Introdução

1. Introdução Prof. Cassiano Rech Em diversas aplicações deve-se controlar o fluxo de energia da fonte de entrada para a fonte de saída e vice-versa, sendo necessário o uso de conversores CC-CC reversíveis em tensão e/ou corrente Uma aplicação bastante comum é a tração elétrica, onde durante a frenagem da máquina a energia cinética armazenada nas massas em movimento pode ser restituída para a fonte na forma de energia elétrica Como outro exemplo, pode-se citar um conversor CC-CC quecarrega baterias quando a redeelétrica está normal. Porém, aoocorrer uma falha na rede, asbaterias fornecem energia atravésdo conversor

2. Quadrantes de operação PRIMEIROQUADRANTE SEGUNDOQUADRANTE Vo Vo Vo Vo • Fonte  Carga • Tração • I • I • II • II • Carga  Fonte • Frenagemregenerativa • IV • IV • III • III Io Io Io Io TERCEIROQUADRANTE QUARTOQUADRANTE • Fonte  Carga • Tração(sentido inverso de rotação) • I • I • II • II • Carga  Fonte • Frenagemregenerativa(sentido inverso de rotação) • IV • IV • III • III Prof. Cassiano Rech

3. Quadrantes de operação DOIS QUADRANTESReversibilidade em tensão DOIS QUADRANTESReversibilidade em corrente Vo Vo Vo • I • I • II • II • Mesmo sentido de rotação • Tração e frenagem • Tração e frenagem • A polaridade da fcem deve ser invertida na frenagem • IV • IV • III • III Io Io Io QUATRO QUADRANTESReversibilidade em tensão e corrente • I • II • Tração e frenagem • Ambos sentidos de rotação • IV • III Prof. Cassiano Rech

4. Conversor reversível em corrente:Estrutura básica S1 D1 R L Vin EC S2 D2 • Três modos de funcionamento: • Modo tração • Modo frenagem regenerativa • Interruptores comutando complementarmente Prof. Cassiano Rech

5. Conversor reversível em corrente:1º Modo – Tração A chave S2 é mantida permanentemente aberta e S1 comuta ciclicamente 1ª ETAPA: S1 D1 L R Vin iL EC S2 D2 2ª ETAPA: S1 D1 L R Vin iL EC S2 D2 Prof. Cassiano Rech

6. Conversor reversível em corrente:2º Modo – Frenagem regenerativa A chave S1 é mantida permanentemente aberta e S2 comuta ciclicamente 1ª ETAPA: S1 D1 L R Vin iL EC S2 D2 2ª ETAPA: S1 D1 L R Vin iL EC S2 D2 Prof. Cassiano Rech

7. Conversor reversível em corrente:3º Modo – Comando complementar As chaves S1 e S2 comutam complementarmente e de modo cíclico Corrente “+”: Corrente “-”: S1 S1 D1 D1 L L R R Vin Vin iL iL EC EC S2 S2 D2 D2 S1 S1 D1 D1 L L R R Vin Vin iL iL EC S2 EC S2 D2 D2 Prof. Cassiano Rech

8. Conversor reversível em tensão:Estrutura básica S1 D2 EC L Vin D1 S2 • Três modos de funcionamento: • Modo tração • Modo frenagem regenerativa • Interruptores comutando simultaneamente Prof. Cassiano Rech

9. Conversor reversível em tensão:1º Modo – Tração S1 ou S2 é mantida fechada e a outra chave comuta ciclicamente 1ª ETAPA: S1 D2 EC L Vin iL D1 S2 2ª ETAPA: S1 D2 EC L Vin iL D1 S2 Prof. Cassiano Rech

10. Conversor reversível em tensão:2º Modo – Frenagem regenerativa S1 ou S2 é mantida aberta e a outra chave comuta ciclicamente 1ª ETAPA: S1 D2 EC L Vin iL D1 S2 2ª ETAPA: S1 D2 EC L Vin iL D1 S2 Prof. Cassiano Rech

11. Conversor reversível em tensão:3º Modo – Comando simultâneo As chaves S1 e S2 comutam simultaneamente e de modo cíclico Tensão “+” D > 0,5 Tensão “-” D < 0,5 S1 S1 D2 D2 EC EC L L Vin Vin iL iL D1 D1 S2 S2 S1 S1 D2 D2 EC EC L L Vin Vin iL iL D1 D1 S2 S2 Prof. Cassiano Rech

12. Conversor reversível em tensão:Equacionamento (comando simultâneo) GANHO ESTÁTICO EM CONDUÇÃO CONTÍNUA 1 A tensão média na carga é dada por: 0.8 0.6 0.4 0.2 M ( D ) 0 0.2 0.4 ONDULAÇÃO DA CORRENTE DE CARGA 0.6 0.8 1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 D Ao final da 1ª etapa (t = ton) io = Imax: Prof. Cassiano Rech

13. Conversor reversível em tensão e corrente: Estrutura básica S1 D1 S2 D2 EC iL L Vin + vo - S3 D3 S4 D4 • Tração: Operação no 1º quadrante • Tração: Operação no 3º quadrante • Frenagem: Operação no 2º quadrante • Frenagem: Operação no 4º quadrante Prof. Cassiano Rech

14. Conversor reversível em tensão e corrente: Tração (1º quadrante) S4é mantida fechada, S2 e S3são mantidas abertas, e S1comuta ciclicamente 1ª ETAPA: 2ª ETAPA: S2 S2 D2 D2 S1 S1 D1 D1 EC EC iL iL L L Vin Vin + vo - + vo - S3 S3 D3 D3 S4 S4 D4 D4 • Tensão média positiva • Corrente média positiva Prof. Cassiano Rech

15. Conversor reversível em tensão e corrente: Tração (3º quadrante) S3é mantida fechada, S1 e S4são mantidas abertas, e S2comuta ciclicamente 1ª ETAPA: 2ª ETAPA: S2 S2 D2 D2 S1 S1 D1 D1 EC EC iL iL L L Vin Vin + vo - + vo - S3 S3 D3 D3 S4 S4 D4 D4 • Tensão média negativa • Corrente média negativa Prof. Cassiano Rech

16. Conversor reversível em tensão e corrente: Frenagem (2º quadrante) S3comuta ciclicamente, enquanto as outras chaves são mantidas abertas 1ª ETAPA: 2ª ETAPA: S2 S2 D2 D2 S1 S1 D1 D1 EC EC iL iL L L Vin Vin + vo - + vo - S3 S3 D3 D3 S4 S4 D4 D4 • Tensão média positiva • Corrente média negativa Prof. Cassiano Rech

17. Conversor reversível em tensão e corrente: Frenagem (4º quadrante) S1comuta ciclicamente, enquanto as outras chaves são mantidas abertas 1ª ETAPA: 2ª ETAPA: S2 S2 D2 D2 S1 S1 D1 D1 EC EC iL iL L L Vin Vin + vo - + vo - S3 S3 D3 D3 S4 S4 D4 D4 • Tensão média negativa • Corrente média positiva Prof. Cassiano Rech

18. 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: <http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/>. Prof. Cassiano Rech