line-commutated converters (LCC) (Inversor da ITAIPU)

albert_emule · 29 de abril de 2019

https://www.youtube.com/watch?v=PswKzoWP2t0&feature=youtu.be

O retificador mostraram no vídeo.

Mas faltou falar do inversor. Mas aqui segue:

adicionado 1 minuto depois

.if · 30 de abril de 2019

Isso eleva a um nível 'ligeiramente' superior a filosofia que me acompanha 'aqui fora o sistema é bruto'

albert_emule · 30 de abril de 2019

Sabemos que SCR não desliga em DC. E funciona. Interessante.

Como é um sistema trifásico, hora ou outra tem uma fase que fica maior que a outra. Quando uma fase fica maior, a tensão num catodo de um SCR acaba ficando maior que a tensão do anodo daí a corrente nos SCR zera e ele desliga.

Tem que existir uma rede elétrica para este inversor poder funcionar

É um tipo de invetsor on-grid gigante. Usa a própria freqüência da rede elétrica para comutar os SCR

Tem outro detalhe interessante. Para tirar estes degraus existem indutores gigantes sintonizados com capacitores. Indutor de alisamento e tudo mais. Isso acaba gerando um consumo de reativos aqui no lado do Brasil em AC. Daí usam uns compensadores síncronos para consumir potencia reativa.

adicionado 8 minutos depois

adicionado 9 minutos depois

MOR_AL · 30 de abril de 2019

Permitam-me estender esse comentário, pois considero relevante.

Há cerca de ? anos, o Collor era presidente, trabalhamos no projeto de uma válvula compensadora estática. Ela nada mais é, que um regulador de tensão CA super anabolizado.

Chegamos a projetar uma das três fases para testes. A sua capacidade era de 13k6V e 600A. A função dela era a de regular a tensão de uma subestação de energia elétrica. O projeto durou cerca de 2 anos.

O acionamento dos tiristores, que possuíam o mesmo formato do da foto, se dava por diversos meios.

Na ocasião, a tensão de isolamento dos tiristores não era alta, por isso cada fase possuía vários tiristores em série, dois a dois em back to back.

Imaginem que era imperativo que todos os tiristores em série de cada ciclo TERIAM que conduzir ao mesmo tempo. Caso um deles não conduzisse, ou demorasse um pouco a conduzir, a tensão sobre ele seria maior que ele poderia suportar e todos queimariam.

Não é necessário mencionar que cada uma dessas jóias tem o preço de jóias mesmo. Além disso, são montados em dissipadores cavalares, com isolamento entre eles e com ventilação forçada proporcionada por um motor com ventoinha centrífuga de 5HPs. A base de montagem (uma mesa com duas bases) era feita com 2 chapas de fibra de vidro prensadas, com 1 polegada de espessura cada.

O circuito era linear, sequencial e combinacional. Os uC da época não tinham ainda a credibilidade de hoje.

O equipamento era formado por dois blocos. Um ao nível do terra, era o controle, e outro ao nível dos 13k6v. A comunicação era bidirecional feita com CIs comuns de propósito geral. O canal de comunicação era implementado via fibras óticas cujos transmissores e receptores foram desenvolvidos por nós. Imaginem poder identificar um sinal de corrente com cerca de algumas dezenas de nano amperes, em ambiente com comutação de 600A e 13k6v. Os receptores óticos ficavam dentro de caixinhas seladas de cobre, do tamanho de uma caixa de fósforos. Os conectores dos fotodiodos tiveram que ser usinados em latão, pois o ruído entrava até pelos conectores de plástico comercializados.

Haviam vários níveis de segurança, que garantiam a condução dos tiristores.

O primeiro era fornecido pelo controle. O estado de condução de cada tiristor era monitorado por acopladores óticos especiais. Projetamos os acopladores óticos com leds UV e foto detetores separados por uns 5cm. Caso algum tiristor não conduzisse imediatamente, um pulso extra era gerado no gate do mesmo até que ele conduzisse. A fonte de alimentação a nível dos tiristores era especial. Imagine que o ângulo de condução dos tiristores podia variar desde cortados, quando dispúnhamos de tensão, ou conduzindo integralmente, quando dispúnhamos apenas de corrente e não de tensão. A energia da fonte passava por dois circuitos um de tensão e outro de corrente. Além disso, as fontes teriam que funcionar com uma faixa de temperatura extrema e outra de tensão e corrente também. Devido a estes fatos, as fontes de alimentação ficavam super dimensionadas pois teriam que funcionar, tanto com excesso de tensão como com redução de tensão. Fontes chaveadas não possuíam a durabilidade das analógicas e sua tecnologia mal engatinhava.

Finalmente, depois de muitos homens-hora de engenheiros (eletrônicos e elétricos), técnicos eletrônicos, chefes de projetos, secretárias e pessoal administrativo, o equipamento ficou pronto para ser testado. Na época só havia um fabricante (~~xxxx~~), que indiretamente fazia de tudo para não conseguirmos chegar ao produto. Os tiristores eram comprados por encomendas e as dificuldades de aquisição eram imensas.

Só um equipamento desses, com as três fases custava um milhão de dólares em ? (Collor presidente).

O equipamento teve que ser levado para uma grande subestação, em Adrianópolis, RJ, para ser testado.

Imaginem a preocupação, medo e ansiedade que precedeu os testes. Começamos com potência mínima e fomos aumentado o ângulo de condução dos tiristores até condução plena. Nossos corações pareciam que iriam explodir. Um simples potenciômetro alterando potências reativas com 8,16MW... Sucesso.

Mas nem tudo são rosas.

Era época de abertura comercial. Começavam a aparecer carros importados no mercado. Collor tinha o pensamento "Nada se faz tudo se importa" e foi assim que o equipamento permaneceu encaixotado na subestação, por anos pegando poeira, até que a sua tecnologia se tornou obsoleta.

É este o nosso querido Brasil.

MOR_AL

albert_emule · 1 de maio de 2019

7 horas atrás, MOR disse:

Permitam-me estender esse comentário, pois considero relevante.

Há cerca de ? anos, o Collor era presidente, trabalhamos no projeto de uma válvula compensadora estática. Ela nada mais é, que um regulador de tensão CA super anabolizado.

Chegamos a projetar uma das três fases para testes. A sua capacidade era de 13k6V e 600A. A função dela era a de regular a tensão de uma subestação de energia elétrica. O projeto durou cerca de 2 anos.

O acionamento dos tiristores, que possuíam o mesmo formato do da foto, se dava por diversos meios.

Na ocasião, a tensão de isolamento dos tiristores não era alta, por isso cada fase possuía vários tiristores em série, dois a dois em back to back.

Imaginem que era imperativo que todos os tiristores em série de cada ciclo TERIAM que conduzir ao mesmo tempo. Caso um deles não conduzisse, ou demorasse um pouco a conduzir, a tensão sobre ele seria maior que ele poderia suportar e todos queimariam.

Não é necessário mencionar que cada uma dessas jóias tem o preço de jóias mesmo. Além disso, são montados em dissipadores cavalares, com isolamento entre eles e com ventilação forçada proporcionada por um motor com ventoinha centrífuga de 5HPs. A base de montagem (uma mesa com duas bases) era feita com 2 chapas de fibra de vidro prensadas, com 1 polegada de espessura cada.

O circuito era linear, sequencial e combinacional. Os uC da época não tinham ainda a credibilidade de hoje.

O equipamento era formado por dois blocos. Um ao nível do terra, era o controle, e outro ao nível dos 13k6v. A comunicação era bidirecional feita com CIs comuns de propósito geral. O canal de comunicação era implementado via fibras óticas cujos transmissores e receptores foram desenvolvidos por nós. Imaginem poder identificar um sinal de corrente com cerca de algumas dezenas de nano amperes, em ambiente com comutação de 600A e 13k6v. Os receptores óticos ficavam dentro de caixinhas seladas de cobre, do tamanho de uma caixa de fósforos. Os conectores dos fotodiodos tiveram que ser usinados em latão, pois o ruído entrava até pelos conectores de plástico comercializados.

Haviam vários níveis de segurança, que garantiam a condução dos tiristores.

O primeiro era fornecido pelo controle. O estado de condução de cada tiristor era monitorado por acopladores óticos especiais. Projetamos os acopladores óticos com leds UV e foto detetores separados por uns 5cm. Caso algum tiristor não conduzisse imediatamente, um pulso extra era gerado no gate do mesmo até que ele conduzisse. A fonte de alimentação a nível dos tiristores era especial. Imagine que o ângulo de condução dos tiristores podia variar desde cortados, quando dispúnhamos de tensão, ou conduzindo integralmente, quando dispúnhamos apenas de corrente e não de tensão. A energia da fonte passava por dois circuitos um de tensão e outro de corrente. Além disso, as fontes teriam que funcionar com uma faixa de temperatura extrema e outra de tensão e corrente também. Devido a estes fatos, as fontes de alimentação ficavam super dimensionadas pois teriam que funcionar, tanto com excesso de tensão como com redução de tensão. Fontes chaveadas não possuíam a durabilidade das analógicas e sua tecnologia mal engatinhava.

Finalmente, depois de muitos homens-hora de engenheiros (eletrônicos e elétricos), técnicos eletrônicos, chefes de projetos, secretárias e pessoal administrativo, o equipamento ficou pronto para ser testado. Na época só havia um fabricante (~~xxxx~~), que indiretamente fazia de tudo para não conseguirmos chegar ao produto. Os tiristores eram comprados por encomendas e as dificuldades de aquisição eram imensas.

Só um equipamento desses, com as três fases custava um milhão de dólares em ? (Collor presidente).

O equipamento teve que ser levado para uma grande subestação, em Adrianópolis, RJ, para ser testado.

Imaginem a preocupação, medo e ansiedade que precedeu os testes. Começamos com potência mínima e fomos aumentado o ângulo de condução dos tiristores até condução plena. Nossos corações pareciam que iriam explodir. Um simples potenciômetro alterando potências reativas com 8,16MW... Sucesso.

Mas nem tudo são rosas.

Era época de abertura comercial. Começavam a aparecer carros importados no mercado. Collor tinha o pensamento "Nada se faz tudo se importa" e foi assim que o equipamento permaneceu encaixotado na subestação, por anos pegando poeira, até que a sua tecnologia se tornou obsoleta.

É este o nosso querido Brasil.

MOR_AL

Este regulador que você citou era algo parecido com essa topologia mostrada na imagem abaixo:

MOR_AL · 1 de maio de 2019

@albert_emule

Era a segunda figura, a 1.2. A tensão era 13k6v.

MOR_AL

albert_emule · 1 de maio de 2019

37 minutos atrás, MOR disse:

@albert_emule

Era a segunda figura, a 1.2. A tensão era 13k6v.

MOR_AL

Seria possível dimensionar um destes para estabilizar 170Vac em 220V, com carga e uns 3500 watts?

Daria para fazer potência muito baixa?

MOR_AL · 2 de maio de 2019

4 horas atrás, albert_emule disse:

Seria possível dimensionar um destes para estabilizar 170Vac em 220V, com carga e uns 3500 watts?

Daria para fazer potência muito baixa?

Sim, mas se ainda me lembro, com o mesmo circuito pode-se ajustar tensão constante, potência constante e outro item que me foge da memória. Você pode ajustar um item e um segundo fica razoavelmente controlado.

Tudo vai depender dos valores dos indutores, do capacitor e da carga.

Ainda tenho um ou dois livros sobre o assunto.

MOR_AL

albert_emule · 3 de maio de 2019

21 horas atrás, MOR disse:

Sim, mas se ainda me lembro, com o mesmo circuito pode-se ajustar tensão constante, potência constante e outro item que me foge da memória. Você pode ajustar um item e um segundo fica razoavelmente controlado.

Tudo vai depender dos valores dos indutores, do capacitor e da carga.

Ainda tenho um ou dois livros sobre o assunto.

MOR_AL

Poderia me tirar algumas dúvidas?

Funciona como divisor resistivo né, só que usando indutores?

Sendo um divisor indutivo, e eu querendo estabilizar uma tensão em 220Vac que costuma cair até 179Vac com uma carga de 3549 watts (24 amperes quando cai para 179V), significa que mesmo quando o estabilizador estiver sem carga, vai estar gerando 24 amperes de reativos na rede?

Este esquema da imagem abaixo só tem capacidade para reduzir a tensão? Eu teria que alimentar a entrada do circuito estabilizador com 241Vac para quando a rede elétrica cair para 179V o circuito ter uma margem de tensão para manter em 220V?

Ou o circuito da imagem abaixo poderia de alguma forma elevar uma tensão de 179V para 220V?

A forma de onda sai muito distorcida devido ao triac ou aquele capacitor lá na saída consegue recuperar?

Funciona bem para cargas não lineares?

adicionado 32 minutos depois

Simulei aqui um indutor que alimentado em 241V, reduz a tensão para 220V com a carga que quero:

Só que a carga não é fixa. Então o elemento que estabiliza alí é o módulo SCR duplo, certo?

Supondo que o estabilizador esteja sem carga na saída, o indutor que estaria no lugar de R1 teria que drenar a mesma corrente que R1 está drenando agora?

adicionado 53 minutos depois

Curioso que aqui na nova simulação, o divisor indutivo circula apenas 5 amperes:

Mas se trocar L2 por um resistor de 13.75R representando uma carga de 3520 watts, no resistor circula 16 amperes.

albert_emule · 3 de maio de 2019

Desisto

Ao adicionar o capacitor, altera tudo

MOR_AL · 3 de maio de 2019

14 horas atrás, albert_emule disse:

Poderia me tirar algumas dúvidas?

O que ainda puder me lembrar, pois foi há muito tempo. Eu projetei a parte eletrônica. A parte elétrica Ls e Cs, ficou a cargo do engenheiro elétrico. Mas não é um bicho de 7 cabeças... apenas 6, hehehe.

Funciona como divisor resistivo né, só que usando indutores?

Sim.

Sendo um divisor indutivo, e eu querendo estabilizar uma tensão em 220Vac que costuma cair até 179Vac com uma carga de 3549 watts (24 amperes quando cai para 179V), significa que mesmo quando o estabilizador estiver sem carga, vai estar gerando 24 amperes de reativos na rede?

Se você desejar manter a tensão CA na saída constante, os tiristores deverão estar conduzindo com um determinado ângulo. Isso gera corrente reativa nos Ls e Cs e ativa na carga, passando no sistema. Mas primeiramente que seu projeto já prevê a necessidade de valores dos componentes que suportariam a corrente nominal.

Depois, vale observar que o circuito não é somente um divisor indutivo. O capacitor faz com que a tensão possa aumentar com valores superiores à tensão de entrada.

Na realidade os três componentes reativos formam um filtro passa baixas de terceira ordem. De acordo com o valor do indutor em série com os tiristores, a tensão na saída, em 60 Hz, vai subir ou descer. O "calcanhar de Aquiles" é que os valores tem que ser bem projetados, pois com muito pouca carga e na ressonância paralela em 60 Hz, a tensão de saída pode subir muito. Isso leva a concluir que em nenhum momento a ressonância paralela pode ficar muito próximo a 60Hz.

Este esquema da imagem abaixo só tem capacidade para reduzir a tensão? Eu teria que alimentar a entrada do circuito estabilizador com 241Vac para quando a rede elétrica cair para 179V o circuito ter uma margem de tensão para manter em 220V?

Ou o circuito da imagem abaixo poderia de alguma forma elevar uma tensão de 179V para 220V?

Já respondido anteriormente.

Citação

A forma de onda sai muito distorcida devido ao triac ou aquele capacitor lá na saída consegue recuperar?

A da corrente sai sim.

Funciona bem para cargas não lineares?

Não sei, mas acredito que possa funcionar, já que a carga de uma subestação de EE não é linear.

adicionado 32 minutos depois

Simulei aqui um indutor que alimentado em 241V, reduz a tensão para 220V com a carga que quero:

Só que a carga não é fixa. Então o elemento que estabiliza alí é o módulo SCR duplo, certo?

Certo. Mas refaça suas contas. Parece que algo está estranho.

Supondo que o estabilizador esteja sem carga na saída, o indutor que estaria no lugar de R1 teria que drenar a mesma corrente que R1 está drenando agora?

Se o valor da reatância indutiva for idêntico ao valor da resistência de R1, sim. Mas a corrente no segundo caso, estará em fase com a tensão. Com R1 a corrente estará defasada em relação a tensão.

adicionado 53 minutos depois

Curioso que aqui na nova simulação, o divisor indutivo circula apenas 5 amperes:

Mas se trocar L2 por um resistor de 13.75R representando uma carga de 3520 watts, no resistor circula 16 amperes.

Parece que suas contas não estão certas.

Fasores devem ser usados neste caso.

Verifique minhas contas e aproveite para ver se cometi algum engano.

MOR_AL

albert_emule · 4 de maio de 2019

9 horas atrás, MOR disse:

MOR_AL

Não entendo muito da matemática.

Sou meio prático.

Não tenho formação de engenheira.

Sou apenas entusiasta da eletrônica de potência.

A ressonância paralela entre C e L2 tem que ser um pouco diferente de 60Hz conforme você disse, para a tensão não subir muito, certo? Tem alguma diferença se a ressonância paralela entre L2 e C for para cima ou para baixo?

E a ressonância série entre L1 e C? Como fica?

Eu gostariade saber essas questões das ressonâncias para eu poder simular no LTspice. Talvez até montar um circuito real.

Tenho varias sucatas de transformadores de nobreak. Acho que daria para montar uns indutores.

Obrigado por responder.

MOR_AL · 4 de maio de 2019

11 horas atrás, albert_emule disse:

Não entendo muito da matemática.

Não esquenta a cabeça. Fazor é usado quando:

1 - A frequência é fixa. No caso 50 ou 60Hz.

2 - Quer saber as tensões e correntes no circuito. Seguem as mesmas leis; Ohms e Kirchhoff. Tudo básico.

3 - A reatância indutiva fica defasada e, +90º e a capacitiva em -90º. A solução sai por Pitágoras. Veja a dedução com esses novos detalhes, que você vai entender.

As equações:

1 - Pitágoras.

2 e 3 - Ohm.

4 - fim do fundamental.

5 e o restante - 1º ano do ensino médio.

Citação

Sou meio prático.

Ok.

Não tenho formação de engenheira.

Não precisa. Basta ser técnico em eletrônica ou entusiasta com o fundamental completo. Claro que não dá para projetar, mas dá para entender.

Sou apenas entusiasta da eletrônica de potência.

A ressonância paralela entre C e L2 tem que ser um pouco diferente de 60Hz conforme você disse, para a tensão não subir muito, certo? Tem alguma diferença se a ressonância paralela entre L2 e C for para cima ou para baixo?

Certo!

Tem. Para um dos lados de 60Hz a saída pode ficar instável. No momento não sei te responder, mas sou levado a crer que a ressonância tem que estar depois dos 60Hz. Pura intuição. Não certeza.

E a ressonância série entre L1 e C? Como fica?

Também intuição. Como o valor de L1 deve ser menor que o de L2, então a ressonância deve ser maior ainda. Outra vez, não tenho certeza.

Eu gostariade saber essas questões das ressonâncias para eu poder simular no LTspice. Talvez até montar um circuito real.

Tenho varias sucatas de transformadores de nobreak. Acho que daria para montar uns indutores.

Com a minha dedução já dá para determinar os valores dos componentes.

1 - Primeiramente considere ressonância paralela em 70Hz. Começe com XL2 = Xc em 70Hz. Tente fazer com que L2 ou C não sejam muito grandes. É o método usado na engenharia. "Método dos acochambramentos sucessivos". Hehehe!

2 - Comece com o valor de L1 = L2/10.

Para saber os valores reais dos componentes é que precisa da engenharia. Teria que fazer o seguinte:

1- Fazer os cálculos para Vg = Vgmáx, Ir = Irmáx e Vr = 117Vca.

2 - Idem, para Vg = Vgmin, Ir = Irmín e Vr = 117Vca.

Tente fazer a simulação no LTspice com os dois primeiros itens (anteriores), que eu posso tentar te ajudar. Obtenha os gráficos da tensão e corrente em todos os componentes (L1, L2, C, Rmáx e Rmín). Não tenho prática com o LTspice, mas se você fizer e mandar o arquivo dele, posso tentar ver algo e te orientar. É melhor que postar os gráficos, basta enviar o arquivo gerado.

O detalhe é que os cálculos não são imediatos, mas poderei encaixar um tempinho para isso dentro das minhas possibilidades.

Obrigado por responder.

De nada. o projeto parece interessante. Se ao final você montar eu gostaria de ver como ficou.

MOR_AL

MOR_AL · 6 de maio de 2019

Sem fazer muita conta. Apenas fui usando o "método dos acochambramentos sucessivos".

Os valores não são aqueles que você procura, mas deles pode-se chegar lá.

Rodei 6 vezes o programa. Na realidade os 6 que achei interessante.

Nos três primeiros variei R1 (vide diagrama anexo) e mantive L1 = 150mH. Nos três últimos variei R1, e alterei o valor de L1 = 15mH.

Observar:

1 - As tensões de saída podem ser lidas em 60Hz no gráfico.

2 - Para valores altos de carga, a ressonância pode dar um ganho muito alto. Por isso que o valor máximo de R1 deve ser cuidadoso.

3 - As três curvas no gráfico produzem ganho em 60Hz. V1 (Vgerador) está normalizado para 1Vca. Então os valores das curvas são relativos a 1V.

Se lembra que mencionei que achava que a ressonância deveria ser superior a 60Hz? Pois é. Se escolher ressonância inferior a 60Hz, a combinação de R1 (carga) e L1 provavelmente vai coincidir com os 60Hz, gerando uma saída instantânea muito superior ao valor desejado.

Segue a figura.

O resistor R2 (10 mili Ohms) foi necessário para o programa funcionar, mas é irrelevante nos resultados.

O resistor R3 (um Ohm) simula a resistência do indutor L1.

Deveria incluir também uma resistência série equivalente (ESR) para o capacitor, mas não fiz.

MOR_AL

albert_emule · 7 de maio de 2019

10 horas atrás, MOR disse:

Sem fazer muita conta. Apenas fui usando o "método dos acochambramentos sucessivos".

Os valores não são aqueles que você procura, mas deles pode-se chegar lá.

Rodei 6 vezes o programa. Na realidade os 6 que achei interessante.

Nos três primeiros variei R1 (vide diagrama anexo) e mantive L1 = 150mH. Nos três últimos variei R1, e alterei o valor de L1 = 15mH.

Observar:

1 - As tensões de saída podem ser lidas em 60Hz no gráfico.

2 - Para valores altos de carga, a ressonância pode dar um ganho muito alto. Por isso que o valor máximo de R1 deve ser cuidadoso.

3 - As três curvas no gráfico produzem ganho em 60Hz. V1 (Vgerador) está normalizado para 1Vca. Então os valores das curvas são relativos a 1V.

Se lembra que mencionei que achava que a ressonância deveria ser superior a 60Hz? Pois é. Se escolher ressonância inferior a 60Hz, a combinação de R1 (carga) e L1 provavelmente vai coincidir com os 60Hz, gerando uma saída instantânea muito superior ao valor desejado.

Segue a figura.

O resistor R2 (10 mili Ohms) foi necessário para o programa funcionar, mas é irrelevante nos resultados.

O resistor R3 (um Ohm) simula a resistência do indutor L1.

Deveria incluir também uma resistência série equivalente (ESR) para o capacitor, mas não fiz.

MOR_AL

Só não estou sabendo adicionar a ação de um TRIAC.

Pois nas simulações que você fez é como se o TRIAC tivesse conduzindo 100% dos ciclos de 60Hz. Certo?

albert_emule · 7 de maio de 2019

Acho que consegui algum resultado:

Comecei simulando sem o indutor que fica em série com o tiristor, o L2.

Comecei a simulação com L1 em 100mH e sempre com ressonância em 60Hz.

Usei esta calculadora para calcular a ressonância de L1 com C1: https://leleivre.com/rf_resonance.html

Deixei a alimentação em 176Vac.

Conforme diminuía o valor de L1 e o mantinha com ressonância em 60Hz com C1, a tensão na carga de 13.75R iria subindo.

A tensão na carga alcançou uns 255Vac com indutor de 25mH e C1 de 280uF

Quando a tensão na carga de 13.75R alcançou uns 255Vac eu passei para a segunda etapa:

Adicionar o indutor L2 que fica em série com o tiristor.

Observei que diminuindo o valor de L2, a tensão na carga diminui.

A tensão na carga estabilizou em 224Vac com L2 de 70mH.

Mas sei que L2 no circuito real é fixo e o tiristor é que muda o ângulo de disparo, controlando a tensão.

Será que está certo agora?

adicionado 28 minutos depois

Não sei se é erro do simulador.

Mas com uma carga pequena na saída fica assim:

Talvez seja devido ao controle da tensão estar sendo feito através da variação da indutância de L2 e não através de disparo de ângulo num tiristor.

MOR_AL · 7 de maio de 2019

Bom, vamos lá!

1 - Sei que a ressonância não deve ser nem em 60Hz e nem um pouco abaixo.

Primeiro que não é possível manter em 60Hz ou em uma frequência fixa. A regulação da tensão de saída se dá devido à variação de L2 para compensar as variações de R1 (a carga).

Como provavelmente iremos interagir os nossos circuitos com explicações, vamos procurar manter os índices dos componentes de nossos circuitos idênticos. Eu procurei seguir os índices da figura 1.2, que foi a primeira a ser mostrada. Tive que acrescentar mais alguns componentes, como a carga, que é imprescindível, outros para tornar o circuito mais próximo da realidade e outros para que a simulação não desse problema.

2 - Com ressonância em 60Hz ou pouco menos, além de ter que aumentar o valor de L2, vai ocorrer o caso de quando a ressonância cair em 60Hz, a tensão de saída vai dar um salto. Este detalhe já é comentado e conhecido na literatura.

3 - No circuito o que vai variar é L2 e R1.

Primeiro tentei fazer o circuito variar L2 e R1 para manter a ressonância após os 60Hz, para várias condições de R1. Não me preocupei com os valores da tensão de saída ainda, mas verifiquei que ela poderia subir em relação à tensão de entrada. Depois vem os ajustes mais próximos da realidade. Isso tudo para ainda fugir das equações.

Uma vez chegado aos valores iniciais, o próximo passo é incluir os tiristores back-to-back. Incluir é fácil, o difícil é criar o circuito de acionamento deles. Estou tentando fazer isso no Simetrix, que é mais fácil para mim, mas ele não possui tantos componentes como o LTspice. Penso que como você certamente deve possuir mais experiência com o LTspice do que eu, você poderia ir incluindo os componentes nele.

4 - A ideia é que com a comutação dos tiristores, o valor equivalente de L2 vai reduzindo, por isso é que variei L2, para saber o quanto teria que reduzir e poder manter a carga R1 com ganho de tensão em relação à tensão do gerador Vg, que normalizei para 1V, já que o teste em frequências do Simetrix exige isso. Também é melhor trabalhar com valores normalizados. Depois a gente acerta.

Com a comutação dos tiristores não só o valor equivalente de L2 é reduzido, como também produz harmônicos ímpares de tensão na saída. Isso também é um ponto em que se deve trabalhar no futuro. Costuma-se incluir filtros LC séries com ressonâncias em 180Hz (3x) e em 300Hz (5x). Mas isso pode-se deixar para depois.

Acho que o próximo passo é incluir não somente os tiristores, mas principalmente um circuito que possamos alterar o ângulo de disparo desde 0º até 90º. Como a corrente fica defasada da tensão, esta faixa é permitida, pois os tiristores conduzirão o mesmo período além dos 90º.

MOR_AL

albert_emule · 7 de maio de 2019

1 hora atrás, MOR disse:

Acho que o próximo passo é incluir não somente os tiristores, mas principalmente um circuito que possamos alterar o ângulo de disparo desde 0º até 90º. Como a corrente fica defasada da tensão, esta faixa é permitida, pois os tiristores conduzirão o mesmo período além dos 90º.

MOR_AL

Serve este?

O comparador U2 compara a tensão retificada pulsante que vem da ponte retificadora com a tensão do divisor de tensão R8 e R9.

O gerador de tensão alternada que tem alí simboliza um pequeno trafo reduzindo de 220Vac para 6Vac. Ou um divisor de tensão reduzindo de 220Vac para 6Vac.

Toda vez que a tensão pulsante fica menor que a tensão daquele divisor, que é de mais ou menos 1V, o comparador coloca a saída em nível alto.

Isso faz acionar Q1 que força a descarga muito rápida de C1.

Isso cria uma dente de serra sincronizada com a senoide da rede elétrica.

Já o comparador U1 compara a dente de serra com uma referência de tensão qualquer.

Variando uma tensão DC na entrada não inversora de U1 é possível controlar o ângulo de disparo do SCR.

O sinal para disparar o SCR sai alí no terminal de saída de U1.

Este circuito foi testado na prática e funcionou.

MOR_AL · 7 de maio de 2019

O circuito LCC (tiristores) tem que receber ou apenas um pulso mínimo para conduzi-lo, ou um sinal desde o ângulo de disparo, até quase 90º. Os tiristores bloqueiam quando a corrente cai a zero. Isso ocorre depois dos 90º. O período de condução depois de 90º é igual ao período de condução até os 90º.

Pelo que entendi, este circuito envia sinal de condução desde o instante da condução (teta1), até 90 + (90 - teta1) = 180 - teta1. Teria que ser somente até 90º.

Tem que ser um pouco mais elaborado.

1 - Como os tiristores estão conectados na configuração back-to-back, a referência para o disparo de um vai ser oposta à referência de disparo do outro. Então prevejo aí um trafo para disparar os tiristores. Isso elimina o problema das referências.

2 - Deve ter um CI que já produza os pulsos, mas não conheço. Então penso em fazer um circuito de disparo específico para isso. Acho que deveria ter um comparador independente para cada semi-ciclo. Quando a saída for positiva, entre 0º e 180º, um capacitor é carregado por uma fonte de corrente. Essa tensão no capacitor (você) é aplicada na entrada positiva de um comparador. Na entrada negativa tem uma tensão de disparo, ou de referência (Vref). Quando a tensão você ultrapassar Vref, a saída vai para "1". Essa tensão, por enquanto fica em "1" até o fim do semi-ciclo positivo. Seria interessante que esta saída voltasse para zero antes do ciclo chegar aos 90º. Poderia entrar aí um mono-estável, mas acho que teria que possuir memória como um FF.

Não sei, minha ideia ainda está no começo.

Acho que é melhor usar um uC. Aí fica bem mais tranquilo. Vou pensar em um fluxograma em pseudo-código e depois posto aqui.

Você tem alguma experiência com uC? Pensei em algo simples como isso...

MOR_AL

albert_emule · 7 de maio de 2019

2 horas atrás, MOR disse:

1 - Como os tiristores estão conectados na configuração back-to-back, a referência para o disparo de um vai ser oposta à referência de disparo do outro. Então prevejo aí um trafo para disparar os tiristores. Isso elimina o problema das referências.

Este aqui é o circuito completo de disparo:

É um foto-triac MOC3020. Quando um gate é disparado, o outro gate serve de condução. Funciona perfeitamente.

adicionado 1 minuto depois

2 horas atrás, MOR disse:

Você tem alguma experiência com uC? Pensei em algo simples como isso...

MOR_AL

Não tenho experiências com micro-controladores

MOR_AL · 8 de maio de 2019

@albert_emule

13 horas atrás, albert_emule disse:

Não tenho experiências com micro-controladores

Ok! sem problemas. Com uC o circuito poderia ser mais simples e ainda permitir mais funções. Mas para o momento isso não é relevante.

13 horas atrás, albert_emule disse:

Este aqui é o circuito completo de disparo:

É um foto-triac MOC3020. Quando um gate é disparado, o outro gate serve de condução. Funciona perfeitamente.

Certo, mas seriam necessários dois MOC3020, pois a referência para o disparo de cada um dos tiristores não é o mesmo ponto elétrico.

Para as simulações seguintes e sem uC, pode-se usar dois 555v na configuração mono-estável (ME) e em cascata.

O primeiro sincronizado com o 0º de tensão da rede. O tempo dele seria equivalente ao ângulo de disparo. O segundo receberia a transição negativa do primeiro e geraria um pulso com largura suficiente para acionar o tiristor.

Como isso é válido para um semi-ciclo, ou teriam que duplicar o circuito, ou teria que incluir um estágio que identificasse o semi-ciclo e desviasse o pulso para o tiristor certo.

Hoje não poderei incluir os dois 555 na minha simulação. Se você puder faça no LTspice.

Em tempo: Com dois cmos NOR com duas entradas, pode-se fazer um ME. Um CI CD4001 possui quatro NORs com duas entradas, então pode-se fazer dois ME.

Seguem duas aulas com eles.

http://www.feg.unesp.br/Home/PaginasPessoais/ProfMarceloWendling/lab.-6---circuito-monoestavel.pdf

http://www.demic.fee.unicamp.br/~elnatan/ee610/10a Aula.pdf

MOR_AL

albert_emule · 9 de maio de 2019

Agora que consegui entender e simular o circuito, preciso apenas construir um circuito eletrônico de controle funcional.

No momento estou meio ocupado com equipamentos que dou manutenção.

Mas quando eu tiver um tempo vou estudar o circuito e tentar fazer.

MOR_AL · 10 de maio de 2019

5 horas atrás, albert_emule disse:

Agora que consegui entender e simular o circuito, preciso apenas construir um circuito eletrônico de controle funcional.

No momento estou meio ocupado com equipamentos que dou manutenção.

Mas quando eu tiver um tempo vou estudar o circuito e tentar fazer.

Sem stress,hehehe.

MOR_AL

albert_emule · 13 de maio de 2019

Pensei nesta alternativa em relação ao circuito com o tiristor:

Este circuito parece ser bem simples. É um PWM que pode operar em 25KHz.

Quando IGBT 1 está em modo "ON", o IGBT 2 está em modo "OFF" .

Quando o IGBT 1 está em modo "OFF", o IGBT 2 está em modo "ON".

O funcionamento deste tipo de circuito não é afetado pelo defasamento entre corrente e tensão.

É um PWM mas para o circuito dos indutores lá parecerá ser um potenciômetro muito potente.

Entre o acionamento do IGBT 1 e o IGBT 2 deve existir alguns nano segundos de tempo morto para não haver condução simultânea.

Deve existir também uma espécie de snubber entre emissor e coletor de cada IGBT para atuar durante o tempo morto em que os dois IGBTs estiverem desligados por alguns nano segundos.

Os diodos devem ser de recuperação rápida, tais como MUR6040 de 60A por 400V.

Os circuitos de drivers podem ser dois TLP250 ou melhor ainda se for dois TLP350. Uma unidade para cada mosfet.

Precisam de uma fonte isolada, mas isso não é problema. Pode ser usado um pequeno transformador de 100mA mais regulador LM7812.

O circuito de acionamento dos IGBTs é este:

Já está até com tempo morto programado.

A parte boa deste circuito é que ele atuará como se fosse um potenciômetro de potência e devido a isto não irá distorcer a forma de onda. Não irá precisar de filtros para correão de distorções.

MOR_AL · 13 de maio de 2019

@albert_emule

Ok!

1 - Os diagramas poderiam ser maiores. Como está não dá para identificar os componentes.

2 - Uma primeira olhada, me parece que tem diodos demais. Talvez eu esteja enganado, mas não vi a necessidade do circuito com o segundo IGBT e diodos associados.

13 horas atrás, albert_emule disse:

O funcionamento deste tipo de circuito não é afetado pelo defasamento entre corrente e tensão.

3 - Tem que fazer uma simulação com todos os componentes juntos no circuito, incluindo a carga.

Se você estiver substituindo apenas os tiristores e passando para uma frequência mais alta, tem a seguinte alteração que me vem imediatamente à mente. Os componentes parecem que poderiam ser reduzidos de tamanho. Mas acho que não. Teria que ver o crescimento da corrente de magnetização nos indutores. Outro detalhe é que indutores com potência neles e frequências altas podem e geram ruído eletromagnético. Esse é mais um ponto a se pensar.

Faz a simulação com todos os componentes e inclua o arquivo gerado pelo LTspice, para que eu possa ver mais detalhes das tensões e correntes.

MOR_AL