EDUARDO DE SOUSA SARAIVA
   A c t i v i d a d e   D o c e n t e

E L E C T R Ó N I C A   D E  P O T Ê N C I A  II


P r o g r a m a   D e t a l h a d o

 

- Ano Lectivo 1999/2000 -

CHOPERS:
Introdução. Princípio de operação do choper redutor com carga puramente resistiva: formas de onda da tensão da carga incluindo o efeito da queda de tensão no interruptor, quando em condução; forma de onda da corrente na carga; valor médio da tensão da carga; valor eficaz da corrente de carga; definição do factor k (relação entre tempo de comando para condução e tempo de um período). Choper ideal com carga puramente resistiva: Cálculo do valor médio da potência transferida da bateria para a resistência; cálculo do valor da resistência equivalente para efeitos de valor médio da potência (resistência de entrada efectiva apresentada pelo conjunto choper + resistência).

Resolução do Exemplo 9.1 do livro base: Muhammad H. Rashid, Power Electronics Circuits, Devices, and Applications. Prentice-Hall, Inc, 1993, ISBN 0-13-678996-X.

Choper redutor com carga RLE série e um diodo em anti-paralelo com ela: determinação da evolução da corrente ao longo do tempo; determinação do regime permanente para o caso de condução contínua.

Possibilidade de ligação directa na adaptação DC-DC (abordagem Foch, Toulouse) . Caminho alternativo para a corrente na bobine do choper. As três topologias de funcionamento do choper redutor. Estudo das relações entre os valores médios do choper redutor. Valores relativos (por-unidade) para o choper redutor. Balanço energético para efeitos de valor médio da potência, no choper redutor, quando o período de repetição é muito menor do que a constante de tempo eléctrica. Expressão da ondulação de corrente no choper redutor, e sua simplificação quando o período de repetição é muito menor do que a constante de tempo eléctrica, para os casos de tempo de fecho constante e de tempo de repetição constante.

Choper elevador de tensão (abordagem Rashid): constituição; evolução da corrente na bobine; dedução do valor da tensão de saída em regime permanente.

 
Choper redutor em condução crítica (Abordagem Foch, Toulouse). Choper redutor em condução descontínua. Choper redutor em condução descontínua: caso em que Rc é desprezável. Choper redutor em condução descontínua: caso em que Rc é desprezável (finalização). Choper redutor: característica do valor médio da tensão de carga versus valor médio da corrente de carga, tendo tf/T como parâmetro; implicações sobre a facilidade de controlo.

Caracterização mais detalhada da carga em chopers elevadores, e valores médios em regime periódico. Valor médio da corrente no condensador e valor médio da tensão numa bobine.

Choper redutor e elevador: dedução do valor médio da tensão de saída. Choper redutor e elevador com transformador de isolamento: dedução do valor médio da tensão de saída.

Comportamento da corrente nas transições bruscas,  numa bobine com três terminais.
 
Choper elevador com bobine com tomada intermédia: fig 26 página B 10-26 (Foch): dedução da relação entre a tensão de saída e a tensão de entrada, em regime permanente.

Sugestão de problema para resolução em casa: fig. 28, página B 10-27 de (Foch). Resolução de problema relativo à Fig. 28, página B 10-27 de (Foch). Resolução de problema relativo à Fig. 29, página B 10-28 de (Foch).

Choper reversível em tensão. Choper reversível em corrente. Classificação dos chopers segundo Rashid: classes a, b, c, d, e. Choper reversível em tensão e em corrente: constituição, topologias necessárias, controlo de modo a obter a forma de onda desejada para a corrente de carga.

Filtragem à entrada e à saída dos chopers.

 Reguladores de tensão série (lineares): constituição, funcionamento, vantagens, desvantagem do aquecimento e fraco rendimento. Melhoria de rendimento possível com técnicas de comutação, isto é fugindo à zona de grandes perdas no semicondutor que serve de interruptor.

 Reguladores redutores de tensão chaveados (switching): constituição, funcionamento. Formas de onda. Cálculo da tensão de saída, da ondulação de corrente na bobine e da ondulação da tensão de saída

Resolução do Exemplo 9.4 do Rashid.

 Reguladores elevadores de tensão chaveados (switching): constituição, funcionamento. Formas de onda. Cálculo da tensão de saída, da ondulação de corrente na bobine e da ondulação da tensão de saída

Resolução do Exemplo 9.5 do Rashid.

 Regulador redutor/elevador (Buck-Boost; dévolteur-survolteur): esquema, funcionamento; cálculo da tensão de saída, da ondulação de corrente na bobine e da ondulação da tensão de saída.

Resolução do Exemplo 9.6 do Rashid.

 
Regulador de Cuck: (a) Esquema, funcionamento. (b) Cálculo da tensão média no condensador C1 e da tensão média de saída. (c) Cálculo da ondulação da corrente em L1 e em L2. (d) Cálculo da corrente média de entrada. (e) Cálculo da indutância L1 para  se obter uma ondulação, de corrente de entrada, com o valor desejado. (f) Cálculo da indutância L2 para  se obter uma ondulação, de corrente em L2 com o valor desejado. (g) Cálculo da variação da tensão no condensador C1. (h) Cálculo da variação da tensão no condensador C2.

 
Conceito de inversor.

Inversor com bateria com ponto central e carga puramente resistiva: comando, corrente e tensão na carga, valor eficaz da tensão e da corrente da carga.

Inversor com bateria com ponto central e carga do tipo RL série: comando, corrente e tensão na carga, protecção por díodos.
 

Inversor com bateria com ponto central e carga do tipo RL série: (a) Expressões da série de Fourier da tensão e da corrente de carga. (b) Valor médio da potência pedida pela carga, em função dos resultados das séries de Fourier da tensão e da corrente. (c) Determinação da evolução temporal da corrente na carga, supondo funcionamento descontínuo. (d) Cálculo do valor médio da potência pedida pela carga, em função das formas de onda de tensão e da corrente da carga. (e) Conduçaão descontínua

Inversor com bateria com ponto central e carga do tipo RC série: (a) Formas de onda de tensão e corrente e condições para o regime permanente.

 
Inversor com uma bateria, 4 díodos e 4 transístores: (a) Forma de onda da tensão da carga para o caso de comando adjacente sem esfasamento, e determinação das formas de onda da corrente de carga para cargas dos tipos RL série, RC série, RLC série para frequências do inversor que tornem a carga resistiva, capacitiva e indutiva; possibilidade de se usarem tirístores normais em vez de transístores quando a natureza da carga RLC série é capacitiva. Forma de onda da tensão da carga para o caso de comando adjacente com esfasamento, e determinação das formas de onda da corrente de carga para cargas dos tipos RL série,  RC série,  RLC série para frequências do inversor que tornem a carga resistiva, capacitiva e indutiva; possibilidade de se usarem tirístores normais em vez de transístores quando a natureza da carga RLC série é capacitiva. 

 
Inversor com uma bateria, 4 díodos e 4 transístores com  comando disjunto sem esfasamento: (a) Determinação das formas de onda da tensão e da corrente da carga para cargas dos tipos R e RL série.

Inversor trifásico em ponte, com comando adjacente (180 graus): introdução à forma de onda da tensão composta; formas de onda das três tensões compostas.

Inversor trifásico em ponte, com comando disjunto (120 graus): introdução à forma de onda da tensão composta; tensão composta para carga resistiva equilibrada.
 
 

 
 
Inversor trifásico em ponte, com comando adjacente (180 graus): forma de onda da tensão entre o neutro e a referência de tensão e formas de onda da tensão em cada uma das fases da carga, suposta ligada em estrela com neutro isolado: casos de carga do tipo série R, RL, RC, RLC e RLC+fonte trifásica equilibrada de tensão.
 
Inversor trifásico em ponte, com comando disjunto (120 graus): forma de onda da tensão composta para carga RL série com neutro isolado; tensão entre o neutro e a referência de tensão, para carga RL série com neutro isolado; tensão simples supondo carga RL série com o neutro isolado.
 

Controlo da tensão em inversores: necessidade do controlo, incluindo casos de manutenção do valor máximo da indução em enrolamentos com núcleo ferro, e casos de alimentação por bateria; controlo por esfasamento no inversor monofásico: valor eficaz, valor eficaz da fundamental, resíduo de harmónicas, gama de peração sem harmónicas excessivas.

 Melhoria da forma de onda para uma carga monofásica, usando três inversores monofásicos.

Controlo do valor eficaz (global) e do valor eficaz da primeira harmónica para a tensão monofásica, usando três inversores monofásicos.

Inversor trifásico formado por quatro pontes inversoras trifásicas, controladas de forma a melhorar a forma de onda à saida e controlar o valor eficaz global e o valor eficaz da primeira hamónica da tensão. Utilização das ligações estrela/estrela e das ligações triângulo/estrela.

 
Regulação da tensão por modulação: (a) Modulação para saídas com dois e três níveis de tensão. (b) Modulação linear. (c) Modulação sinusoidal em fase. (c) Modulação sinusoidal esfasada.

 Modulação sinusoidal muma ponte inversora trifásica.

Representação complexa dos valores instantâneos das correntes  de um sistema trifásico. Definição e significado físico em termos de enrolamentos de máquinas eléctricas.
 

Representação complexa dos valores instantâneos das correntes  de um sistema trifásico: (a) Cálculo das correntes instantâneas nos enrolamentos reais, a partir do conhecimento da representação complexa: variante geométrica e variante analítica. (b) Enquadramento da representação,  numa transformação mais global

 
Representação complexa das tensões de saída de um inversor trifásico, supondo a  não existência de corrente no neutro da carga. Dependência em relação à sequência de lançamento de impulsos para a condução. Aspectos práticos na visualização em osciloscópios.
 

 
 
Representação complexa das correntes de saída de um inversor trifásico, supondo a  não existência de corrente no neutro da carga, para carga trifásica puramente resistiva, puramente indutiva e para a ligação à rede trifásica, através de bobines. Dependência em relação à sequência de lançamento de impulsos para a condução.  Necessidade de assegurar um controle de fase quando da ligação a uma rede trifásica. 

 Inversores de média frequência com carga ligeiramente capacitiva, do tipo RLC série, e do tipo paralelo de C com série RL: formas de onda e razões do esquema de potência adoptado.

 Inversores de média frequência com carga ligeiramente capacitiva, do tipo RLC série: variantes do circuito de potência; valor eficaz da tensão na carga; valor máximo da corrente através da carga; valor médio da corrente fornecida pela bateria; potência fornecida pela bateria; corrente média num tirístor; máximo valor, da potência média fornecida por um inversor constituído por tirístores, em função dos valores permitidos para a tensão máxima ânodo-cátodo e valor médio da corrente em cada tirístor.

Inversores de média frequência com carga ligeiramente capacitiva, do tipo RLC série: formas de onda da corrente quando a frequência do inversor difere substancialmente da de ressonância (já não pode ser considerada sinusoidal).

Resumo e conclusões sobre as características dos inversores de média frequência, com carga ligeiramente capacitiva.

Comparação entre a representação complexa das variáveis instantâneas de um sistema trifásico sem componente homopolar (lição 31 de EPII) e a representação complexa de correntes estatóricas ou rotóricas por transformada complexa espacial  ( Secção 7.9 de CME). 

Modelo matemático de um conversor trifásico a alimentar um motor trifásico de rotor em curto-circuito, utilizando a representação complexa instantânea das grandezas tensão e corrente (Equação 7.87 de CME, com Vrg=0, combinado com tensões da página E20-6 de EPII, após normalização).
 

Funcionamento das fontes comutadas dc-dc, referentes às Figuras13-1(a,b,c,d,e) e 13-2(a,b) do Livro base: Muhammad H. Rashid, Power Electronics Circuits, Devices, and Applications. Prentice-Hall, Inc, 1993, ISBN 0-13-678996-X.

 
Formas de onda de um inversor trifásico: (a) PWM para eliminação das baixas frequências. (b) PWM para seguir referência de corrente. (c) PWM para controlo da 1ª harmónica. (d) Inversor trifásico, com ponto neutro feito por dois condensadores.

Vectores complexos correspondentes a um inversor trifásico de dois níveis de tensão (8 casos, mas sete vectores distintos). Vectores de tensão complexa instantânea correspondentes à rede trifásica ideal da EDP.  Vectores complexos correspondentes a um inversor trifásico de três níveis de tensão (27 casos,  mas 19 vevtores distintos). Utilização ponderada de três dos vectores tensão, para conseguir estabelecer uma corrente complexa instantânea quase circular, ou um fluxo complexo instantâneo quase circular. Utilização eventual de filtros.

Fonte de alimentação tensão contínua versus tensão contínua, reversível em corrente (DC-AC-DC): Figura 13.3 do Livro base: Muhammad H. Rashid, Power Electronics Circuits, Devices, and Applications. Prentice-Hall, Inc, 1993, ISBN 0-13-678996-X.

Fontes de alimentação de alta fiabilidade (“ininterruptíveis”) para tensão alternada versus tensão alternada (UPS): Figura 13.4 do Livro base: Muhammad H. Rashid, Power Electronics Circuits, Devices, and Applications. Prentice-Hall, Inc, 1993, ISBN 0-13-678996-X.

Fontes de alimentação de alta fiabilidade (“ininterruptíveis”) para tensão alternada versus tensão alternada (UPS) (continuação): Figura 13.4 do Livro base: Muhammad H. Rashid, Power Electronics Circuits, Devices, and Applications. Prentice-Hall, Inc, 1993, ISBN 0-13-678996-X.

Fonte de alimentação de alta fiabilidade: Figura 13.5 do Livro base: Muhammad H. Rashid, Power Electronics Circuits, Devices, and Applications. Prentice-Hall, Inc, 1993, ISBN 0-13-678996-X.

Fonte de alimentação de alta fiabilidade (continuação): Figura 13.5 do Livro base: Muhammad H. Rashid, Power Electronics Circuits, Devices, and Applications. Prentice-Hall, Inc, 1993, ISBN 0-13-678996-X.

Fonte de alimentação comutada DC-AC-DC-AC: Figura 13.6 do Livro base: Muhammad H. Rashid, Power Electronics Circuits, Devices, and Applications. Prentice-Hall, Inc, 1993, ISBN 0-13-678996-X.

 Fonte de alimentação ressonante DC-AC-DC-AC: Figura 13.7 do Livro base: Muhammad H. Rashid, Power Electronics Circuits, Devices, and Applications. Prentice-Hall, Inc, 1993, ISBN 0-13-678996-X.

Fonte de alimentação bidireccional DC-AC-AC: Figura 13.8 do Livro base: Muhammad H. Rashid, Power Electronics Circuits, Devices, and Applications. Prentice-Hall, Inc, 1993, ISBN 0-13-678996-X.

 Fonte de alimentação de estágios múltiplos, AC- DC-AC-DC-AC: Figura 13.9 do Livro base: Muhammad H. Rashid, Power Electronics Circuits, Devices, and Applications. Prentice-Hall, Inc, 1993, ISBN 0-13-678996-X.

Interruptor bilateral.

Cicloconversor com interruptores bilaterais: Figura 13.10 do Livro base: Muhammad H. Rashid, Power Electronics Circuits, Devices, and Applications. Prentice-Hall, Inc, 1993, ISBN 0-13-678996-X.

Controlo, por comando de fase, de tiristores em antiparalelo quando se pretende controlar a potência dissipada numa rresistência, com alimentação através de fonte de tensão sinusoidal: Figura 6.3 do Livro base: Muhammad H. Rashid, Power Electronics Circuits, Devices, and Applications. Prentice-Hall, Inc, 1993, ISBN 0-13-678996-X.

Controlo, por comando Ligado-desligado por ciclos inteiros, de tiristores em antiparalelo quando se pretende controlar a potência dissipada numa rresistência, com alimentação através de fonte de tensão sinusoidal: Figura 6.1 do Livro base: Muhammad H. Rashid, Power Electronics Circuits, Devices, and Applications. Prentice-Hall, Inc, 1993, ISBN 0-13-678996-X. Cálculo do factor de potência. Considerandos sobre tarifários.
 

Trabalhos laboratoriais:

I - Conversor DC-DC Switching. 
II – Inversor de fonte de tensão. 
III – Sistema de alimentação Ininterrupto (UPS). 
IV – Conversor AC-DC-AC 
V – HARMÓNICOS DA TENSÃO E CORRENTE DE SAÍDA DE UM INVERSOR TRIFÁSICO.
 
 

BIBLIOGRAFIA:

Livro base:
Muhammad H. Rashid, Power Electronics Circuits, Devices, and Applications. Prentice-Hall, Inc, 1993, ISBN 0-13-678996-X.
 


 

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Dep. Eng. Electrotécnica
Dep. Engenharia Electrotécnica
Fac. Ciências e Tecnologia
Eduardo de Sousa Saraiva
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Fevereiro 2001 / Resolução: 1024x768

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