais empregados a) PKT b) SMD 15 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 13 – Retificadores com regulador linear de tensão Reguladores a CI Fixação do dissipador de calor 16 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 13 – Retificadores com regulador linear de tensão Reguladores a CI Instalação em dissipador de calor (encapsulamento TO220AB) → um dos terminais está em contato com o dissipador. Para a ligação de vários no mesmo dissipador, usar isolante de mica (vide figura) 17 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 13 – Retificadores com regulador linear de tensão Projeto com 78xx e 79xx 78xx IN OUT 2 GND vL1 3 Cin Cout vL Carga Retificador 1 Cin → É necessário ser empregado se o regulador está localizado mais que 5cm distante do capacitor de filtragem do retificador. Deve ser um capacitor de alta freqüência (cerâmico, tântalo, etc) Valor típico: 330nF (acima de 10cm, 1μF) Cout → É usado para melhor a resposta transitória (degraus de carga) Valor típico: 10-47μF, mas depende da aplicação Prof. Leandro Michels 18 EPO I – Aula 13 – Retificadores com regulador linear de tensão Projeto com 78xx e 79xx Tensão de entrada / Tensão de saída Componente Saída (V) Faixa Entrada (V) LM7805 5 7–25 LM7806 6 8–25 LM7808 8 10.5–25 LM7809 9 11.5–25 LM7810 10 12.5–25 LM7812 12 14.5–30 LM7815 15 17.5–30 LM7818 18 21–33 LM7824 24 27–38 19 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 13 – Retificadores com regulador linear de tensão Projeto com 78xx e 79xx Regulação da saída → ~0.1% Corrente de curto-circuito → possui limitação interna em caso de curto (dado por catálogo) Corrente de pico de saída → durante transitórios, a corrente pode passar da corrente de limitação Limitação térmica → desliga o regulador (saída em 0V) em caso de sobreaquecimento (150oC) Projeto térmico → dissipador → perdas de dissipação T 1 PD = ∫ vreg ( t ) ireg ( t ) dt T 0 vreg → tensão no regulador ireg → corrente no regulador 20 Prof. Leandro Michels EPO I – Aula 13 – Retificadores com regulador linear de tensão Projeto com LM317 LM317 OUT GND vL1 Cin R2 R1 C2 Cout vL Carga Retificador IN Cin , Cout → mesmo caso para a família 78xx R1 , R2 → ajustam a tensão de saída Típico → R1=240Ω, R2 ajustável ⎛ R2 ⎞ VL = Vref ⎜ 1 + ⎟ + I adj R2 R1 ⎠ ⎝ C2 → redução da ondulação de saída Típico → C2=10μF Prof. Leandro Michels 21
