Transcript Sexta aula
Eletrônica de Potência Circuitos e Retificadores com Diodos; Capítulo 3, págs. 50 à 55 do livro texto; Aula 9; Professor: Fernando Soares dos Reis; Sumário 3.3 Diodos com Cargas LC e RLC; Cálculo Térmico RESUMO; PROBLEMAS; Capítulo 3 3.3 Diodos com Cargas LC e RLC L di dt Ri 1 i dt C v C t 0 V s 3.3 Diodos com Cargas LC e RLC L di dt Ri 1 C i dt v C t 0 V s Derivando-se e dividindo L 2 d i 2 d t Laplace R di L dt i 0 LC R 1 2 i s s s 0 L LC Equação característica 3.3 Diodos com Cargas LC e RLC s 2 R s L 1 0 LC Equação característica Raízes s1 , 2 R 2 1 R LC 2L 2L R Fator de amortecimento 2L Assim: Freqüência ressonante s1 , 2 0 2 2 0 1 LC 3.3 Diodos com Cargas LC e RLC s1 , 2 R 2L 2 0 2 0 1 LC A solução para a corrente i (t), dependerá dos valores de e 0. Se = 0, as raízes são iguais, s1 = s2, e o circuito é chamado criticamente amortecido; Se > 0, as raízes são reais, e o circuito é chamado sobreamortecido; Se < 0, as raízes são complexas, e o circuito é chamado subamortecido; 3.3 Diodos com Cargas LC e RLC R 0 2L Se = 0, criticamente amortecido; A expressão da corrente será do tipo: i ( t ) A1 A2 t e s1t Se > 0, as raízes são reais, e o circuito é chamado sobreamortecido; i ( t ) A1 e s1t A2 e s2t 1 LC 3.3 Diodos com Cargas LC e RLC < 0, as raízes são complexas, e o circuito é chamado subamortecido; Se s1 , 2 j r Freqüência ressonante amortecida R 2L 0 1 LC r 2 0 2 i ( t ) A1 cos r t A2 sen r t e Observe que trata-se de uma onda senoidal amortecida. t 3.3 Diodos com Cargas LC e RLC As constantes de tempo A1 e A2 podem ser obtidas a partir das condições iniciais do circuito. i ( t ) A1 A2 t e s1t i ( t ) A1 e s1t i ( t ) A1 cos r t A2 sen r t e A2 e t R 2L 0 1 LC Razão de amortecimento `0 s2t Exemplo 3.3 No CKT abaixo tem-se: L=2 mH, C=0,05 F, R=160 , V0=0 V e tensão VS =220V. Se a chave S1 for fechada em t=0, determinar (a) uma expressão para a corrente i(t), (b) o tempo de condução do diodo; (c) Desenhar um esboço de i(t) e usar o Pspice para plotar a corrente instantânea i para R=50 , 160 e 320 . Exemplo 3.3 No CKT abaixo tem-se: L=2 mH, C=0,05 F, R=160 , V0=0 V e tensão VS =220V. Se a chave S1 for fechada em t=0, determinar (a) uma expressão para a corrente i(t), (b) o tempo de condução do diodo; (c) Desenhar um esboço de i(t) e usar o Pspice para plotar a corrente instantânea i para R=50 , 160 e 320 . Solução: R 160 40 k rad 2L 2 2m s 1 1 rad 0 100 k s LC 2 m 0 , 05 rad 2 2 10 8 r 0 10 16 10 91652 s Como < 0, as raízes são complexas, e o circuito é subamortecido; E a solução será da forma: i ( t ) A1 cos r t A2 sen r t e t Em t=0, i(t=0)=0 e isto dá A1=0. A solução torna-se: i (t ) e t A2 sen r t Exemplo 3.3 No CKT abaixo tem-se: L=2 mH, C=0,05 F, R=160 , V0=0 V e tensão VS =220V. Se a chave S1 for fechada em t=0, determinar (a) uma expressão para a corrente i(t), (b) o tempo de condução do diodo; (c) Desenhar um esboço de i(t) e usar o Pspice para plotar a corrente instantânea i para R=50 , 160 e 320 . Solução: R 2L 160 2 2m 40 k 1 0 rad 2 m 0 , 05 LC r s 1 0 2 2 100 k rad s 10 10 16 10 8 91652 s i ( t ) A1 cos r t A2 sen r t e i (t ) e Em t=0, i(t=0)=0 e isto dá A1=0. A solução torna-se: t t A2 sen r t Quando a chave S1 for fechada em t=0, o capacitor será uma baixa impedância e o indutor, uma impedância elevada. A taxa inicial de crescimento (derivada) é limitada apenas pelo indutor L. Assim, em t=0, o di/dt do circuito é VS/L. Derivando-se i(t) tem-se: di dt r cos r t A 2 e A2 Vs r L t 220 91652 2 m sen r t A 2 e 1, 2 i(t) 1,2 e t 40000 t di dt rad t0 r A2 sen 91652 t Vs L Exemplo 3.3 No CKT abaixo tem-se: L=2 mH, C=0,05 F, R=160 , V0=0 V e tensão VS =220V. Se a chave S1 for fechada em t=0, determinar (a) uma expressão para a corrente i(t), (b) o tempo de condução do diodo; (c) Desenhar um esboço de i(t) e usar o Pspice para plotar a corrente instantânea i para R=50 , 160 e 320 . 0 Solução: R 2L 160 2 2m 40 k rad s i(t) 1,2 e 1 1 2 m 0 , 05 LC r 0 40000 t 2 2 100 k 10 rad s 10 16 10 8 sen 91652 t (b) O tempo de condução t1 do diodo é obtido quando i(t) = 0. Isto é: t1 91652 t1 91652 34 , 27 s 91652 (c) Formas de onda rad s Exemplo 3.3 No CKT abaixo tem-se: L=2 mH, C=0,05 F, R=160 , V0=0 V e tensão VS =220V. Se a chave S1 for fechada em t=0, determinar (a) uma expressão para a corrente i(t), (b) o tempo de condução do diodo; (c) Desenhar um esboço de i(t) e usar o Pspice para plotar a corrente instantânea i para R=50 , 160 e 320 . CÁLCULO TÉRMICO A corrente que circula no componente produz calor, tanto na condução quanto na comutação. Esse calor gerado deve ser transferido para o ambiente. Caso contrário a temperatura da junção se eleva acima dos limites máximos permitidos e provoca a inutilização do componente. A corrente máxima e portanto a potência máxima que um diodo de potência ou tiristor pode processar é limitada apenas pela temperatura da junção. Assim, a determinação do dissipador e das perdas de um componente é de importância prática fundamental. CÁLCULO TÉRMICO CÁLCULO TÉRMICO CÁLCULO TÉRMICO Problemas 3.1 - Página 114 As formas de onda de corrente de um capacitor são mostradas na figura. Determine as correntes média, eficaz e máxima no capacitor; Problemas 3.2 - Página 114 As formas de onda de corrente que flui através de um diodo são mostradas na figura. Determine as correntes média, eficaz e máxima no diodo; RESUMO As leis básicas de CKTs são essenciais para uma boa compreensão dos fenômenos estudados;