Introdução 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 que carrega baterias quando a rede elétrica está normal. Porém, ao ocorrer uma falha na rede, as baterias fornecem energia através do conversor Prof. Cassiano Rech

Quadrantes de operação PRIMEIRO QUADRANTE SEGUNDO QUADRANTE Vo Io Vo Io Fonte  Carga Tração II I Carga  Fonte Frenagem regenerativa II I III IV III IV TERCEIRO QUADRANTE QUARTO QUADRANTE Vo Io Vo Io Fonte  Carga Tração (sentido inverso de rotação) II I Carga  Fonte Frenagem regenerativa (sentido inverso de rotação) II I III IV III IV Prof. Cassiano Rech

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

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

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

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

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

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

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

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

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 D2 S1 D2 EC EC L L Vin Vin iL iL D1 S2 D1 S2 Prof. Cassiano Rech

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

Conversor reversível em tensão e corrente: Estrutura básica 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

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

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

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

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

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