Eletrônica de Potência - automafull | Eletrônica e automação! · · 2013-08-29Eletrônica de potência Conversores CA /CC O fornecimento de energia elétrica é feito, essencialmente,

Eletrônica de Potência Centro de Formação Profissional

“Orlando Chiarini” - CFP / OC

Pouso Alegre – MG

Inst.: Anderson

Eletrônica de potência

Conversores CA / CC


Conversores CA /CC

O fornecimento de energia elétrica é feito, essencialmente, a partir de uma

rede de distribuição em corrente alternada, devido, principalmente, à

facilidade de adaptação do nível de tensão por meio de transformadores.

Em muitas aplicações, no entanto, a carga alimentada exige uma tensão

contínua. A conversão CA-CC é realizada por conversores chamados

retificadores.


Conversores CA / CC

Circuitos retificadores, são circuitos cuja finalidade é obter uma tensão

contínua a partir de uma tensão ou sinal senoidal.


Transformador

O transformador, tem a função de reduzir ou elevar a tensão disponível que

será enviada ao retificador.


Retificador de Meia Onda

Chama-se de retificador, o circuito que transforma a CA em CC, ou seja,

faz com que a corrente na carga circule em um único sentido. Existem dois

tipos de retificadores: Retificador de meia onda e retificador de onda

completa.

O retificador de meia onda, permite que apenas um semi-ciclo da onda

circule pela carga. Neste retificador utiliza-se apenas um diodo que conduz

em um semi-ciclo da corrente quando estiver polarizado diretamente.


Retificador de meia onda


Retificador de meia onda


Retificador de meia onda - Exercício

Um transformador abaixador com relação de espiras igual a 20, é

alimentado por uma rede de 220V em seu primário. Seu secundário é

ligado a um circuito retificador de meia onda que alimenta uma carga

resistiva de 5Ω.

a) Calcule a tensão e a corrente máximas na carga.

b) Calcule a tensão e a corrente eficazes na carga

c) Calcule a tensão máxima reversa no diodo.

d) Calcule a tensão e a corrente médias na carga.


Retificador de Onda Completa com CT

Neste circuito temos apenas dois diodos, onde um dos diodos conduz um

semi-ciclo da corrente e o outro diodo conduz o outro semi-ciclo da

corrente. Isto só é possível porque o transformador possui uma derivação

central ou center tape – CT.

Na realidade é como se fosse um transformador com um primário e dois

secundários ligado sem série, sendo o ponto de ligação destes o CT. Desta

forma, cada enrolamento irá fornecer corrente para um semi-ciclo da onda.








Retificador de Onda Completa com CT - Exercício

Um transformador abaixador com tape central e relação de espiras igual a

20 é alimentado por uma rede de 220V em seu primário. Seu secundário é

ligado a um circuito retificador de onda completa que alimenta uma carga

resistiva de 10Ω.


b) Calcule a tensão máxima reversa no diodo.

c) Calcule a tensão e a corrente médias na carga.

d) Calcule a corrente média em cada diodo.


Retificador de Onda Completa em Ponte

Este circuito utiliza quatro diodos ligados em ponte. Este circuito utiliza

uma transformador de secundário simples, tendo como vantagem a não

utilização de um transformador com tape central ou center tape.

Observe que neste circuito o diodo não possui mais como tensão reversa

2.Vmáx, e sim a metade deste valor, que em alguns casos é essencial esta

situação, pois quanto maior a tensão reversa do diodo mais oneroso pode

se tornar o circuito.








Retificador de Onda Completa em Ponte Exercício

Um transformador abaixador sem tape central, com relação de espiras

igual a 5 é alimentado por uma rede de 120V em seu primário. Seu

secundário é ligado a um circuito retificador de onda completa que alimenta

uma carga resistiva de 10Ω.


b) Calcule a tensão máxima reversa no diodo.

c) Calcule a tensão e a corrente médias na carga.

d) Calcule a corrente média no diodo.


Filtro Capacitivo

Os elementos reativos, no caso capacitores, possuem a propriedade de

armazenar energia em seu interior.

Esta propriedade é bem utilizada nos circuitos retificadores, pois esta

energia armazenada no capacitor pode ser utilizada para amenizar as

ondulações na saída do retificador, deixando assim a tensão de saída mais

plana e proporcionando assim um maior valor médio na tensão de saída.

Desta forma os retificadores passam a trabalhar com carga capacitiva e

não mais puramente resistiva como aconteceu até o momento.


Retificador de Meia Onda com Capacitor


Retificador de Meia Onda com Capacitor


Retificador de Meia Onda com Capacitor - Exercício



ligado a um circuito retificador de meia onda que alimenta uma carga

resistiva de 100Ω com um filtro capacitivo de 1000uF. Determine:

a) Tensão mínima na carga;

b) Tensão de ondulação;

c) Tensão média na carga;

d) Máxima tensão reversa no diodo.


Retificador de Onda Completa em Ponte com Filtro Capacitivo


Retificador de Onda Completa em Ponte com Filtro Capacitivo

Exercício

Um transformador abaixador com relação de espiras igual a 11, é alimentado

por uma rede de 220V em seu primário. Seu secundário é ligado a um circuito

retificador de onda completa em ponte que alimenta uma carga resistiva de

100Ω com um filtro capacitivo de 1000uF. Determine:






Retificador de Onda Completa com CT com Filtro Capacitivo


Retificador de Onda Completa com CT com Filtro Capacitivo

Exercício



ligado a um circuito retificador de onda completa em ponte que

alimenta uma carga resistiva de 180Ω com um filtro capacitivo de

2000uF. Determine:






Retificador Trifásico de Meia Onda

• É o mais simples dos retificadores polifásicos;

• Necessário transformador trifásico na entrada, com secundário em

estrela;

• Obtém-se melhora no fator de ripple e aumento no valor médio da

tensão de saída, devido ao aumento do número de pulsos;

• Pode ser “sem controle” ou “totalmente controlado”.


Retificador Trifásico de Meia Onda Sem Controle

A estrutura apresentada a seguir pode ser considerada uma associação de

três retificadores monofásicos de meia onda.

Cada diodo é associado a uma das fases da rede de alimentação trifásica.

Nesse tipo de retificador, também conhecido como retificador com ponto

médio, é indispensável o emprego do neutro do sistema de alimentação.



Retificador Trifásico de Meia Onda Sem Controle

• Diodos ligados em catodo comum;

• O diodo com anodo mais positivo é que conduz;

• Cada diodo conduz durante 120º;

• Pode ser sem controle ou totalmente controlado.


Retificador Trifásico de Meia Onda Sem Controle – Exercício.

A saída de um transformador trifásico em estrela, entrega em cada uma de

suas fases um valor eficaz de tensão igual a 89,8V. Ligado ao secundário

do transformador, temos um retificador trifásico de meia onda sem controle

alimentando uma carga resistiva pura de 180Ω. Determine:

a) Tensão média na carga;

b) Máxima tensão inversa sobre cada diodo;

c) Corrente média sobre cada diodo.


Retificador Trifásico de Onda Completa Sem Controle

Três componentes ligados em catodo comum (corrente da fonte para a

carga) e três componentes ligados em anodo comum (retorno da corrente

da carga para a fonte);

Pode ser “sem controle”, “semi-controlado” ou “controlado”; Transformador

pode ter o secundário em estrela ou triângulo;

A tensão na carga é proveniente de dois retificadores trifásicos de meia

onda, referenciados ao ponto de neutro, resultando um valor positivo e

outro negativo por fase. A diferença (tensão de linha) é a tensão aplicada

na carga.



O retificador trifásico de onda completa, apresentado a seguir, é conhecido

também como ponte trifásica ou como Ponte de Graetz, se tratando de

uma das estruturas mais empregadas industrialmente.

Este retificador apresenta seis etapas de operação ao longo de um período

da rede, sendo que cada etapa é caracterizada por um par de diodos em

condução. Em cada instante a corrente da carga flui por um diodo da parte

superior (D1, D2 ou D3) e um da parte inferior (D4, D5, ou D6).





A corrente convencional vai sempre do potencial mais positivo para o mais

negativo;

Para o intervalo de 30º a 90º:

VAN é a mais positiva = condução do diodo D1

VBN é a mais negativa = condução do diodo D6

VLINHA = VCARGA = VAN - VBN

Cada diodo conduz durante 120º e a cada 60º muda um dos dois diodos

que estão conduzindo simultaneamente.



Entre as vantagens do retificador em ponte de Graetz sobre o retificador de

ponto médio, temos:

- maior tensão de saída (para uma mesma tensão de entrada);

- menor ripple da tensão de saída;

- maior frequência da componente fundamental da tensão de saída (isso

requer filtros de menor peso e volume).

Note que na saída a frequência da componente fundamental da tensão é 6

vezes a frequência das tensões de alimentação. Ou seja, para a rede de

60Hz, na tensão de saída teremos 360Hz.


Retificador Trifásico de Onda Completa Sem Controle – Exercício.

A saída de um transformador trifásico em estrela, entrega em cada uma de

suas fases um valor eficaz de tensão igual a 89,8V. Ligado ao secundário

do transformador, temos um retificador trifásico de onda completa sem

controle alimentando uma carga resistiva pura de 180Ω. Determine:

a) Tensão média na carga;

b) Máxima tensão inversa sobre cada diodo;

c) Corrente média sobre cada diodo.


Retificadores Monofásicos Controlados de Meia Onda.






Retificadores Monofásicos Controlados de Meia Onda – Exercício

Calcule o valor da tensão de saída de um retificador monofásico

controlado de meia onda, que recebe em sua entrada uma tensão de

127V, para os seguintes ângulos de disparo:

a)30º:

b)60º:

c)90º:

d)120º:

e)150º:


Retificadores Monofásicos Controlados de Meia Onda com carga RL


Retificadores Monofásicos Controlados de Meia Onda com carga RL

com Roda Livre


Retificadores Monofásicos Controlados de Onda Completa em Ponte





Exercício

Calcule o valor da tensão de saída de um retificador monofásico

controlado de onda completa em ponte, com uma tensão de 127V na

sua entrada, para os seguintes ângulos de disparo:

a)30º:

b)60º:

c)90º:

d)120º:

e)150º:



com Carga RL


Retificadores Monofásicos Semicontrolados Ponte Mista


Retificadores Monofásicos Semicontrolados Ponte Mista Simétrica


Retificadores Monofásicos Semicontrolados Ponte Mista Simétrica


Retificad


Retificad


Retificad


Retificad


Retificadores Trifásicos Controlados de Meia Onda


Retificadores Trifásicos Controlados de Meia Onda (α = 0º)








Retificadores Trifásicos Controlados de Onda Completa






Retificadores Trifásicos Controlados de Onda Completa (α = 0º)






Retificadores Trifásicos Semicontrolados de Onda Completa




Retificadores Trifásicos Semicontrolados de Onda Completa (α = 30º)


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