Pré-reguladores de fator de potência

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Aulas anteriores
• Conceitos fundamentais de fator de potência e
distorção harmônica
• Cargas não lineares
• Correção passiva do fator de potência
Prof. Cassiano Rech
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Capítulo 4
• Correção ativa do fator de potência
Principais métodos utilizados
Conversor boost em modo de condução descontínua
Conversor boost em modo de condução contínua
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Introdução
• Correção passiva do fator de potência
Introduzir elementos passivos (resistores, indutores, capacitores) para aumentar o fator
de potência
Se o fator de potência da carga mudar, o circuito compensador projetado poderá se
tornar ineficiente
Circuitos passivos usualmente são simples e robustos, mas são volumosos e pesados
• Correção ativa do fator de potência
Empregam interruptores controlados associados a elementos passivos para aumentar o
fator de potência
Se o fator de potência da carga mudar, o circuito compensador poderá se ajustar e
continuar operando adequadamente (operação em malha fechada)
Circuitos ativos usualmente são menos robustos, mas são mais leves e menos
volumosos
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Introdução
• Soluções preventivas
Passivas: Indutor Montante e Jusante, Filtros LC
Ativas: Pré-reguladores de fator de potência
• Soluções corretivas
Passivas: Filtros Sintonizados
Ativas: Filtros ativos
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Pré-reguladores de fator de potência
• Retificador com filtro capacitivo
Corrente de entrada com elevada
distorção harmônica
iin(t)
vin(t)
C
R
Tensão CC de saída não é regulada
iin(t)
vin(t)
CC-CC
• Pré-regulador de fator de potência
C
R
Inclusão de um conversor CC-CC
entre o retificador e o filtro capacitivo
Corrente de entrada senoidal e em
fase com a tensão da rede
(comportamento de um resistor)
Tensão de saída regulada
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Pré-reguladores de fator de potência:
Conversor boost
• Tem sido o conversor mais utilizado para correção do FP
• Entrada com características de fonte de corrente e saída com características
de fonte de tensão
• Como a corrente de entrada não é interrompida (no modo de condução
contínuo), as exigências de filtro de EMI são minimizadas
• A tensão de saída é sempre maior que o valor de pico da tensão de entrada
• Pode operar em condução descontínua e contínua
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Fonte: J. A. Pomilio, “Pré-reguladores de fator de potência”
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Pré-reguladores de fator de potência:
Conversor buck-boost
• Permite ter tensões de saída menores ou maiores do que a tensão de entrada
• Facilidade de introdução de isolamento entre entrada e saída
• Característica de fonte de tensão na entrada e na saída
• Elevada EMI conduzida, pois a corrente de entrada é descontínua
• A tensão no interruptor é soma das tensões de entrada e de saída
• Inversão na polaridade da tensão de saída no circuito não isolado, podendo
trazer alguma dificuldade adicional para o controle
Fonte: J. A. Pomilio, “Pré-reguladores de fator de potência”
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Pré-reguladores de fator de potência:
Conversor buck
• A tensão de saída é sempre menor que a tensão de entrada
• Devido a isso, o conversor abaixador (buck ou forward, se for isolado) tem
uso muito restrito como pré-regulador de fator de potência, uma vez que
introduz uma zona de corrente nula na entrada (quando a tensão de saída é
menor do que a tensão de entrada.
• Ainda, como a corrente de entrada é sempre descontínua (devido à ação do
interruptor), apresenta valores elevados de EMI conduzida
Fonte: J. A. Pomilio, “Pré-reguladores de fator de potência”
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Pré-reguladores de fator de potência:
Outros conversores
• Os conversores abaixo também possuem características de fontes de
corrente na entrada
• Operam como conversor abaixador-elevador
• Maior número de componentes
• Maiores esforços de tensão e corrente nos semicondutores
Cúk
Sepic
Fonte: J. A. Pomilio, “Pré-reguladores de fator de potência”
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Pré-reguladores Reversíveis
• Utilizados em aplicações industriais monofásicas e trifásicas;
• Permitem regeneração de energia durante a frenagem de sistemas motrizes.
• Operação em 4 quadrantes.
Q1
v1
L1
v2
L2
v3
L3
D1
Q3
D3
Q5
D5
+
CO
Q2
D2
Q4
D4
Q6
RO
D6
-
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Filtros ativos
• Os filtros ativos são conectados com a rede elétrica para eliminar distorções
da tensão da rede (filtro ativo série) e harmônicos de corrente (filtro ativo
paralelo)
• Um filtro ativo série protege a carga contra perturbações na tensão da rede,
tais como flutuações, harmônicos e notching
• Um filtro ativo paralelo funciona como um caminho de baixa impedância para
harmônicos de corrente.
Fonte: F. Pottker, Tese de Doutorado
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Filtro ativo paralelo
Filtro ativo paralelo (shunt): atua como uma fonte de corrente controlada que
injeta uma corrente de compensação Ic que se soma à corrente da carga não
linear IL, cancelando as distorções e desbalanços desta, de forma que a
corrente drenada da fonte IS tenha uma forma de onda senoidal e balanceada.
Fonte: Aredes et al.
(SBQEE 2005)
Filtro ativo paralelo
(fonte de corrente controlada)
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Filtro ativo paralelo
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Filtro ativo Série
Filtro ativo série : atua como uma fonte de tensão controlada que injeta uma
tensão de compensação vh que se soma à tensão do alimentador, cancelando
as distorções e desbalanços desta, de forma que a tensão na carga tenha uma
forma de onda senoidal e balanceada.
Sistema Alimentador
Fonte
CA
Zs
Vh
Carga
PCC
Filtro série,
configuração VSI
Lv
Vcc
Ccc
Cv
Filtro ativo série
(fonte de tensão controlada)
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Condicionador universal de
qualidade de energia (UPQC)
Em situações em que as correntes drenadas pelas cargas e as tensões da rede
apresentem simultaneamente distúrbios, uma combinação de filtro ativo série
com o filtro ativo paralelo, o qual é conhecido como UPQC, pode ser usada.
“A corrente compensada Is e a
tensão compensada VL são ondas
senoidais e balanceadas. Ainda, o
controle do filtro ativo paralelo faz
com que a corrente compensada
esteja em fase com a tensão,
compensando o fator de potência da
carga.””
carga.
Fonte: Aredes et al.
(SBQEE 2005)
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Filtro
ativo
série
Filtro
ativo
paralelo
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Condicionador universal de
qualidade de energia (UPQC)
Controlar o fator de potência de entrada
(deslocamento de fase e harmônicos).
Regular a tensão dos capacitores do
barramento CC.
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Regular a tensão na carga.
Poderá fornecer potência ativa e reativa.
A potência ativa processada pelo compensador é
fornecida pela energia armazenada no barramento CC.
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