Estudo e realização de um conversor direto à transistor para acionamento de servomotores de corrente contínua

1

\l

.UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA ‹

ÊÃPROGRAMA DE POS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELETRICA

ESTUDO E REALIZAÇÃO ›DE UM CONVERSOR DIRETO Ã

TRANSISTOR PARA ACIONAMENTO DE SERVOMOTORES

DE CORRENTE CONTÍNUA

DISSERTAÇÃO SUBMETIDA Ã UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA

CATARINA PARA OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM ENGENHARIA

'LARRY FIORI OLLÉ

FLORIANOPOLIS, DEZEMBRO 1986

. ESTUDO E REALIZAÇÃO DE UM CONVERSOR DIRETO Ã TRANSISTOR PARA ACIONAMENTO DE SERVOMOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA

;Larry Fiori ollé, _{_.¡}

ESTA DISSERTAÇÃO FOI JULGADA PARA A OBTENÇÃO DO TÍTULO DE MESTRE EM ENGENHARIA. ESPECIALIDADE ENGENHARIA ELÉTRICA

E APROVADA EM SUA FORMA FINAL PELO CURSO DE POS-GRADUAÇÃO

gira

Prof. Ivo Barbi, Dr. Ing

ORIENTADOR

Z

Prof. Luiz Gonza ouza Fonseca, D.Sc Coordenador do Curso de Pós-Graduação

em Engenharia Elétrica

BANCA EXAMINADORA

Prof. Ivo Barbi, Dr. Ing.

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P of Arnald Jo e Perin , Dr . Ing.

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`PrõfÍ _{Denizar Cr Martins, Dr.}

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à à à M¿nha Mãe Meuó Auoó Meuó Tioó iii

lV

AGRADECIMENTOS

Muitas pessoas, de uma forma ou de outra, colabo raram para o desenvolvimento deste trabalho. Assim, gostaria de deixar registrado o meu agradecimento.

Ao meu orientador, Prof. Ivo Barbi, pelo acompa nhamento constante dispensado ao trabalho, pela atenção com que sempre me recebeu e principalmente, pela dedicação ao curso de

Eletronica de Potencia.

Ao Prof. Arnaldo José Perin pela colaboração pres tada e atenção dispensada no decorrer do trabalho.

Ao grupo técnico do LAMEP (Laboratório de Máquinas Elétricas e Eletrônica de Potência) Gilmar Darli Vieira, Luiz

Marcelius e Nazareno Batista pela presteza e boa vontade com que

sempre me atenderam e auxiliaram.

Á Marlei da Silva Costa, pela dedicação e profis sionalismo com que desenvolveu o trabalho de datilografia.

Agradeço também ao CNPq pela bolsa de estudo con cedida.

$ U

M

Á R I o

SIMBOLOGIA . . . . . . . . . . . ..x

RESUMO . . . . . . . . . . . . . . . . . xii

ABSTRACT . . . xiii

INTRODUÇÃO . . . . . . . . .. xiv

CAPÍTULO 1 - APRESENTAÇÃO DA ESTRUTURA E ESTUDO DA COMU- 1.1 - 1.2 - 1.3 - 1.4 - 1.5 - TAÇÃO Introduçao . . . . . . . . . . . . . . . ..O1 Princípio de Funcionamento . . . . ..O5 Tensão Média na Carga . . . . . . . . . ..08

A Comutação: Análise Teórica . . . . . . . . . . ..11

' Circuito Auxiliar . . . . . . . . ..11

1.4.1 - _{Comutaçao sem} 1.4.2 - _{Comutação com Circuito Auxiliar Convencional} (SNUBBER) . . . . . . . . . . . . . . . . . ..13

1.4.3 - _{Comutação com Circuito Auxiliar Convencional} e Grampeador . . . . . ..17

1.4.4 - _{Introdução de Indutores em Serie} . . . ..24

A Comutação: Análise por Simulação . . . . . . . ..26

1.5.1 - _{Valores Iniciais} . . . . . ..27

1.5.1.1 - _Carga . . . . ... . . . . ..27

1.5.1.2 - _{Capacitores de Comutação} . . . . . ..27

1.6 -

vi

.., ...

1.5.2 - _{Avaliacao dos Resultados das Simulaçoes} . . . . .. 31

1.5.2.1 - Comutaçao com Circuito Auxiliar Convencional. 31 1.5.2.2 - Cmutação

cm

Circuito Auxiliar Convencional e Gnmqxador . . . . . . . . . . . . . . . .. 37

1.5.2.3 - Introduçao dos Indutores em Serie . . . . . . . .. 49

Conclusao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 61

CAPÍTULO 2 - MONTAGEM E TESTE DO PROTÓTIPO 2.1 - 2.2 - 2.3 - 2.4 - 2.5 - Introduçao ... . . . . ... . . . . . . . . .. 62 Cálculo do Grampeador . . . . . ._ 62 2.2.1 - _{Colocado no Transistor} . . . . . . . . . . . .. 62 2.2.1.1 - _{Circuito Convencional} . . . . . . - 62

2.2. 1.2 - _Circuito

om

_{Dupla Constante de Tempo ... 69}

2.2.2 - _{Colocado na Carga} . . . . . .. 72

Circuito de Ajuda a Comutaçao . . . . . .. 79

2.3.1 - _{Resistores de Descarga dos Capacitores} . . . . . .. 79

2.3.2 - _{Resistores de Desmagnetização dos Indutores .. 82}

Montagem do Protótipo ... .. . . . . . . . . . .. 83 2.4.1 - _{Módulos Chaves} . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 83 2.4.2 - _{Módulo Grampeador} . . . . .. 84 2.4.3 - _{Módulo de Comando} . . . . . . . . . . .. 35 2.4.4 - _{Configuração Geral} . . . . . . .. 35 O Circuito de Comando . . . . . . . .. 35

vii 2.5.1 - _{Descrição do Circuito} . . . . . . . .. 88 2.5.1.1 - _{Circuito Logico} . . . . . . . . .. 88 2.5.1.2 - _{Comando de Base} . . . . . . . . . . .. 89 2.5.1.3 ¬ Circuito de Proteçao . . . . . . . . .. 89 2.6 - _{Testes Iniciais ....} . . . . .. 90

2.6.1 - _{Teste com Alimentação C.C.} . . . . . . . . . . .. 91

2.6.1.1 - _{Alimentaçao Individual dos Màñflos. 91}

2.6.1.1.1-

Com Carga Resistiva 92 2.6.1.1.2 - _{Com Carga Dthmiva..} . 94

2.6.1.2 - _{Ligaçao como Conversor} . . . . .. 97

2.6.1.2.1 - _{Com Carga Reskfijva.. 98}

2.6.1.2.2 - _{Com Carga Dxkmiva .“.. 100}

2.6.2 - _{Testes com Alimentaçao C.A.} . . . . . . . . . . . .. 104

2.7 - _Conclusão . . . . . . . . . . .. 107

CAPÍTULO 3 - ALIMENTAÇÃO DE CARGA PASSIVA 3.1 - Introduçao . . . . . . . . . .. 108

3.2 - _{Circuito Inversor da Razão Cíclica (PWM)} . . . . . .. 109

3.3 - Ensaios com Carga . . . . . .. 117

3.3.1 - _{Ensaio com Corrente de Carga de SA Médios} . 124 3.3.2 - _{Ensaio com Corrente de Carga de l0A Méikm} . 129 3.4 - _{Expressão da Tensão} de Saída . . . . .. 133

3.5 -

3.6 -

viii

Avaliação da Potência Envolvida no Ensaio de l0A .. 139

Conclusao . . . . . . ... . . . . . .. 140

CAPÍTULO 4 - ALIMENTAÇÃO DE CARGA ATIVA

4.1 - 4.2 - 4.3 - 4.4 - 4.5 - 4.6 - Introduçao . . . . . . . .. 141 Alimentação de Carga RLE com Modulação PWM . . . . . . .. 141

4.2.1 - _{Resultados de Ensaio em Regime Permanente} . 143

4.2.2 Causas da Dificuldade de Regeneraçao . . . . .. 145

4.2.3 - _{Análise da Resposta Dinâmica, por Simulação 149} Resultados de Simulaçao do Conversor Alimentando o

Servomotor C.C., com Modulação PWM . . . . . .. 156 Modulaçáo por Valores Extremos de Corrente . . . . .. 158

4.4.1 - _{Expressao da Frequencia maxima de operaçao. 160} 4.4.2 - _{Circuito Modulador Desenvolvido} . . . . . . . . . .. 166

Alimentaçao de Carga RLE com Modulaçao por Valores

Extremos de Corrente . . . . ... . . . . .. 171

4.5.1 - _{Análise e Simulações, em Regime permanente. 172} 4.5.2 - _{Expressão para Avaliação da Ondulação de}

Corrente . . . . . . . . . . .. 175

4.5.3 - _{Resultados de Ensaio em Regime Permanente} . 180

O Conversor Aplicado ao Servomotor C.C. ... . . . . .. 182

4.6.1 - _{Análise e Simulações do Conversor Aplicado}

4.6.2 ~ _{Expressão para Avaliação do Valor Máximo}

1X

da Corrente, na Inversão de Rotação ... 189

4.6.3 - _{Resultados de Ensaios} do Conversor Aplica

do ao Servomotor ., . . . . . . .. 192

4.7 - _Conclusão . . . . . . . . . . . .. 199

CAPÍTULO 5 ~ _O CONVERSOR GENERALIZADO

5.1 - 5.2 4 5.3 - 5.4 - 5.5 - 5.6 - Introdução Conversor drantes . Conversor de Tensao Conversor Conversor

(Conversor Direto de Frequencia) .

Conclusão

C.A.-C.C. com Operação em Quatro Qua-

C.A.-C.A. com Frequência Fixa. Whrimkx

Senoidal) ¢ › › ¢ Q o o o o c u o o ú o o CONCLUSÕES GERAIS .. .... APÊNDICE APÊNDICE APÊNDICE APÊNDICE APÊNDICE APÊNDICE o ¢ o o o Q . ao ¢ › ' ¢ \ u n no V .... . . . . . . .. u u u n n o o n u REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS . . . . . . .. Q n « u o n Q o | u o n u u Q o o n o o Q o ~ Q Q n . u n Q ø - u o . › n o o o n ‹ o u o o o u ou ¡ ú . ¢ . n u ¡ u u . u o ao o . z u ¢ c o Q o ‹ u Q o ze ¢ . n o . Q o Q u o u o o qu

C.C.-C.A.. (Inversor Autonomo) . . . . ..

C.A.-C.A.. com Alteração de Frequência

Q n o \ u Q › u u › Q n o › ou III . . . . . . . . ... . . . . . ... . . . .. IV . . . . ... . . . . . .. u u ‹ ¢ Q c ¢ › Q › . _ u u v u u Q u n Q Q n u o ‹ u o u z › Q › o n n ø u ~ o › u n o o o ¡›uuou.n.n o ~ u n u o o ¢ ~ o o u ao . ‹ ¢ o u o o ¢ › Q ¢ › an u o Q u u o ¢ u o o ~ o no u o u Q u s › u o › u o ou u o u ¢ u o o o o n u o no u o Q ¢ ¢ n n Q n o Q u oo nono Q o ø Q - o › u oo 201 201 204 215 219 223 224 225 227 229 232 233 234 235

xx

S I

H

B O L O G I A

Para as variaveis como

axraues

e tensoes, adotou-

se a seguinte convensao: xX Ou X_X xx Exemplo CH DC D/¿ E E 8. E 9 fM IA,Ia,1a IC'Ic'ic

Significa grandeza média;

significa grandeza instantanea;

significa grandeza constante em um intervalo;

IC é valor médio da corrente;

v . - ~

RL ou vc , Valor instantaneo da tensao.

chave ideal.

diodo de carga do capacitor de ajuda a comutaçao. diodo de roda-livre do indutor de ajuda â comutação fonte de tensao constante.

tensão de armadura.

tensão constante do grampeador ideal.

frequencia de modulaçao.

corrente de armadura.

G a L_c R a R_C K t a f M TM TR a Vc' Vc 9 P Ref Xl - _{corrente no grampeador.} - _{indutãncia de armadura.} - _{indutância de carga.}

- _{potência dissipada no resistor.}

- _{resistência de armadura.}

~ _{resistor de descarga dos capacitores do circuito de Ê}

juda ã comutaçao

- _{resistor de desmagnetização dos indutores do circui}

to de ajuda a comutaçao.

- _periodo.

- _{intervalo de tempo em que um interruptor está aberto.} - _{intervalo de tempo em que um interruptor esta fechado} - _{tempo morto.}

- _{período de modulaçao.} - _transistor.

- _{tensão nos terminais do motor.} - _{tensao na carga.}

- _{tensão no grampeador.}

¬ valor de pico de uma tensão senoidal.

xii

R E S U

M

O

Este trabalho trata do estudo de um conversor des tinado a alimentar servomotores de corrente contínua, com ope- raçao em quatro quadrantes.

O conversor estudado apresenta as seguintes carac terísticas:

a) Empreqa interruptores bidirecionais em tensão

e corrente, constituídos por transistores bipolares de potência

,_

associados a diodos, operando em alta frequencia;

b) Converte a energia da rede alternada diretamen-

te na forma adequada para alimentação do servomotor, sem _pas sagem por estagio intermediario de corrente contínua;

\

c) O conteudo harmonico de corrente introduzido na

rede e o consumo de reativo, sao muito menores em comparaçao com

o conversor dual;

d) Tambem em comparaçao com o conversor dual, o

conteúdo harmônico de corrente introduzido no motor acionado, é

muito menor.

A maior dificuldade encontrada no estudo, tanto ä nivel teórico quanto experimental, e a comutaçao dos tmumiunes.

Foi construído e testado em laboratório um protõti

po do conversor, associando ã um servomotor de 0,7 KW.

Os resultados obtidos foram considerados plena

\

xiii

A B S T R A C T

. This work is concerned with the study of acnnwnier

to drive D.C. servomotors with four-quadrant speed control.

The studied converter presents the following characteristics:

a) It uses bidirectional switches in voltage and

current, composed of bipolar power transistors associated with rectifiers, working in high frequency switching mode.

b) The converter amuects directly the D.C. servomg

tor to the A.C. source, without a D.C. current stage.

c) The harmonic contents in the input current and

the reactive consumption, are smaller in comparison with the dual converter.

d) Also in comparison with the dual converter, the

harmonic contents in the machine current is smaller.

The greater difficulty met in the study is the comutation of the transistors, as much in the theoretical aqxmt

as experimentally. -

A prototype has been built and.tested in the laboratory associated with a 0,7 KW D.C. servomotor.

The results obtained were considered completely satisfactory.

xiv É I N T R O D U Ç

Ã

O I ` . I . - . . .

Na industria utiliza-se amplamente o motor de cor rente contínua em processos onde ë exigido grande variação de _VÊ

locidade, controle preciso de posição e acionamento de máquinas que operam com inversões súbitas e continuas no sentido de rota_

~ *

Çã.O.

Os métodos tradicionais utilizados para controle destes motores no desempenho das funções mencionadas eram, de certa forma, simples no aspecto técnico e construtivo, mas apre- sentavam como inconveniente alta perda de energia nos elementos de controleÇ

Com o desenvolvimento da tecnologia dos dispositi vos semicondutores, o controle dos motores C.C. passou a ser fei to por circuitos eletrônicos com os quais conseguiu-se grande desempenho dinâmico e alto rendimento.

Neste trabalho é apresentado o estudo de uma estru- tura formada basicamente por componentes eletrônicos da última geraçao, que tem por objetivo o controle de motores C.C. apre sentando vantagens bastante significativas com relação àsestrutu

1

'

C A P Í T U L O l

APRESENTAÇÃO DA ESTRUTURA _E ESTUDO DA COMUTAÇÃO

l.l - _Introduçao

Os conversores estáticos, em acionamento, elétri

co, são estruturas que têm a finalidade de controlar a transfe

A ~ ,

rencia de energia entre uma fonte de alimentaçao e uma maquina e vice-versa. Aqueles que operam em quatro quadrantes no plano

~ ~

torque-velocidade, tem grande aplicacao industrial no controle de servomotores de corrente contínua utilizados em controle nu

mérico de máquinas operatrizes, processos automatizados de usi

nagem e de soldagem [BARBI, 1986]. Os servomotores de corrente contínua, por sua vez, sao máquinas que se caracterizam por ele

-

vada rapidez de resposta dinamica, uma vez que os projetistas, de posse de novos materiais e técnicas mais elaboradas, procu ram aumentar a relação potência/peso e diminuir as constantes eletricas e mecanicas destes motores.

Os conversores tradicionalmente utilizados na in dústria, com operação em quatro quadrantes, são de dois tipos:

o conversor dual, Figura l.l, e o chopper, Figura 1.2.

'

O conversor dual, característico por sua robustez e facilidade de aquisição dos componentes, possui como desvan tagem a corrente de circulaçao _(ICIRC) entre os grupos positi vo e negativo devido às harmõnicas de tensão geradas por cada grupo individualmente [BARBI, 1986]. Isto implica na necessida

~ -.

limi-2

tar estas correntes ã fim de que nao destruam os componentes. Este reator aumenta o volume e o custo da montagem, no entanto pode ser eliminado pela utilização de circuitos de comando mais complexos, o que dificulta a operação da estrutura. Uma outra grande desvantagem, ê a baixa frequência de operação devido ã

~ "~

utilizaçao de tiristores, o.que traz como consequencia uma .res

posta lenta do circuito e a introdução de harmõnicas _ significa .__

tiV‹'.`-.IS na COI`I"e1'1t€ dO _IIIOÍZOI.

Grupo Positivo

H

Yz

(3) Grupo Negativo

Figura l.l - _{(a) Conversor dual de 3 pulsos, destacan} do-se a corrente de circulaçao, _ICIRC.

(b) Característica de operação em quatro

quadrantes.

O conversor CÁ;-Cxiou chopper, possui a vantagem, em relação ao dual, da possibilidade de operação em alta fre

...›; V 1

›

wi LC _Ia - E Frenagem Tríçao __ 2

I

_{Tf`ãÇfl0 Frenagem} a -_

I

4

LC _{- + _} 4. . b V

H

“

3

4

' 3 .| 1 .,¡ ' Ã " ' | 5! ' "À .` I ' .

quencia§(da ordem de KHZ) pelo fato de usar transistores. Encon

tram-se no mercado atualmente (agosto/l986) transistores bipola res de alta tensao (da ordem de kV) e correntes elevadas, ol _que

~ .oz , ~

possibilitou a operaçao em alta frequencia, que e uma limitaçao

do tiristor. Como consequência disto, a corrente de armadura fi

cou praticamente isenta de harmonicas [BARBI, l986].

Porém, a operação em quatro.quadrantes requer que

a fonte de alimentação seja reversível em corrente, pois na fre nagem o motor fornece corrente â fonte. No Chopper a fonte de

alimentação é contínua, obtida na prática por retificação e _sa

~ ~

be-se que os retificadores a diodo nao sao reversíveis em cor rente, o que introduz uma dificuldade adicional â esta configura

~ ~ '

çao. A soluçao mais utilizada consiste em colocar um capacitor

(C) na saída do retificador e um pulsador _{(TR1, R1)} para descar regá-lo. Isto aumenta a complexidade do circuito e baixa o reg

~ -

dimento. Existem outras soluçoes para o problema, mas de carater mais elaborado.

._____JÍ"`_ÍÍ.

Í _ ‹' i +

RIM

z_§I_,a+z›{(z:

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«|(«~1 ZX

_‹›1(

E

4

Com a _{nova geração de transistores, com as carag} terísticas já _{mencionadas, outras topologias de conversores cg}

meçam a ser _{implementadas, utilizando o princípio da chave bidi}

recional, Figura 1.3. E este é o _{objetivo deste trabalho: estg}

do e realização de um _{conversor com chaves bidirecionais para}

operação em quatro quadrantes, Figura 1.4.

HI

HI"

_HI

>

_'

₄

_^

_P

› ›

«w

₄

v

Figura 1.3 - _{Diferentes configurações de chaves bidirecio-}

nais. . +

›

V

(::) Q CHI i `

V

›

.__1°__ _ _{vc +}

5

_V

oi

₂ z›« 2 Le _

1 1

,' ,' 5

Esta estrutura opera como um conversor direto, por

1

_

quezë'alimentada diretamente da rede pelo secundario de um trans

i .

formador. É altamente versátil, pois pode converter C.C., _ em

. J ¬

› .

~

C.A., C.A. em C.C., operar como conversor variador de tensao ' "~

_. ~

alternada e conversor direto de frequencia; Nao tem a restriçao do chopper justamente por ser alimentado por fonte C.A., nem a

. . ‹

do conversor dual, pois opera com chaveamento em alta frequên cia. No entanto, existe uma grande dificuldade que ê a comutação dos transistores. Este é o aspecto crítico desta montagem e será

~ '

o ponto de concentraçao deste trabalho. ,

O funcionamento da estrutura ë simples de ser _en tendido e baseia-se no chaveamento complementar dos transistg

z ~ .-

res. Atraves do controle do tempo de conduçao destes, impoe-se tensão média positiva, nula, ou negativa â carga. O chaveamento

"A A

em alta frequencia atenua de maneira significativa as harmonicas de baixa frequência, propiciando resposta extremamente rápida da estrutura. O princípio de funcionamento é descrito no item

seguinte. i

1.2 - Principio de Funcionamento

~

Para fins de descriçao, considerar-se-á o conjunto de diodos e _{transistores como um interruptor ideal. Temos, en}

_. Hz.

`

6

¡

_

lê) Chave 1 Fechada (veja Figura 1.5).

*

O

~

QV

C» 1 . 1 - _»Vc + V

/

2 CH2

(D+

J

Figura 1.5 - _{A fonte} 1 impõe a corrente de carga.

- _{A chave 1 conduz a corrente colocando} a carga em contanto com a fonte _Vl.

- _{A chave} 2 está aberta.

2%) Chave 2 Fechada _(veja Figura 1.6).

+ v

<:>

1 //CH 'll + _Vc ... + IC '

E)

i YZ ' I cH2

7 ‹ , › › L z _ ` ‹ ;

› ~- A chave 2, que atua complementarmente com a cha

ve'h assume?a corrente. A fonte 2 inverte a'ten

sao na carga.

Estas duas sequências são repetidas de acordo com

| _ _ _

¡

a freqüência de operação e resultam em1mà.tensão na carga com a aparência mostrada na Figura 1.7, na qual a _{tensão média} ê _pg sitiva conforme convenção da Figura 1.4. Para efeito de ilustra ção, a freqüência de chaveamento ë baixa.

Vp _V V cn 1 cn CH 2 1 1 2 v

33

.ê Í õõtrns (Ú CD I NJ ___í

T

cf -4

Ê

3 P-' ,Lí í í ví N _ :ri (Ú :C f\) _. (A) <°> :C P-^ -1; í ã-4 I _ í um í í D-5 ‹:'›_ ,¬

Figura 1.7 - _{Tensão na Carga, com valor médio positivo.}

Pela observação da Figura, podemos ver que para razão cíclica _{__ (tCH /TM)} igual a 0,5, a tensão média ê nula,

1

.

pois as duas chaves conduzem por tempos iguais. Razão cíclica menor que 0,5, gera tensão média negativa. É interessante obser var que ê necessário a inversão do tempo de condução entre as chaves quando a tensão passa por zero. Caso isto não seja ›fei

to, a estrutura opera como variador de tensão alternada, que uma das suas modalidades de operaçao.

- Para concluir o princípio de funcionamento a Fig -

ra 1.8 caracteriza a operaçao em quatro quadrantes

vei Frenagem Tração + I C Tração Frenagem F' _1.8 - _C ‹ ' ~

igura aracteristica de operaçao em quatro quadran tes.

l.3 - _{Tensão Média na Carga}

A ~ ~ ' ` '

expressao da tensao media e obtida fazendo-se diferença entre a tensão média superior (V _UP) e tensao media inferior _(VINF). Seja: _tCHl . (rbd -› T á f 1 š t . CH2 -)- -+ -F + S

tempo _{que CHI} conduz

~

período da modulaçao

8,33 ms

l/16,66 ms (60 Hz)

¡_. .

ë I

À

9

'

tensão média superior ë dada por:

Q I-' -VSUP . O , tCH z _ _" ___l _V ;2L_ P T _TM 2¶ f

Da mesma forma, temos para a tensão média

rior: ç

1 t

.-

Sendo a razao cíclica R, definida por:

tcnl

R =

--

TM

então

tCH2 = (1 - R) TM

Substituindo estas expressoes em (l.l) e (l.2) e fazendo a diferença, temos:

\ V _ cH2 _V 2 INF ' ;“;' P """" M 2¶ f 1 I _; _ _ T » tcñl =

-¬

_{V sen wt dt} .

--

= T P _TM 9 (l.l) infe (l.2) (l.3) (l.4)

10 2 R _VP 2 (1 - R) _VP V : --í---- - -_----%+----í- : C _{Tw Tw} 4 R _VP 2 _{VP 1} = ______ _ ______ _{, T} = _____ T 2¶ f T 2¶ f 2 f. 4,R _VP ' 2 _VP ¶ U

Assim, a tensão média na carga é expressa por:

2 _VP

Vc =

--

_{(2 R} - _{l) (l.5)}

U

Pela observaçao desta expressao, podemos comprovar

o que já havia sido exposto. '

p 2 VP Para R = _l 1, Vc

='--n

R=0,5Ê,

VC=›0

-2 V

zzzo

,vcz__2

TT “

Até aqui a estrutura foi apresentada na sua forma

~

idealizada. No ítem seguinte, o aspecto da comutaçao passa a ser abordado.

I

'11

¡ ‹ z _ › , A , | : ' . _ . !-' _sb ›|--. ‹ `-

_

Comutação :1Análise Teórica

I. 1d _Como já foi salientado algumas vezes, esta ë; a

pri%cipal dificuldade aëser enfrentada. Nos ítens seguintes se

rãoiincorporados gradualmente, circuitos através dos quais; pre

tende-se tornar viável a operação da estrutura. Iniciar-se-á da

1

-

' .

configuração mais simples,;evoluindo até a configuração final,

sobre a qual será desenvolvido o protótipo.

H ›

1.4.1 - _{Comutação sem Circuito Auxiliar}

_ Sabe-se que, na prática, tem que haver um intervâ

lo de tempo entre a abertura de um transistor e o fechamento de outro, chamado “tempo morto". Este é necessário para que o_tran sistor recupere sua capacidade de bloqueio, evitando que a eg trada em conduçao do transistor complementar coloque as fontes em curto.

H*

Baseado nisto, analizemos a seguinte sequencia de

funcionamento. E

K

lê) Chave l Fechada _(veja Figura 1.9).

1 À 1

12 I :~ › › l›z` 111;

(D+

~ ° 'Â 1 V _ cn A 1* . 1 lc 1- Vc- + v 2 /cuz

Ô"

Figura 1.9 - _{A fonte} 1 impõe a corrente da carga.

- - A corrente de carga circula pela chave 1. - _{A chave 2 está aberta.}

2%) Chave 1 e 2 Abertas (veja Figura 1.10)

+

Q

V1 * /:H1 _ ic

to

+ V _C -u + \

C)

V2 /cH2

Figura 1.10 - _{Seqüência CHl para CH2, ambas abertas durag}

13

ouA ‹

Evidencia-se nesta sequencia a necessidade.de um circuito de ajuda â comutaçao, pois considerando a _{natureza indu}

~

tiva da carga, teremos picos de tensao destrutivos para os compg nentes com a abertura da chave 1, estando a chave ₂ aberta. O _pi

~

co de tensao na carga aparecerá nos terminais da chave 1 acresci

za ~ 1

do do valor instantaneo da tensao _V1. -

Portanto, ümfla-se necessário introduzir um .circui to que assuma a corrente de carga, na abertura das chaves.

~ '

1.4.2 - _{Comutaçao com Circuito Auxiliar Convencional (SNUBBER)} Este circuito, bastante popular na eletrônica de potência, tem por objetivo assumir a corrente de carga na abertu

~

ra dos transistores reduzindo as perdas na comutaçao. Analizemos a seqüência de funcionamento com este incorporado â estrutura.

lê) Transistor 1 Conduzindo (veja Figura 1.11)

®§1

' _TRILC

gi

C1 _-C1 IC .g._.-_---. - _Vc +

~+

V 'Í>P _IR

Ô*

V 2 2 _Ç C2 C2 ~

t 2 conforme foi visto deve haver um intervalo de tempo, em \ I K 14 .A '_ ¡ _

› - O transistor l conduz a corrente de carga. 1

, . z

- z ¡ ~

' z

V - A tensao no capacitor l ë zero.

Wi '

I

A

z

Ê; Í - O transistor 2 está em corte.

Ê - _{A tensao no capacitor 2_é vc} . 2 z _ 1 29) Abertura do Transistor 1 (veja Figura l.l2)

i

L 4

Na transição do transistor l para o transiâ

Or r r

que ambos ficam abertos. Esta sequencia encontra-se na Figura 1.12 I _ _ É _ _Vc + ~ ₊ + ícl

.

V1 _B i TR A 4+ 1 _C1 vel - + + v2 -{ >|* mz p %

Figura

lJ2

- _{Transição do transistor l para o transistor}

Ó

:[2

`›|"mlí2T

15

- _{O transistor 1 abre.}

- _{A corrente de carga ë transferida para o capaci}

tor 1, que carrega-se linearmente.

Com a abertura do transistor l,.a corrente de car ga é comutada para o capacitor l que deve conduzí-la enquanto

durar o tempo morto. Durante este tempo, a tensão _vc sobe, rg

1

fletindo-se nos terminais do transistor 1.

3%) Fechamento do Transistor 2 _(veja Figura _1.13)

- O chaveamento do transistor

2, poderá causar problemas, como veremos a seguir. A sequencia está ilustrada na

Figura l.l3. - IC ' . + ic - _Vc + ___1í_ ~ -Ó' ^ _ ₊ _ + _ÍCII 1 _TRI V

N

H âC2 ra ._ › - _

:__:_ ___.- ._.._. '_z_ _ z i 1 l s z I É . 2 . 16 ' | , 1 i | . ‹' * Q V- _{O transistor} 2 entra em condução. » ' ' » › I | ' . 1 | i “

f A cprrente!de carga e comutada do capacitor 1 _pa

\ \ | _ _ . ra o transistor 2. - * I . , ' l

Esta sequência merece especial atenção, pelo* _se guinte: _durante o _{tempo morto} o capacitor _{Cl foi carregado, ele}

~

Vando sua tensao. De acordo com este intervalo de tempo e a gran deza da corrente envolvida na comutação podemos ter três *situa

~

' _:nur

çoes distintas, sendo duas`indesejãveis. Â

lê) A corrente de carga é alta no instante da cg mutação, carregando o capacitor l além _da tensão de bloqueio do transistor 1, destruindo-o, antes que o tempo morto acabe.

›

2%) A corrente de carga ê baixa, ou nula, no ins tante da comutação. Como consequência o capacitor l não ê car regado durante o tempo morto e na entrada do transistor 2 _,circu

larã corrente elevada pela malha externa através _{de Cl} e _TR2.

O valor da _{corrente depende} da diferença instantânea de tensões entre as fonte e o capacitor l ou seja (v' % v ) - v . O tran

q

' ' _{l 2}

cl

-

sistor 2 deve conduzir, portanto, _{a corrente de descarga do ca-}

pacitor 2, a corrente de carga e o pico de corrente de carga do

a¶nciunr1 . Isto certamente destruiria o componente. A 'Figura

l.l3 representa a situaçãoà 1

Í \

1

3ê) O caso ideal é aquele em que o capacitor l _as

sume uma tensão igual às tensões instantâneas das fontes _(vc =

I 1

I

Vl + _V2) no intervalo da comutação. Com _{isto não haveria picos}

‹ | z

¡ ¬ 'V z. '

« ...\ \\ ›- 'x | › ._ V gil” __:0 _ .ƒ;':_'í.':›"_-.---_-.O . W _ ‹'|' H H 4 f f'W 23 .- gffie 7”. I. ._z‹D ~

de .ou tensao no circuito. Nozfechamento do transistor

2 ensão no capacitor l equilibraria a tensão das fontes e

~ ~

nao veria circulaçao de corrente pela malha externa. '

1

1 Pelos resultados obtidos na análise desta última .

¡

‹

sequencia fica comprovada a inviabilidade de _{operaçao da; estru}

â - - I

\

tura' _com a simples inclusão do circuito de ajuda ã comutação. Com esta con

,.. ~ z , -

fknuaçaanao ha como.opera-la satisfatoriamente. Sendo assim, e

necessário introduzir um outro circuito o qual será tratado no

próximo ítem.

~ *

1.4.3 - _{Comutaçao com Circuito de Ajuda Convencional}

_Ê

_Circuito

Grampeador

'

O grampeador, ou limitador de tensão, ë um ,circui to que tem por finalidade limitar os picos de tensão na estrutu-

' z ~

ra. O objetivo e a protecao dos transistores contra sobreteg sões, como verificou-se no ítem anterior. Este circuito, Í que aqui será encarado como uma fonte de tensão constante, cujo va

.

'

› `

~ ~

lor deve ser maior que o valor de pico da tensao de alimentacao, em série com um diodo, pode ser colocado tanto na carga quanto

z . f ~

nos transistores. Na analise sera utilizada a primeira opçao

(Figura l.l4). ~

O 4

\ \ .. + 4* K - H * - =

".›+

' TR C ›› 1

Q

IC

‹---_

- ' Vc + - 4' _ - ₊ ' _ + r W

‹

2

Figura 1.14 - _{Introdução do Circuito Grampeador.}

- _{O transistor} l conduz _Iè.

z

®__

1 I Í I 1 , 4 › ' : É. r Zz 1» Ç 1' › 1 _p

219

v ~ l I > . . I , : > . 1 tal | e I i I _

, “_29) Abertura do Transistor 1 (veja Figura 1.15)

' `¿”." "`.`__'"___ _ Ú __ ... ._ I 1 z ¡- . |¬ i 1 _ + ~ .+ E 1 - 1° ‹ ' - _- › z 1 + VW; E1*"1 `.¡+ IR + .

›

_ 1 4 C1 V 1 1* 1 “I

n

-Í

‹í--

' E - ' _{Vc +} _

-+

+ _ ' h .Q _ (::)Y2 š E ' D2 ;

H"“2

%t>+ TR _ 2 2 C . 2 \ + -i ¬_: _ vz ‹. 114 ¢ › . I rente 1 ,| 1. | 1 Quando i _ Y | _ 1

Figura 1.15 - _{Comutaçao da corrente de carga para o} f H: . ' 1 1 ~ z ' grampeador. I z 4 1 z + _{O transistor} 1 abre.

- _{A corrente de carga comuta para Cl, fazendo com} que v šsuba. 1 » cl_ ~ _ . _ ¡ _ _ ` , _ _ ¬ - z 1 I .

A abertura do transistor 1, faz com que a _¿co£ seja comutada para o capacitor 1, elevando sua tensao. esta atingir,(E E+ v') o diodo 1 será polarizado e a cor

1 ~l -

-~

rente de carga será transferida para o grampeador. As tensoes nas malhas ficarao com os valores dados na Figura 1.15. Com is

í _ › “ _Í-1 b ›' ` 1 | ' , _«_} ¡___ ¿_ ` «#5 _

to o grampeador cumpre sua funçao, evitando picos de tensao 20

~ _.

abertura do transistor.

, _

39) Fechamento do Transistor 2 (veja Figura 1.16)

+

G

v É ml * 0 Í + 1

(DW

2 1 1 I ¬ i â š ~

‹

11 , - E D › E _V

N.

, C 2 _ mz i 1 2 m2_ + ' * na E 1 + V1 S E1“1” "[>|' TR ,, '\ 1 C V 014 1

W

ic + -~ _vc - _.

-+

~ =El.+ E : C2 + _{_} -

Figura 1.16 -jComutaÊao da corrente de carga do grampea-l

1

1

~

‹

. dor para o transistor 2. . \ | ' i . ( \

- _{O transistor} 2 entra em condução.

- _{A corrente de carga, que circulava pelo grampeg}

dor, comuta para o transistor 2.

› 1

Como foi visto anteriormente, a tensão no capaci

- _ I

tor l subiu ate polarizar ofigrampeador. A corrente de carga, en l

-.

tão, circula por este e a tensão no capacitor 1 permanece El-+vr

1 ¡ z ‹ | b . .Ã Ê 1 1 â 7 K A 1 PO _';;I¬”: _

'garmos.o transistor 2, este asame_a corrente de carga, que

..f _.]¿. _ z ¡ ¡ 1 _ ` ›-¡x› ' - , ' ,

passa§a¡regenerar pela fonte 2. Observe que neste caso, ao' _li

.\ _; , ¡ . , _ › i L; ,¿ ¿ , ¡ | __ _ .

garmos;TR2, a tensão do capacitor 1 (v«' = E ,4 v ) é maior

queqa tensão das fontes (El ¿ _Vl > _vl % _V2), impedindo que haja

Y IM

` À

circulaçao de corrente pela malha externa.

.!_ . ¡ _ p . ¡ ¡ .» . , ,;ͬ ¡

; No entanto, ainda existe a possibilidade de Êocor

v _...

'

reríuma comutaçao com corrente nula, fazendo com que o capaci ; \

' .

tor l fique descarregado, originando picos de corrente _{na zliga}

~ -

çao do transistor 2. Mesmo que esta possibilidade estivesse

₃

fastada, o grampeador introduz uma dificuldade, como será visto

- _ ..._

na proxima sequencia, Figura 1.17 _

' \

‹

1 f

-49) Abertura do Transistor 2 (veja Figura _l.l7)

z , ,` . À 2 | I :D 1 ‹ + "' 'O' Ú ¿ l+\ - . '.i i Ei . Í ` .

®

vlj 1¿ 'f ._vD1 ' E1 + v1'

«D+

TRI ë Ó ,,¿_. I Ic# ¡ E (_-;-2- | - 1._ < Ô. + .< A+... _ f\J I'7'\. |\) I + `J\/'Y 0-I O

Q

. + - ` Í i

Q Figura l.l7 -ÍComutação da corrente de carga do capacitor

, › i ¡2 para o grampeador-` 4 ‹.é:‹ .._ 1 É › 'r¡~ Í i v 'Ifiz › _ › ¡ _ D2 E1 ` V2

'N'

mz LA, ' C2 Vcš E1' 2

22

- _{O transistor} 2 abre.

- _{A corrente comuta deste para o capacitor 2.}

Com a abertura do transistor 2, a corrente de car ga passa a circular pelo capacitor 2 elevando _{sua tensão. No en}

tanto, _{basta que esta atinja vc} = _El - _{V2 para que o grampeador} 2

1 - ~

seja polarizado, assumindo a corrente de carga. As tensoes nas malhas ficam, então, com os valores indicados na Figura 1.17.

-

O grande problema ê que a tensão do capacitor 2

(El - V2) ë sempre menor que (vl + _{V2). Isto faz} com que ocorram

picos de corrente pela malha externa, na ligação do transistorlfl

Na Figura l.l8, foram colocados valores numéricos para ilustrar ¡

i _ .

' ~ '

com maior clareza esta situaçao.

-_---.-.g _ . _ lczƒf' ic lcl › ~ ;2

___» «_-_

I g 1 + -‹ + _ â É , . _ +. {'r K 320V IV v

.

311v I

N

TRI + o'» -_ ~ + ^ 'V +› ' íC2l , _ _ 31_1v azov › Y 9” mz + ` cz sv -.; = g ,_ _ ~“ cl õ31v I-“___ "` O., _ _. ` í 2 ícz . › l V + “__ _`í'< Õ M. _.(.¡__._____. _. K, . . + ._ _ _ w o _m._o____r H B w O . Figura 1.18 -

_ utação da corrente de carga, do grampeador transistor l.

Ê

l 1

lvl 1) _'› |›í if Í .l Í›. Í _; z ' ‹|4.'_ ¡ l 5. . v ¡ .‹› › 'I | . ,¡ - H' OH _ 'Í' __ __."+_l_ _' ` ` '_' ÍÍQJ __ __0 ___ N /Í'L'f.____._|'ÉÍ'_.-;;¬: _ W ,__ _+ -."'°:' '.¬'Í` (`D"_ Í' 'Í * “ “ N) _ < CL Í"Í.¬"'Í`° 1” 'Im' ”;‹_'ÍH\ ' _ lm_ ÍIÍ """."'_‹D ' `°.'Í'Í`_Í_' _ H ' _ < o -4»-m»~ *O ,.` _.. Q; _ __... , _-. U) Í-" i-" . .,_ “í|¡,-

L Como pela Figura, ao ser chaveado o transis

-

'uma de potencial instantanea na íímalha

igual V - + 311 - 9) = 613 V, que deve ser

P. V H DJ ___~.____;ÍQJ DJ «o~4f-~o o:a~»:q -: :Í *'¬'.t_' "T" *rf-" U7 _._‹D _- __ ___ Qú \ equil A

A Como uencia, o capacitor 2 e carregadoÊ subi

_ s _i.f+__ 'ÍÂWÍD Í; Ff' H Q: __Wí:í:9*i_ 23 U .im _-:QJ_ '?':':'O ”'^' _* U) _ I'-' ͬ` _ -___..B _í_

tame orige a picos de corrente que fatalmente destrui

riam _oq tor Figura l.l9. _

' Gf~1h_ E nJ'_ L.. -n»~ m _... .-1.

=. Esta tuação ocorre toda vez que um transistor

conduzir corren e de carga em regeneraçao. É uma caracterís-

~ ~ ~ `

ticatde operaçao desta configuraçao que nao pode ser evitada.Por tanto, o que se pretende ë limitar os picos de corrente, de ~ma

l

neira _a torna-los aceitaveis pelos transistores. O ítem seguin

ii p i _. _ _ . V te trata disto. ' | : “ml ;

`_ :Pico de corrente destrutivo

' ›--A -1 IU, _ ›-› -¡ .l". | . - z _ | .._4_ ¡ r ` . > ¡` ' I

~*

¡ , | * i ê , ›-' (7 I\7 í d 4\.1\ ' ¡ 1 ¿ ` . ` \ É to - _{instante de bloqueio db TR2.} É tl - vcz polaríza o grampeador. ÍàÊ€Íi~*ÊiÊÊiE;Í _ _¡"'__ _ _ __,< __ ___ ~¿,__ __. ._ 11,- _ _ i -. f°*1-" __ __ _ ff' fr 3 r-I J. 6- _- _ _ _-__. O.. -› .. E ___. .. A._. .'“ Í . ' -- - * ' 1 Q Í f _ ÍM - _{tempo morto.} ü ‹ z¡ É nv ~ l.l9 - utaçao do transistor 2 para o transistor

zl'com pico de corrente. i

\‹¡.¬.' _1-. › H., <sub>l`|</sub> ff; 5 ¢.i{. <sub>W</sub> h*. 'Q '1` ' Y _

1.4

|

1

crita anteriormente.'Comíisto, a estrutura completa tera a

figufiacao mostrada'

›l>

___-

v \

- _{Introduçao de Indutores em Serie}

| E I ‹ . ~ * ' ¬ | i Q 1 1. | ¬ I .¡ ¡ 1 | 1 i ~ 24

1 Com a Çolocaçao destes elementos no circuito, pre ( `

í

É3 _ _ nr--.

tende-se limitar os-picos de corrente causados na situaçao

I Í Ç 1 l Figura 1.20.

R

. <í__. I D 11 _R11 Ê E " + i

É

ob Rb C --r

série com o capacitor 2 no chaveamento de' _{TRI (veja} Figura]"l8L

¡

p

n Figura 1.20 - _{A estrutura completa.}

Os indutores _Ll .e _L2 sao iguais e ficarao

1 ~ ~ ~ des con + ` V R

ow

E1

«>+

~ C1 1 l ~ TRI

›

_“T

D

Q

* ~

'

V2 E2 92 '{::*' TRZ

*T

em

limitando a corrente máxima ã um valor fixado. Esta situacao po

1 |

i

. I

de ser representada peloacircuito equivalente, conforme Figura n _ , I 1.21 1 ¬ . 4 1 ‹ í ¡ ¬ I › ‹ . \ 5 « » 1

| 1 | š ¡ I : `› _. . ‹ .__V â 4 . Í .. -*H 1`. ~ 'lfiz 7 Im ~ É ¬ â .___ __ I iz' Q 1 I 5 i, 1` 1 ,_ ¡ I \ ›i F' ___ ›~_.___ › x E › -À b ¡ À 1 ¡\ f . : 0 \ i ' ¡| l\) U1 ¬ f z.. ¡ zz- | À‹

ÃD'

z hzl . _; « ¿ Ril \ , 1 z .

m

1 E 11 C2 À. \

1:re

nz L C * 2 H 2 V R12 I ,_C2 (b)

5

Ç % . Ca) ~. ;. _ 'TU _.____ __§.J... . LQC T;:;;_ 1 _ _ __P_ -‹ . \ _ z : › › ~ 33 ._ _.- ,:r-_ .; __.. 5... ._ -_;O _. :__.;_.;._ _ Â.___{fl _._.;_,_'_-_;_ _ __ _ W. .W 1 'U V A 0 _ ' ":`.'::*__;'< 73;” .~:*:'°.'*`1_-3' U>;_:_H_._O._ '__ A_.__ (D _ .. _ '-m«Í__-ao-~m-«~m--d--¬Q--H-~»-~w -- ___ i._0__m_ ' H-_m mn (D < ~ ~ _- f'!U*T.¬-3_r›“._.‹D.;íí_ƒ:~_¬::'v, f- . _ '_ H '33 H UI O__ A ' 4 " ` _"Í`(DÍ_ FRT _*"'_`0' W _' _ Ad, _ _.._m . ,_ _ C' 'U _. - ~ ` te T`m -_ f:;¬::11› _._____=r› ta de dor;e da Q o <sub>que</sub> simul i" '\ 'É -- = ¡À! -L; 1 l.2l - <sub>ja</sub> Onde fontes 1 1 `E U1 <

) TRl;conduzindo a corrente de pico. Í

\ n , _

Çircuito equivalente para calculo dos in

dutores. y

ê a soma dos valores instantaneos \ das

~

1 ¡e LV2 , na comutaçao.

¿

~ z _.

Na realidade, esta nao e uma configuraçao perfei

‹ ende e š. \ \ V I I z

instante doäpico, o indutor 1 já assumiu a corrente

ode ocorrer a carga do capacitor 2 se o grampea

‹

\ -

erto,!portanto, com a corrente de carga ja comuta !

| .

""

~

No entanto, a configuraçaoaê vãlida.para ilustrar 1 ” - ! - 'v I ' * I* i _ M L ` :ííl`.'Í . _¡x ft . fiw

tambem para os calculos iniciais para as

H _.. « 1 | , › . . z ' E

I ¡ ‹ z | í A equaçao pela expressão (l.6)

<§;>

2 C2

básica para o cálculo do indutor é dada 1

1

|

, (l.6) [BARBI, 1985]

onde _IM e o valor máximo da corrente no capacitor.

Pode-se esperar que a introdução dos indutores tg nha como consequência a elevação de tensão dos capacitores, por efeito da desmagnetização. Isto será verificado oportunamente.

1.5 -

_ê

_{Comutação: Análise por Simulação}

sultados obtidos problemas envolv teriorment ~ F comportamento da permanenteƒ n 1 ¡ modulação de 480 SACEÇ tador) 4... _________.__ ___.__i_V~i-.... 4_--m-. “___ ._ P-z

5

"fíí ___ _;¬;_;f_1Wi_.,_.__i. -___.4 "G 1 ' \ | 1 r ~ 4 ' I 1 1 › I E el laçao › E 5 Te Pa ~

m-se como objetivo apresentar e avaliar os por simulaçao através dos quais verificam-se-

_d V _ ~

1 os comäa comutaçao, conforme _foi abordado

f_ n . -

ra ins de avaliacao, decidiu-se pela análise 1 |

estrutura operando no 19 quadrante, em regime I

1' ó' "^

a _imentan o uma carga `RL _{, com frequencia} I 26 rs OS aa do de

Hz. ' O trabalho foi desenvolvido com o programa | í l \ \ I li E I ‹ | ] |

Automática de Conversores Estáticos por Compu

› l | 1 ‹ \ I v

7 i_ H 2 t e_ S t e A OI _ I i _l . I _ü_ H S m S O G 5 C e __ H C L _l O f I Q 8 __ S G _O C_ Y _â_

M

RC m i S a g S r _a a O i C fl); n _l_ G U g E S C e m r a

M

O p A '_ S f É V _ _ :Iii |||| lj ¡¿n¡` ,I ¿; *I e › _a _ r _ O V S |¡¡|l.|¿§_' 'I E _ _ ¬_ |H__|.|c '__ d u 'O I gl' “nl ¡_\¡`l|¡|_ | ,_¡ lift! ` ` _ OL n a|_ S t I

É

e O d A S P e_ A _ ¿qr II: \__ uv: a r O 1 Z _ \ a _ r A A MD? O ¡Vht¡¡__, V a HL _ _ À_ Ú _:_|`_ H‹HM:_¡I[¿ _ C _ lb 'ía ¡Iii! ¡ \ `~__¡¿m

W

I, |h_|¿H_|4¡¡hn|HH¡!|`¡›4`_¡Ih: UNI A I ` u › Í i _ _ I I g _ 1 _ I _ I K] › Y ¡J¡I|I|||l 'Iii :|1.,|¡ |"¡ I _ ¡ ¡lu! l'hM¡HVfl*wI]ÍIAI¡Íi'V% a I !__ (__ 1 _ i V É " _ 'bh ml r|_¡lHI N; \l` 5 _ ._ . k \ a ` . l m l

M

_l O a S S ~ e r p X 8 â 1 G p a d a d _e a_ g I a C a H _s_|\ fl _ _' :Hi vo _e` m O ã S ) l _ R_ 2 V~ 2 V ` '_ __ W C V ]|`|:_Y I ( ¡_L_`_À|I_|__M| ` LI ' E .N '_ |,¡ V __ V i a 4 _lÍ d 1 t O r a Q O a n_â_O S Om a C e d m a O r C H a ____ __ :Ve I | t e S S t _ O ã_ C_ a t U a ¿ ,II |_¡__lI`_¿¡| ¡ ;:_'¡ 1 pv II O ã › S H E H a D e C m m i O _ O f C G S l l r _ O t _l G V t O e e 8 f _ ~__ ,e `a _r O e 7 _e ~a_ V , S C_ O › C A O V _l O U l C ' 1 , _ a _d a_, u S t r € _] e U O _ _d a r m d e a O O a d C G t C 8 d U D_ )_ V OV GÍL __d a m ` t`O H d â_ ,S t e G _ U _ q r a t n _ G _Í|__l'_ 1 â d â _ t› 1 HI I O ri _d _ O a t 7 I m e _l u C r O _l C O ( _l I S g G â m O r G O 1 € d b S â O _ 2 e r a A G p P t S m D 8 S e a O C ~a _l C_ 1 _ _ä ã_ C r t ‹l U C m O E t C R e 1 1 a tr t›O_ _c I ` 3 i _ g S "H d e_ _ a m ¬_ r \ e ¡¡I1¡¡›_e|¿_ d :Ê|¬S\_‹_›o_I¿|m¿\a¿|r|M¿_`»¿_| W_I_|__¡N_ rl A m __ S_ eli ZCJZITL _ a S _; _!! ¡ _ s¡H›c_H`IHaM\¡¡||1 a r a ~a O _ _ ```` 1' _ _ r _¡|_¡_V _“”À_2 _ _ H_|_“L l' Il '_ › ._ _ S V _. II ` e 1 ` _e __¡___“'¡__Á~_s¡__I¬ ¡ L 1hQ____ _* W ||]`I|L "¡¡| S_'l¡,||| 'VII 'il ¡ ` _ _\§ V e u a d S _ V e __J _l _o 1 :Í I! ¿|¿_¡ ti ill; r __ n O t i e _ e V P C D u S e A a '__ ¢__q_¡: Y V4 _¡¬

P

N uzb e___i_ _V 1 _ _ . › aí HU”-'HpH,QwhrSln_Ch_|

W

i C Iii» _ `››¬|_a|_v!I' A __|_¡! RV|_¡H_F_ ¡ A e a C r P › V r __» _ '__ O V e V 4 C ¬› S 11 _ 1 _! _LH¶HH¶¢¡r{Wh¶|LhLM_ Waav MH _ 1 ¡ l I m \ \|¡`||||í ll Í I Í ll. ¡I|¡¡_`_¡|||I|lÇ\|_|-”'lw e|,)IMHh“¬h ¡“¡_WH`___H M; hm › II _ 1 _ 2 J À; I __. u ; n' I |p_ t __' |`‹` ` l¡II_››`,_¡‹,i__ S _ g O _|¬ _; ,lb V ¡_¢_¡I_H_||_ ¡ VJMWWMMU I ¡¡_i¡HmHI““¡_H|L“ Hi ltHEw_Il_lMMllääuwwui

L

W

TMHIÀL ¬ HJ J' _ 'V ' L I»WWWW“M_fM¡CV¶Mr_›VHC‹“ |_HW__UH'_ Í? L V K › E0 I _ 1_I_}_¿4_›_HHw_›¡| mw_I_\¡,¡_|; `5HA_Â_ `¿ ¡n|`í n |_l r _ R _ _ _ 2 O _ O e e i 2 C 1 C V n C

diferenças e finalmente trabalha-se o circuito completo.

ção, ou seja, deseja-se que estes se carreguem até V +

V2pico

~

28

Os capacitores serao calculados para a pior situa

( lpico

, ou 622 V) quando a corrente de carga for mínima (4,5 A

obtidos por simulaçao em um programa em BASIC). Isto _{evitará pi} cos de corrente nos transistores, pois os capacitores sempre _Ê tingirão tensões maiores que a soma dos valores máximos instan tâneos das tensões das fontes.

l

A Figura 1.22 ilustra a comutação _{de TRl} para

i + C1 v - _ »

®

1 *R1 *ml + cl _V

H

lc Í-iu-1 Figura l.22 - _{Abertura de TRl.} ‹ 1 | ! \ Í 'X ¡z z 2 Í i

. - A corrente comuta.de TRl para Cl. - _{TR2 está aberto.}

Graficamente tem-se, de acordo com a Figura 1.23

f ~ _ i › i : -1 . ` ` _ : I I¡= ' TR2.

9 2 _ t t 1

ñ

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1.5 SeI`‹':1O tati qUeI'1Cl¡a,.- dos der sim dos das jamo 1.5.2.1 4 \ 31 1 , ,. I, -V

f Avaliacao dos¿Resultados das Simulações

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Os resultados obtidos sao ilustrados por Figuras e dos noszfitens seguintes, tanto sob o aspecto quali

vo quantitativo As simulaçoes evoluíram na mesma se

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alise teorica de maneira que os problemas verifica e çoes propostas possam ser destacadas. Deve-se enten

qufi ¡ ...

foi objeto das simulaçoes obter resultados exatos, e

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1

valores¡de avaliaçao e comprovaçao dos fenomenos envolvi

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nafcomutaçao. No entanto, uma analise da ordem de grandeza tensoes,e correntes envolvidas _.- e necessaria para que nao se

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s iludidos pelos resultados.

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- _{Comutaçao com Circuito Auxiliar Convencional}

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1~ 1 .1

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g 4 Os resultados que ilustram esta situação podem ser

observadosfna Figura 1924 de

_E

até Ê.

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_{Na Figura 1.24}

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_{tem-se tensão e corrente naf car}

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ga. Verifiçam-se os picos de tensao no instante da _{comutaçao, de}

vido

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da _{elevaçao de tensao nos capacitores, conforme ja havia si}

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do previsto. A corrente de carga e bastante ondulada, consequen

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cia da baixa frequencia de modulaçao. '

soes volv I ( -M É i 1 1 :i . ' 1 ¿ l Ê:

i As Figuras¡d e

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, mostram as correntes e ten

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. 1 ›

. . z .

;nos transistores e capacitores, confirmando a analise desen ' :. i‹ - 7 Í I V 1 | ' f = . _

ida'noHítem 1.4.2. Os capacitores assumem tensoes elevadas

Í`P§ ₁ *é i

Í

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e, como consequencia disto, causam picos de corrente na deaxmga.

var os;resultados obt

I

11 Pode-se verificar alguns valores a fim de compro Seja, por exemplo, a tensao maxima no ;_--P: *¬n o É ' U) É . ' .ê _!^ í . 41. . I ¿ I

32

capacitor 2, Figura 1.24 _Ê , de 2365 V. Considerando a corrente

constante na comutação (9,58 A) e o tempo morto utilizado

de8

_na

têm-S62 Í ._ t AVC ¡= IC -LI 2 2 _C2 Í . -6 ; 8 X 10 I E- 9,58 .

----É

_, AVC - 2642 V . , ¡ 29 x 1o 2 . _

g Portanto, o resultado apresentado pelo programa ê confiãveli 1 ~ Í

Pode-se-verificar também, a corrente de pico de

l5A¡no transistor f faz: 2, Figura 1.24 e. Esta é a resultante da des

Í

4

~

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. 4

. .

carga do capacitor 2, acrescida da corrente de carga, ou seja:

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u * As mesmas verificações podem ser feitas para

a _Fi

gura 1.24 _Q, confirmando-se os valores.

Os resultados apresentados, de maneira geral, são bons e confiáveis. Assim, comprovadas as conclusões da análise

.

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teórica, deve-se partir para o próximo passo com aintaxmçàa do grampeador. H

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§(a) Configuração adotada para simulação;

§(b)lListagem; ‹ 1 1 __\=" 1 ` 1 . › X \ . ` llw \ \ z¬ . _ \ 1 M I V '¡f' Í | Á

w

z‹ 1 l; -(c)ƒ (d) Resultados obtidos.

°¿No _{desenho da configuração, os elementos desenhados em}

I | ' ~ ` ~ _ ~ I. 4 !

ípor necessidade do programa de simulaçao.

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HUHERD DE RÊDÚSÊI 23 NUHERÚ DE HDSI 13

FDNTES DE TENSÊD (E)

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NUÊND PñRIIDâ!$D CHEGÉDQÉR BLDQÚEIÚÃR DASSANTE

~OC0\IO~II_|'I‹>b."PJv»-z I. _.. -. .. ~ - _. - '~I"~GCUJ=-U..`HS."I(."I«>I"-." |-'ftmn A _`A4' l Shãí `\‹I Í'kJJ'›L‹JDJ -. .. I. _ ~ « ~ .. O-. ~. - "I ~. u 1 'I n 16, 7 . TRâHSISTÚR(TR) I L) 7 ¡ 9 ¡ n RESIBTENCIQS (R) 1 NDÊND PARTIDAÊND CHEGÊDÊÊ R( J›LzJI"J|" ›-›-|-›- E.vJI'\J\.lúJ ._ ~ ; _. H» `O\'_|'I$¢D~ n z - . z 5, 4 , ii INDUTâNCIâS (L) I NDÊND PARTIDRÊND CHEGADA! L( 270E+@8; 27@E+ø8; 27®E+@B, 276E+@B, 27øE+08, 270E+@B, .27øe+øø ¬27øE+øø .27eE+øø .27øE+øø .27øE+øø .27øE+øø 270E+0B› .270E+@6 270E+08, .”76E+®0 27øE+es, .§7eE+øø 27%E+68, 276E+øB, UHHS) i24E+03 í24E+63 í0øE-01 100€-01 BO0E+0i HENRYs› 1, ii , Í , .EDDE-Di .

FREOUENCIfi(HZ)= .ó6DE+D2 J PASSO DE CfiLCULD(SEG)= .ÍDDE-D5 RESISTENCIÉS DNDE SE QUER CâLCULAR â TENSAD = <sub>3</sub>

ND. DE PERIDDDS DE REG. TRANSITDRIDI 6

un. of Psflíuous os Rss, PERHA roFF= 1.ø@øøøøE-øøi Tnâxslgrua ‹ 1› z 9 o1sPARos .øøøøøøE+øe .âsõøøeâ-02 .vøóøøøfi-ea .1114øøE-øi BLoouE1os .722øøøE-ea .êsøêøøs-ea .9ó72øøE-ea .117ó2øE-ei raâuslsyua ‹ 2› 1 9 oxsvânus .raøøøøe-as .2a1øoøE~ø2 .9óaøøøE~ø2 .1177øøE-oi aLoouE1os .1342øøE-ea .3432øøE-øa .111a2øE-øz .13212øE-øx 1 I III ¡ NENIE: 1 .3440öDE-02 .i32266E-61 .IBBQDDE-D2 .i§8420E-Di .4s¢øêøE-ø2 .igssøøe-øi .55i200E-02 .1fi3020E-01 I I .270E+00

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