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Introdução

1Prof. Cassiano Rech

• Em diversas aplicações deve-se controlar o fluxo de energia da fonte de entrada para a fonte de saída e vice-versa, sendo necessário o uso de conversores CC-CC reversíveis em tensão e/ou corrente

• Uma aplicação bastante comum é a tração elétrica, onde durante a frenagem da máquina a energia cinética armazenada nas massas em movimento pode ser restituída para a fonte na forma de energia elétrica

• Como outro exemplo, pode-se citar um conversor CC-CC quecarrega baterias quando a redeelétrica está normal. Porém, aoocorrer uma falha na rede, asbaterias fornecem energia atravésdo conversor

Quadrantes de operação


PRIMEIROQUADRANTE Vo

Io

Vo

Io

SEGUNDOQUADRANTE

I Carga Fonte

Frenagemregenerativa

II

IVIII

III

IVIII

Fonte Carga

Tração

TERCEIROQUADRANTE Vo

Io

Vo

Io

QUARTOQUADRANTE

I Carga Fonte

Frenagemregenerativa(sentido inverso de rotação)

II

IVIII

III

IVIII

Fonte Carga

Tração(sentido inverso de rotação)

Quadrantes de operação


DOIS QUADRANTESReversibilidade em

corrente

Vo

Io

III

IVIII

Mesmo sentido de rotação

Tração e frenagem

DOIS QUADRANTESReversibilidade em

tensão

Vo

Io

III

IVIII

Tração e frenagem

A polaridade da fcem deve ser invertida na frenagem

QUATRO QUADRANTESReversibilidade em tensão e corrente

Vo

Io

III

IVIII

Tração e frenagem

Ambos sentidos de rotação

Conversor reversível em corrente:Estrutura básica


• Três modos de funcionamento:

1. Modo tração

2. Modo frenagem regenerativa

3. Interruptores comutando complementarmente

Vin

S1

L

ECS2

D1

D2

R


A chave S2 é mantida permanentemente aberta e S1 comuta ciclicamente

iL

Conversor reversível em corrente:1º Modo – Tração

Vin

S1

L

ECS2

D1

D2

Vin

S1

L

ECS2

D1

D2

1ª ETAPA:

2ª ETAPA:

iL

R

R


A chave S1 é mantida permanentemente aberta e S2 comuta ciclicamente

Conversor reversível em corrente:2º Modo – Frenagem regenerativa

1ª ETAPA:

2ª ETAPA:

iL

Vin

S1

L

ECS2

D1

D2

Vin

S1

L

ECS2

D1

D2

iL

R

R


As chaves S1 e S2 comutam complementarmente e de modo cíclico

Conversor reversível em corrente:3º Modo – Comando complementar

Corrente “+”: Corrente “-”:

iL

Vin

S1

L

ECS2

D1

D2

Vin

S1

L

ECS2

D1

D2

iL

R

R

iL

Vin

S1

L

ECS2

D1

D2

Vin

S1

L

ECS2

D1

D2

iL

R

R

Conversor reversível em tensão:Estrutura básica

Prof. Cassiano Rech

• Três modos de funcionamento:

1. Modo tração

2. Modo frenagem regenerativa

3. Interruptores comutando simultaneamente

Vin

S1

LEC

S2D1

D2

8


S1 ou S2 é mantida fechada e a outra chave comuta ciclicamente

Conversor reversível em tensão:1º Modo – Tração

Vin

S1

EC

S2D1

D2

L

1ª ETAPA:

2ª ETAPA:

iL

Vin

S1

EC

S2D1

D2

L

iL


S1 ou S2 é mantida aberta e a outra chave comuta ciclicamente

Conversor reversível em tensão:2º Modo – Frenagem regenerativa

Vin

S1

EC

S2D1

D2

L

1ª ETAPA:

2ª ETAPA:

iL

Vin

S1

EC

S2D1

D2

L

iL


As chaves S1 e S2 comutam simultaneamente e de modo cíclico

Conversor reversível em tensão:3º Modo – Comando simultâneo

Tensão “+”D > 0,5

Tensão “-”D < 0,5

Vin

S1

EC

S2D1

D2

L

iL

Vin

S1

EC

S2D1

D2

L

iL

Vin

S1

EC

S2D1

D2

L

iL

Vin

S1

EC

S2D1

D2

L

iL


Conversor reversível em tensão:Equacionamento (comando simultâneo)

GANHO ESTÁTICO EM CONDUÇÃO CONTÍNUA

2 1o

in

VD

V

A tensão média na carga é dada por:

1in ino

V DT V D TV

T

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 11

0.8

0.6

0.4

0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

M D( )

D

ONDULAÇÃO DA CORRENTE DE CARGA

Ao final da 1ª etapa (t = ton) io = Imax:

2

1inVI D D

Lf

21inV

I D DLf

max min

in cV EI I DT

L max 2inV

ILf

max 2inV

ILf

Conversor reversível em tensão e corrente: Estrutura básica

Prof. Cassiano Rech

1. Tração: Operação no 1º quadrante

2. Tração: Operação no 3º quadrante

3. Frenagem: Operação no 2º quadrante

4. Frenagem: Operação no 4º quadrante

Vin

S1

LEC

D1

13

S3 D3

S2 D2

S4 D4

iL

+ vo -

Vin

S1

LEC

D1

S3 D3

S2 D2

S4 D4

iL

+ vo -

Vin

S1

LEC

D1

S3 D3

S2 D2

S4 D4

iL

+ vo -


S4 é mantida fechada, S2 e S3 são mantidas abertas, e S1 comuta ciclicamente

Conversor reversível em tensão e corrente: Tração (1º quadrante)

1ª ETAPA: 2ª ETAPA:

Tensão média positiva Corrente média positiva

Vin

S1

LEC

D1

S3 D3

S2 D2

S4 D4

iL

+ vo -

Vin

S1

LEC

D1

S3 D3

S2 D2

S4 D4

iL

+ vo -


S3 é mantida fechada, S1 e S4 são mantidas abertas, e S2 comuta ciclicamente

Conversor reversível em tensão e corrente: Tração (3º quadrante)


Tensão média negativa Corrente média negativa

Vin

S1

LEC

D1

S3 D3

S2 D2

S4 D4

iL

+ vo -

Vin

S1

LEC

D1

S3 D3

S2 D2

S4 D4

iL

+ vo -


S3 comuta ciclicamente, enquanto as outras chaves são mantidas abertas

Conversor reversível em tensão e corrente: Frenagem (2º quadrante)


Tensão média positiva Corrente média negativa

Vin

S1

LEC

D1

S3 D3

S2 D2

S4 D4

iL

+ vo -

Vin

S1

LEC

D1

S3 D3

S2 D2

S4 D4

iL

+ vo -


Conversor reversível em tensão e corrente: Frenagem (4º quadrante)


Tensão média negativa Corrente média positiva

S1 comuta ciclicamente, enquanto as outras chaves são mantidas abertas

Bibliografia

18

• Ivo Barbi, “Conversores CC-CC Básicos Não Isolados”.

• Muhammad H. Rashid, “Eletrônica de Potência: Circuitos, Dispositivos e Aplicações”.

• R. W. Erickson, D. Maksimovic, “Fundamentals of Power Electronics”, Second edition.

• José A. Pomilio, “Eletrônica de Potência”, UNICAMP. Disponível em: <http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/>.

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