antes e a ta tensão contínua E~!~ :=I! .. 1'- .. t b .. %

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antes e a ta tensão contínua

HERMíNIO DUARTE-RAMOS

Prof. Dr. Engenheiro Electrotécnico Scliering-lnstitut (T. U. H annover)

1 - INTRODUÇÃO

A produção de altas tensões contínuas tem sido sempre exigida nos en aios dos equipamentos electro-

mecânicos. como t o caso dos cabos eléctricos, e na investigação científica sobre a estrutura da matéria, em particular no domínio da física atómica e nuclear, ou na pesquisa tecnológica acerca do comportamento dos materiais isolantes sob a acção de elevados cam- pos eléctricos. As mesmas fontes de alta tensão contí- nua são requeridas em inúmeros processos industriais, por exemplo, na filtragem e purificação de gases e na pintura por via electrostática. ou ainda em aparelhos de raios X nas suas distintas aplicações. Nos últimos tempos a importância das altas tensões contínuas veio a sofrer enorme crescendo em consequência da prefe- rência pelas ultra-altas tensões contínuas no transporte de elevadas potências a grandes distâncias. De facto, o nível de isolamento das instalações de tensão contí- nua com o valor nominal de -+- 400 kV deve ser tes- tado à tensão contínua de 800 kV, enquanto nas redes a -+- 600 kV se exige a tensão contínua de ensaio de 1200 kV, e os equipamentos para -+- 800 kV serão en- saiados a 1600 kV, valores que, embora não acorda- dos internacionalmente, justificam o estudo cuidadoso das fontes de alta tensão contínua no sentido da maior economia, melhor eficiência e máximo rigor na mais perfeita segurança.

As fontes de alta tensão contínua são de duas na- turezas diferentes: geradores electrostáticos, que se utilizam sobretudo no domínio da investigação cientí- fica; e circuitos de rectificação da corrente alternada,

os mais usados nos laboratórios e na indústria em geral.

O presente estudo sistematiza as soluções pro- postas na produção de altas tensões contínuas espe-

cialmente para fins laboratoriais (ensaios fabris ou de investigação) ou industriais (raios X, filtragem de

COM 621.317.73 Pontas de medida

poeiras, etc.), excluindo a produção em redes de trans- porte de energia pois tais fontes não se aplicam a cor- rentes muito intensas.

2-GERADORES ELECTROSTÁTICOS

A primeira solução preconizada na produção de altas tensões contínuas encontra-se no gerador electros- tático. À semelhança dos geradores electrodinâmicos (dínamos e alternadores), em que as correntes nos con- dutores fluem contra forças electromotrizes induzidas,

nos geradores electrostáticos dá-se o movimento de cargas eléctricas, que constituem a corrente eléctrica, contra as forças electrostáticas impostas por diferen- ças de potencial.

A realização deste pensamento foi proposta em 1931 por R. J. van de Graaff, pelo que se designa nor- malmente este equipamento por gerador van de Graaff consntuindo o tipo de gerador electrostático de fit~

(fig. 1 a): uma fita isolante (por exemplo borracha) é

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c) Fig. 1 - Geradores electrostáticos van de Graafl

a) Gerador etectrovtâríco de fita

b) Principio do gerador van de Graaff c) Gerador electrostático de tambor

ELECTRICIDADE 120

393

394

".."",'ida ^I r ti is ^I 1 . ^dr s quais

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conclui-se que a poten ia m -

ção da fita é igual à poten ^I u ^{I I J} idr máquina van de Gra ff primítiv a Iun ^I nav rn em ar a pr são normal, [na o erv ^{I ,} ru r ^{JU I} d por humidade. po ira e m la. lérn d ^t n pro- duzida ser limitada pela d rga di rupuv ^t qu

da \ arn no ar à uperf ie do ^L rminal d alia ten ,

Estes inconvenient foram clirnínad n truind o

gerador num recipiente sob pr são, '

6 até 10 atmosfera . poi a J re - o ^Iigidez dieléctrica, ou ainda ^OU) outros ga de m • lhores propriedades eléctricas. Para c\ itar m ^f, n- de altura no laboratórios mu ito g rad r" \ an de Graaff pa saram a er construíd ¹¹¹ ci horizon- tal, ..sta di posição permite u r vá ri s gcrad r n seguir uns aos outros [3] no aceleram nt de parü- cujas até adquirirem alta energia. em tudos c p ri-

mentais de física nuclear. .. te tipo de gerador el - trostático de fita trabalha conl ten - d 1 k\' at cerca de 10 MV e com inten idad de rr nte d d 0,1 a 0,5 mA.

Para as aplicaçõc industriais lescnv lveu- e tipo de gerador electrostático de tambor (fig, 1 c). ince-

bem ^{rm u} d ^t n mt rna

r

^nt

-

r lulJ\. u difer n :a 1l11nun

d n lul

nU

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r ^I• ^'"

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II i ^I fi. _ unid d d ¹ ltern ^ln 1 d trnnsf rm d r d

n n rga hmi ^fi

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Fig. 1 - Esqaema. búico. de redifica· ^\\ , ^{I \}

I \

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^T1

çlo ,_{, ~} ^\_{, ~}

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'-^{/ '--}

,

_{_/}

.) Rectificaçlo de meia-oada sem eoa-

L:1 ^O n

^1.,

deasador de alisameato

-

^.

^•

b) RectificaçAo de meia-oada com eon- U.,

O O

^{iI t}

deu•• dor de .numeato

•

,

^{) t} 395

c) Rec:tificaçAo de oada-completa

QUADRO 1

V,ll{HC'\ C.\ractcrlsticos nos div ersos esquemas básicos de

produ ^\O de altas tcnsõe continuas por rectificação,

disso ~

O ~ U.

quer dizer. a corrente

ic

de descarga

exponencial do condensador sobre a resistência con- sumidora. que flui durante o tempo de bloqueio da válvula (quase igual a T). pode considerar-se prati-

carncnrc linear e por

isso

^a variação de carga eléctrica no condensador é

1 ~Qur:-'lA

fHNS\O ONTINUA

TENSÃO

DI" HIOQUFIO

o

(lpIOX.)

PICO

- o

u

meia-onda

onda-completa

·r

C

t...

^{U = { ir dr = T I,}

)0

20T 20,1'

Villard Grcinuchcr

Zimmermann- \Vilka

1

6U= (C

ou seja.

1 'ôU= 2fC

201' 20^T 20,1'

donde

namento a válvula rectificadora deve possuir urna ten- são de bloqueio igual à tensão de pico do transforma- dor OTl = 0^{7• C} o tempo de duração da passagem da

corrente é de meio penedo em cada período T da tensão sinusoidal aplicada.

fim de ali-ar a tensão contínua coloca-se em pa- ralelo ^C0J11 a revi-rência de carga ^UOl condensador de alisamento (fig. 2 b) com a capacidade C e que se des- carrega exponencialmente no intervalo de tempo em que a \ alvula bloqueia. Escolhendo para o circuito urna constante de tempo elevada é reduzida a sobre- posição, e fluirá através da válv ula um impulso de cor-

rente i cuja duração será tanto menor quanto mais elevada for a constante de tempo do circuito de des- carga do condensador de alisamento. A sobreposição calcula-se facilmente porque o tempo de condução da válvula é muito inferior ao período

T ==

^1/

^f

^{e além}

onde I traduz o valor da corrente contínua consumida.

A tensão de pico gerada ainda é igual à tensão de pico oferecida pelo transformador,

O = ^OT,

^{mas o}

valor médio é menos elevado pois há que descontar a sobreposição atrás ca1culada, atendendo a

U == ^{0- SU.}

Desprezando no entanto S

U.

na presença de

O

ainda se pode afirmar que a tensão contínua (média) é da mesma ordem da tensão de pico,

U ~ O == ^OT,

^{e de}

igual modo a tensão de bloqueio é sensivelmente dupla da tensão de pico do transformador

O

^{B ~} 2

O

^T·

•L •

u

u,•

" "'"

. ^t

.

o)

tAU U

..

t

ELECTRICIDADE 120

~ ~ IH ido de melh r ^I' a ondula ,U , reduzindo

... br I si:' I ara mclh r apr v itar trnns-

f( nu ..id 'r d ^Il aio [ l]. ^li mais ^{frcqu nt o iuema} d

rc

ctiiicaçõ:

d ⁰¹¹ la- ^)111{ I, ta (fig. 2

com um tran -

f rms dor d nsaio em ^11\( ntagcm imétri . n qua I ^O P

m

^{111di d}

^nr t

ln ¹⁾⁽ d alta tensã s liga l terra uh is

Iam

nu

d 1

"rn r

lativ ..nncnuc

t rra ~ m sm que na ^m d m ia- Ilda.

r duz a m tnd ⁽¹¹¹¹ ntr dua rc r

secutixas d t nd n ad r d ali ^{mente fi ndula-} ã men r, r duzind - e a m tade \ ai r d br iP i fio. P lo qu ntinuam ^{fi \} erificar- m I rimcira

apr ima o' (,I rc ra ^{l ri} ti anteri r .

aum nt de I ^t 'o i~ 6 6 po iv I rn m i r num ero de f . I i a I tên i pr J rei^On ^{J ,10}

numer de

r .

^{o qu ju} tifi ^t m m o u do

t rn d r ctifi

âo {rir

i andul - 1 ln

d r er ¹¹¹ mr i res c pa idade de ali m nto,

melh ra com o aumento do numero d fa (na) un

ca ocorre- de i lenta he aí i ) c é m i el vada ⁰¹¹¹ a u id da Irequên ia n I, rat no

chega-_... a utilizar 1 kl z.

I 'nsiío ti · pi ^O do tran formador. Por i ⁵⁰ acima de

ui 'umas dezena

de quil

v lt apr sentam-se

sem ínte-

on mi ,No de

tensõ

^mars elevada

utilizam-se qu ma que multipllcam ^o valor da ^too o

I 1,1 pcl tr nsform dor de ^CD ai .

O stud d te squcma há íc continua a

ndm iI^ir- que os u lcmcnt coo tituinte ...^o i leai m cncr ia n in tanto inicial, o que em nada

Ic ^u r ultado

Iém

di~ . P r implicid de,

m v zio, que não diferem s em arga p rquanto o

co rren L rn uilO fraca .

náll d

mecani

m

ela fado localiza-

d d P nto do cir- ra referencia rem o

a ln I, - a rra um ^Ler-

.~\AAI nd ^ri d ^Ira nsí rmador

J illard ^(fi 3 •

o

dupli de ^tcn ão, m

n nt d ^I n d . IIir r

id

n

1&. 3 - Jl'qUfrnaã 11ftlcos de mulfi ••Il.

Cf1r o dll ten ", C!ID \8110

li'

:J&Quema d VlIllll'd b) J~,quC!lnlt de G,clDucftfr

396 ^{c) Esquema} de ~.AmmuDllilln·'Vltka

paci-•

rtanto

de t n-

D

o

esquema de r tifica - nt ^TJ rmcnt

do fornecem uma tcn ão

conunua nc

ma un

ru

n ^DI nt

rvma

.... v

o J

. 'V

^\

-

•

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I t

.J

~

,...., I,

r='

r

Y, ~I

t

()

J' esquemas mnis complicndos. \ p:lI (ir do instante do

lignção

r

^nplicn-sc u rcnsao sinusoidn! ^til' pl'lo trnns- f\'1 mndor de ensaio \h.' no instaure Ii, durante o dcc ^{\U ~\'} d^l" mel: período. \)s pontos I c ^.L. seguem a

altcruúnci« p,'siti\., de li" porquanto cm vazio ^~l coustnnrc de tempo upr s ntnda ao conde nsador ^l in-

1'11\11,'. pelo que niio SI.: carrega. e nuo ha corrente de

c iudução \ isto que ,\ polaridade imposta à válvula rc..."...'ifiu, loru ,\ bloquc ia, \ s~gllir a t, da-s' a inversão

le polnridadc ^{do 11,.} n ^válvula fica polarizada no

,,,"li ido da condução. ^l' pn)\ oca-se porta nto o curto- -circuiio da salda. du ...rnt o qual a tensão de saída é nula. \lt: ocorrer ^t circula pela válvula lima corrente

[ue ^I. irrcga o ond msador \ b uma constante de ^{tcmp ')} pi .. ticamcut nula. qu r dizer, a ten ão nos bornes do

.. nd nsa lor segu a II. nsão apli ada uma \ cz que a

tcnsã. d salda, sendo igual à diferença (( /Ir u« é nula ¹¹¹ cada instante conforme impõe a válvula (n

potenc iul do pont ) 2 mantem-sr igual ^!I zero). ^l ins-

tant t cc nde nsador nconrra- arrogado à ten ão de pi ntgulh a lir. \ partir de 1 a tensão apli ada

li I. m :a a lr se r (diminui ^{l 111} dulo. P is e esta na

alt rnt n i~negativa), ou seja. ^P)I' um lado o tran f r-

IU. d r impõe ao ponto 1 um potencial meno negativo, e por outro lado a existência de uma esca ..,¹ resistên- cia ~hmica no circuite mantem ^11\' condena dor uma

tensão d ru du h, supe rior a ") de tlr. oc rrendo a inv er-

sã d p ilaridad ~ da \ ah ula, a qual dei a de ^l nduzir,

o que ('0101.<1 o conden ador num circuit ) com COB tante

de ternp infinita. p lo que retém a tensão - O'1'ao

seus rnes. en juanto a tensão de saída manif ta sinus oidal runs a oscilar em torno do \ alor medi,

ti

= ^0'1'.

^{dado que li =}

^0'1' +

^{lIT. DI..: te m do o pico da}

ten ^ã de saída ^l: duplo d ) pico da ten l{ aplicada p 'I tran formador. a sim com sucede à ten ão de bloqueio da válv ula,

OB = _

^{lÍ = _0'1'. Ta prática aplica-se te}

tipo de circuite nt tecn logia d s raio X. em aparelho simple. de diagnóstic e em in tala õe de filtragem de poeiras cm g..be".

O de envolv irncruo do esquema anteri ir. com \ ista a já ser possiv el intercalar o condensad r de alisamento

para c reduzir a ondula âo da tensão apresentada à aída, levou ao esquema de Greinacher (fig. 3 b) pela introdução de uma segunda \ áh ufa rectificadora [J].

Tarnb êrn intere a observ ar ern pormenor o mecanismo deste esquema por constituir a célula elementar da cascatas usadas na prática das muito altas tensõ es.

esta análise há a considerar três tados de funciona- mento com propriedade distintas: quando ^sÓ conduz a válvula V .. ficam ern série os doi condensadores de capacidades supo tas iguai C¹ e C. hav crido urna re- partição entre si da uas cargas iniciais de modo a igualarem-se as tensões em ambos ^Os conden adores.

em sobreposição aos efeitos da tensão aplicada que também se reparte igualmente pelos condensadores: se nenhuma das válvulas conduz. as variações sinusoidais da tensão do tran formador provocam uma variação sinusoidal do potencial O. do ponto 2, enquanto se conserva a tensão aos bornes dos condensadores; ao conduzir apenas a válvula V¹ (estabelecem-se as condi-

ções do esquema de Villard), a tensão na saída rnan- tem-se igual à do condensador C.. e a tensão no con- densador C^J oscila sinusoidalmente ⁵⁰b regência do potencial

O

^J imposto pela tensão do transformador.

Assim, após o instante inicial to e durante o primeiro quarto de período com tensão aplicada positiva e cres-

c .ntc dá-so ti polar idade directa da válvula V^2, que se

pôc cm condução c cuja corrente ca rrcga igualmente os

condensador .~. com tensões d0 amplitudes que me- dciarn a tensão oferecida em cada instante pejo trans- formador. No mstanre ^ti ambos () condensadores têm

nos seus bornes a rcn ão O,

/2.

partir de t, a tensão a piicada instunta nca men te ent ra cm decréscimo, cuja

redução se tende a repartir pelos doi conden adores,

mas dado qu ~ () circuito real empre é eivado de um

diminuto valor óhmico que retarda ligeiramente a des-

carga dos condensadores acontece uma inversão de po-

laridade entre ^Os pontos ') c 3. que tem por consequên-

cia () bloqueio da válvula que estava em condução. e

a sim \ e "Inanlêm-se ao potencial Or/2, enquanto o potencial do ponto 2 decre cc ^C)111 o decre cimento da tensão aplicadn juntamentel:Olll o potencial do ponto I (pois

0, 0.=0

¹

/2.

^{No instante (2 anula-se}

l) potencial do ponto 2. e a tensão aplicada iguala a tensão mantida por CI' f\ partir de tI. a tensão ^UI

rende ^i.l dar ao ponto 2 ^Cl potencial negativo. o me mo

é dizer prov oca a inv er '10 da polaridade da válvula VI. pelo que ta entra cm c ndução, obrigando o ponto .:. a manter- c no p tcncia] zero. enquanto C¹

e carrega ao ritmo da tensão do transformador. No mome ruo Is a tensão aplicada pelo transformador atinge o pico negativo - ú«, e o condensador C¹ está carregado a este valor. A eguir ao momento ta começa a fel. rcsce r o nu idulo de ^/Ir. e icorre a inversão de p laridade da válvula \'2. que pa a a bloquear. e a -

im o poten ial do ponto 2 vai crc cendo com a ubida d ^llr. pois o condensador ¹ conserva ao cus bornes a tensão - ^IIi e o potencial (j), 6 cada vez menos ne- gativo.

Em

^I, o potencial

02

^{iguala a tensão}

Or/2

mantida entretanto por ^2. e por con equência

o

^{= O2, DI;:poi ....de f 4 inverte- e li polaridade entre 2}

e 3, a válv ula \ torna a conduzir e coloca os doi condcnsadore em série, dando-se a sobrepo ição de doi fenómenos: a repartição das cargas eléctricas acu rnuladas nos condensadores. correspondente a um

t iral de 0¹

+

^{Or/2 = 3}

^DT/2,

que portanto após a re- partição dão a cada condensador uma contribuição para a tensão de 30r

/4:

^{a variação} da tensão aplicada.

que ao atingir o pico

o-

dá a cada condensador uma contribuição de

o-

2 (tal corno acontecera no primeiro

Juarro de período. em ^f J): assim o pico de tensão em C² alcança (3/4

+

^{1/'2) OT. ou seja, 5}

^Or/4.

^{enquanto a}

tensão aos bornes de C¹ se elevou a (3/4-1) Ü», isto é. - Or /4. Todo o mecanismo se volta a repetir periodi- camente. obtendo-se no instante tI; o pico 13

ar

^{/8, já}

m.ii-, próximo do valor teorico último

O

⁼

U

⁼ 2

Dr

para que tende o condensador C^2, embora o conden- sador Çl tenda a permanecer carregado a - OT. Cada

uma das válvulas acaba por ficar sujeita a uma tensão de bloqueio igual a 20^T• Este esquema é o mais im- portante por se e ....tender na formação de cascatas nas

rensõe-, muito altas.

Na triplicação da tensão uva-se o esquema de Zim-

mermann-W itka (fig 3 c) formado por dois e querna ^I) de Vil1ard cm oposição. e cujo mecanismo de funcio-

namento se compreende agora facilmente: a condução simultânea das duas válvulas carrega ambos os conden- sadores ao valor de pico da tensão do transformador.

Não se pode alisar a tensão continua de saída. a qual pulsa aproximadamente entre Or e 3 Or) portanto com

um valor médio V ⁼ 2 O,:, e um valor de pico O

=

³

o-.

sendo a tensão de bloqueio das valvulas ainda O^{B -} 2 ^Ür. 397

ELECTRICIDADE 120

398

nquanu ^{(S 'H\d} n~ dor s stu t usa d ío trnusf rmndor _•

qu ma ^11. t ¹¹ louia dos ra io

Iequ na I t ^'11 •ta.

I m-s dmitid:

1'1 li \': da t nsa

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Jl1 n umidor s d si\tl\ ^S di-

\ .. lor ihmi . ¹¹ ta hip ^I o Iuncionament

nd b ¹¹¹ igual ^{fi S 1'\ j}

o

em \

asi

dei ^t; pro-

bastante fu~ 4). \ diícrcn ¹ sscn ial resid no

J tnm nt I cad ..^'! ndens: dor, I de uma nstante d t

mr

^{l infinitr}

uma onstante de temp ^J bastante 3h ^{1 1113} finhn

..1pai nuento de e p n

nciais

de t r n dos

dr. praticam nt lineares li cirnm nt d id is,

P lr nun ed rem a dura ão de um p II do d ¹ n- idal apli da. m \ ^C1 de r ^la h riz ntai

1110 nstata ^{CUl \ ci 10.} I ste fn ^t p

- o intermitente d: \ ( lvul n r tn J irn nt d s ndi l oh erv ada no fun ionarncnto cm \ ^{a71 • )} n- d lugar a ^UJ11a queda d I I. nf ^nu

determin u no quem s uo I r

c empl . n squema de Ir ina h r ( IS b), que apresenta a ^melhore propriedade a ^I n \ d

sador C d ^r e do 'ai r rn xim at um """- mínimo, hax cnd a variação de tensã

nm

-

lJlM

d tcn o ^C' nunu ^t m mo

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Fi • ~ - Esqnemas bi COI de lnulllpU.

CII~O d. (rado, cm (.1'&.

) E6qIJc:m. de "Ulard

b) E6quema de Gnhaacku

c) etquemll de 7JmmermllJla.Wltka

"T

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I. ^~

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f:::;) II

\D f-':'

C

_•

_U

-

_r

-"1 ^I:>

-

com

U, I 4 n³

+

^{3112 _J_ 11}

6 = · ---

jC 6

e

I

jC

^•

n (11 ^-l- 1) 6

anteriormente evidenciado. usando- e 500 Hz ou ^Dl\?STIlO

1 kHz).

Especialrnentj- quando o número de andare é

grande a cascata assimétrica des rita tem o in

nv

c- niente de erern relativ arnente altos. em carga, os valo-_{._}

res da sobreposição ôU ou da queda de ten - 6U.

Com a cascata de Greinacher imétri a (fig._.... 5 b) ate- nua-se e te inconv eniente .

Para corrente superiore a 50 m ainda e tem construído a cascata de transiormadores de ipoio cuja vantagem está em con eguirem altas c rrentes com bai a ondulação em fontes de reduzida r sistên-

cia interna: os enr lamentos de baixa tensão do tran·

formadores de apoio têm de er colocados a potenciais elevados nos andares suce sív

o~,

o qu se p de fazer com geradores de veio electricamente i olado (fig. 5 c).

mas dá-se obviamente primazia a transforrnad. res de

i olarnento (fig. 5 d. f. g.), que eru qualquer ca tor- narn o esquema muito mais caro que a la ata d Greinach r. Observa-se que nos sue siv os andares ali- montados pelos transformadores de ap iio e pode usar o esquema de Greinachcr (fig. 5 f). ou o e querna de rectificação em ponte (fig. 5g) o qual ^CODl capacidade

e filtros permite obter urna alta tensão contínua com uma ondulação inferior a 1

%0.

~u=

podendo reduzir-se a queda de tensão

6.

U' se as capa- cidades dos andares forem graduadas: no andar su- perior existe a capacidade C, no penúltimo 2C, e assim sucessivamente, até ao valor nC no primeiro

andar, então deduz-se

I

jC

I

/u- jC

I...> - • II ,

além de se concluir que outro método de reduzir a queda de tensão consiste no aumento da frequência (com o que se consegue diminuir a ondulação, aliás já

.,

FiC. .5 - Esq.emu em ^caKata de mul- tlpllcaçlo da teDslo

a) Cate." de Greiaacl.u assi.mHric.

b) Cate." de Grei.acber .imitric.

c) Calca.. de traasform.dore. de apoio.

com ger.dor~

d) Cate." de tnDsforaaadores de .polo.

com tr'a.sformadore5 de '.o.ame.to e) Cuca.. d. tra• .rormadora d. .poio

com nclificaçto d. Grci.. d••

f) Cuca.. de trauforlalMlOlU éI. .poio com nctifinçlo e. pODte

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ELE TRlCIDADE /20

399

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do fan ido, , lindn-sc o ditou c eleva- c o grau de vá-

uc . ,~ an do ^J od m fazer- c de ferro pur • ma

m ánodos d volfrâmi •

maior

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tensão

de bl ueío ad ¹¹¹i slvcl, J(l • Iabri tram r

uf.

dor dê ai vá uo m uma t n o d bloqu 10 de 4 kV c ^Uma

rrcnre de sauira J até S olA. mas cm geral u m- .~ até I kV c para orr n ^até algum dezenas de

miliam] r I t li de roctlf. ^{d r} é pecialmente

upli do cm ^H1 tala ( d ^{rOI '} p rquc o ^tubos crc m ,1 m m t mpo fun de lu raio X.

C \ tubo dr gá • cu] s ^l berto p r

unad ¹ id . n h m- rlmcnte m \ p r de

b urna pr ordem de 210' Torr,

n1UIlO o p l sn J 01 ra limite ^{a tcn O} de

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Iicadc r lU ^{nUI1\. t} r ^fi ita :'0. por se ^lerem

desenv. lvi lo nrr tanto m Ihore J r ~ s. eu 11-

tra- lifi tdores mecânicos ^{(fi', () 1).} contia tuídos p r l ntn ^l s fixl S c ntn ^l mov eis ^l1l

f nu. ^{d • gullu . ndo t n j} nados I r ^um m ^nor

..,1Il'r n ^(I ru ^{I1t ;Onl \} I idad d ^10l.1:'

tante ln que ~ ^{re, liza C( nta} 10 ^I r íisrup ..^{l J1} ar ent re ^{S J )10s} fi (

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mo' i . I l cqu ip m ^'1l0~

cscmam I ^fi rol u tez igem p li o l m] de

p rmanent nã a lmir ¹¹¹ ran-

argas (n m im j m~) t nsão conunur

pr duzida ^L nt m ^{l dr \} i1 muitas Imr rfci 'õ . om

vários pi o d ^I nsã . devid ^fi r cl tricc n

ar. P 1 que ndon u o dcscnx h imcnto d ^t aparelho

De Ia ^l o ^{tu s} r tifi ado: . quer d cuo u r

heio d gás, a1111 de l d aqu ido, mostr 111

melh r \ ^nt gen p r UI relu pOU o I e pr . uma ^{di l} r - ^o rei. tiv; ment pequ na

da orrentc c da ^l n m ntrap rtid po uern e ca r u tez n lni . dum 50 de 'Ida

limitada, e grande_... ^li to no i I..^1l1CnlO do ^l d \ ^t to

que o u aque imcnt ^{l lá} a p ten ial ^{dLI lt ten} 50

conunua

o tubo d alto \ ¹⁰ (fig b ^do

cátodo p de aumentar- e atrav da el

pcratura de aqu iment cm ra ~ d

da ua duraçã de \ id ia, uma ^{C011 i\}

(próxima da orrerue de tum - o) clev rotura d ânodo, prox o and a la nacã d Ir- d

ânodo durante ) mterv lo de loquei. o que límin o efeito de rc li fi :5.0 Para JC\ ^c r a I en ^I PI'( - longar a duração de \ ida utilizam- fi de \ lírãmi m no ⁿ talino n ^t do. realiz . m nrr

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fig. 6 - Tipo. de r IUle: dor aI Rect.f. dor m nico

II) Rectlflcador de uo \ 110

c) Rectlficador de \ opor de me" úr o

U - nodo pnnclpai 1 - relh de com ndo ^{3 -} reli" de de onll o, 4 - eléctrodo de endim ruo: 5- ânodos de excnaeao: 6 - eátodo de

mercúrro)

d, Rectlflcador de emicondutore

e) Capacidade própnas e eanacíd de de terr num rectific dor de scrru- condutores

f) J)lI~tnl>ulç o da teu ao peln célula semlcondutoras em êr re

e) GDr reter] uca de um rectificador do

semicondutore

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normais são de 30 a 600 A até 3 kV. 1l1aS enl ca50S espectai ... atinge-se 20 k V. Tais caractcnsticas levara m ti sua aplicação nas redes de transporte de energia enl

corrente continua onde se comandam grelhas em rec- tificadores deste tipo dc ...de 50 kV ate varias centenas de quilov olt com correntes de algun-, quiloarnperc.

. _{.._}grande vantagem_.... destes rectificadores reside na sua elevada potência, mas têm o inconveniente de ser

onerosos por exigirem \ árias invtalações auxiliares caras.

As dificuldades suscitadas no aquecimento dos rec- tificadores de tubo levaram cada vez ruais à preferen- cia dos rectificadores semicondutores (fig. 6 d), que alias o desenvolvimento tecnológico permitiu, cons- truidos ob a forma de coluna de rodelas de um ma- terial semicondutor, empilhadas e comprimidas por molas dentro de um ci1indro isolante conl tampas me- tálicas. Primeiro usou-se o selénio, depois o germânio

e finalmente o silício. sempre no caminho das maio- res potências, em con equência das propriedades ma- nifestadas quanto à máxima tensão de bloqueio e à

maior densidade de corrente admissivel (Quadro 11). As

QUADRO II

Ordens de grandeza das características dos materiais semi- condutores para rectificação [4]

MATERIAL TENSÃO DE BLOQUEIO CARGA ADMISStVEL

peza: tal não se manifesta porém nos rectificadores de

selemo até 600 kv , para pequenas intensidades de cor- rente.

Moderna mente, nas fontes de alta tensão continua usa-se em exclusivo o tipo de construção com semicon- dutores. Convem por isso chamar ainda a atenção para a sua peculiar curva característica. relativa à maneira

corno a tensão continua varia com a intensidade de corrente. cuidado importante no correcto dimensiona- rnento da fonte de tensão contínua. De facto as válvula ~ rectificadoras afastam-se do comportamento ideal. so- bretudo pela queda de tensão provocada na pas-agern da corrente. resultando uma dependência inlinear en-

- -

tre a corrente continua I e a tensão continua U (fig. 6 g):

havendo n células em serie percorridas pela corrente I a queda de tensão total sera

6

U em relação ao valor em vazio Uno mas este valor é inferior a U^o1 que real- mente existe em vazio pois há que atender à dependeu- cia de cada célula. verificando-se

U-

=

U; - 6. U

=

(U^{01 - 11} Ucel) - k I

onde k é um factor de proporcionalidade função da aplicação do rectificador e U^cel traduz a queda de tensão eru cada célula (valor de 0,6 a ].2 V).

7 - CONCLUSõES

As fontes de alta tensão contínua são baseada ~ em dois princípios. o transporte de cargas eléctricas e tá-

ticas, que levou aos geradores van de Graaff. usados sobretudo nas experimentações da frsica por 5e limita- rem a correntes de poucas dezenas de miliampere em- bora se atinjam tensões de 10 M\'. a rectificação da corrente sinusoidal. hoje realizada por semicondutores de selénio ou sihcio, que permite já fornecer correntes ma lares por meio de esquemas de aprov eitamento da alta tensão fornecida por um transformador de ensaio:

para tensões pouco altas, até 100 kV. satisfazem esque- mas simples de rectificação com condensador de alisa- meruo (meia-onda ou onda-completa), mas para ten ..

sões mais elevadas. onde o transformador se tornaria exce ...siv arncnte caro. prefere-se multiplicar a tensão em ligaçôes singelas de unidades rectificadoras e condensa- dores. sobretudo na duplicação pelo e quema de Grei-

nacher, maiores multiplicações fazem-se em cascatas, quer por transformadores de apoio em andares suces- sivos de rectificação, quer sobretudo pela cascata dos modulas de Greinacher.

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[6] H. Duarte-Ramos Fontes de alta tensão alternud a: ELEC-

TRICIDADE (1975) n." 117. p. 259. 401

ELECTRICIDADR 120

por célula [VI

por camada

IA cm-²⁾ SEMICONDlITOR

Selénio Germânio Sihcio

0.1 a 0.5

50 a 150 50 a 150

30 a 50

150 a 300 1000 a 2000

unidades de grandes dimensões são ainda condiciona- das pelas capacidades de terra (fig. 6 e), as quais pro- vocam uma distribuição inlinear da tensão pelos seus elementos. de modo que as camadas mais afastadas da terra ficam submetidas a maiores esforços eléctricos (fig. 6 f). Ora os rectificadores de silício para instala- ções com correntes superiores a 1 A possuem reduzida capacidade própria. sendo necessario sempre a mon- tagern de conden adores em paralelo com as sucessiv as células de rectificação a fim de se uniformizar a distri-

buição da tensão: já com os rectificadores de selénio se dispensa esta preocupação até à tensão de bloqueio de 600 kV em resultado da sua elevada capacidade própria. Em contraposição os rectificadores de selénio

são mais volumosos que os de silício e têm pior rendi- mento. A escolha do material adequado a cada caso concreto terá em consideração todos estes aspectos, e por isso quando as dimensões são pequenas usa-se o silício, mas em geral nos laboratórios, onde se exigem correntes máximas de algumas centenas de miliam- pere. as unidades de selénio conduzem a maior econo- mia. As vantagens dos semicondutores na rectificação são manifestas: possibilidade de adaptar a tensão e a corrente colocando em série e ern paralelo as camadas dos elementos rectificadores; independência de fontes auxiliares: elevada carga admissível; duração de vida

ilimitada; manutenção fácil e económica; escassez do espaço ocupado. Surge o inconveniente da reparti- ção da tensão de bloqueio ao longo dos elementos.

que se uniformiza por meio de condensadores sempre que se torne necessário mas obrigando a maior des-