Conversores CA CC

EE 833 Eletrnica de Potncia 2005 FEEC - UNICAMP

FACULDADE DE ENGENHARIA ELTRICA E DE COMPUTAO - UNICAMP

EE 833 ELETRNICA DE POTNCIA

CONVERSORES CA-CC

TEORIA

1.1 Introduo

Na grande maioria das aplicaes a fonte de alimentao ou fonte de potncia do circuito est disponvel na forma de corrente alternada ou AC na freqncia de 50 ou 60Hz, a partir de uma rede de distribuio em corrente alternada, devido principalmente, facilidade de adaptao do nvel de tenso por meio de transformadores.

Assim necessrio quase sempre convert-la em corrente contnua ou corrente

DC. Esta funo pode ser realizada por um retificador. A figura abaixo ilustra um diagrama em bloco de um retificador.

is

vd

Fig.1.1 Diagrama em bloco de um retificador

As caractersticas do retificador so: A sada DC deve ser livre de ripple tanto e to menor quanto maior o

capacitor do filtro; A corrente de entrada (is) elevada perto do pico do sinal AC e descontinua; Devido a isto a corrente de entrada altamente distorcida produzindo um

baixo fator de potncia; Limites impostos neste fator de potncia impem que retificadores com

somente diodos sejam evitados.

1


1.2 Retificadores no-controlados monofsicos Os retificadores podem ser classificados segundo a sua capacidade de ajustar o valor da tenso de sada (controlados x no controlados); de acordo com o nmero de fases da tenso alternada de entrada (monofsico, trifsico, hexafsico, etc.); em funo do tipo de conexo dos elementos retificadores (meia ponte x ponte completa). Os retificadores no-controlados so aqueles que utilizam diodos como elementos de retificao. Os diodos de potncia diferem dos diodos de sinal por terem uma capacidade superior em termos de nvel de tenso de bloqueio (podendo atingir at alguns kV, num nico dispositivo), e poderem conduzir correntes de at alguns kA. Nas aplicaes em que a tenso alternada a da rede, tais diodos no precisam ter seu processo de desligamento muito rpido, uma vez que a freqncia da rede baixa (50 ou 60 Hz). Usualmente topologias em meia ponte no so aplicadas. A principal razo que, nesta conexo, a corrente mdia da entrada apresenta um nvel mdio diferente de zero. Tal nvel contnuo pode levar elementos magnticos presentes no sistema (indutores e transformadores) saturao, o que prejudicial ao sistema. Topologias em ponte completa absorvem uma corrente mdia nula da rede, no afetando, assim, tais elementos magnticos.

1.2.1 Carga Puramente resistiva A figura 1.1 mostra o circuito e as formas de onda com carga resistiva para um retificador monofsico com topologia de meia-ponte, tambm chamado de meia-onda. Devido ao grande ripple na tenso v e na corrente i este retificador tem pouco uso prtico.

vs vd

R

i

Fig.1.2 Retificador bsico com carga resistiva

2


t

vs vd

i imedia

Fig.1.3 Formas de onda do retificador bsico com carga resistiva

Com carga resistiva as formas de onda da tenso e da corrente na sada do retificador e na carga so as mesmas, como mostrado na figura 1.3. A corrente de entrada apresenta-se com a mesma forma e fase da tenso.

1.2.2 Carga indutiva Vamos considerar agora uma carga indutiva com um indutor em srie com um resistor. A figura 1.4 mostra este retificador. vdiodo vL

3

vR R

L

vd

i

vs

Fig.1.4 Retificador bsico com carga indultiva Para vs positiva o diodo pode ser considerando como um curto e a corrente no circuito dado por: vs = Ri + Ldi/dt (1.1)


As formas de ondas so mostradas na figura 1.5. At o tempo t1, vs > vR ,isto vL positivo, a corrente aumenta, e o indutor acumula energia. Alm de t1, vL torna-se negativa, e a corrente comea a decrescer. Aps t2, a voltagem de entrada vs negativa mas a corrente ainda positiva e o diodo por causa da energia armazenada no indutor.

4

Fig.1.5 Formas de onda do retificador bsico com carga indutiva

t

vs vR

i imedia

t1 t2 t3

rea A vL rea B

t

tvdiodo

i=0vL

vs vRR vd

i

L

vL

vs vRvd=0 L


A voltagem na carga negativa no intervalo t2 e t3. Portanto, com relao ao caso resistivo a voltagem mdia de sada menor.

Exerccio: Utilizando a relao vL = Ldi/dt e as formas de onda acima mostre que a rea A igual a rea B. 1.2.3 Carga indutiva O retificador com carga capacitiva (fig. 1.6) faz com que a tenso de sada apresente-se alisada, elevando o seu valor mdio em relao carga resistiva. O capacitor carrega-se com a tenso de pico da entrada (desprezando a queda nos diodos). Quando a tenso de entrada se torna menor do que a tenso no capacitor os diodos ficam bloqueados e a corrente de sada fornecida exclusivamente pelo capacitor, o qual vai se descarregando, at que, novamente, a tenso de entrada fique maior, recarregando o capacitor.

A forma de onda da corrente de entrada muito diferente de uma senide, apresentando pulsos de corrente nos momentos em que o capacitor recarregado, como mostrado na figura 1.7. i

R C

vd

vs

Fig.1.6 Retificador bsico com carga capacitiva

5


t

vs vd

i

vdmedia

Fig.1.7 Formas de onda do retificador bsico com carga capacitiva

1.3 Retificadores com ponte de diodo monofsico Um retificador com uma ponte de diodo mostrado na figura 1.8. Um capacitor de filtro de alto valor colocado na sada do retificador. O fonte de sinal de entrada modelada sua impedncia interna que normalmente indutiva (LS). Para facilitar a compreenso deste circuito ns analisaremos com maneira mais simples.

vs vd

id

Cd

LS

icarga

is

fig.1.8 Retificador com ponte de diodo monofsico

6


1.3.1 Circuito idealizado com LS = 0 Como uma primeira aproximao, vamos supor que Ls=0 e o lado DC do retificador substitudo por uma fonte de corrente (carga altamente indutiva) ou como uma resistncia R. A figura 1.9 mostra esta simplificao.

7

vs

vd

id

D2 D4

D3 D1

R

vs

vd

id

D2 D4

D3 D1is is

a) b)

fig.1.9 Retificador idealizado com LS = 0 Os circuitos acima podem ser redesenhados consistindo de dois grupos de diodos: o de topo como os diodos D1 e D3 e de os baixo D2 e D4 como mostrado na figura 1.10. Com LS = 0 fcil de verificar a operao de cada grupo. A corrente id flue continuamente atravs de um diodo de cada grupo. No grupo de topo, os catodos dos dois diodos esto em um mesmo potencial, portanto aquele diodo com mais potencial em seu anodo conduzir. Isto , quando vs for positiva, o diodo D1 conduzir id e vs aparecer como uma voltagem reversa atravs do diodo D3. Quando vs for negativa , a corrente id comutar instantaneamente para o diodo D3 e a agora a voltagem vs ser aplicada de forma reversa em D1. No grupo de baixo acontece exatamente o anlogo sendo apenas a polalarida das tenses invertidas. A figura 1.11 mostra as formas de onda destes retificadores


vs

vd

id is D1

D3

D4

D2

id

fig.1.10 Retificador redesenhado

8

t

vs

is imedia

t

vd

id

imedia

(a)


9

t

vs

is

id

vd

id

t

(b)

Fig.1.11 Formas de ondas dos retificadores das (a) fig 1.9a e fig 1.9b Exerccio: Mostre que se Vs for o valor rms de sinal de entrada vs ,ento o valor mdio na sada do retificador igual 22/ 0.9VS. 1.3.2 Efeitos de LS na comutao de corrente

Vamos agora analisar o efeito da indutncia finita do lado AC na operao do circuito. Ns assumimos que o lado DC pode ser representado por uma fonte de corrente constante Id como mostrado na figura 1.12. Devido a presena do indutor Ls, a transio na corrente de entrada is de um valor +Id para Id ou vice-versa no ser instantnea. O tempo finito necessrio para isto chamado de tempo de comutao da corrente, e este processo onde a corrente desloca a conduo de um diodo para o outro chamado de processo de comutao de corrente.

Para entender este processo, considere o circuito hipottico da figura 1.13 a)

com dois diodos alimentado por uma fonte de voltagem vs = 2VSsent. A figura 1.13 b) mostra as formas de ondas.


vs

Id

LS

vd is

D4

D3D1

D2

Fig1.12 Retificador simples com LS

10

a) b)

vd vs

Id

LS is

D1

D2

vL

t=0

vs , vd is

vs

vd Id

Fig1.12 a) Circuito bsico para ilustrar a comutao de corrente. b) Formas de

ondas

Antes de t=0 a voltagem vs negativa e a corrente Id circula atravs de D2 com vd = 0 e is = 0. Quando vs torna-se positiva em t=0, uma voltagem direta aparece sobre o diodo D1 e este comea a conduzir. A forma da corrente is pode ser construda com o auxilio das figuras 1.13a) e b). Desde que o diodo D2 est conduzindo, este fornece um curto (diodo ideal) por onde a corrente is pode fluir (0


= Id is . A corrente is cresce at Id desde que iD2 no pode ser negativa, como conseqncia, o diodo D2 para de conduzir em u=t como mostra a figura 1.13 b). As formas de ondas so mostradas na figura 1.14 como funo de t.

vL=0 D1

vd=0

vs LS

is

D1

D2

vL

iD1

iD2

vd=vs iD2

vs LS

D2 is=Id

iD1 Id Id

a) b)

Fig.1.13 a) Circuito durante a comutao. b) Aps a comutao

11

Fig.1.14 Formas de onda do circuito da figura 1.12 a)

t

vd

vL

0

vd =0

vs

0

u

t 0 is

rea A

t

Ficou claro que a corrente is atravs do indutor comea com o valor zero no comeo da comutao e cresce at o Id n0 fim da comutao. Durante o intervalo da comutao a voltagem vs aparece sobre o indutor, portanto,


12

vL = vs = 2VSsent = Ls dis/dt para 0


13

t

vd

vs

vL

0

vd =0

u

t 0

is

0

rea Au

t

Fig. 1.15 Formas de ondas do retificador monofsico com Ls.

1.3.3 Voltagem constante no lado DC Finalmente vamos considerar o circuito mostrado na figura 1.16, onde assumimos que o retificador alimenta uma fonte de tenso DC. Esta uma aproximao para o circuito com um grande capacitor C. Outra suposio que a corrente id zero durante os cruzamento de zero de vs, como mostrado na figura 1.16c) sob esta condies, o circuito equivalente o da figura 1.16b). Considerando a figura 1.17, quando vs excede em b, os diodos D1 e D2 comeam a conduzir. A corrente alcana um pico em p, alm do qual vL torna-se negativa. A corrente torna-


se zero em f, quando as reas A e B so iguais. A corrente permanece zero at +b. Para um dado valor de Vd, o valor mdio Id da corrente dc pode ser facilmente calculado:

1. O ngulo b pode ser calculado da equao Vd = 2Vssin b (1.9)

2. Como mostrado na figura, a voltagem no indutor zero em b e torna-se novamente zero em p antes de torna-se negativa. Por simetria da figura temos,

p = - b (1.20)

14

vs

Vdis

LS

D2

D1 D3

D4

id

id LS

vs is Vd

a) b)

Fig. 1.16 a) Retificador com fonte constante. b) Circuito equivalente


t

vs is

Vd

t

id

Id

0 b p

f0

0 t

vL

Fig. 1.17 Formas de ondas

3. Quando a corrente est fluindo, a voltagem no indutor vL dada por vL = Lsdid /dt =2Vssin (t) - Vd (1.21) e integrando com relao a t resulta, Ls b did = b {2Vssent d(t) - Vd }d(t) (1.22) onde >b. Portanto

15


id () = 1/Ls b {2Vssent d(t) - Vd }d(t) (1.23)

4. O ngulo f pode ser encontrando como

f 0 = 1/Ls b {2Vssent d(t) - Vd }d(t) (1.24)

5. O valor mdio Id da corrente dc pode ser obtido pela a integral de id () de b f e dividindo por :

f

Id = b id ()d (1.25)

6. Se uma fonte vs for curto-cicuitada com uma indutncia Ls a corrente rms Ishort que passar pelo o indutor dada por:(deixado para provar como exerccio)

Ishort = Vs /Ls (1.26)

7. Podemos plotar um grfico de Id normalizado com Ishort em funo de Vd normalizado com 0.9Vs =Vdo.. A figura 1.18 mostra este grfico. Note que Id igual zero em Vdo = valor de pico de vs (2Vs /0.9 1.57 Vs ).

16Id /Ishort


0.12

17

Fig. 1.18 Id normalizada versus Vd no retificador com

fonte de tenso constante.

1.3.4 Retificador Prtico A figura 1.19 mostra um retificador prtico. A carga representada pela resistncia equivalente Rload. Neste circuito algum ripple existe na voltagem do capacitor de forma que a anlise deve ser feita de forma diferente da anlise anterior. Anlise deve ser feita assumindo novamente uma forte descontinuidade da corrente is como encontrada comumente na prtica, caso contrrio, a anlise torna-se difcil. deixado como exerccio para o aluno a anlise deste retificador. Aqui fazendo a simulao deste circuito para mostrar na figura 1.20 as formas de onda da corrente e voltagem neste retificador.

Vd /Vdo

0.10

0.08

0.06

0.04

0.02

1.20 1.25 1.30 1.35 1.55 1.60 1.45 1.501.40

1.57

LBS

id D3 D1


Fig. 1.19 Retificador prtico

Circuito simulado

18


A1:(9.188m,52.48) A2:(0.00,0.00) DIFF(A):(9.188m,52.48)

Date/Time run: 08/04/105 16:04:11* C:\Curso Graduacao\ee833\Simulao\Retificador.sch

Temperature: 27.0

Date: August 04, 2005 Page 1 Time: 16:08:00

(A) Retificador

0s 5ms 10ms 15ms 20ms

Time1 I(Ls) 2 V(vs:+,vs:-) V(vd)

400mA

300mA

200mA

100mA

0A

-100mA

-200mA

-300mA

1 80V

60V

40V

20V

0V

-20V

-40V

-60V

-80V

2

>>

Fig. 1.20 Formas de onda do retificador prtico.

1.4 Retificadores no-controlados com entrada trifsica Quando a potncia da carga alimentada se eleva, via de regra so utilizados retificadores trifsicos, a fim de, distribuindo a corrente entre as 3 fases, evitar desequilbrios que poderiam ocorrer caso a corrente fosse consumida de apenas 1 ou 2 fases. 19


Neste caso a corrente fornecida, a cada intervalo de 60 graus, por apenas 2 das 3 fases. Podero conduzir aquelas fases que tiverem, em mdulo, as duas maiores tenses. Ou seja, a fase que for mais positiva, poder levar o diodo a ela conectado, na semi-ponte superior, conduo. Na semi-ponte inferior poder conduzir o diodo conectado s fases com tenso mais negativa. A figura 1.21 mostra o retificador com entrada trifsica.

va

vd

LS

id

ia

D6

D5 D3

D2

Rload Cd

D4

D1

LS

LS n

vb

vcn

a

b

c

ib

ic

P

N

Fig. 1.21 Retificador com entrada trifsica. 1.4.1 Circuito idealizado com LS Inicialmente vamos analisar o retificador supondo LS = 0 e o lado dc substitudo por uma fonte de corrente constante. Procedimento anlogo feito anteriormente para uma fase. As formas de ondas das voltagens e correntes so mostradas na figura 1.22.

20


A1:(12.58m,56.98) A2:(15.27m,56.64) DIFF(A):(-2.690m,344.93m)

Date/Time run: 08/09/105 14:51:12* C:\Curso Graduacao\ee833\Simulao\exp1\Rettrifasico.sch

Temperature: 27.0


(A) Rettrifasico

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50ms

Time-I(Lsa) -I(Lsb) -I(Lsc)

1.1A

-1.1A

D2D2D2D4

D5D5D5

D6D6

D3D3D3

D4D4

D1D1

D4

D1

V(vp,vn)

80V

0VSEL>>

Vd = Vp - Vn60

V(vp) V(vn)

50V

-50V

Vn

Vp

V(va:+) V(vb:+) V(vc:+)

40V

-40V

Fig. 1.22 Formas de ondas das voltagens e corrente no

retificador trifsico com Ls desprezado.

21Com LS = 0, a corrente Id flui atravs de um diodo do grupo superior(D1,D3,D5) e


22

de um diodo do grupo inferior(D2,D4,D6). No grupo superior o diodo com maior potencial no seu anodo conduzir e os outros dois permanecero reversamente polarizados. No grupo superior o diodo com menor potencial no seu catodo conduzir e os outros dois permanecero reversamente polarizados. A voltagem vd pode ser encontrada em funo das voltagens ac pela expresso vd = vP vn (1.27) onde vp e vn so as voltagem no ponto P e no ponto N respectivamente com relao ao ponto neutro n. A voltagem instantnea de vd consiste de seis segmentos por ciclo da linha. Assim, este retificador tambm chamado com retificador de seis pulsos. Cada diodo conduz por 120. A comutao da corrente de um dos diodos intantnea baseada na suposio que Ls =0. Exerccio: Determine o valor mdio da voltagem de sada para um sinal entre qualquer duas fases dado por 2VFF cos t.

1.4.2 Efeito de Ls na comutao da corrente Como j falamos anteriormente, para qualquer tipo de retificador, nos instantes que ocorre a transferncia de corrente de um par de diodos para outro, caso exista alguma indutncia presente na conexo de entrada, esta transio no pode ser instantnea. Vamos inclu Ls finito no lado ac e uma corrente constante, Id no lado dc. Nesta situao a comutao da corrente no ser instantnea. Observaremos apenas um processo de comutao, por exemplo, do diodo D1 para o diodo D5. Os outros processos so idnticos. Observe na figura 1.22 que no intervalo de interesse a corrente atravs dos diodos D5 e D6. A figura 1.23 mostra uma simplificao do circuito retificador para este intervalo de tempo analisado.


Id

23

va

a

LS

N

P

ia

D6

D5

D4

D1

vb LS

b

c

ia + ic = Id

ic

ib=Id LS vcn

Id

n

Fig. 1.23 Processo de comutao de corrente Antes da comutao a corrente flui por D5 e D6 (t= t0) como mostra a figura 1.24. Durante a comutao a corrente Id flui tambm por D1 tal que ia +ic = Id. Durante a comutao a tenso no n P fica constante. Quando a alimentao feita por meio de transformadores este fenmeno se acentua, embora ocorra sempre, uma vez que as linhas de alimentao sempre apresentam alguma caracterstica indutiva. Em tais situaes, que representam os casos reais, durante alguns instantes esto em conduo simultnea o diodo que est entrando em conduo e aquele que est sendo desligado. Isto significa, do ponto de vista da rede, um curto-circuito aplicado aps as indutncias de entrada, Ls. A tenso efetiva na entrada do retificador ser a mdia das tenses presentes nas fases. Tal distoro tambm mostrada na figura 1.24, num circuito trifsico alimentando carga indutiva. A soma das correntes pelas fases em comutao igual corrente drenada pela carga. Quando termina o intervalo de comutao, a tenso retorna sua forma normal.

Exerccio: Para um sinal entre duas fases dado por 2VFF cos t, calcule o valor da voltagem mdia na sada do retificador com o efeito de comutao finita.


A1:(8.997m,-28.64) A2:(4.937m,-29.06) DIFF(A):(4.060m,418.88m)

Date/Time run: 08/09/105 18:08:41* C:\Curso Graduacao\ee833\Simulao\exp1\efeitocomutacao.sch

Temperature: 27.0


(A) efeitocomutacao

0s 5ms 10ms 15ms

TimeI(D1) I(D5) I(D6)

2.0A

1.0A

-0.0A

-1.0A

Intervalo de interesse

t=t0

V(Lsc:2) V(R2:1) V(R1:1)

80V

40V

0V

-40V

-80VSEL>>

Fig. 1.24 Formas de onda indicando o fenmeno da comutao.

1.4.3 Voltagem constante no lado DC

Finalmente, vamos considerar o circuito mostrado na figura 1.25, onde assumimos que o retificador alimenta uma fonte de tenso DC. (Esta uma aproximao para o circuito com um grande capacitor C). Novamente, como no caso monofsico, utilizamos a suposio que a corrente id fortemente descontnua. 24


id

vi va

Vd

LS a

LS

N

ia

D6

D5 D3

D2

P D1

vb

ib b

LS

ic c

vcn

D4

n

Fig. 1.25 Retificador com Ls finito e voltagem constante A figura 1.26 mostra as formas de onda para estas condies. Da analise desta figura podemos conclui que quando a carga capacitiva, as indutncias de entrada atuam no sentido de reduzir a derivada inicial da corrente. Neste caso, como a corrente apresenta-se variando, as mesmas indutncias apresentaro uma queda de tenso, de modo que a tenso vi mostra-se significativamente distorcida.

25


Date/Time run: 08/09/105 19:00:38* C:\Curso Graduacao\ee833\Simulao\exp1\voltagemconst.sch

Temperature: 27.0


(A) voltagemconst

0s 5ms 10ms 15ms 20ms 25ms 30ms

TimeV(vp,vn) V(Lsc:2) V(Lsa:2) V(Lsb:2)

100V

50V

0V

-50VSEL>>

I(D1)

1.2A

0.8A

0.4A

0A

-0.4A

Fig.1.26 Forma de ondas do retificador com voltagem constante

26


1.5 Fator de Potncia A atual regulamentao brasileira do fator de potncia [1.1] estabelece que o mnimo fator de potncia (FP) das unidades consumidoras de 0,92, com o clculo feito por mdia horria. O consumo de reativos alm do permitido (0,425 VArh por cada Wh) cobrado do consumidor. No intervalo entre 6 e 24 horas isto ocorre se a energia reativa absorvida for indutiva e das 0 s 6 horas, se for capacitiva. Consideremos, para efeito das definies posteriores, o esquema da figura 1.27.

Ii

Vi Equipamento

Fig. 1.27 Circuito genrico utilizado nas definies de FP

1.5.1 Definio de Fator de Potncia Fator de potncia definido como a relao entre a potncia ativa e a potncia aparente consumidas por um dispositivo ou equipamento, independentemente das formas que as ondas de tenso e corrente apresentem.

FPPS

Tv t i t dt

V I

i i

RMS RMS= =

1 ( ) ( ) (1.28)

Em um sistema com formas de onda senoidais, a equao anterior torna-se igual ao cosseno da defasagem entre as ondas de tenso e de corrente: FP osen cos= (1.29) Quando apenas a tenso de entrada for senoidal, o FP expresso por: 27


FPI

IV RMSosencos= 1 1 (1.30)

Neste caso, a potncia ativa de entrada dada pela mdia do produto da tenso (senoidal) por todas as componentes harmnicas da corrente (no-senoidal). Esta mdia nula para todas as harmnicas exceto para a fundamental, devendo-se ponderar tal produto pelo cosseno da defasagem entre a tenso e a primeira harmnica da corrente. Desta forma, o fator de potncia expresso como a relao entre o valor RMS da componente fundamental da corrente e a corrente RMS de entrada, multiplicado pelo cosseno da defasagem entre a tenso e a primeira harmnica da corrente. A relao entre as correntes chamada de fator de forma e o termo em cosseno chamado de fator de deslocamento. Por sua vez, o valor RMS da corrente de entrada tambm pode ser expresso em funo das componentes harmnicas:

I IRMS nn

= +=

122

I 2 (1.31)

Define-se a Taxa de Distoro Harmnica (TDH) como sendo a relao entre o valor RMS das componentes harmnicas da corrente e a fundamental:

TDHI

I

nn= = 2

2

1

(1.32)

Assim, o FP pode ser rescrito como:

FPTDH

= +cos1

21 (1.33)

evidente a relao entre o FP e a distoro da corrente absorvida da linha. Neste sentido, existem normas internacionais que regulamentam os valores mximos das harmnicas de corrente que um dispositivo ou equipamento pode injetar na linha de alimentao. Exerccio: Calcule o fator de potncia para um retificador monofsico para uma

28


29

carga altamente indutiva (id = constante =Id).

1.6 Normas IEC 61000-3-2: Distrbios causados por equipamento conectado rede pblica de baixa tenso Esta norma [1.2] refere-se s limitaes das harmnicas de corrente injetadas na rede pblica de alimentao. Aplica-se a equipamentos eltricos e eletrnicos que tenham uma corrente de entrada de at 16 A por fase, conectado a uma rede pblica de baixa tenso alternada, de 50 ou 60 Hz, com tenso fase-neutro entre 220 e 240 V. Para tenses inferiores, os limites no foram ainda estabelecidos (2001). Os equipamentos so classificados em 4 classes: Classe A: Equipamentos com alimentao trifsica equilibrada, aparelhos eletro-

domsticos (exeto os da classe D), equipamentos de udio, ferramentas (exceto as portteis) e todos os demais no includos nas classes seguintes. Inclui reguladores de intensidade (dimmer) para lmpadas incandescentes.

Classe B: Ferramentas portteis Classe C: Dispositivos de iluminao, exceto para lmpada incandescente. Classe D: Receptores de TV, computadores pessoais e monitores de vdeo para

computadores. A Tabela I indica os valores mximos para as harmnicas de corrente Tabela I: Limites para as Harmnicas de Corrente


Ordem da Harmnica

n

Classe A Mxima

corrente [A]

Classe B Mxima

corrente[A]

Classe C % da

fundamental

Classe D (75W


31

(a) (b)

Figura 1.28 (a) Corrente de entrada e tenso de alimentao de retificador alimentando filtro capacitivo. (b) Espectro da corrente.

Consideremos os dados comparativos da tabela II [1.3] Tabela II: COMPARAO DA POTNCIA ATIVA DE SADA

Convencional Com correo de FP

Potncia disponvel 1440 VA 1440 VA Fator de potncia 0,65 0,99

Eficincia do corretor de fator de potncia

100% 95%

Eficincia da fonte 75% 75% Potncia disponvel 702 W 1015 W

Nota-se que o baixo fator de potncia da soluo convencional (filtro capacitivo) o grande responsvel pela reduzida potncia ativa disponvel para a carga alimentada. Podem ser citadas como desvantagens de um baixo FP e elevada distoro os seguintes fatos: A mxima potncia ativa absorvvel da rede fortemente limitada pelo FP; As harmnicas de corrente exigem um sobre-dimensionamento da instalao

eltrica e dos transformadores, alm de aumentar as perdas (efeito pelicular); A componente de 3a harmnica da corrente, em sistema trifsico com neutro, pode

ser muito maior do que o normal; O achatamento da onda de tenso, devido ao pico da corrente, alm da distoro

da forma de onda, pode causar mau-funcionamento de outros equipamentos conectados mesma rede;

As componentes harmnicas podem excitar ressonncias no sistema de potncia, levando a picos de tenso e de corrente, podendo danificar dispositivos conectados linha.

1.1 Referncias Bibliogrficas [1.1] Mauro Crestani, "Com uma terceira portaria, o novo fator de potncia j vale

em Abril". Eletricidade Moderna, Ano XXII, n 239, Fevereiro de 1994 [1.2] International Electrotechnical Comission: IEC 61000-3-2: Electromagnetic

Compatibility (EMC) Part 3: Limits Section 2: Limits for Harmonic Current Emissions (Equipment input current < 16 A per phase), 1998 e Emenda A14 (2001)

[1.3] J. Klein and M. K. Nalbant: Power Factor Correction - Incentives. Standards and Techniques. PCIM, June 1990, pp. 26-31


32

[1.4] S. B. Dewan: Optimum Input and Output Filters for a Single-Phase Rectifier Power Supply. IEEE Trans. On Industry Applications, vol. IA-17, no. 3, May/June 1981

[1.5] A. R. Prasad, P. D. Ziogas and S. Manlas: A Novel Passive Waveshaping Method for Single-Phase Diode Rectifier. Proc. Of IECON 90, pp. 1041-1050

[1.6] R. Gohr Jr. and A. J. Perin: Three-Phase Rectifier Filters Analysis. Proc. Of Brazilian Power Electronics Conference, COBEP 91,Florianpolis - SC, pp. 281-286.

[1.7] I. Suga, M. Kimata, Y. Ohnishi and R. Uchida: New Switching Method for Single-phase AC to DC converter. IEEE PCC 93, Yokohama, Japan, 1993.

[1.8] B. Mammano and L. Dixon: Choose the Optimum Topology for High Power Factor Supplies. PCIM, March 1991, pp. 8-18.

1.2 Retificadores no-controlados monofsicos 1.4 Retificadores no-controlados com entrada trifsica 1.4.2 Efeito de Ls na comutao da corrente 1.5 Fator de Potncia 1.5.1 Definio de Fator de Potncia

1.6 Normas IEC 61000-3-2: Distrbios causados por equipamento conectado rede pblica de baixa tenso 1.6.1 Desvantagens do baixo fator de potncia (FP) e da alta distoro da corrente

1.1 Referncias Bibliogrficas

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