Conversores CC-CC: Choppers, Fontes Lineares e Chaveadas

Chopper de 4 Quadrantes

CHOPPER DE 4 QUADRANTES.

Para operação nos quadrantes I e II, mantém-se IGBT4 em condução e comandam-se os transistores IGBT1 e IGBT2, respectivamente. O transistor IGBT1 então conduzirá quando a corrente do motor for positiva (quadrante 1), e o diodo 2 conduzirá quando a corrente no motor for negativa (quadrante II). Para o funcionamento nos quadrantes III e IV, mantém-se IGBT2 em condução e comandam-se os transistores IGBT3 e IGBT4, respectivamente. O IGBT2 conduzirá quando a corrente no motor for negativa (quadrante III), e o diodo do IGBT2 conduzirá quando a corrente no motor for positiva (quadrante IV).

Chopper de 1 Quadrante

CHOPPER 1 QUADRANTE. (Somente V+ e I+)

Modulação por Largura de Pulso (PWM)

Defina PWM:

Modulação por Largura de Pulso. A ideia por trás é fazer-se variar a largura dos pulsos através da variação de uma tensão de controle – $V_{controle}$. Um sinal periódico de frequência constante, normalmente tipo dente de serra ou triangular, é gerado a partir de um oscilador. A tensão de controle é comparada com a onda dente de serra ou triangular e o resultado da comparação é o sinal PWM.

Motores de Indução vs. Motores CC

Porque os motores de indução (CA) estão substituindo os motores CC na área industrial?

Porque motores CC precisam de manutenção de forma muito mais frequente do que motores de indução, além de o motor CC ser mais caro e ser maior (considerando mesmas faixas de potência).

Controle de Velocidade em Motores CC

Forma de obter velocidade acima da nominal em motores CC e a desvantagem de tal método.

O controle da velocidade pelo fluxo de entreferro é utilizado em acionamentos independentes, mas quando se deseja velocidade acima da velocidade base da máquina.

Vantagem do Chopper Transistorizado

A vantagem do chopper transistorizado em relação ao tiristorizado no acionamento de motores CC:

Uma das vantagens em relação aos transistorizados é a alta frequência de chaveamento. Dessa forma a carga enxerga a tensão média, além de diminuir os tamanhos.

Controle de Velocidade em Motores CA e CC

Quais as formas de controlar a velocidade nos motores CA e CC e quais são mais indicadas?

• Controle da velocidade pela resistência de armadura é efetuado em sistemas de tração, com resistências de potência conectadas em série com a armadura;
• O controle da velocidade pelo fluxo de entreferro é utilizado em acionamentos independentes, mas quando se deseja velocidade acima da velocidade base da máquina;
• O controle da tensão terminal é o método mais indicado para controle, uma vez que permite ajustes relativamente rápidos, além de, adicionalmente, possibilitar o controle do torque, através do controle da corrente de armadura.

Ligacões de Motores CC

Formas de ligar os enrolamentos de um motor CC e quando as ligações são indicadas:

A ligação série é muito utilizada em tração, pois oferece um elevado torque de partida. Na ligação independente o motor possui sua velocidade diretamente proporcional ao valor da tensão de armadura, facilitando a regulação da velocidade.

Classificação de Conversores CC-CC

Conversores CC – CC são classificados em choppers e fontes chaveadas. Cite 3 exemplos de choppers e 3 de fontes chaveadas destacando as principais semelhanças e diferenças entre estes.

Choppers: 1 quadrante: fornece tensão e corrente positivas. 2 quad: é capaz de acionar o motor CC num dado sentido de rotação e frená-lo. 4 quad: acionamento e frenagem em ambas as direções de rotação.

Fontes CC: Buck, Boost, Buck-Boost, Flyback, Forward, Push-pull, Full/Half Bridge.

Fontes Lineares

FONTES LINEARES

A estrutura de uma fonte linear:

1. Um transformador efetua a redução da tensão da rede elétrica e ao mesmo tempo promove o isolamento elétrico entre os lados CC e CA;
2. A tensão de saída do transformador é entregue a um retificador com filtro capacitivo;
3. A tensão CC não regulada ($V_D$) obtida após a retificação e filtragem deve ser estabilizada e regulada para que a carga possa ser alimentada adequadamente. Na fonte linear, essa regulação é realizada por um transistor operando na região ativa (linear), ou seja como um resistor variável.

A tensão de saída $V_0$ é comparada com a tensão de referência $V_{oref}$, e o circuito de controle ajusta a corrente de base de maneira que a queda de tensão $V_{CE}$ no transistor seja tal que $V_0$ se iguale a $V_{oref}$.

O transformador possui tamanho e peso elevado devido operar na frequência da rede, ou seja 60Hz. O capacitor deve possuir valor elevado o suficiente para não permitir que a tensão varie.

As fontes lineares possuem rendimento energético baixo (30 a 60%) e necessitam de grandes radiadores de calor, com o consequente aumento do volume do equipamento.

Údo em baixa potência (15W, aproximadamente), onde seu custo as torna atrativas.

Fonte Chaveada

FONTE CHAVEADA

• Utilizam conversores CC-CC chaveados para efetuarem a regulação da tensão de saída;
• Os transistores operam nas regiões de corte e saturação, isto é, como chave;
• A dissipação de potência é bastante reduzida, pois quando a chave está aberta, a potência é nula;
• Frequência de chaveamento se situa entre 10kHz e 1MHz; isso faz com que elementos indutivos e capacitivos sejam de tamanho reduzido.

Vantagens: 1. Tamanho e peso reduzido; 2. Maior rendimento energético; 3. Menor custo, dependendo da faixa de potência.

Desvantagens: 1. Maior complexidade do circuito; 2. Ocorre geração de interferência eletromagnética; 3. A tensão de saída possui *ripple* de alta frequência; 4. A resposta transitória é de pior qualidade.

Etapas de uma Fonte Chaveada:

1. Já que essas fontes normalmente geram grandes variações de corrente quando em funcionamento, precisamos de um filtro.
2. Diferente de fontes lineares, aqui é diretamente retificado em tensões de 110 ou 220 volts.
3. Chaveamento: que vão determinar os ciclos ativos da onda, em função da tensão de saída.
4. Transformador AF: o seu primário como carga de transistores de alta potência, que também vão servir no chaveamento.
5. Conversor e filtro: Ligados ao secundário do transformador vamos ter um diodo retificador e mais um capacitor de filtro.
6. PWM.
7. Circuitos de comando das chaves: controlam as variações na tensão de saída da fonte, e mudam o ciclo ativo da onda.