Módulo 07: Retificadores Controlados - Tiristores

MODULO 07 RETIFICADORES CONTROLADOS TIRISTORES Pedro Gomes Barbosa Pedro Machado de Almeida Nucleo de Automacao e Eletrˆonica de Potˆencia Universidade Federal de Juiz de Fora Juiz de Fora MG 36036900 Brazil email pedromachadoufjfedubr 2019 pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 1 69 Tiristor Thyristor Tiristor e uma famılia de dispositivos semicondutores de quatro cama das e trˆes juncoes pn Alguns dispositivos dessa famılia de interruptores semicondutores pos suem dois terminais enquanto a maioria possui trˆes terminais Sao exemplos de componentes da famılia dos tiristores o Silicon Con trolled Rectifier SCR o DIAC o Triac o Gate Turnoff Thyristor GTO etc Para os dispositivos de trˆes terminais o terminal de controle e deno minado gatilho G gate e os outros dois terminais sao chamados de anodo A e catodo K pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 2 69 Estrutura interna de um SCR SCRs 2 Copyright by John Wiley Sons 2002 cathode gate wafer wafer distributed gate cathode area metallization not shown Gate and cathode metallization for slow phase control thyristor Gate and cathode metallization for fast inverter grade SCR Thyristor SCR Geometry Gate Cathode Anode N N P N P P 10 cm 1 9 3 10 cm 1 9 3 10 cm 1 9 3 10 cm 1 7 3 10 cm 1 7 3 1 0m 3 0 100 m 5 0 1000 m J J J 1 2 3 10 5x10 cm 1 4 3 1 3 3 0 50 µ Crosssectional view showing vertical orientation of SCR SCRs with kiloamp ratings have diameters of 10 cm or greater Figura 1 Estrutura interna de um SCR pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 3 69 Terminal de Gate em um SCR SCRs 2 Copyright by John Wiley Sons 2002 cathode gate wafer wafer distributed gate cathode area metallization not shown Gate and cathode metallization for slow phase control thyristor Gate and cathode metallization for fast inverter grade SCR Thyristor SCR Geometry Gate Cathode Anode N N P N P P 10 cm 1 9 3 10 cm 1 9 3 10 cm 1 9 3 10 cm 1 7 3 10 cm 1 7 3 1 0m 3 0 100 m 5 0 1000 m J J J 1 2 3 10 5x10 cm 1 4 3 1 3 3 0 50 µ Crosssectional view showing vertical orientation of SCR SCRs with kiloamp ratings have diameters of 10 cm or greater Figura 2 Terminal de Gate em um SCR pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 4 69 Funcionamento Quando a tensao entre os terminais do anodo e do catodo e positiva VAK 0 as juncoes J1 e J3 ficam diretamente polarizadas enquanto a juncao J2 fica reversamente polarizada Neste caso se um pulso de corrente e aplicado no terminal de gate o dispositivo entra em conducao e flui corrente do anodo para o catodo Durante esta condicao observase uma pequena diferenca de potencial entre os terminais AK 15 V que na maioria das aplicacoes pode ser desprezada Uma vez que o tiristor conduz ele se comporta como um diodo em conducao ou seja sem controle nenhum sobre o dispositivo Na situacao contraria quando a tensao do terminal K e maior do que a tensao do terminal A o dispositivo e dito reversamente polarizado e nao flui corrente pelo dispositivo pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 5 69 Sımbolo e curva caracterıstica do SCR A K G Figura 3 Sımbolo e curva caracterıstica do SCR pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 6 69 Alguns parˆametros importantes dos tiristores Queda de tensao direta VF e a diferenca de potencial entre os terminais do tiristor quando o mesmo esta diretamente polarizado e conduzindo uma corrente entre o anodo e o catodo Tensao de ruptura direta reverse breakdown VFB e maxima tensao direta que aplicada entre os terminais do tiristor faz o dispositivo entrar em conducao Tensao de ruptura reversa reverse breakdown VRB e maxima tensao reversa que aplicada entre os terminais do tiristor faz o dispo sitivo entrar em conducao reversa E tambem conhecida como tensao de avalanche pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 7 69 continuacao Corrente de travamento Latching current IL e a mınima cor rente que deve flui entre o anodo e o catodo depois de aplicado um pulso de disparo no terminal de gate para garantir que o tiristor entre em conducao Corrente de manutencao Holding current IH e a mınima cor rente que deve flui entre o anodo e o catodo para que o tiristor nao entre o estado de corte pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 8 69 Modelo funcional de um SCR Power Semiconductor Devices 33 FIGURE 24 a Thyristor structure with twotransistor analogy and b VI characteristics b a Reverse leakage current Avalanche breakdown VB Forward conduction drop Vd IA VA Holding current Latching current Forward leakage current Forward breakover voltage VBR IG3IG2IG1 IG3 IG2 IG1 IG0 Anode Cathode Gate VA IA A G K N1 A N2 P2 N1 P1 G K A G K T1 T2 IA IG IC2 P1 P2 N1 P2 N2 IK IC1 α2 α1 A thyristor is basically a threejunction PNPN device that can be represented by PNP and NPN component transistors connected in regenerative feedback mode as shown in Figure 24a The device blocks voltage in both the forward and reverse directions When the anode is positive the device can be triggered into conduction by a short positive gate current pulse but once the device is conducting the gate control is lost A thyristor can Do circuito equivalente IC1 α1IA ICB1 1 e IC2 α2IK ICB2 2 De 1 e 2 temse IA IC1 IC2 3 que resulta em IA α2IG ICB1 ICB2 1 α1 α2 4 pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 9 69 Modelo transitorio baseado no modelo funcional Cj1 capacitˆancia parasita da juncao J1 Cj2 capacitˆancia parasita da juncao J2 Cj3 capacitˆancia parasita da juncao J3 ij2 dqj2 dt dCj2Vj2 dt Vj2 dCj2 dt Cj2 dVj2 dt 5 pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 10 69 Tipos de disparo Disparo termico Se a temperatura do tiristor aumentar ocorrera o aumento de pares eletronslacunas livres que aumentara a corrente de fuga do dispositivo Este aumento por sua vez aumentara os ganhos α1 e α2 levando o tiristor para o estado de conducao Disparo por sobretensao Se a tensao direta sobre o dispositivo for maior que a tensao de ruptura direta que o dispositivo foi projetado para suportar ira ocorrer uma aumento da corrente de fuga e o tiristor entra em conducao Disparo dvdt Se a taxa de variacao da tensao entre anodo e catodo for elevada do modelo transitorio do tiristor podese ter um aumento da corrente de carga das capacitˆancias das juncoes que leva o tiristor para um estado de conducao pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 11 69 continuacao Disparo por luz A injecao de luz ou laser nas juncoes semiconduto ras do tiristor ira aumentar os pares eletronslacunas livres e iniciar o processo de conducao do dispositivo Disparo por corrente de gate Tambem chamado de disparo contro lado A injecao de corrente no terminal de gate forca o dispositivo a entrar em conducao se o mesmo estiver diretamente polarizado pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 12 69 Principais tipos de tiristores Dependendo da construcao fısica e do tipo de disparo e corte os tiristores pode ser classificados em SCR Silicon Controlled Rectifier Retificadores controlados de silıcio TRIAC e DIAC Tiristores bidirecionais LTT Light Trigged Thyristor ou LASCR Light Activated SCR SCR disparados por luz ou laser GTO Gate Turnoff Thyristor Tiristor comutado pelo gate IGCT Integrated Gate Commutated Thyristor Tiristor com gate integrado MCT MOS controlled Thyristor Tiristor controlado por MOS SITH Static Induction Thyristor pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 13 69 Exemplos de encapsulamento Figura 4 Exemplos de encapsulamento pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 14 69 HVDC Figura 5 Conversor de 12 pulsos a tiristor de uma linha HVDC Nova Zelˆandia pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 15 69 Associacao serie de tiristores Valvulas Diferentemente do caso da conexao serie de diodos na conexao serie de tiristores devese garantir a divisao tanto da tensao reversa quanto da tensao direta de bloqueio Figura 6 Associacao serie de tiristores Valvulas pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 16 69 Retificador controlado de meia onda O tiristor T1 e disparado aplicando um pulso positivo de corrente no terminal de gate quando ωt α O pulso de disparo dever ser sincronizado com o semiciclo positivo da tensao da rede Figura 7 Retificador controlado de meia onda pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 17 69 Circuito de disparo do tiristor Tensão de linha CA Vsincronização Gerador de onda dentedeserra vcontrole vcontrole Comparador vst Sinal de disparo do tiristor vcontrole Vsincronização Sinal de disparo do tiristor pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 18 69 Formas de onda Figura 8 Formas de onda retificador controlado de meia onda pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 19 69 CsCis e A tensao CC média sobre a carga resistiva é calculada por 17 1 V Y 7 i Uo dt Vin senwt dwt os coswt V Yo a 1 cosa 6 O valor eficaz da tensdo de saida do retificador é dado por 1 7 1 7 Vows a ue dt x Vin senwt dwt V Vin 1 4 sen2a 7 7 a orm 2 NN 2 Retificadores 2019 20 69 Comentarios O valor medio da tensao CC sobre a carga R pode ser controlado atraves do ˆangulo α que determina o instante de entrada em conducao do tiristor Quando a tensao de entrada fica negativa o tiristor T1 fica reversa mente polarizado ou seja o tiristor entra no estado de corte e deixa de conduzir corrente para a carga pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 21 69 Exemplo Projete um circuito para produzir uma tensao media de 40 V sobre uma resistˆencia de 100 Ω atraves de uma fonte CA de 120 V rms 60 Hz Determine a potˆencia absorvida pela resistˆencia e o fator de potˆencia pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 22 69 a Solucao A equacao 6 pode ser reescrita para se determinar o angulo de disparo 27 1 Vo1 0 cos 4 20 6 a cos 40 1 612 107rad V2 x 120 O valor eficaz é calculado através de 7 2x 120 1 2x 107 Vy M2 420 Ly 7g en x 107 os 6 y 2 T 2 Retificadores 2019 23 69 Solucao A potˆencia na carga e PR V 2 rms R 7562 100 571 W O fator de potˆencia e dado por pf P S P VsrmsIrms 571 120 756100 063 pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 24 69 Retificador de meia onda com carga RL e A analise de retificador controlado de meia onda é andloga a do re tificador nado controlado Entretanto o tiristor comeca a conduzir no angulo de disparo a Vv SLT i 0 Vp vy 1 S VL Figura 9 Retificador controlado de meia onda com carga RL Retificadores 2019 8925 69 Retificador de meia onda com carga RL 0 c ot Xm Ko Qn 2n Ney SN een 0 IN IN on Nim t Skee Figura 10 Formas de onda para o retificador controlado de meia onda com carga RL Bil Retificadores 2019 26 69 CsSCSCSCis Retificador de meia onda com carga RL e A corrente é dada por Vin t 0 6 awtwr wt Z senwt sena Ae paraa uwt B iwt 0 caso contrdrio 8 O Angulo de extindo 8 é definido como o angulo em que a corrente retorna ao zero portanto Vin a8wr i80 sen3 6 sena 0e 9 A equacao 9 deve ser resolvida numericamente Retificadores 2019 27 69 Retificador de meia onda com carga RL e fonte CC e A analise de retificador controlado de meia onda é andloga a do retifi cador nao controlado Entretanto o tiristor comeca a conduzir a partir angulo de disparo a se o tiristor estiver diretamente polarizado Ou seja quando a tensdo da fonte CA for maior que a tensao da fonte CC R L 00505 i O V sinn C C Vy Figura 11 Retificador controlado de meia onda com carga RL e fonte CC Retificadores 2019 28 69 Retificador monofasico de onda completa em ponte Os tiristores devem conduzir em pares T1 T2 e T3 T4 para garantir um caminho para a corrente circular pela carga Os pulsos de disparo tiristores T1 T2 e T3 T4 devem ser sincronizados com os semiciclo positivo e negativo da tensao CA de entrada T1 T3 T4 T2 v0 i0 Figura 12 Retificador monofasico de onda completa em ponte pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 29 69 Formas de onda Figura 13 Formas de onda para um retificador de onda completa pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 30 69 CsCis e A tensdo CC média sobre a carga resistiva é calculada por 1 V Y Vin senwt dwt coswt T dey T V Vo 1 cosa 10 T O valor eficaz da tensdo de saida do retificador é dado por V ae 2 dt tv senwt devt uzdt 4 nw Ww Orms T f Oo 1 a m V2 7 1 a sen2a Vo yf 1 cos2u04dut Vinyl 5 ge EO 11 Retificadores 2019 31 69 Retificador controla em ponte completa com carga RL e A corrente na carga para um retificador de onda completa controlado com carga RL pode ter modo continuo de corrente ou descontinuo sendo necessdria uma andalise separada para cada um V7 R v M2 V sinr Vo L Figura 14 Retificador controla em ponte completa com carga RL Retificadores 2019 32 69 Modo de conducao descontinuo iy 0 a ap nma cor Vin Vo 0 Tt 2m ot Figura 15 Modo de condugao descontinuo f Retificadores 201933 69 Modo de conducao continuo iy Qa TUutoa wt Yo 0 1 TU wt Figura 16 Modo de condugao continuo fy Retificadores 2019 3469 Retificador monofasico alimentando carga muito indutiva Considerando que a carga conectada nos terminais do retificador e bas tante indutiva podese considerar que a corrente CC e CONSTANTE T1 T3 T4 T2 Figura 17 Retificador monofasico alimentando carga muito indutiva pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 35 69 Formas de onda Figura 18 Formas de onda retificador com carga muito indutiva pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 36 69 CsCis e A tensao CC média de saida do retificador é dada por 1 rr Vo a Up dt 1 TQ Vin senwt dwt 7 a V coswtn T e Substituindo os limites de integracao temos 2V Vo cosa 12 T Retificadores 2019 37 69 Comportamento da tensao media de saıda normalizada em funcao do ˆangulo de disparo α 0 α 90 Vo 0 funcionamento como retificador 90 α 180 Vo 0 funcionamento como inversor 0 α 90 180 Retificador Inversor Figura 19 Modo de operacao de acordo com o ˆangulo de disparo pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 38 69 Corrente pela fonte CA is la Qn 0 aE oi la is Ip S an cos nwt by sen nwt nl onde 1 T 1 at2r b id 5 f idwt 0 9 T 4 atin An i cos nwt dt i cos nwt dwt 0 T Jo 27 Ja 27 4 orn AI bn a is sen nwt dt x is sen nwt dwt hie Retificadores 2019 39 69 Corrente pela fonte CA 63 SINGLEPHASE CONVERTERS 129 voltage v waveform The current is in Fig 68u can be expressed in terms of its Fourier components as iot filsinot a fis3sin3ot a fis5sin5ot a where only odd harmonics h are present The rms value of its fundamentalfrequency component isl plotted in Fig 68a is 61 1 612 2 Is1 zj 09 Id 7F From Fourier analysis the harmonics of is can be expressed as 613 Is1 Ih h 1 o 21 1 t 7 i i h 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 S a 135 180 fC Figure 68 The acside quantities in the converter of Fig 65 Figura 20 Tensao e corrente do lado CA pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 40 69 e Substituindo os valores de a e by na série trigonométrica de Fourier da corrente i podese escrever CO AI is y sen nwt a nt n1 O valor eficaz da componente fundamental é calculado fazendo n 1 na expressao anterior 221 T e Ja o valor eficaz da corrente total pela fonte é dado por 1 Ta 2 I i dwt Ig T a Retificadores 2019 41 69 e A taxa de distorcao harmGnica da corrente CA é calculada por Vena 22 1 2 VT 8 THD x 100 V2 x 100 Y 4843 Is Is 22 E o fator de poténcia é calculado DPF cosa atrasado I 22 fo DPF 2V2 cosa I T vg 7S oo Le Bly a o a Figura 21 Tensao e corrente do lado CA abi Retificadores 2019 4269 Retificador trifasico controlado de meia onda Figura 22 Retificador trifasico controlado de meia onda pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 43 69 Formas de onda Figura 23 Formas de onda retificador trifasico controlado de meia onda pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 44 69 O tiristor SCR conectado na fase mais positiva iré conduzir quando receber um pulso em seu terminal de gate Logo o valor médio da tensdo na carga pode ser calculado por 1 rr Vo z ug dt 13 T Jo e Substituindo os limites de integracdo para a tensdo up temse 1 pote Yo a V2V senwtdwt 14 273 gto Que resulta em 3V6V Vo cosa 15 20 15 Retificadores 2019 45 69 Retificador trifasico de onda completa Copyright 2003 by John Wiley Sons Inc Chapter 6 Thyristor Converters 620 3Phase Thyristor Converters Two groups of three thyristors each Figura 24 Topologia do retificador trifasico de onda completa pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 46 69 Formas de onda 42 SixPulse SCR Rectifier 67 av bv cv 6 6 2 6 5 6 7 6 9 6 11 0 ig2 ig1 v 2 3 t t t t vP va vb vN vc va vb v 0 vd 0 vab vac vbc vba vca vcb vab vac Vd dI A1 ai 1 1 ai 0 bi 0 ci t t t dI I II 1 2 S6 S1 ON S1 S2 ON vd t ig3 ig4 ig5 ig6 Figure 422 Waveforms of the idealized sixpulse SCR rectifier operating at 𝛼 30 where vab 2VLL sin𝜔t 𝜋6 The equation illustrates that the rectifier dc output voltage Vd is positive when the firing angle 𝛼 is less than 𝜋2 and becomes negative for an 𝛼 greater than 𝜋2 However the dc current Id is always positive irrelevant to the polarity of the dc output voltage Figura 25 Tensao de saıda para α 30 pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 47 69 Formas de onda 42 SixPulse SCR Rectifier 67 av bv cv 6 6 2 6 5 6 7 6 9 6 11 0 ig2 ig1 v 2 3 t t t t vP va vb vN vc va vb v 0 vd 0 vab vac vbc vba vca vcb vab vac Vd dI A1 ai 1 1 ai 0 bi 0 ci t t t dI I II 1 2 S6 S1 ON S1 S2 ON vd t ig3 ig4 ig5 ig6 Figure 422 Waveforms of the idealized sixpulse SCR rectifier operating at 𝛼 30 where vab 2VLL sin𝜔t 𝜋6 The equation illustrates that the rectifier dc output voltage Vd is positive when the firing angle 𝛼 is less than 𝜋2 and becomes negative for an 𝛼 greater than 𝜋2 However the dc current Id is always positive irrelevant to the polarity of the dc output voltage Figura 26 Tensao de saıda para α 30 pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 48 69 Os tiristores SCR conectados na fase mais positiva e negativa irdo conduzir quando receberem um pulso de corrente em seus terminais de gate Logo o valor médio da tensdo na carga pode ser calculado por 1 rr Y uydt 16 0 5 L 16 Substituindo os limites de integracdo para a tensdo up temse 1 fete Yo V2Vsenwt 16dwt 17 w3 Ziq 6 Que resulta em 3V2V 3V6V Yo ee cosa se cos 18 T T onde V V3V abi Retificadores 2019 49 69 Harmonicas de tensao na saida em funcao de a ELT LTT TT oh ERLE LT TLL NLL IVT TT ATT 5 02 A PA Tee NE I aT aN 095 40 80 120 160 200 Delay Angle degrees Figura 27 Harménicas da tensdo de saida normalizadas como funo do Angulo de atraso naff um retificador trifasico Retificadores 2019 50 69 Exemplo Um retificador trifasico controlado tem uma tensao de entrada de 480 V em 60 Hz A carga e modelada como uma resistˆencia em serie com um indutˆancia com R 10 Ω e L 50 mH a Determine o ˆangulo de atraso necessario para produzir uma corrente media de 50 A na carga b Determine a amplitude das harmˆonicas de corrente n 6 e n 12 pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 51 69 ee Exemplo Solucdo a A componente CC requerida na tensdo de saida é V RI 50 x 10 500 V A equaao 18 é utilizada para determinar o Angulo de atraso V 500 acos 3 cos sera 395 3V2 Vz 32480 Retificadores 2019 52 69 ee Exemplo Solucdo b As amplitudes das tensdes harmGnicas sdo estimadas pelo grafico da Figura 27 Para a 395 as tensdes harmGnicas normalizadas sao VeVm 021 e Vi2Vm 01 Usando Vz V2 x 480 Ve 143 V e Vig 68 as correntes harmGnicas sdo entdo 14 Ig Ve Big 46 102 6 x 377 x 005 V 68 lo 934 4212 102 12 x 377 x 005 abi Retificadores 2019 53 69 Tensao CC de saıda Copyright 2003 by John Wiley Sons Inc Chapter 6 Thyristor Converters 622 DCside voltage waveforms assuming zero ac side inductance pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 54 69 Copyright 2003 by John Wiley Sons Inc Chapter 6 Thyristor Converters 622 DCside voltage waveforms assuming zero ac side inductance pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 55 69 Corrente pela fonte CA Yen Yan Yon Yen ZS el OS ot0 Figura 28 Corrente drenada da fonte CA e A corrente na fonte CA pode ser decomposta na série de Fourier CO ta A S Gn cos nwt by sin nwt n1 fi 7 Retificadores 2019 56 69 a Coeficientes da série de Fourier 1 T 1 21 0 0 9 T 4 Qr An ig cos nwt dt ta cos nwt dwt 0 0 0 Q rT 4 ps tn6 231 bn if ig sen nwt dt ig sen nwt dwt 2Vv3lu T Jo 27 Jx6 nt onde n 1571118 Retificadores 2019 57 69 Espectro harmˆonico da corrente CA 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 02 04 06 08 1 1 5 1 7 1 11 n IahIa1 Figura 29 Espectro harmˆonico normalizado para a corrente da rede pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 58 69 Serie de Fourier Substituindo os valores de n temse a seguinte serie trigonometrica de Fourier da corrente ia podese escrever ia 2Ia1 sen ωt α 2Ia5 sen 5 ωt α 2Ia7 sen 7 ωt α 2Ia11 sen 11 ωt α 2Ia13 sen 13 ωt α onde Ian Ia1 n pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 59 69 Valor eficaz e O valor eficaz da componente fundamental é calculado fazendo n 1 na expressao anterior V6Iq I T e Ja o valor eficaz da corrente total pela fonte é dado por 2 Ih ve Retificadores 2019 6069 a A taxa de distorcdo harmGnica da corrente CA é calculada por V nai Js JEE THD x 100 V4 x 100 3108 Is Ta e Eo fator de poténcia é calculado DPF cosa I 3 fo DPF cosa Iq T Retificadores 2019 61 69 Tensao e corrente CA do retificador Copyright 2003 by John Wiley Sons Inc Chapter 6 Thyristor Converters 624 Input linecurrent waveforms assuming zero ac side inductance pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 62 69 Conversor trifasico controlado funcionando como inversor oO oO o R L A A A Ab F5 BLOF ChoFy Yo L LA L hie Figura 30 Conversor trifasico controlado funcionando como inversor Retificadores 2019 63 69 Transmissao em corrente contınua HVDC 46 DC Power Transmission 157 6 Power flow can be modulated during disturbances on one of the ac systems resulting in increased system stability 7 The two ac systems that are connected by the dc line do not need to be in synchronization Furthermore the two ac systems do not need to be of the same frequency A 50Hz system can be connected to a 60Hz system via a dc link The disadvantage of dc power transmission is that a costly acdc converter filters and control system are required at each end of the line to interface with the ac system Figure 424a shows a simplified scheme for dc power transmission using sixpulse converters at each terminal The two ac systems each have their own generators and the purpose of the dc line is to enable power to be interchanged between the ac systems The directions of the SCRs are such that current io will be positive as shown in the line In this scheme one converter operates as a rectifier power flow from ac to dc and the other terminal operates as an inverter power flow from dc to ac Either terminal can operate as a rectifier or inverter with the delay angle determining the mode of operation By adjusting the delay angle at each terminal power flow is controlled between the two ac systems via the dc link The inductance in the dc line is the line inductance plus an extra series inductor to filter harmonic currents The resistance is that of the dc line conduc tors For analysis purposes the current in the dc line may be considered to be a ripplefree dc current Figure 424 a An elementary dc transmission system b Equivalent circuit R Vo2 Vo1 R vo1 vo2 io io L DC Transmission Line AC System 1 AC System 2 har80679ch04111170qxd 121509 348 PM Page 157 Figura 31 Transmissao em corrente contınua HVDC pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 64 69 Transmissao em corrente contınua HVDC Figura 32 Comparacao de custos entre transmissao HVAC e HVDC pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 65 69 HVDC Vantagens 1 A indutˆancia da linha de transmissao tem impedˆancia zero para CC enquanto que impedˆancia indutiva para as linhas no sistema CA e rela tivamente alta 2 A capacitˆancia que existe entre os condutores e um circuito aberto para CC Para as linhas de transmissao CA a reatˆancia capacitiva fornece um caminha para a corrente resultando em perdas adicionais RI 2 na linha Em aplicacoes onde os condutores estao muito proximos a reatˆancia ca pacitiva pode ser um problema significante para as linhas de transmissao enquanto que para alinha CC ela nao tem efeito 3 Existem dois condutores necessarios para a transmissao em CC em vez de trˆes para a transmissao trifasica convencional Provavelmente havera um condutor de terra nos dois sistemas 4 As torres de transmissao sao mais simples e menores em CC do que em CA pois sao necessarios apenas dois condutores e as exigˆencias para instalacao sao simplificadas pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 66 69 HVDC Vantagens 5 O fluxo de potˆencia numa linha de transmissao CC e controlavel pelo ajuste dos ˆangulos de atraso nos terminais Num sistema CA o fluxo de potˆencia sobre uma determinada linha de transmissao nao e controlavel sendo uma funcao do sistema de geracao e da carga 6 O fluxo de potˆencia pose ser modulado durante os disturbios em um dos sistemas CA resultando num aumento da estabilidade do sistema 7 Os dois sistemas CA que estao conectados pela linha CC nao precisam estar em sincronismo Alem disso os dois sistemas CA nao precisam ser da mesma frequˆencia Um sistema de 50 Hz pode ser conectado a um sistema de 60 Hz via um elo CC pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 67 69 HVDC Desvantagens As desvantagens da transmissao CC e o alto custo dos conversores subestacoes e sistema de protecao necessidade de filtros de harmˆonicas e sistema de controle complexos em cada terminal da linha pedromachadoufjfedubr NAEP Retificadores 2019 68 69 HVDC 12 pulsos 000 YY YY S 9 WW S rN d a 12Pulse ya Converter AY 3 S 9 VY a YY L I YY 6 oO VY s A d S YA AY S 9 YZ 3 Z J oS 000 AC system 1 DC line AC system 2 Figura 33 Sistema de transmissao HVDC com dois conversores de 12 pulsos em cada oR Retificadores 2019 6969