Cat169 pratica 2
- 1. Universidade Federal de Ouro Preto Curso de Engenharia de Controle e Automação Acionamentos Elétricos – CAT 133 Prof. Ronilson Rocha Prática II: Retificador tiristorizado em ponte Nome: Matrícula: Objetivos • Verificar a operação de um retificador controlado em ponte alimentando uma carga resistiva. • Observar o acionamento de um motor C.C.: Ø Em malha aberta; Ø Em malha fechada, utilizando uma malha simples de velocidade. Introdução 1. Circuito de Potência As topologias de retificadores controlados em ponte basicamente correspondem a dois retificadores de ½ onda associados em série, sendo que um leva a corrente até a carga e outro promove o retorno. Entre as vantagens destas estruturas podemos citar a eliminação da necessidade de uma alimentação CA com neutro e o fato que a corrente média do lado C.A. é nula, o que evita problemas de saturação de transformadores. As pontes retificadoras podem ser encontradas em três versões: Ø Sem controle: somente diodos. Ø Totalmente controlados: somente tiristores. Ø Semicontrolados: ponte mista de diodos e tiristores. A principal aplicação das pontes retificadoras totalmente controladas é o acionamento em dois quadrantes de motores C.C., uma vez que nestas topologias, embora não haja a reversão da polaridade da corrente, a tensão sobre a carga pode tornar-se negativa desde que exista um elemento indutivo, permitindo o retorno de energia para rede (operação como inversor não-autônomo). Considerando que o estudo das pontes retificadoras trifásicas não é substancialmente diferente, nesta prática somente será abordada a operação da configuração monofásica totalmente controlada (figura 1) Figura 1: Retificador monofásico totalmente controlado Os pares de tiristores Th1/Th2 e Th3/Th4 devem ser disparados simultaneamente com o propósito de garantir um caminho para a corrente através da fonte. Para evitar o disparo dos tiristores devido ao efeito dv/dt, são utilizados circuitos “snubber” (pára-choque em inglês), os quais consistem de um arranjo RC série colocado em paralelo com o dispositivo. Para o controle da ponte tiristorizada, pode ser utilizado o circuito integrado monolítico TCA 785, um componente de 16 pinos fabricado pela Siemens. Este CI é dedicado a construção de circuitos de disparo para tiristores em geral e opera segundo o princípio do modo de comando vertical, sendo o instante de disparo determinado pela comparação entre um sinal de comando contínuo e um sinal de
- 2. referência dente de serra. A configuração interna do TCA 785 possibilita a utilização de um número reduzido de componentes externos e permite o controle de ângulo de disparo de tiristores continuamente de 0o a 180o . Maiores informações a respeito deste CI podem ser encontradas no catalogo anexo. A figura 2 mostra o circuito com TCA 785 para o comando da ponte retificadora totalmente controlada utilizado nesta prática. Figura 2: Circuito de comando com TCA 785 para o retificador monofásico totalmente controlado Para medir a velocidade do eixo do motor C.C., a solução adotada foi utilizar um sensor basicamente constituído por um disco com 4 furos. Uma chave ótica realiza a detecção, gerando 4 pulsos para cada rotação completa do eixo. Este sinal da chave ótica é aplicado a um circuito de conversão freqüência - tensão baseado no CI LM2917 (maiores informações sobre este CI podem ser encontrados no anexo B), cuja saída é uma tensão proporcional à velocidade do motor C.C.. Um bargraph de 12 leds utilizando o CI UAA180 é utilizado para se obter uma indicação visual da velocidade do motor. O circuito do tacômetro é bastante simples e pode ser visto na figura 3. Uma vez que não existe uma maior preocupação com a exatidão da medida da velocidade, o tacômetro em questão presta-se aos objetivos principais desta experiência. Figura 3 Tacômetro
- 3. Parte Prática • Monte o retificador tiristorizado em ponte (figura 1) juntamente com seu circuito de comando (figura 2) com atenção especial a conexão entre a saída dos TP’s aos respectivos tiristores. Ajuste o potenciômetro de 100 kΩ para se obter o ângulo máximo de disparo e conecte a saída do retificador uma carga resistiva de 100 Ω/ 10 W. • Com o osciloscópio, determine o ângulo mínimo (αmin) e ângulo máximo (αmax) de disparo da ponte variando a resistência do potenciômetro. Ajuste o ângulo de disparo α para 90O e faça um esboço as formas de onda de tensão nos seguintes pontos: • Pino 5 (sincronização) • Pino 10 (rampa) • Pino 15 (saída de pulso) • Pino 14 (saída de pulso) • Tensão sobre o tiristor Th1 • Tensão na carga • Corrente na linha (shunt de linha) • Varie a tensão do potenciômetro do circuito de comando em intervalos de 0,5V e observe com um multímetro a tensão média sobre a carga. Desenhe a característica de transferência estática do conversor. Explique por que a relação entre a tensão média de saída do retificador e a tensão de referência do circuito de comando não é linear. • Retire o resistor de 100 Ω/10 W e conecte a saída do retificador os terminais de armadura do motor C.C.. Varie o potenciômetro do circuito de comando. Observe, anote e comente as seguintes formas de onda quando cada grupo de leds do tacômetro estiver completamente aceso: • Tensão e corrente no motor, • Tensão e corrente do lado C.A. • Ajuste o potenciômetro de forma que todo o grupo de Led’s amarelos fique acesso. Aplique uma carga mecânica ao eixo do motor C.C. (tente prender o eixo do motor). Observe, anote e comente as alterações ocorridas na tensão, corrente e velocidade do motor C.C.. • Ajuste o potenciômetro de forma que o ângulo de disparo seja superior a 90o . Observe e explique o comportamento do acionamento para esta situação. • Na operação em malha fechada, a tensão de controle do TCA 785 é proveniente da saída de um controlador. Desligue o sistema e m faça a montagem do circuito da figura 4. Considerando que se trata de uma estrutura PI, determine os valores do ganho proporcional e do tempo integral deste controlador. Figura 4 – Controlador PI • Inserir o controlador PI no sistema para controlar a velocidade do motor C.C.. Conecte a saída do tacômetro (pino 10 do LM2917) à entrada do circuito PI (pino 6) e a saída do controlador (pino 1) a entrada da tensão de referencia do circuito de comando dos tiristores (pino 11 do TCA 785). Ajuste o potenciômetro de forma que a tensão de referencia seja mínima. Observando com o osciloscópio a tensão de referência e a tensão de saída do tacômetro, varie o potenciômetro e verifique, anote e comente o comportamento do acionamento em malha fechada para diversas faixas de velocidade do motor C.C.. • Ajuste a velocidade do motor de forma que todo o grupo de leds amarelos fique aceso. Aplique uma carga mecânica ao eixo e verifique o comportamento do sistema em malha fechada. Comente o resultado.