CONTROL CIRCUIT FOR RECTIFIERS SHOOTING THREE PULSES CONTROLLED

Rodrigo Donzelli, Lucas Daniel Zandonai, Edson Santos Acco Universidade de Passo Fundo - UPF

Curso de Engenharia Elétrica, Campus Universitário – Passo Fundo – RS rodrigodonzelli@live.com, lucas_zandonai@yahoo.com.br, edson@upf.br

Abstract. This paper presents the development of a controlled circuit to trigger a controlled three phase rectifier three pulses. Special attention to the isolation between the power circuit and the control circuit has been given since the initial application of this rectifier is didactic and the terms of security is of utmost importance. The way that is done electronics and control of this prototype is to contribute to the classic study of AC-DC converters power electronics. Palavras-chave: Conversor CA-CC, Retificador. 1. INTRODUÇÃO Segundo Rashid Muhammad H [1], retificadores controlados têm como característica variar a tensão média de saída conforme o ângulo de disparo dos tiristores, e também afirma que os conversores trifásicos fornecem tensão média de saída e frequência da ondulação maior se comparada aos monofásicos, por isso os requisitos de filtragem ou alisamento da corrente e tensão de carga são mais simples. Levando em consideração Barbi Ivo [2], o circuito de comando para retificadores trifásicos de meia ponte são de certa forma simples, porém é necessário enviar aos gatilhos dos tiristores o sinal de disparo com formas e valores adequados de tensão e corrente em instantes bem determinados para colocá-los em condução.

Neste artigo estamos demonstrando estágios bem separados quanto à forma e função, desde o sincronismo de entrada da rede até se chegar ao estágio de ataque do tiristor. O assunto principal deste trabalho está relacionado à isolação de comando e potência do circuito por isso se resolveu trabalhar com uma solução mais simples e compacta utilizando foto transistor e opto acoplador para isolamento uma vez que em Barbi Ivo [2] demonstra que os circuitos de comando para retificadores são isolados na sua maioria por transformadores isoladores. 2. ESTÁGIOS DO CONVERSOR

O circuito do retificador está dividido em cinco estágios, desde a obtenção do sinal da rede CA até a conversão CC na carga.

Figura 1. Estágios do circuito

2.1 Fonte DC para Comando O “1º Estágio” do circuito, conforme Figura 1 e Figura 2, trata de uma fonte de tensão contínua de 12 V, composta por um transformador rebaixador 110/18 V, uma ponte retificadora de onda completa, um regulador de tensão e capacitores para filtro e alisamento da tensão de comando. Esta fonte fornecerá o nível de tensão DC para o restante do circuito.

Figura 2. Circuito do 1º Estágio (Fonte DC) 2.2 Isolação de Entrada O “2º Estágio” do circuito, conforme Figura 1 e Figura 3, tem função de isolação entre a rede alternada de sincronismo (entrada do sinal de referencia) e o circuito de comando do retificador. Este sincronismo é realizado comparando tensões de linha sendo a seguinte ordem de ligação a ser feita no protótipo: (R-S, S-T, T-R), conforme Fig.3.

Figura 3. Circuito do 2º Estágio (Isolação de Entrada) 2.3 Geração da Rampa e Comparação O “3º Estágio” do circuito, conforme Figura 1 e Figura 4, trata de um circuito RC para gerar o sinal de comparação para conexão ao pino não inversor do LM 324. Como não basta apenas fazer a carga do capacitor, está projetado o transistor BC549 que tem a função de descarga do mesmo. O potenciômetro conectado na entrada inversora do LM 324 fornece um nível de tensão para ser comparada ao da entrada não inversora, descrita anteriormente. Desta forma é realizada a saturação no pino de saída OUTPUT do comparador.

Figura 4. Circuito do 3º Estágio (Rampa e Comparação) Através do ajuste analógico realizado pelo potenciômetro, conforme Fig.2 e Fig.4 seleciona-se o ângulo de disparo para o tiristor TIC 106, presente no “5º Estágio”.

2.4 Isolação de Saída O “4º Estágio” do circuito, conforme Figura 1 e Figura 5, realiza a isolação entre o comando e potência através do MOC 3020. Este estágio também é composto por um resistor que faz a limitação de corrente circulante entre o LED emissor do opto acoplador e da saída OUTPUT do comparador. Também entre os pinos de saída 4 e 6 do MOC 3020 é utilizado um resistor de 750 ohm e um diodo para condicionar o sinal de disparo ao tiristor.

Figura 5. Circuito do 4º Estágio (Isolação de Saída) 2.5 Tiristores e Carga O “5º Estágio” do circuito, conforme Figura 1 e Figura 6, tratam dos tiristores e cargas. Para esta aplicação em especifico foi utilizado o TIC 106, projetado para aceitar cargas com propriedades de condução continua (indutor como parte da carga), e também carga com características descontinua (apenas carga resistiva). Para o projeto estimamos uma carga de aproximadamente 160VA ligada em 110 V (tensão rms de fase). No teste de condução descontinua foi utilizado à ligação de duas lâmpadas em paralelo uma de 100 W e outra de 60 W. Já para verificação da carga continua instalamos um indutor de 100 mH em série com as duas lâmpadas, citadas anteriormente.

Figura 6. Circuito do 5º Estágio (Tiristor e Carga) Na Figura 6, acima, esta sendo demonstrada a saída trifásica do retificador, salienta-se isto, pois nos estágios demonstrados nas Fig.3, Fig.4 e Fig.5, foram demonstrados os circuitos para apenas uma das fases, entendem-se então, que o circuito final é composto por três conjuntos idênticos, alterando apenas a entrada do sinal de referencia, conforme informação contida na Fig.3, onde se explica a ordem de ligação.

3. RESULTADOS

O ângulo α citado na Tabela 1 para

carga descontinua (resistiva) é contado a partir do cruzamento de duas tensões e não do ponto de cruzamento por zero, conforme Barbi Ivo [2].

Tabela 1. Resultado Prático Carga Resistiva

Carga Resistiva (descontinua)

Ângulo α 0˚ 30˚ 60˚ 90˚ 110˚

V Médio

(V) 128,70 111,45 64,35 34,00 4,25

O ângulo α citado na Tabela 2 para

carga continua (indutiva) é contado a partir do cruzamento de duas tensões e não do ponto de cruzamento por zero conforme Barbi Ivo [2].

Tabela 2. Resultado Prático Carga Indutiva

Carga Indutiva (continua) Ângulo

α 0˚ 30˚ 60˚ 90˚ 110˚

V Médio

(V) 128,70 110,11 72,21 12,79 2,54

Na Figura 7, Figura 8 e Figura 9, são demonstrados os testes elaborados e medidos em laboratório. A alimentação do circuito é realizada em tensão rms 110 V (fase-neutro), tendo como saída uma regulação de tensão média de 0 V a 130 V, aproximadamente.

Figura 7. Disparo em 60° e tensão na carga sem filtro.

Figura 8. Montagem Final do Protótipo.

Figura 9. Montagem e testes no laboratório de eletrônica de potência 4. CONSIDERAÇÕES FINAIS Foi dada atenção especial à isolação de entrada (conexão a rede AC) e a saída ( conexão da carga) uma vez que a aplicação é didática e requer níveis de segurança mais elevados, sendo que este protótipo será utilizado nas disciplinas de Eletrônica de Potência. Os resultados apresentam concordância com simulações e cálculos teóricos desenvolvidos, conforme já esperado. Não foi utilizado filtro na saída do retificador, pois o protótipo é didático e como resultado final deve-se observar o disparo dos tiristores na carga e não a qualidade do nível de tensão DC recebido pela carga. Agradecimentos Ao corpo técnico do Núcleo de Eletrônica da UPF pelo apoio ao desenvolvimento do protótipo de estudo. REFERÊNCIAS [1] Rashid Muhammad H, Eletrônica de Potência: circuitos, dispositivos e aplicações, São Paulo: Makron Books, 1999. [2] Barbi Ivo, Eletrônica de Potência, Florianópolis: Ed. Do Autor, 2006.