Capítulo 2
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Eletrônica de Potência II Capítulo 2 Prof. Cassiano Rech [email protected] Prof. Cassiano Rech 1 Conversores CC-CC Não Isolados • Buck (abaixador) • Boost (elevador) • Buck-boost (abaixador-elevador) • Conversores reversíveis Reversível em corrente Reversível em tensão Reversível em tensão e corrente Prof. Cassiano Rech 2 Introdução • 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 que carrega baterias quando a rede elétrica está normal. Porém, ao ocorrer uma falha na rede, as baterias fornece energia através do conversor Rede pública de energia Pré-regulador Inversor Saída Conversor bidirecional Banco de baterias Prof. Cassiano Rech 3 Quadrantes de operação PRIMEIRO QUADRANTE Fonte Carga SEGUNDO QUADRANTE Vo I II Carga Fonte Tração IV III TERCEIRO QUADRANTE Fonte Carga Tração (sentido inverso de rotação) Prof. Cassiano Rech Io III I Carga Fonte IV Frenagem regenerativa (sentido inverso de rotação) Io I II IV III QUARTO QUADRANTE Vo II Frenagem regenerativa Vo Io Vo II III I IV Io 4 Quadrantes de operação DOIS QUADRANTES Reversibilidade em corrente Mesmo sentido de rotação Tração e frenagem DOIS QUADRANTES Reversibilidade em tensão Vo II III I IV Tração e frenagem Io QUATRO QUADRANTES Reversibilidade em tensão e corrente Tração e frenagem Ambos sentidos de rotação Prof. Cassiano Rech A polaridade da fcem deve ser invertida na frenagem Vo II III I IV Io Vo II I III IV Io 5 Conversor reversível em corrente: Estrutura básica S1 D1 R Vin S2 L D2 EC • Três modos de funcionamento: 1. Modo tração 2. Modo frenagem regenerativa 3. Interruptores comutando complementarmente Prof. Cassiano Rech 6 Conversor reversível em corrente: 1º Modo – Tração A chave S2 é mantida permanentemente aberta e S1 comuta ciclicamente 1ª ETAPA: S1 D1 R Vin L iL S2 D2 S1 D1 EC 2ª ETAPA: R Vin L iL S2 Prof. Cassiano Rech D2 EC 7 Conversor reversível em corrente: 2º Modo – Frenagem regenerativa A chave S1 é mantida permanentemente aberta e S2 comuta ciclicamente 1ª ETAPA: S1 D1 R Vin L iL S2 D2 S1 D1 EC 2ª ETAPA: R Vin L iL S2 Prof. Cassiano Rech D2 EC 8 Conversor reversível em corrente: 3º Modo – Comando complementar As chaves S1 e S2 comutam complementarmente e de modo cíclico Corrente “+”: Corrente “-”: S1 S1 D1 R Vin L D1 R Vin iL S2 D2 S1 D1 iL EC R Vin L S2 D2 S1 D1 Prof. Cassiano Rech D2 EC R Vin iL S2 L L iL EC S2 D2 EC 9 Conversor reversível em tensão: Estrutura básica S1 L Vin EC D1 D2 S2 • Três modos de funcionamento: 1. Modo tração 2. Modo frenagem regenerativa 3. Interruptores comutando simultaneamente Prof. Cassiano Rech 10 Conversor reversível em tensão: 1º Modo – Tração S1 ou S2 é mantida fechada e a outra chave comuta ciclicamente 1ª ETAPA: S1 L Vin EC D2 iL D1 S2 2ª ETAPA: S1 L Vin EC D2 iL D1 Prof. Cassiano Rech S2 11 Conversor reversível em tensão: 2º Modo – Frenagem regenerativa S1 ou S2 é mantida aberta e a outra chave comuta ciclicamente 1ª ETAPA: S1 L Vin EC D2 iL D1 S2 2ª ETAPA: S1 L Vin EC D2 iL D1 Prof. Cassiano Rech S2 12 Conversor reversível em tensão: 3º Modo – Comando simultâneo As chaves S1 e S2 comutam simultaneamente e de modo cíclico Tensão “+” D > 0,5 Tensão “-” D < 0,5 S1 L Vin EC D2 S1 L Vin D1 D1 S2 S1 L EC Prof. Cassiano Rech S2 S1 D2 L Vin iL D1 D2 iL iL Vin EC EC D2 iL S2 D1 S2 13 Conversor reversível em tensão: Equacionamento (comando simultâneo) GANHO ESTÁTICO EM CONDUÇÃO CONTÍNUA 1 0.8 0.6 A tensão média na carga é dada por: 0.4 0.2 Vo = Vin DT − Vin (1 − D )T T Vo = 2D − 1 Vin M ( D) 0 0.2 0.4 0.6 ONDULAÇÃO DA CORRENTE DE CARGA 0.8 1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 D Ao final da 1ª etapa (t = ton) io = Imax: Imax Prof. Cassiano Rech Vin − Ec DT = Imin + L 14 Conversor reversível em tensão e corrente: Estrutura básica S1 D1 S2 iL Vin + S3 1. 2. 3. 4. Prof. Cassiano Rech D2 EC L vo D3 S4 D4 Tração: Operação no 1º quadrante Tração: Operação no 3º quadrante Frenagem: Operação no 2º quadrante Frenagem: Operação no 4º quadrante 15 Conversor reversível em tensão e corrente: Tração (1º quadrante) S4 é mantida fechada, S2 e S3 são mantidas abertas, e S1 comuta ciclicamente 1ª ETAPA: S1 2ª ETAPA: D1 iL Vin + S3 D3 EC L S2 S1 D2 D1 iL Vin vo S4 + D4 S3 D3 EC L vo S2 D2 S4 D4 Tensão média positiva Corrente média positiva Prof. Cassiano Rech 16 Conversor reversível em tensão e corrente: Tração (3º quadrante) S3 é mantida fechada, S1 e S4 são mantidas abertas, e S2 comuta ciclicamente 1ª ETAPA: S1 2ª ETAPA: D1 iL Vin + S3 D3 EC L S2 S1 D2 D1 iL Vin vo S4 + D4 S3 D3 EC L vo S2 D2 S4 D4 Tensão média negativa Corrente média negativa Prof. Cassiano Rech 17 Conversor reversível em tensão e corrente: Frenagem (2º quadrante) S3 comuta ciclicamente, enquanto as outras chaves são mantidas abertas 1ª ETAPA: S1 2ª ETAPA: D1 iL Vin + S3 D3 EC L S2 S1 D2 D1 iL Vin vo S4 + D4 S3 D3 EC L vo S2 D2 S4 D4 Tensão média positiva Corrente média negativa Prof. Cassiano Rech 18 Conversor reversível em tensão e corrente: Frenagem (4º quadrante) S1 comuta ciclicamente, enquanto as outras chaves são mantidas abertas 1ª ETAPA: S1 2ª ETAPA: D1 iL Vin + S3 D3 EC L S2 S1 D2 D1 iL Vin vo S4 + D4 S3 D3 EC L vo S2 D2 S4 D4 Tensão média negativa Corrente média positiva Prof. Cassiano Rech 19 Bibliografia • 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/>. Prof. Cassiano Rech 20
