Eletrônica de potência - conversores de pulso

Conversor de fase controlada

Um conversor de fase controlada converte energia CA em CC (linha comutada). Em outras palavras, é usado na conversão de energia CA de frequência fixa e tensão fixa em saída de tensão CC variável. É expresso como

Fixed Input - Tensão, frequência e alimentação CA
Variable output - Saída de tensão DC

A tensão de entrada CA que entra em um conversor é normalmente em RMS fixo (raiz quadrada média) e frequência fixa. A inclusão de tiristores controlados por fase no conversor garante que uma tensão de saída DC variável seja obtida. Isso é possível alterando o ângulo de fase em que os tiristores são acionados. Como resultado, uma forma de onda pulsante da corrente de carga é obtida.

Durante o meio ciclo de alimentação de entrada, o tiristor está em polarização direta e é ligado por meio da aplicação de pulso de porta suficiente (gatilho). A corrente começa a fluir assim que o tiristor é ligado, ou seja, no ponto ωt = α até o ponto ωt = β. No momento em que a corrente de carga cai para zero, o tiristor é desligado como resultado da comutação de linha (natural).

Existem vários conversores de energia que utilizam comutação natural. Isso inclui -

Conversores AC para DC
Conversores AC para AC
Controladores de tensão AC
Cycloconverters

Os conversores de energia acima serão explicados nos próximos capítulos deste tutorial.

2- Conversor de pulso

Um conversor de pulso de 2 fases, também conhecido como gerador de modulador de largura de pulso de nível 2 (PWM), é usado para gerar pulsos para conversores de modulação de largura de pulso baseados em portadora. Ele faz isso utilizando a topologia de nível dois. Este bloco controla dispositivos de comutação para fins de controle, como IGBTs e FETs que existem em três tipos de conversores, a saber -

1 braço (meia ponte monofásica)
2 braços (ponte completa monofásica)
3 braços (ponte trifásica)

O sinal de entrada de referência em um conversor de 2 pulsos é comparado a uma portadora. Se o sinal de entrada de referência for maior que a portadora, o pulso será igual a 1 para o dispositivo superior e 0 para o dispositivo inferior.

Para controlar um dispositivo com ponte completa monofásica (2 braços), é necessário aplicar modulação de largura de pulso unipolar ou bipolar. Na modulação unipolar, cada um dos dois braços é controlado de forma independente. Um segundo sinal de entrada de referência é gerado internamente por meio de uma mudança no ponto de referência inicial em 180 °

Quando o PWM bipolar é aplicado, o estado do dispositivo de chaveamento inferior na segunda ponte completa monofásica é semelhante ao da chave superior no primeiro dispositivo de ponte completa monofásica. Usar uma modulação unipolar leva a formas de onda AC mais suaves, enquanto a modulação bipolar resulta em menor variação de voltagem.

Conversor de 3 pulsos

Considere um conversor trifásico de 3 pulsos, onde cada um dos tiristores está em modo de condução durante o terceiro ciclo de alimentação. A primeira vez que um tiristor é acionado em condução é a 30 ° em relação à tensão de fase.

Seu funcionamento é explicado por meio de três tiristores e três diodos. Quando os tiristores T1, T2 e T3 são substituídos pelos diodos D1, D2 e D3, a condução começará no ângulo de 30 ° em relação às tensões de fase u _an , u _bn e u _cn respectivamente. Portanto, o ângulo de disparo α é medido inicialmente a 30 ° em referência à tensão de fase que lhe corresponde.

A corrente só pode fluir em uma direção através do tiristor, que é semelhante ao modo de funcionamento do inversor, onde a energia flui do lado CC para o lado CA. Além disso, a tensão nos tiristores é controlada controlando o ângulo de disparo. Isso é obtido quando α = 0 (possível em um retificador). Assim, o conversor de 3 pulsos atua como um inversor e um retificador.

Conversor de 6 pulsos

A figura abaixo mostra um conversor controlado por ponte de seis pulsos conectado a uma fonte trifásica. Neste conversor, o número de pulsos é o dobro do de fases, ou sejap = 2m. Usando a mesma configuração de conversor, é possível combinar duas pontes de seis pulsos para obter um conversor de doze ou mais pulsos.

Quando a comutação não estiver disponível, dois diodos conduzirão a qualquer momento. Além disso, para obter uma queda de tensão na carga, dois diodos devem estar posicionados em pernas opostas da ponte. Por exemplo, os diodos 3 e 6 não podem estar LIGADOS ao mesmo tempo. Portanto, a queda de tensão na carga CC é uma combinação da tensão de linha VL da fonte trifásica.

É importante observar que quanto maior o número de pulsos, maior será a utilização do conversor. Além disso, quanto menor o número de pulsos, menor é a utilização do conversor.