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

albert_emule · 13 de maio de 2019

5 horas atrás, MOR disse:

@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.

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

Segue:

Tem mosfets aí no esquema. Mas no circuito real terá que ser usados IGBTs do modelo IRGP4063.

Achei que seria necessário o segundo IGBT, pois quando o primeiro IGBT desliga, o indutor libera uma corrente reversa que tem que ser conduzida. Isso só acontece com o uso do segundo IGBT.

adicionado 4 minutos depois

5 horas atrás, MOR disse:

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.

O indutor paralelo pode ser reduzido para 1mH

adicionado 36 minutos depois

5 horas atrás, MOR disse:

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

Segue anexado abaixo.

Funciona mais como se fosse um conversor buck. Só que é para AC.

Arquivo de simulação do circuito PWM para corrente alternada

MOR_AL · 13 de maio de 2019

1 hora atrás, albert_emule disse:

Segue:

Tem mosfets aí no esquema. Mas no circuito real terá que ser usados IGBTs do modelo IRGP4063.

Ok!

Achei que seria necessário o segundo IGBT, pois quando o primeiro IGBT desliga, o indutor libera uma corrente reversa que tem que ser conduzida. Isso só acontece com o uso do segundo IGBT.

Acho que a tensão inverte e a corrente tende a zerar. Mas suponha a tensão subindo entre 0º e 90º dos 60Hz. A cada comutação consecutiva a corrente vai aumentando durante a condução e vai caindo menos durante o bloqueio. Então a corrente entre 0º e 90º vai subindo. Para carga resistiva a corrente voltaria para zero aos 180º.

adicionado 4 minutos depois

Beleza! Agora dá para ver, Mas falta o indutor e o capacitor em // com a carga. Agora que baixei o arquivo.asc, vou ver como se comporta o circuito e depois te respondo.

O indutor paralelo pode ser reduzido para 1mH

Vamos ver se dá.

adicionado 36 minutos depois

Segue anexado abaixo.

Funciona mais como se fosse um conversor buck. Só que é para AC.

Arquivo de simulação do circuito PWM para corrente alternada

Se der tempo, amanhã eu simulo.

MOR_AL

albert_emule · 13 de maio de 2019

56 minutos atrás, MOR disse:

Acho que a tensão inverte e a corrente tende a zerar. Mas suponha a tensão subindo entre 0º e 90º dos 60Hz. A cada comutação consecutiva a corrente vai aumentando durante a condução e vai caindo menos durante o bloqueio. Então a corrente entre 0º e 90º vai subindo. Para carga resistiva a corrente voltaria para zero aos 180º.

MOR_AL

A freqüência é de 25Khz.

Essa uma freqüência de comutação tão alta que os 60hz da rede elétrica está para os 25Khz assim como uma freqüência de 0.1Hz está para 60Hz.

A freqüência de 25Khz da comutação será tão alta que os 60Hz lá dos indutores parecerá corrente DC pura variando devagar

MOR_AL · 14 de maio de 2019

3 horas atrás, albert_emule disse:

A freqüência de 25Khz da comutação será tão alta que os 60Hz lá dos indutores parecerá corrente DC pura variando devagar

Imagine uma carga resistiva e fixa.

Sobre ela desejamos uma tensão em 60Hz. Como a carga é resistiva, a corrente estará em fase com a tensão, certo?

De 0º aos 90º em 60Hz, a corrente vai aumentar progressivamente com o formato senoidal. Aumenta em 25kHz mais com a chave ligada, que diminui, com ela desligada.

É! Pode ser que funciona, mas teria que testar.

Já que estamos conjecturando, existe um circuito que é pull-up e pull-down, ou Buck-Boost. Um circuito com ele poderia funcionar.

Vou ver se acho algo, que escrevi em algum lugar.

Bom. Não encontrei, mas fiz um substituto. Só falta juntar.

MOR_AL

albert_emule · 14 de maio de 2019

12 horas atrás, MOR disse:

Já que estamos conjecturando, existe um circuito que é pull-up e pull-down, ou Buck-Boost. Um circuito com ele poderia funcionar.

Vou ver se acho algo, que escrevi em algum lugar.

Bom. Não encontrei, mas fiz um substituto. Só falta juntar.

MOR_AL

Bastante interessante o circuito.

Mas em corrente alternada o problema deste seu circuito é sempre o diodo. Não dá para fazer o circuito funcionar nos dois semi-ciclos usando diodo.

No lugar do diodo tem que ser um IGBT. Mas o IGBT não conduz corrente alternada.

Daí tem que fazer aquele arranjo com uma ponte de diodos e o IGBT comutando do lado DC da ponte.

Para este seu circuito funcionar em AC iria precisar de 8 diodos e 2 IGBTs. Iria ficar parecido com aquele circuito que simulei.

albert_emule · 14 de maio de 2019

A ideia seria essa:

Observe que ainda é o circuito original. Ma um circuito chaveado em 25Khz iria controlar o indutor.

Mas parece que está um pouco mais complexo que com tiristor.

MOR_AL · 14 de maio de 2019

@albert_emule Tentei simular o seu circuito, mas ele só foi até 450us. Não encontrou os diodos.

Quanto ao meu último circuito, teria que partir de uma tensão retificada da rede. É o Vcc.

Liga Vcc com Vcc e os dois pontos comuns. Retire um capacitor e um resistor.

O ciclo positivo funciona com as correntes 1 (chave on) e 2(chave off).

O ciclo negativo funciona com as correntes 3 e 4.

O capacitor não deve ser grande, apenas para tirar o ruído, mas deixar passar os 60 Hz.

MOR_AL

albert_emule · 14 de maio de 2019

25 minutos atrás, MOR disse:

@albert_emule Tentei simular o seu circuito, mas ele só foi até 450us. Não encontrou os diodos.

Pode usar qualquer diodo disponível lá que seja rápido.

MOR_AL · 15 de maio de 2019

13 horas atrás, albert_emule disse:

Pode usar qualquer diodo disponível lá que seja rápido.

Mas além disso, não tem que ter as características de tensão e de corrente? Como você conseguiu simular, você tem o arquivo spice do diodo. Pode passá-lo?

Estou achando que o seu circuito tem um custo maior de componentes.

Quanto ao meu circuito sugerido, parece ser mais simples.

Outro problema. Gerar um PWM para uma senóide é fácil, o difícil é gerar um PWM para senóide em que haja sincronismo com a onda triangular que o gera.

Explico melhor.

O pico da onda triangular em HF deve coincidir com o 0º e 180º.

Caso isso não ocorra, não haverá simetria nos instantes antes e depois desses pontos. Isso gera pulsos estreitos e mais frequências junto com 60Hz.

Pode-se evitar isso ao se desligar o PWM nos ângulos próximos ao zero da tensão senoidal, já que neles a potência é muito pequena frente à potência total. Além disso, só vai estressar ainda mais a chave de comutação, com pulsos estreitos.

O circuito de potência sugerido poderia ficar algo como na próxima figura.

Ciclos 1 (on) e 2 (off) referem-se ao ciclo positivo em 60Hz.

Ciclos 3 (on) e 4 (off) referem-se ao ciclo negativo em 60Hz.

Nos períodos 2 e 4 prevejo interação entre os dois indutores.

Até o momento prevejo apenas duas chaves, dois diodos, dois indutores e um capacitor.

MOR_AL

albert_emule · 15 de maio de 2019

9 horas atrás, MOR disse:

Mas além disso, não tem que ter as características de tensão e de corrente? Como você conseguiu simular, você tem o arquivo spice do diodo. Pode passá-lo?

Não sei como fazer isso.

Eu sempre uso os componentes que já estavam disponíveis no software.

adicionado 13 minutos depois

9 horas atrás, MOR disse:

Mas além disso, não tem que ter as características de tensão e de corrente? Como você conseguiu simular, você tem o arquivo spice do diodo. Pode passá-lo?

Estou achando que o seu circuito tem um custo maior de componentes.

Quanto ao meu circuito sugerido, parece ser mais simples.

Isso mesmo. Parece mais complexo exigindo peças que não tenho.

O tradicional que você citou, usa tiristores industriais que eu tenho uns 3 aqui na sucata. Todos de 90A por 1600V

Citação

Outro problema. Gerar um PWM para uma senóide é fácil, o difícil é gerar um PWM para senóide em que haja sincronismo com a onda triangular que o gera.

Explico melhor.

O pico da onda triangular em HF deve coincidir com o 0º e 180º.

Caso isso não ocorra, não haverá simetria nos instantes antes e depois desses pontos. Isso gera pulsos estreitos e mais frequências junto com 60Hz.

Pode-se evitar isso ao se desligar o PWM nos ângulos próximos ao zero da tensão senoidal, já que neles a potência é muito pequena frente à potência total. Além disso, só vai estressar ainda mais a chave de comutação, com pulsos estreitos.

Entendo. Eu soube que isso dá mais problemas em baixas frequencias de PWM.

É o motivo daqueles inversores de freqüência de grandes motores ficaram pulando escalas de freqüência.

O PWM daqueles inversores de grandes motores é de freqüência tão baixa que dá para ouvir.

E vão pulando de faixa de freqüência para manter esta sincronia que você citou.

Citação

O circuito de potência sugerido poderia ficar algo como na próxima figura.

Ciclos 1 (on) e 2 (off) referem-se ao ciclo positivo em 60Hz.

Ciclos 3 (on) e 4 (off) referem-se ao ciclo negativo em 60Hz.

Nos períodos 2 e 4 prevejo interação entre os dois indutores.

Até o momento prevejo apenas duas chaves, dois diodos, dois indutores e um capacitor.

MOR_AL

Ficou melhor que a minha ideia. Mas ainda complexo.

Colocar isso na prática vai exigir drivers caros e um tipo de controle mais preciso.

A ideia dos tiristores e circuitos ressonantes parece mais atraente pela simplicidade.

MOR_AL · 16 de maio de 2019

17 horas atrás, albert_emule disse:

Não sei como fazer isso.

Eu sempre uso os componentes que já estavam disponíveis no software.

Engraçado!

Quando eu estava abrindo o LTspice, para simular o seu circuito, o app solicitou e eu consenti na atualização. O app deveria identificar os diodos.

17 horas atrás, albert_emule disse:

Isso mesmo. Parece mais complexo exigindo peças que não tenho.

O tradicional que você citou, usa tiristores industriais que eu tenho uns 3 aqui na sucata. Todos de 90A por 1600V

Então estou entendendo que você quer fazer com os componentes que tem aí, na sucata.

Com eles os indutores ficam grandes e o capacitor também. Além disso, vai trabalhar apenas com ondas em 60Hz.

Provavelmente terás que incluir dois filtros LC série. Um para 3x60Hz e outro para 5x60Hz.

Então vamos retornar às origens e considerar apenas o circuito original, o da figura 1.2 da postagem #5.

O início do projeto está na postagem #14.

Vamos considerar também a postagem #17.

Vamos evoluir daí, ok?

Todas as outras opções passo a desconsiderar.

MOR_AL

albert_emule · 16 de maio de 2019

1 hora atrás, MOR disse:

Engraçado!

Quando eu estava abrindo o LTspice, para simular o seu circuito, o app solicitou e eu consenti na atualização. O app deveria identificar os diodos.

Então estou entendendo que você quer fazer com os componentes que tem aí, na sucata.

Com eles os indutores ficam grandes e o capacitor também. Além disso, vai trabalhar apenas com ondas em 60Hz.

Tenho os tiristores e uns 200uF em capacitores AC.

Tenho núcleos de trafos variados que acredito dê para transformar em indutor.

São apenas dois indutores certo?

Citação

Provavelmente terás que incluir dois filtros LC série. Um para 3x60Hz e outro para 5x60Hz.

Tem como mostrar como ficariam estes filtros?

Um esquema básico no papel mesmo.

Citação

Então vamos retornar às origens e considerar apenas o circuito original, o da figura 1.2 da postagem #5.

O início do projeto está na postagem #14.

Vamos considerar também a postagem #17.

Vamos evoluir daí, ok?

Todas as outras opções passo a desconsiderar.

MOR_AL

Realmente isso vai ficar pesado e com filtros grandes.

Mas eu reconsiderei, pois se fosse para fazer eletrônico com PWM, eu poderia fazer logo um inversor senoidal, por já ter certa experiência. Andei montando alguns.

O problema é precisar de muitas peças caras.

Por exemplo:

Tenho essa placa de controle PWM senoidal que extraí de um esquema de no-break. Fiz uma PCB só da parte de controle PWM senoidal do no-break: https://www.youtube.com/watch?v=SIVeqqcBIew&t= com essa placa eu poderia fazer controlar uma ponte H para gerar senoide pura seguindo os seguintes passos:

1- Poderia então conseguir um trafo que alimentado em 220V, saísse uma tensão de 40Vac.

2- Em seguida somaria estes 40V aos 220V da rede para somar 260Vac.

3- iria retificar e filtrar os 260V. Em DC iríamos ter 366V DC.

4- Iria alimentar o inversor com 366V DC.

Isso seria o suficiente para a tensão não cair nem 2V mesmo com carga máxima.

O circuito dessa placa que mostrei no vídeo é muito bom.

Além de realimentar o sinal da saída de 220V na entrada do controle para poder diminuir as distorções da forma de onda, da mesma forma que se faz num amplificador de áudio, o circuito também estabiliza a tensão pelo nível DC máximo da senoide. Faz de tudo para manter o pico máximo da senoide em 310V.

adicionado 1 minuto depois

E também será legal fazer uma tecnologia antiga funcionar bem

albert_emule · 16 de maio de 2019

Acabei descobrindo como os filtros são configurados. Até simulei um:

A onda azul é a tensão que está entrando nos filtros.

Onda verdade é a tensão já filtrada.

L1 é o filtro de quinta harmônica.

L2 é o filtro de terceira harmônica.

MOR_AL · 16 de maio de 2019

2 horas atrás, albert_emule disse:

Acabei descobrindo como os filtros são configurados. Até simulei um:

A onda azul é a tensão que está entrando nos filtros.

Onda verdade é a tensão já filtrada.

L1 é o filtro de quinta harmônica.

L2 é o filtro de terceira harmônica.

É isso aí. Só falta acrescentar o LC em paralelo.

Use como base os valores que usei na postagem #14. Seu L3 deve valer 100mH

MOR_AL

MOR_AL · 17 de maio de 2019

Simulei um circuito que deu certo até o momento.

Meu app que simula o circuito (Simetrix) reclamou que ele possui muitos nós, por isso tive que fazer por partes.

A geração dos pulsos é feita com a retificação de onda completa, que atua em um transistor, que atua em um foto-acoplador. O foto-acoplador é para isolar os circuitos. Ele envia o sinal a um 555 na configuração mono-estável. Os pulsos de saída são enviados ao triac, que aciona o indutor em série com ele.

Meu simulador não possui dois terras diferentes, ou ele tem mas eu não sei. Então tive que conectar alguns pontos no terra, sem que fosse correto.

Se você puder, inclua o circuito no LTspice e teste. Aproveite para me mandar o arquivo que ele gera (.asc). Assim eu poderei acrescentar um mono estável controlado por tensão.

Segue o circuito.

MOR_AL

albert_emule · 20 de maio de 2019

Em 16/05/2019 às 22:43, MOR disse:

Simulei um circuito que deu certo até o momento.

Meu app que simula o circuito (Simetrix) reclamou que ele possui muitos nós, por isso tive que fazer por partes.

A geração dos pulsos é feita com a retificação de onda completa, que atua em um transistor, que atua em um foto-acoplador. O foto-acoplador é para isolar os circuitos. Ele envia o sinal a um 555 na configuração mono-estável. Os pulsos de saída são enviados ao triac, que aciona o indutor em série com ele.

Meu simulador não possui dois terras diferentes, ou ele tem mas eu não sei. Então tive que conectar alguns pontos no terra, sem que fosse correto.

Se você puder, inclua o circuito no LTspice e teste. Aproveite para me mandar o arquivo que ele gera (.asc). Assim eu poderei acrescentar um mono estável controlado por tensão.

Segue o circuito.

MOR_AL

Ok.

Farei isso. Depois posto aqui.

MOR_AL · 22 de maio de 2019

V1 é uma onda senoidal com 220Vrms = 311 x Seno (2 x pi x 60).

Os quadradinhos pequenos com alguma identificação, são pontos de conexão.

Ex.:

O quadradinho com indicação "1" é uma conexão entre a saída retificada com um dos terminais de R4.

Os símbolos parecendo um Y inclinado informam ao simulador para mostrar a tensão no ponto do circuito onde se encontram.

Depois a gente pensa em adaptar para as necessidades.

MOR_AL

albert_emule · 30 de novembro de 2020

SCR chaveando uns 300 amperes em 540Kv

Ouçam o barulho que faz.

https://www.youtube.com/watch?v=AfssvpNyCP8&feature=youtu.be

O circuito aí serve como estabilizador.

O retificador e o inversor estão no mesmo terreno, um do lado do outro.

https://www.youtube.com/watch?v=FWR3SeNdOqo&feature=youtu.be

Esse é o transformador do inversor. São monofásicos. Um por fase:

https://www.youtube.com/watch?v=BN_dGK4Acuk&feature=youtu.be

alexandre.mbm · 5 de dezembro de 2020

@albert_emule ou outro.

Alguém sabe dizer qual é o procedimento (de descarregamento) para se sair da gaiola?

Ele falou nos tiristores. Ficou subentendido cada um ter grande tamanho. Óbvio. Alguém tem foto de um modelo?

albert_emule · 5 de dezembro de 2020

1 hora atrás, alexandre.mbm disse:

@albert_emule ou outro.

Alguém sabe dizer qual é o procedimento (de descarregamento) para se sair da gaiola?

Ele falou nos tiristores. Ficou subentendido cada um ter grande tamanho. Óbvio. Alguém tem foto de um modelo?

Os tiristores são pequenos. Cabem na palma da mão. São discos que tem mais ou menos o mesmo diâmetro que um disco de mortadela.

Nas usam muitos em série.

Cada um suporta uns 5000 volts por 3000 amperes.