Baixe Conversor CC-CC Buck e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Elétrica, somente na Docsity!
UNIVESIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ELETROTÉCNICA DISCIPLINA DE ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
Pedro Olesko S Rodrigo Brito S Rodrigo Espinoza S
CONVERSOR CC-CC ABAIXADOR (BUCK)
Relatório apresentado na disciplina de Eletrônica de Potência do curso de Engenharia Industrial Elétrica, Eletrotécnica. Professor: Eduardo Romaneli
Curitiba/PR Setembro / 2008 ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1- Modelagem de um retificador monofásico de onda completa com ligação em
- ponte................................................................................... ...............
- Figura 2 - Formas de ondas considerando diodos ideais.....................................
- Figura 3 – Circuito do retificador em ponte com o acréscimo do capacitor C.......
- Figura 4 – Demonstração da redução da ondulação............................................
- Figura 5 – Circuito do modulador PWM................................................................
- LC......................................................................................................................... Figura 6 – Esquema de um circuito de conversor CC-CC abaixador com filtro
- funcionamento...................................................................................................... Figura 7 – (a) Primeira etapa de funcionamento e (b) Segunda etapa de
- sobre a fonte E e (d) Corrente sobre o diodo...................................................... Figura 8 – (a) Tensão sobre o diodo, (b) corrente sobre o indutor, (c) Corrente
- Figura 9: Forma de onda representando a freqüência de comutação.................
- Figura 10: Formato da Tensão de saída..............................................................
- Figura 11:Tempo ligado detalhado…………………………………………………..
- Figura 12: Medição do periodo da onda modulada.............................................
- Figura. 13: Formato da tensão no shunt em série com o indutor........................
- Figura 14: Tensão de saída com variação da carga............................................
- Figura 15:Variação da tensão de saída...............................................................
- Figura 16 – Imagem do circuito retificador utilizado nos ensaios em aula..........
1. Introdução Teórica
- Retificadores Monofásicos de onda completa com filtro capacitivo. Existem os retificadores monofásicos para uso em aparelhos eletrônicos de um modo geral e os retificadores polifásicos para uso em circuitos industriais de alta potência.(AHMED,
A tensão fornecida pela concessionária de energia elétrica é alternada ao passo que os dispositivos eletrônicos operam com tensão contínua. Então é necessário retificá-la e isto é feito através dos circuitos retificadores que convertem corrente alternada em corrente contínua. O funcionamento deste retificador pode ser descrito na figura 1:
Figura 1- Modelagem de um retificador monofásico de onda completa com ligação em ponte.
Quando a tensão Vab se encontra no semi-ciclo positivo, a corrente sai de A passa por D1, R, D3 e chega ao ponto B. Caso estiver no semi-ciclo negativo, a corrente sai de B passa por D2, R, D4 e chega ao ponto A. Assim conduzem somente dois diodos de cada vez.
Desta maneira, para qualquer polaridade de Vab, a corrente IL circula num único sentido em R e por isto, a corrente em R é contínua. Temos somente os semi-ciclos positivos na saída.
Uma observação importante é que freqüência de ondulação na saída é o dobro da freqüência de entrada.
Considerando diodos ideais, os formatos de ondas no circuito são exemplificados na figura 2.
Figura 2 - Formas de ondas considerando diodos ideais. A ondulação na saída do circuito retificador é muito grande o que torna a tensão de saída inadequada para alimentar a maioria dos circuitos eletrônicos. É necessário fazer uma filtragem na tensão de saída do retificador com a introdução de um capacitor como mostra a figura 3. A filtragem nivela a forma de onda na saída do retificador tornando-a próxima de uma tensão contínua pura.
Figura 3 – Circuito do retificador em ponte com o acréscimo do capacitor C.
A maneira mais simples de efetuar a filtragem é ligar um capacitor de alta capacitância em paralelo com a carga RL e normalmente, utiliza-se um capacitor eletrolítico.
A função do capacitor é reduzir a ondulação na saída do retificador e quanto maior for o valor deste capacitor menor será a ondulação na saída da fonte, esta redução é representada na figura 4.
Figura 4 – Demonstração da redução da ondulação
- Modulador PWM (Pulse-Width Modulation) Segundo AHMED (2000), o PWM modula por largura de pulso de um sinal e pode ser melhor compreendido pensando em uma carga ligada a uma fonte com um interruptor que se abre e fecha periodicamente. O interruptor fechado define a largura de pulso pelo tempo que ele fica nesta condição, transferindo assim toda a tensão da fonte a carga. O intervalo entre os pulsos são definidas também pelo tempo em que fica aberto, neste momento a tensão sobre a carga se torna nula. A modulação em fontes de alimentação envolve a modulação de sua razão cíclica (duty cycle) para transportar informação ou um valor de tensão que será entregue a carga.
Para entender o funcionamento do conversor, será feita a analise de seu circuito em cada uma das etapas de funcionamento. A razão cíclica será chamada de D e o período de T. Sejam as seguintes definições: = tensão sobre o indutor L = Tensão sobre a chave S = Tensão de entrada = Tensão de saída sobre a carga R A partir do princípio, a tensão média no indutor deve ser igual a zero, :
Na primeira etapa, Através de análise de malhas:
Usando (4) e (5) em (3): (6) Indutância é obtida através da relação (1) em (6):
(7) Obtenção da capacitância: (8)
Na segunda etapa, (roda-livre): (10) (11) As formas de onda de interesse do conversor CC-CC estão representadas na figura 8.
Figura 8 – (a) Tensão sobre o diodo, (b) corrente sobre o indutor, (c) Corrente sobre a fonte E e (d) Corrente sobre o diodo.
1.4 Objetivos Este relatório tem como objetivos:
- Descrever a montagem do circuito retificador de onda completa em ponte com filtro capacitivo;
- Mostrar a influência do filtro capacitivo e da atuação dos diodos da ponte para retificação;
- Descrever o funcionamento de um modulador PWM e seu uso na chave de um conversor CC-CC abaixador;
- Descrever a montagem e uso de um conversor CC-CC BUCK e a sua integração com o circuito retificador de onda completa com filtro capacitivo e o modulador PWM e;
- Comprovar a correspondência dos modelos teóricos estudados com a prática; 2. Relação de Materiais Para a realização desta experiência foram utilizados os seguintes materiais: 2.1. Retificador monofásico de onda completa com filtro capacitivo:
- 1 lâmpada 25Wx220v
- soquete
- 4 diodos 1n
Como não foram especificados valores de referência, estipula-se (para fins de referência e análise) que a freqüência de comutação encontrada é de 16kHz.Tendo como conhecido o valor do indutor e do capacitor, calcula-se: Cálculo de D:
Cálculo de
Cálculo de
Os valores de tensão que a chave e o capacitor devem suportar, no mínimo, têm de ser iguais a tensão de entrada.
3.2 Prático Dada a confecção do circuito, conforme exemplificado acima, realizou-se as medições para a determinação das principais características presentes.Inicialmente mediu-se a freqüência de comutação do circuito conforme visto na figura 9:
Figura 9: Forma de onda representando a freqüência de comutação. Tal valor é visto como sendo de e pela fórmula , tem-se que o valor do período corresponde a. Através do trimpot,variou-se a Razão Cíclica (D) afim de obter uma tensão de saída de aproximadamente 30 V como mostrado na figura 10:
Figura 10: Formato da Tensão de saída. Conhecendo o valor médio da saída e sabendo que o valor de entrada é de 60 V, através da expressão, obtem-se uma razão cícilica de 0, (aproximadamente 0,5).O conceito de razão cíclica consiste numa relação entre o tempo em que a onda modulada apresenta um valor positivo, tempo em que está ligada, e o seu período:
Analisando as figuras 11 abaixo:
Figura 11:Tempo ligado detalhado.
Figura 12: Medição do periodo da onda modulada. Analisando os dados apresentados nas figuras, vê-se uma incoerência.O tempo ,mostrado na fig11, apresenta um valor de .Calculando a razão cíclica usando o valor do período mostrado na fig. 12, encontra-se um valor de aproximadamente 0,38.Como expresso anteriormente, deveria ser encontrado um valor aproximado de 0,5, o que não ocorreu pela analise das figuras em questão.Um dos motivos para o resultado não coincidir é um possível erro de medição. Conectando as pontas do osciloscópio no shunt em série com o indutor, observou-se a forma de tensão:
Figura. 13: Formato da tensão no shunt em série com o indutor Como especificado na imagem a variação de tensão é da ordem de , utilizando a expressão , o resultado para a variação de corrente ou 36,88%.O valor mínimo da corrente é de ,o máximo de , logo conhecendo a variação do valor médio da corrente no indutor apresenta-se o valor de Em seguida, foram realizadas medições na saída do conversor.Primeiro variou-se a carga onde obteve-se o mostrado:
Figura 14: Tensão de saída com variação da carga. Por último, mediu-se a ondulação da tensão de saída na carga, ou.
Figura 15:Variação da tensão de saída. 3.3 Confecção do circuito Na montagem do circuito foram utilizadas duas placas de circuito impresso do tipo placa padrão, com as ilhas de cobres prontas. A montagem do circuito e a soldagem de seus componentes foram feitas conforme visto na teoria
5. Referências Bibliográficas
AHMED, A. Eletrônica de Potência. Prentice Hall, p. 168 – 173. São Paulo –
BARBI, Ivo. Eletrônica de Potência. 4ª Edição, Florianópolis, Ed. do Autor,
GUIRARDELLO, A. ”Apostila sobre Modulação PWM – Curso Técnico em Eletrônica Industrial ”. Colégio POLITEC, 2005.
