Eletrônica de Potência II: Conversores CC-CC Não Isolados, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

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Eletrônica de Potência II

Capítulo 2

Prof. Cassiano Rech 1

Prof. Luís M. Nodari

[email protected]

Conversores CC-CC Não Isolados

• Buck (abaixador)
• Boost (elevador)
• Buck-boost (abaixador-elevador)
• Conversores reversíveis

 Reversível em corrente

 Reversível em tensão

 Reversível em tensão e corrente

Quadrantes de operação

PRIMEIRO

QUADRANTE Vo

Io

Vo

Io

SEGUNDO

QUADRANTE

I  Carga  Fonte

 Frenagem

regenerativa

II

III^ IV

II^ I

III^ IV

 Fonte  Carga

 Tração

TERCEIRO

QUADRANTE Vo

Io

Vo

Io

QUARTO

QUADRANTE

I  Carga  Fonte

 Frenagem

regenerativa

(sentido inverso

de rotação)

II

III^ IV

II^ I

III^ IV

 Fonte  Carga

 Tração

(sentido inverso

de rotação)

Quadrantes de operação

DOIS QUADRANTES

Reversibilidade em

corrente

Vo

Io

II^ I

III^ IV

 Mesmo sentido

de rotação

 Tração e

frenagem

DOIS QUADRANTES

Reversibilidade em

tensão

Vo

Io

II^ I

III^ IV

 Tração e frenagem

 A polaridade da fcem

deve ser invertida na

frenagem

QUATRO QUADRANTES

Reversibilidade em

tensão e corrente

Vo

Io

II^ I

III^ IV

 Tração e

frenagem

 Ambos sentidos

de rotação

A chave S 2 é mantida permanentemente

aberta e S 1 comuta ciclicamente

iL

Conversor reversível em corrente:

1º Modo – Tração

Vin

S 1

L

S^ EC

2

D 1

D 2

Vin

S 1

L

S 2 EC

D 1

D 2

1ª ETAPA:

2ª ETAPA:

iL

R

R

A chave S 1 é mantida permanentemente

aberta e S 2 comuta ciclicamente

Conversor reversível em corrente:

2º Modo – Frenagem regenerativa

1ª ETAPA:

2ª ETAPA:

iL Vin

S 1

L

S^ EC

2

D 1

D 2

Vin

S 1

L

S 2 EC

D 1

D 2

iL

R

R

Conversor reversível em tensão:

Estrutura básica

• Três modos de funcionamento:

1. Modo tração

2. Modo frenagem regenerativa

3. Interruptores comutando simultaneamente

Vin

S 1

L

EC

S 2

D 1

D 2

S 1 ou S 2 é mantida fechada e a outra

chave comuta ciclicamente

Conversor reversível em tensão:

1º Modo – Tração

Vin

S 1

EC

D 1 S 2

D 2

L

1ª ETAPA:

2ª ETAPA:

iL Vin

S 1

EC

D 1 S 2

D 2

L

iL

As chaves S 1 e S 2 comutam

simultaneamente e de modo cíclico

Conversor reversível em tensão:

3º Modo – Comando simultâneo

Tensão “+”

D > 0,

Tensão “-”

D < 0,

Vin

S 1

EC

D 1 S 2

D 2

L

iL Vin

S 1

EC

D 1 S 2

D 2

L

iL Vin

S 1

EC

D 1 S 2

D 2

L

iL Vin

S 1

EC

D 1 S 2

D 2

L

iL

Conversor reversível em tensão:

Equacionamento (comando simultâneo)

GANHO ESTÁTICO EM

CONDUÇÃO CONTÍNUA

 2  1 o in V D V

A tensão média na carga é dada por:

 (^)     1 in in o V DT V D T V T 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1

0

1 M ( D) D

ONDULAÇÃO DA CORRENTE

DE CARGA

Ao final da 1ª etapa (t = ton) io = I max :

2 1 in V I D D Lf    max min in c V E I I DT L   max 2 in V I Lf

Vin

S 1

L

EC

D 1

S 3 D 3

S 2 D 2

S 4 D 4

iL

• vo - Vin

S 1

L

EC

D 1

S 3 D 3

S 2 D 2

S 4 D 4

iL

• vo -

S 4 é mantida fechada, S 2 e S 3 são mantidas

abertas, e S 1 comuta ciclicamente

Conversor reversível em tensão e

corrente: Tração (1º quadrante)

1ª ETAPA: 2ª ETAPA:

 Tensão média positiva

 Corrente média positiva

Vin

S 1

L

EC

D 1

S 3 D 3

S 2 D 2

S 4 D 4

iL

• vo - Vin

S 1

L

EC

D 1

S 3 D 3

S 2 D 2

S 4 D 4

iL

• vo -

S 3 é mantida fechada, S 1 e S 4 são mantidas

abertas, e S 2 comuta ciclicamente

Conversor reversível em tensão e

corrente: Tração (3º quadrante)

1ª ETAPA: 2ª ETAPA:

 Tensão média negativa

 Corrente média negativa

Vin

S 1

L

EC

D 1

S 3 D 3

S 2 D 2

S 4 D 4

iL

• vo - Vin

S 1

L

EC

D 1

S 3 D 3

S 2 D 2

S 4 D 4

iL

• vo -

Conversor reversível em tensão e

corrente: Frenagem (4º quadrante)

1ª ETAPA: 2ª ETAPA:

 Tensão média negativa

 Corrente média positiva

S 1 comuta ciclicamente, enquanto as

outras chaves são mantidas abertas

Bibliografia

• Ivo Barbi, “Conversores CC-CC Básicos Não Isolados”.
• Muhammad H. Rashid, “Eletrônica de Potência: Circuitos, Dispositivos e Aplicações”.
• R. W. Erickson, D. Maksimovic, “Fundamentals of Power Electronics”, Second edition.
• José A. Pomilio, “Eletrônica de Potência”, UNICAMP. Disponível em: .