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Universidade Federal de Uberlândia
Faculdade de Engenharia Mecânica e Mecatrônica – FEMEC
Eletrônica de Potência para Mecatrônica – GMR10
Professor Dr Vera Lúcia D. S. Franco
ELET. DE POTÊNCIA PARA MECATRÔNICA
“Laboratório 2: Ponte Retificadora Monofásica com Diodos
com Carga Resistiva e Indutiva e Retificador de Meia Onda
com Carga Resistiva e Indutiva não controlados”
Aluno:Danilo Okimoto Ladislau nº84108
Uberlândia, 20 de Outubro de 2010Índice
1 – Objetivos
O objetivo da atividade realizada em laboratório teve como intuito a análise de
algumas características de um retificador de meia-onda e uma ponte retificadora
monofásica não controlada ligados a uma carga indutiva.
2 - Introdução
O processo de retificação consiste na conversão de tensão e corrente alternada
em tensão e corrente contínua. Os retificadores não controlados são circuitos
constituídos de apenas diodos como elementos de retificação, onde a amplitude da
tensão de saída DC é obtida através da amplitude de tensão de alimentação AC, porém
essa saída DC não é pura, ou seja, contém componentes AC significantes, que recebem
o nome de ondulação. Para se eliminar estas ondulações, insere-se um filtro depois do
retificador.
Neste laboratório serão feitas as montagens de dois circuitos, sendo o primeiro
referente a uma ponte retificadora monofásica com carga resistiva e indutiva não
controlada e um retificador não controlado de meia onda com carga resistiva e indutiva,
observando, discutindo e analisando os dados obtidos e solicitados no experimento.
Sabe-se que circuitos de ponte retificadora monofásica em comparação aos circuitos
retificadores de meia onda, apresentam mais eficientes, uma vez que utilizam o semi-
ciclo negativo da tensão da rede.
3 – Fundamentação Teórica
3.1 – Ponte Retificadora Monofásica com Diodos Não Controlada
3.1.1 – Com Carga Resistiva
Um dos tipos que se pode conseguir a retificação de onda completa, é pela
utilização de um retificador em ponte. Esse retificador utiliza quatro diodos, onde
durante o semiciclo da fonte de tensão os diodos D2 e D3 (da figura xx) estarão
diretamente polarizados e poderão, desta maneira, serrem substituídos por uma chave
fechada. O fluxo de corrente na carga, nesse período, dá-se através de D2 e da carga R,
em seguida por D3 e de volta à fonte. Isso resulta em uma queda de tensão positiva em
R. Durante o semiciclo negativo da fonte de tensão, D1 e D4 estão diretamente
polarizados e podem ser substituídos por chaves fechadas. O trajeto da corrente na carga
passa através de D4, de R, de D1 e finalmente vai até a fonte. O Caminho da corrente
através de R é o mesmo, no que diz a respeito à direção, do outro semiciclo. Então, o
retificador de onda completa em ponte propicia corrente na carga durante ambos os
semiciclos.
Figura 1 – Ponte Retificadora Monofásica de Onda Completa com Carga Resistiva
3.1.2 – Com Carga Indutiva
A colocação de uma indutância em série com a resistência de carga faz com que
a forma de onda de tensão varie. Suponha-se que a indutância L da figura 2 seja
aproximadamente igual a R. A corrente na carga não é mais composta de uma meia-
onda senoidal , mas a corrente média ainda será a mesma.
A corrente AC na linha não é mais senoidal, pois agora aproxima-se de uma
onda quadrada. Se a indutância da carga for aumentada até se tornar muito maior do que
R, a ondulação passa a ser pequena. Caso uma indutância de carga ser infinita, a
corrente passa a ser constante, ou seja, quando os diodos D2 e D3 conduzem uma
corrente constante para a carga no semiciclo positivo, enquanto os diodos D1 e D4 fazem
o mesmo no semiciclo negativo.
Figura 2 – Ponte Retificadora Monofásica de Onda Completa com Carga Indutiva
3.2 – Retificador de Meia-Onda Não Controlado
3.2.1 – Com Carga Resistiva
No retificador de meia-onda com carga resistiva, a tensão sobre a fonte é uma
onda senoidal com valor máximo Vm e período T. Durante o semiciclo positivo, onde a
tensão no ânodo é positiva em relação à do cátodo, o diodo estará ligado, permitindo
que a corrente flua através do resistor da carga R. Desta maneira, a tensão na carga (V o)
acompanha a meia-onda senoidal positiva. No semiciclo negativo, a tensão no ânodo
torna-se negativa em relação à do cátodo e o diodo estará no estado desligado, onde não
haverá flux de corrente através de R.
O retificado de meia-onda transforma potência AC em DC. A tensão de saída é pulsante
em DC e contém grande ondulação. Portanto circuitos de pulsos têm valor prático
limitado para aplicações em alta potência.
Figura 3 – Retificador de Meia-onda com carga resistiva
3.2.2 – Com carga Indutiva
O circuito retificador de meia-onda com carga indutiva (RL) opera da seguinte
forma:
1) Igualmente ao caso da carga resistiva, o diodo passará para o estado ligado
quando o ânodo se tornar positivo em relação ao cátodo, e a tensão na carga
são a mesma do semiciclo positivo da fonte AC.
2) Durante esse período, a energia, transferida a partir da fonte AC, é
armazenada no campo magnético que envolve o indutor.
3) A corrente em um indutor não pode variar de maneira instantânea. Portanto,
ela aumenta gradualmente até alcançar seu valor máximo. Isso é consistente
com o fato de a corrente, em um indutor, ficar atrasada em relação a tensão.
4) Quando houver diminuição da fonte de tensão, a corrente decrescerá
gradualmente e chegará a zero no instante em que toda energia armazenada
pelo indutor for passa par ao circuito. A corrente na carga, portanto, existe
por pouco mais de metade do período inteiro.
5) Ao mesmo tempo, o campo magnético que se extingue conecta-se ao indutor
e induz uma tensão que se opõe à diminuição na tensão aplicada.
6) Assim que a corrente chega a zero, o diodo fica inversamente polarizado e
permanecerá desligado durante todo o ciclo negativo
7) Se a indutância L da carga for aumentada, o diodo conduzirá corrente por
mais tempo durante o ciclo.
Figura 4 – Retificador de Meia-onda com carga indutiva
3.1.3 – Retificador de Meia-Onda com Diodo de Retorno
Utilizado em praticas de aplicações de baixas potências, ainda é considerado um
retificado de meia-onda, embora a corrente na carga possa fluir durante o ciclo inteiro.
Na figura 5, o segundo diodo D2, adicionado em paralelo com a carga, é
conhecido como diodo de retorno, o qual impede o surgimento de um tensão negativa
na carga, o que acarretaria aumento no valor médio da tensão de saída (Vo(AVG)), assim
como no valor médio da corrente Io(AVG). Durante o semiciclo negativo da tensão de
alimentação, o diodo de retorno conduz e propicia um caminho alternativo para a
corrente na carga. Neste intervalo de condução, o diodo principal D1 fica inversamente
polarizado e pára de conduzir, ou seja, nesse meio período a corrente da fonte é zero. O
diodo de retorno ajuda impedir que a corrente na carga chegue a zero e desse modo
reduz a ondulação.
Figura 5 – Retificador de Meia-onda com Diodo de Retorno
4 – Materiais Utilizados
Kit datapool de ensino de eletrônica de potencia;
Cartão de Diodos (9942);
Cartão de Resistores e Fusíveis;
1 Lâmpada de 60W/127V;
1 Indutor;
Osciloscópio e Cabos para ligações.
4 – Procedimento Experimental
Para montagem dos circuitos solicitados em laboratório, todas as ligações feitas
nos dois circuitos foram feitas com as tensões de fase desenergizadas, ou seja, com
equipamento todo desligado.
Sendo os valores de tensões e freqüência iguais na entrada de ambos os tipos de
retificadores, foi medida inicialmente no primeiro circuito montado em laboratório (os
valores iniciais são os mesmos para ambos retificadores, ou seja, não se altera) os dados
iniciais de tensão rms, de pico, freqüência e período. Posteriormente, foi feita a medição
dos dados solicitados em laboratório.
4.1 – Ponte Retificadora Monofásica Não Controlada
4.1.1 – Montagem do Circuito
Com equipamento desligado, e a utilização de uma lâmpada como resistência,
quatro diodos e dois fusíveis, montou-se o seguinte circuito:
Figura 6 – Ponte Retificadora Monofásica Não Controlada com Carga Resistiva
Posteriormente as medições, foi adicionada a carga indutiva no circuito acima
obtendo o seguinte circuito:
Figura 7 – Ponte Retificadora Monofásica Não Controlada com Carga Indutiva
4.1.2 – Procedimento e Mediçoes
Para ambas as situações, ou seja, com a presença apenas da carga resistiva R e
posteriormente com adição da carga indutiva em RL(carga resistiva e indutiva juntas)
no circuito representado pelas figura 6 e 7 respectivamente, foram realizadas as
seguintes medições e procedimentos com o auxilio do osciloscópio digital:
1) Medir a Tensão Rms;
2) Medir sobre a carga Vo (Tensão sobre a carga R e depois da adição da carga
indutiva medição da tensão na carga RL);
3) Medir a freqüência;
4) Medir a Tensão de Pico;
5) Desenhar as formas de onda obtidas.
4.2 – Retificador de Meia Onda Não Controlado
4.2.1 – Montagem do Circuito
Com equipamento desligado, e a utilização de uma lâmpada como resistência,
três diodos e dois fusíveis, montou-se o seguinte circuito:
Figura 8 – Retificador de Meia Onda Não Controlado com Carga Resistiva
Posteriormente as medições, foi adicionada a carga indutiva no circuito acima
obtendo o seguinte circuito:
Figura 9 – Retificador de Meia Onda Não Controlado com Carga Indutiva
Por fim, adicionou-se um diodo de retorno ao circuito da figura xx, obtendo a
seguinte montagem:
Figura 10 – Retificador de Meia Onda Não Controlado com Diodo de Retorno
4.2.2 – Procedimento e Medições
Para todas as situações, ou seja, com a presença apenas da carga resistiva R e
posteriormente com adição da carga indutiva em RL(carga resistiva e indutiva juntas) e
com a presença do diodo de retorno no circuito representado pelas figura 8, 9 e 10
respectivamente, foram realizadas as seguintes medições e procedimentos com auxilio
do osciloscópio digital:
1) Medir a Tensão Rms;
2) Medir sobre a carga Vo (Tensão sobre a carga R e depois da adição da carga
indutiva medição da tensão na carga RL);
3) Medir a freqüência;
4) Medir a Tensão de Pico;
5) Desenhar as formas de onda obtidas
5 – Análise de Resultados
Inicialmente foram medido os valores na entrada dos circuitos, ou seja, sem
ocorrer retificação do sinal (os valores de entrada são idênticos para ambos os
retificadores apresentados nessa atividade). Assim obtiveram-se os seguintes resultados:
Tabela 1 – Dados de Entrada
Dados Obtidos
Tensão Rms Vrms[Volts] 134 V
Tensão de Pico VPico [Volts] 190 V
Frequência [Hz] 60 Hz
Período [ms] 16.67 ms
Gráfico 1 – Forma de Onda da Entrada dos Circuitos
Para os circuitos apresentados e montados em laboratório obtiveram-se os
seguintes resultados:
5.1 – Ponte Retificadora Monofásica Não Controlada
Com Carga Resistiva
Tabela 2 – Resultados Obtidos do Circuito Ponte Retificadora Monofásica Não
Controlada com Carga Resistiva
Dados Obtidos
Tensão Média Vo [Volts] 120 V
Tensão Rms Vrms[Volts] 134 V
Tensão de Pico VPico [Volts] 190 V
Frequência [Hz] 120 Hz
Período [ms] 8.33 ms
Gráfico 2 – Forma de Onda na Carga Resistiva(Ponte Retificadora)
Com Carga Indutiva
Tabela 3 – Resultados Obtidos do Circuito Ponte Retificadora Monofásica Não
Controlada com Carga Indutiva (RL)
Dados Obtidos
Tensão Média Vo [Volts] 120 V
Tensão Rms Vrms[Volts] 134 V
Frequência [Hz] 120 Hz
Período [ms] 8.33 ms
Gráfico 3 – Forma de Onda na Carga Indutiva RL (Ponte Retificadora)
5.1.1 – Análise de Resultados
Como mostra os resultados acima, percebe-se que a forma de onda na carga
resistiva apresentada pelo gráfico 2 mostra que o semiciclo negativo do sinal de entrada
apresentado no gráfico 1 é jogado pra cima, o que caracteriza a retificação de onda
completa em ponte, isso ocorre porque diferentemente do retificador de meia-onda,
onde há presença de apenas um diodo, sendo esse conduz uma hora e bloqueia outra, na
ponte retificadora, há presença de quatro diodos, sendo que quando dois bloqueiam os
outros dois conduzem e vice-versa, por isso a parte negativa da forma de onda
apresentada no sinal de entrada é jogada para cima tornando-se positiva após a
retificação. Ocorre também a duplicação da freqüência na carga resistiva após a
retificação em relação ao sinal de entrada. Em relação à medição feita na carga indutiva
RL, evidencia o funcionamento dos diodos que bloqueiam em cada semiciclo na ponte
atuando como diodo de retorno, o qual elimina a parte negativa, e como se tratando de
um retificado em ponte, o semiciclo negativo apresentado na entrada também é jogado
para cima como mostrado no gráfico 3.
5.2 – Retificador de Meia-Onda Não Controlado
Com Carga Resistiva
Tabela 4 – Resultados Obtidos do Circuito Retificador de Meia-Onda com Carga
Resistiva
Dados Obtidos
Tensão Média Vo [Volts] 61 V
Tensão Rms Vrms[Volts] 94.8 V
Tensão de Pico VPico [Volts] 190 V
Frequência [Hz] 60.02 Hz
Período [ms] 16.67 ms
Gráfico 4 – Forma de onda na Carga Resistiva (Retificador de Mei-Onda)
Com Carga Indutiva
Tabela 5 – Resultados Obtidos do Circuito Retificador de Meia-Onda com Carga
Indutiva RL
Dados Obtidos
Tensão Média Vo [Volts] 60.2 V
Tensão Rms Vrms[Volts] 95.1 V
Tensão de Mínima VMin [Volts] -28.0 V
Freqüência [Hz] 60.02 Hz
Período [ms] 16.67 ms
Gráfico 5 - Forma de onda na Carga Indutiva RL (Retificador de Meia-Onda)
Com Diodo de Retorno
Tabela 6 – Resultados Obtidos do Circuito Retificador de Meia-Onda com
Diodo de Retorno
Dados Obtidos
Tensão Média Vo [Volts] 61 V
Tensão Rms Vrms[Volts] 96.2 V
Freqüência [Hz] 60.0 Hz
Período [ms] 16.67 ms
Gráfico 6 - Forma de onda Com Presença de Diodo de Retorno (Retificador de
Meia-Onda)
5.2.1 – Análises de Resultados
Com base nos resultados obtidos nesta montagem, também é perceptível a
retificação, neste caso de meia-onda, ou seja, como mostra no gráfico 4 ocorre a
eliminação do semiciclo negativo em relação ao sinal de entrada mostrado no gráfico 1,
isso ocorre devido no semiciclo negativo o diodo estar no estado desligado, ou seja, não
há fluxo de corrente através de R e a tensão no ânodo se torna negativa em relação à no
cátodo. Com a adição da carga indutiva no sistema, percebe-se a existência de uma
tensão negativa mostrada na tabela 5 e o gráfico 5, isso ocorre devido a presença da
indutância, para eliminar essa tensão negativa utiliza-se o diodo de retorno, o qual age
eliminando a tensão negativa e impedindo o aumento do valor médio da tensão de saída,
assim como da corrente média, isso ocorre porque no semiciclo negativo o diodo de
retorno oferece um caminho alternativo para a corrente na carga, nesse itnervalo o
diodo princiapal (D1) na figura 10, fica inversamente polarizado e pára de conduzir,
tornando nesse meio período, o valor da corrente igual a zero. O diodo de retorno ajuda
impedir que a corrente na carga chegue a zero e desse modo reduz a ondulação.
6 – Conclusão
7 – Referências Bibliográficas
[1] Roteiro de Laboratório;
[2] Ahmed A., Eletrônica de Potência, Editora Printice Hall 2000
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